资源简介

《气体的等温变化》教案
1、选题依据
波意耳定律是高考中的一个重要内容，从2017年选修3-3列为必考以来，其地位就更加重要，关于理想气体的三个定律，其实波意耳定律考察的频率是最高的。但是教学中对于这部分知识的挖掘实际上是不足的，也就是教学的施展空间较大，可以延伸的内容较多，能帮助学生建立科学的思维体系。所以选择此内容为课题。
2、设计思想
在当下强调的物理核心素养中就有一个是“科学探究”，实际对于波意耳定律，以往的课堂都是以简单的定性实验一代而过。即使用上了数字传感器来探究，实际也是少了探究的“味道”，多了验证意思。学生看完传感器的演示实验后更多的是惊叹先进技术手段带来的方便，并没有真正走进物理的探究中，这也是与核心素养相悖的地方。而本节课堂旨在以问题为导向，逐步深入，层层剖析，挖掘物理规律的本质，在寻找规律的过程中去无限接近最真实的情况。而在探究的过程中数字传感器、EXCEL、实验软件等只是我们用来处理数据的一种更有效的手段，真正应该突出的探究过程中的问题-证据-解释-交流-反思等要素。让学生在探究过程中逐渐形成一种思考问题和处理问题的思想。
3、考情分析
对于选修3-3的内容每年在高考中的分值是10分，而且高三的每次考试中都有气体三定律的内容，所以这是必考点，教学要高度重视。
4、学情分析
在学习气体之前，学生已经学习了分子动理论的相关知识，对于宏观的物理现象能和微观的物理规律能联系在一起。而气体单独列为一章，首先气体现象在生活中最为常见，与生产生活联系最为紧密，学好气体相关知识有助于指导实践。其次让学生对气体规律有更深入的认识。教材从定量探究的角度来研究气体定律，可见其重要性。
5、教学目标
1. 理解一定质量的气体，在温度不变的情况下压强与体积的关系。
2. 会通过实验的手段，探究物理规律，学习用EXCEL和传感器软件相结合对实验数据进行处理与分析，体验科学探究的过程。
3. 能对得出的结论进行解释和交流，在讨论和逻辑推理的基础上不断修正结论，接近最本质的规律。
4. 通过实验数据的分析与评估，培养学生严谨的科学态度与事实求实的科学精神。
5. 在探究实验的过程中，培养学生相互协作的精神。
六、教学重难点
重点：波意耳定律的得出和适用情况。
难点：实验探究过程中基于数据的推理分析和论证。
七、教学设计
教学活动 学生活动
教学过程 【生活中的气体现象】1.压力水枪展示3.请两个学生（一男一女）上台吹气球 教师提问：为什么男生反而不能把气球吹起来，女生却很容易。教师说明： 实际上男生拿到瓶子是密封的，女生拿的瓶子下面是有孔洞的。当男生向气球吹气的时候气球要膨胀但是瓶内气体就要被压缩，压强增大，导致气球内压强小于瓶内压强，所以气球吹不大。 而女生拿的瓶子由于下面有洞，相当于在大气中吹气，瓶内压强基本等于大气压强，多以比较容易。【科学探究】一、介绍仪器： 传统实验用的是压强计，但容易漏气，压强读数不准，而本节教学的目的是探究：一定质量的气体，在温度不变的条件下其压强与体积变化的关系。2.教师再次引导：由于传统实验仪器有很多问题，如读数不准，气密性差等，所以本节课我们用数字传感器来做探究实验。 3.教师展示数字传感器和适用方法 二、进入正式的探究环节1.气体温度基本不变时，P-V关系初探教师展示数学上的反比例关系图带着学生修正刚才的反比结论从实验结果的图上看确实有交点，应该不是反比关系。提问：若小球在4位置恰好不脱离圆轨道，应该通过利用X轴和Y轴的放大，我们发现图像确实和X轴以及Y轴都不相交。但是这样就能判定这个图像是反比例函数关系吗？确实看P与1/V是成正比，是一个很好的办法。我们利用软件就可以马上实现教师引导学生，让学生发现科技软件的局限性，让学生发现，我们探究工作还没结束。教师提出我们可以把数据输入EXCEL中拟合出真实的图像，来看图像是否过坐标原点2. 分析图像找到误差原因，再探P-V关系图像和Y轴有交点说明什么？这里是一大难点利用和 的数学关系，推导出和，实际上应该是图像平移了的结果。实际的气体体积应该加以修正为由此也就找到了，图像产生误差的原因：针筒中有一小段气体体积是没有算进去的。引导学生可以用之前的游标卡尺进行测量利用修正后的气体体积再做P-1/V图，可以看到什么？体积修正了，压强需要修正吗？但是我们思考的方向没有错，之前确实是没有算细管中的气体体积 此时学生对于测量细管中空气体积是没有意识的，教师应该加以引导。