气体的压强与体积的关系

第六章 B 气体的压强与体积的关系

【教材分析】

本节是气体性质部分的第一节内容的第二课时，在第一课时中已学习了气体的状态参量和压强的计算，第二课时重点探究在等温情况下，一定质量的气体的压强与体积的关系，即波意尔定律，本节在探究过程中的经历和收获将为下一节：气体的压强与温度的关系、体积与温度的关系的探究做好全方位的铺垫，故这节课在整章知识中有承上启下的作用。

【学情分析】

1．高一学生认识事物的特点是：开始从具体的形象思维向抽象逻辑思维过渡，但思维还常常与感性经验直接相联系，仍需具体形象实验，情景来支持。

2．学生在初中时已学习过有关压强的概念、液体的压强、连通器等物理概念、物理模型，在高中阶段要定性猜想，利用DIS实验系统定量探究一定质量的气体，在温度不变的情况下，气体的压强和体积的关系 【教学目标】 1、知识与技能

（1）能从分子动理论角度知道体积与压强的微观情景

（2）通过DIS实验采集数据、并对实验数据进行分析的过程，学会利用DIS系统研究气体不同参量之间的内在关系，提高应用信息技术进行物理实验，分析处理数据，归纳总结规律的能力

（3）理解玻意耳定律的内容，能运用玻意耳定律解释生活中的相关现象 2、过程与方法

（1）通过DIS实验进一步感受控制变量法在研究多参量内在关系中的作用 （2）通过描绘P-V图、p-1/V图等，明白利用图像反映物理规律的方法 3、情感态度与价值观

（1）通过对一定质量的理想气体压强与体积的关系的探究过程，懂得物理定律是建立在实验研究基础上的，养成尊重事实的科学态度

（2）通过小组实验，增强与同组同学之间相互协作能力，通过各小组的交流过程，学会表达与倾听，学会反思与质疑 【教学重点和难点】

1、重点：对一定质量气体等温变化时压强与体积的定量关系的探究

2、难点：在实验探究过程中对化曲为直方法的应用以及对实验误差的分析等。 【教学资源】 1.信息化环境：

（１）计算机、实物投影仪、大屏幕

（２）学生用DIS（计算器＋压强探头）实验系统、DIS专配注射器针筒 2.物理实验环境：

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长气球和空锥形瓶，开孔矿泉水瓶和盛水杯 【教学流程】 1、流程图： 学生猜想：气体压强和体积有何关系 DIS实验探究 活动Ⅲ 交流II 演示实验 体会交流 活动I 气体状态参量 学生 活动II 小实验 尝试解释 提出课题 交流I 分析讨论交流、反思 玻意耳 定律

2、流程说明：

活动Ⅰ：学生观看压力点火实验，通过现象观察和讨论交流，认识一定质量气体状态需要用压强、体积、温度描述，并感知气体压强、体积、温度的变化。

活动Ⅱ：学生做吹反扣于空瓶中气球和旋紧瓶盖让矿泉水瓶停止漏水的小实验，体验气体压强随体积的变化。两个学生实验具有典型性，前者是体积减小压强增大，后者是体积增大压强减小；通过情景的创设，为学生的提出问题，做出假设做好铺垫。

交流Ⅰ：学生分组讨论并进行全班交流，尝试对吹空瓶中气球和旋紧瓶盖止漏实验现象进行解释，形成对气体压强随体积变化的初步认识，从中提出研究气体压强与体积究竟存在什么定量关系的课题。

活动Ⅲ：在了解气体状态参量，认识气体压强、体积、温度之间存在相互关联的情况下，学生进一步讨论如何应用控制变量法研究气体压强与体积间定量关系的问题。围绕研究主题，对气体压强与体积间可能存在何种定量关系进行猜测假设，并设计实验方案，利用DIS实验系统采集一定质量气体等温变化过程时压强与体积的实验数据，对实验数据进行分析处理。再通过全班性的讨论交流，对实验结果进行进一步的讨论归纳。最后得出一定质量气体等温变化遵循的玻意耳定律的内容、公式、图象和适用条件。

交流Ⅱ：在通过实验得到一系列数据的基础上，要求各小组的同学对实验数据进行分析、判断，并在此基础上，学生交流他们对数据处理所采取的方式，比较各种方式的优劣，要求各小组对其它小组及本小组的方案进行评价和反思。 3、教学的主要环节