利用，此时再做新的函数图像V-1/P对比我们自己测量出来的0.887ml,利用软件算出来的1.3455ml，两者相差不大，应为当时只测了细管体积，其实还有其他部分细小的体积没有记录进来，所以总的来说这个方法成立。利用真实体积1.3455，做出真实的图像3.继续记录数据，三探P-V关系继续利用传感器，测量更多的数据，4.波意耳定律的介绍一定质量的某种气体，在温度不变的情况下， 压强P与体积V成反比写成公式就是：PV=C 或者 P1V1=P2V2 看视频2.如何让乒乓球恢复原样教师提问：杯子里的水是什么水？【学生回答】热水教师提问：为什么用热水【学生回答】热胀冷缩教师再问：是谁热胀冷缩【学生回答】应该是乒乓球，也有点回答应该是乒乓球内的气体教师提问：如何验证这个传统仪器气密性不好？【学生回答】扭紧开关后，压活塞，看活塞是否能压倒底部，若能压到底部说明气密性较差，气体质量会变。教师再问：那通过这个仪器我们能不能定性的知道，压强与体积的关系？【学生回答】可以的，压活塞过程中发现气体体积在减小，但是气压计示数在增大。说以压强应该与体积成反比。学生看完这套先进设备后肯定是充满期待教师提问：在采集数据的过程中我们应该注意什么？【学生回答】控制温度不变教师提问：如何保证温度不变或基本不变？是保证哪里的温度不变？【学生回答】是保证针筒中气体的温度不变，在实验过程中尽量不要用手去握住针筒，以免针筒升温。教师提问：通过实验数据的记录和采集，我们用软件就可以拟合出P-V的图像，从图像中我们可以得到什么规律？【学生回答】压强与体积成反比教师追问：这个图像明细跟Y轴有交点怎么会是反比关系，数学上的反比关系是什么样的？教师提问：我们仔细观察一下，会发现实际上坐标的横轴和纵轴都没有从0开始，所以这不是真正意义上的Y轴和X轴的位置。教师提问：怎么把从0开始的Y轴和X轴找出来教师提问：要判定P与V成反比，实际可以怎么办？【学生回答】可以看P与1/V是否成正比学生可以很清楚的看到，P与1/V成线性关系教师追问：这个是正比例函数吗？正比例函数的特点是什么？【学生回答】过坐标原点，但是似乎这个图像看不清楚是否过坐标原点。请两位同学上来，在EXCEL中记录数据学生发现P与1/V不是标准的正比关系，因为图像不过原点。但是似乎可以得到的初步结论放大再看，确实和Y轴有交点。学生实际是想不明白为什么图像和Y轴会有交点，这个时候需要教师的引导。引导学生得出：图像不过原点的原因是，针筒中有一小段气体体积是没有算进去的。教师提问：现在我想算出细管中的气体体积，应该怎么算？在不能算的情况下如何减小误差？如下表内径：4.0mm长度：7.06cm人工测量的细管体积：0.887ml教师引导学生再看修正后的图像，发现什么？【学生回答】图像更接近坐标原点。但很遗憾只是接近原点，没有过原点。那如果我们把细管中的真实体积算出来，那图像不就更准吗？就更能验证我们的结论。怎么准确测量细管中空气体积是一大难题。教师提问：请大家把改成以V为纵坐标，1/P为横坐标的函数关系式。【学生抢答】教师提问：结合数学表达式和图像，你发现了什么？纵轴截距是1.3455ml，这个值也就是没有记录的细管空气体积。学生也会切身感受到，原来要做的事情真的还有很多。你发现什么？学生会很直观的看到，确实过了坐标原点了学生得出结论结论：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强P与体积V成反比教师追问：我们的探究就结束了吗？教师引导：记得我们在探究牛顿第二定律的时候，最终的结论都是有实验条件的？难道这个结论对任何温度，任何压强都成立？ 学生陷入沉思？-怎么办？学生拟合出函数图像教师提问：你发现什么？【学生回答】当继续增大压强，图像的线性关系并不好，也就是说P与1/V在高压下不成正比。教师提问：所以结论应该加上一个什么条件？【学生回答】一定质量的气体，温度不变时，压强与体积成反比，适用于气体压强不太大，温度不太高的情况。结束语：探究物理规律的过程总是曲折的，现代科技工具的使用能让我们更快速的得到前人专研多少年都得不到的结论，但是依然只是一个辅助设备和辅助方式，科技只是让我们测量的更精确，测量的系统误差更小，处理实验数据更快，但数据背后所隐藏的物理规律就需要我们通过严谨的逻辑推理和科学的思考来得出。也就是说时代变了，科技新了，但物理的探究思想依然没变，科学探究的价值观依然没变，求真务实的精神没有变。这就是近几年高考所考察核心素养中的——科学探究精神。
八、教学反思
P
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