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第一环节：通过情景引入和学生活动建立气体状态参量的概念

第二环节：通过学生的探究实验，发现一定质量的气体在温度不变的情况下，压强和体积在变化过程中所遵循的规律

第三环节：利用实验探究得到的结果，即玻意耳定律，分析一些现象，解决一些实际问题

【教学过程】

教师活动 （一）情景引入，导入新课。 学生活动 设计意图 演示实验引入，激发学生兴趣。 利用学生感兴趣的实验，对一定量质量气体体积与压强关系做定性分析 活动Ⅰ：请一名力气大的学生演示压力“点火”的 实验 问完成实验的学生：谈谈在下压活塞的过程中有什观看实验、讨论 么感觉？ 问全体学生：在“点火”过程中，封闭在玻璃筒里 的气体的哪些量发生了变化？ 总结：封闭气体的体积（减小）、压强（增大）、温 度（升高）发生了变化，我们说气体的状态发生了变化， 故把这三个可以描述气体状态的物理量称为气体的状 态参量。 （二）探究规律。 1、实验定性探究 活动Ⅱ：（1）请一位小个子女生和一位大个子男生 到讲台前，要求他们分别把空气中的长气球和开口翻在 锥形瓶的瓶颈上长气球吹大，让其他同学观察，并请两 观看实验现象 位参与操作的同学介绍他们的感受。 思考、讨论 (2)请每一小组的同学作开孔矿泉水瓶漏水实验。 问题：a、解释上述实验现象的原因 b、两个实验中气体压强和体积如何变化？ （实验一，教师引导学生研究对象是气球与瓶之间的那 部分气体；实验二的研究对象是矿泉水瓶中的气体。） 结论：实验一：体积减小，压强增大；实验二：体 积增大，压强减小。（通过这两个典型事例，要求学生 进行归纳，如果学生的回答超出了定性的要求，如回答 两者之间是一种反比关系，教师要给予恰如其分的评 价。并可结合人类在认识这一规律的过程，通过这一环 节对学生进行科学态度的教育） 教师的问题：请同学们结合自己的生活经验，再举

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一些气体压强随体积变化的例子。 猜想：一定质量的气体，在温度不变的情况下，压强和体积有什么关系？ 教师的问题：我们的猜想是否正确？判断其正确与否的依据是什么？ 结果：科学实验是检验猜想是否正确的依据。 2、实验定量探究（DIS实验探究） a．全班同学分成9个小组，每组配备一台电脑，特制的针筒，压强传感器 b．教师介绍该实验的硬件及软件的使用方法 c．师生共同探讨在实验过程中需要注意的环节 提示学生思考如何在针筒封闭气体的实验中具体保障温度与质量不变？最后明确实验操作“不用手握针筒”“缓慢移动针筒活塞”的要领。通过对问题的讨论，使学生明确了物理学的基本研究方法及实验关键条件，为自主实验研究作好了准备。 d．学生分组实验，采集数据 e．教师观察各小组的实验情况，发现其中各种不同的典型 （三）公式理解、概念巩固 ① 标矢性：标量（一切能量都是标量，重力势能也是能量） ②单位：焦耳（J）（1J=1N·m） 图1 ③相对性： 例： 结论：选取不同的参考平面,物体的重力势能的数值不同 (四) 反馈练习 验证猜想 （学习利用DIS实验系统） （五）课堂小结 （六）课后作业 （七）板书 D 重力势能

2、实验探究

（1）请同学们对一定质量的气体，在等温条件下，压强和体积之间的关系进行猜想 （2）教师的问题：我们的猜想是否正确？判断其正确与否的依据是什么？

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结果：科学实验是检验猜想是否正确的依据。 （3）DIS实验探究

3、小组交流实验的结果

（1）教师通过局域网展示各个小组的实验结果 （2）教师请多个小组介绍他们是如何处理实验数据的

a．表格法 b．p-V图象法

学生的回答：一定质量的气体在温度不变的情况下，压强和体积成反比。

教师的问题：p-V图象确实象是反比例函数，但你能肯定该函数图象就一定是反比例函数吗？大家有什么办法来判断，该函数一定是反比例函数？

结果：通过坐标变换，进行进一步的验证

c．6组同学画p-1/V图象、另外6组同学画V-1/p图象 d．拟合的环节：正比例拟合与线性拟合

几乎所有的小组都对坐标变换以后的数据点进行了正比例拟合，

教师对V-1/p数据点进行线性拟合，请同学对师生的不同处理方式的差异进行交流 结果：线性拟合似乎更合理，它更符合数据点的分布规律 请6组画V-1/p图象同学从新对数据进行线性拟合

交流中学生发现，所有V—1/p图线均有纵截距，由此，个别组认为不能得出压强与体积成正比的结论。

e．对环节d中所出现的截距进行进一步的探究活动并作出合理的解释 4、研究结果

一定质量的气体在温度不变时，它的压强与体积成反比，即p1V1?p2V2 从分子动理论的角度进一步理解玻意耳定律

请同学介绍玻意耳的生平以及他对气体研究的有关成果。（请少数学生事先有一定的准备） 5、布置作业

（1）问题：展示用表格法处理数据的3个小组的结果，请同学观察其中的异同点。 为什么各组同学的PV值不完全相同，请同学们作进一步的思考。 （2）书面作业：略

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