物理选择性必修 第三册分子运动速率分布规律教学设计及反思

这是一份物理选择性必修 第三册分子运动速率分布规律教学设计及反思，共6页。教案主要包含了新课引入，新课教学等内容，欢迎下载使用。
本课的内容比较抽象，需要通过宏观的物体来比拟。通过对比知道气体分子间的距离较大，以及气体分子间碰撞频繁。通过气体分子速率按统计规律分布的教学，使学生认识研究气体的物理方法。通过用气体分子动理论对气体压强解释，培养学生分析问题的能力和推理能力。
〖教学目标与核心素养〗
物理观念∶理解分子的统计规律、速率分布、气体压强。
科学思维∶通过比较不同温度下的分子速率分布图，以及气体压强的微观解释，体会它们的本质是分子热运动的相互作用的结果。
科学探究：模拟气体压强产生的机理实验，通过类比发现气体压强的作用的本质。
科学态度与责任∶使学生体验气体宏观性质、规律是由气体分子运动和相互作用的微观本质决定的，培养学生热爱科学的志趣。
〖教学重难点〗
教学重点：气体压强的产生机理。
教学难点：气体压强的微观解释。
〖教学准备〗
多媒体课件、灵敏电子秤、烧杯、豆子等。
〖教学过程〗
一、新课引入
伽尔顿板的实验引入：播放实验视频。
现象：如果投入大量的小球，就可以看到，最后落入各狭槽的小球数目是不相等的。靠近入口的狭槽内的小球数目多，远离入口的狭槽内小球的数目少。
重复几次实验你会发现，其分布情况遵从一定的规律。由此你能得到什么启发吗?
1.个别事件的出现有其偶然性，一个小球我们无法预测它会落到哪里去。也就是平常所说的随机的。
2.大量随机事件的整体会表现出一定的规律------统计规律。大量小球一起落下或者先后落下，那都会呈现出一定的规律性，即这个正态分布图。
①在一定条件下，若某事件必然出现，这个事件叫作必然事件。
②若某事件不可能出现，这个事件叫作不可能事件。
③若在一定条件下某事件可能出现，也可能不出现，这个事件叫作随机事件。
大量随机事件的整体会表现出一定的规律性，这样就是统计规律。在生活中统计规律可是有用的，还比如有些职业被定义为高危职业，就是因为统计规律显示，他们遇到危险的概率高于别的事业 还有某些地区出现某种疾病的概率高于其他地区，尽管不知道哪个人会得病，但可以通过调查统计了解此地的环境和人们的生活习惯，来找出疾病的诱因。
统计规律在物理学的应用主要是在气体分子的运动上，气体由大量的分子组成。热现象与大量分子热运动的统计规律有关。要研究气体的热现象，就要了解气体分子运动的特点。
二、新课教学
（一）气体分子运动的特点
展示：气体分子运动动态图。
对于一个分子而言，它的运动是随机的，但大量分子的热运动在整体上却会表现出一定的统计规律。在宏观上就表现为气体的热现象，想要研究这些热现象，就要先了解气体分子热运动的特点。
1.自由性
液体变成气体，体积会增大上千倍，那气体分子间距要大于分子直径的十倍以上。离得这么远，分子间的相互作用就十分微弱，所以咱可以把气体分子看做质点。那放在容器里，除了相互碰撞或者容器壁碰撞外可以认为它们不受外力做匀速直线运动，这样下去一定质量的气体就可充满整个容器。所以总结为气体运动的自由性。
2.无序性
虽然气体分子的分布比液体稀疏，但分子的数密度仍然十分巨大，所以刚才的容器里气体分子在运动是频繁碰撞，那在某一时刻肯定是朝着哪个方向运动的分子都有。那从总体上看，气体分子朝各个方向运动的机会都均等，那咱可以认为朝各个方向运动的分子数目也相当。
（二）分子运动速率分布图像
速度也有大有小，但整体的速率还是按照一定规律分布的。比如我这个图中画的是氧分子在0℃和100℃下分子速率的分布情况。
①在任意温度下，所有气体分子的速率都呈“中间多、两头少”的分布。
②当温度升高时，“中间多”这一高峰向速率大的一方移动。
③温度越高，分子热运动越剧烈
注意：温度升高，气体分子的平均速率变大，但是具体到某一个气体分子，其速率可能变大也可能变小，无法确定。
（三）气体压强的微观解释
1.气体压强的产生
如图一个容器，里面有一定质量的气体，因为气体分子做无规则的热运动，所以会不断的和容器壁发生碰撞。如果只看其中的一个分子，那他在和容器壁碰撞时，就会对容器壁产生压力。可惜这个过程很短暂，不过没关系，后面成千上万的分子都会前赴后继的拿头撞壁。所以总体来看，对容器壁产生的就是持续均匀的压力啦。这种压力作用在容器壁的单位面积上就是压强。即
大量气体分子频繁的作用在器壁单位面积上，产生的平均作用力。
2.气体压强的特点
由于气体分子做的是无规则运动，向各个方向运动的几率相等，所以最后产生的压强在各个方向上也大小相同的。
3.器壁的作用力大小
选择一个与器壁发生正碰的气体分子为研究对象，由于是弹性碰撞，所以气体分子与器壁碰撞前后的动量大小为mv，方向相反，气体分子受到的冲量为
FΔt=-mv-mv=-2mv
气体分子受到的作用力为
根据牛顿第三定律，器壁受到的作用力为
从分子动理论的观点来看，气体对容器的压强是大量气体分子不断撞击器壁的结果。或许有人会问，这种撞击是不连续的，为什么器壁受到的作用力却是均匀不变的呢?
演示：模拟气体压强产生的机理
把一颗豆子拿到台秤上方松手豆子就当的一下掉在秤盘上，你会观察到撞击的瞬间指针发生了摆动，然后又回复原位。这个过程就类似于刚才说的一个分子撞击容器壁的过程。
然后咱把一杯豆子拿到同样的高度，以均匀的速率，连续的道德秤盘上就能观察到台秤的指针，在某一位置做小角度摆动，你倒豆子的速率越均匀，指针的位置就越稳定。这就很好的模拟了气体分子连续不断的撞击容器壁产生了持续稳定的压强。
4.决定气体压强大小的因素
①微观角度
还是刚才的实验，如果加快倒豆子的频率，让单位时间内有更多的豆子到在秤盘上。就会发现指针偏转的角度变大，也就是产生的压强变大和气体分子对容器壁的撞击。做个类比，如果气体分子的密集程度越大，那么单位时间内与单位面积，容器壁碰撞的分子数就越多，气体压强就越大。看来气体分子的密集程度是影响气体压强的因素之一。
如果咱俩杯子拿到更高的位置，那落下来的豆子会以更快的速率撞击秤盘。你会发现是认偏转的角度变大，也就是产生的压强变大。同样和气体分子做类比，速率增大意味着气体分子的平均动能增大。这样的话，每个气体分子对容器壁的撞击冲力更大，而且速率增加了，单位时间内容，器壁受到气体分子撞击的次数也更多，累计冲力更大。这两点都会使气体压强增大，所以分子平均动能是影响压强的另一个因素。
②宏观角度
如果要增大气体分子的密集程度，可以通过减小体积来实现。
如果增大分子的平均动能，则可以通过提高气体温度来实现。
所以
气体压强的大小与气体体积和温度都有关。
如果想要增大压强，可以通过减小气体体积或者升高温度来实现。
〖板书设计〗
1.3分子运动速率分布规律
一、气体分子运动的特点
①自由性
②无序性
二、分子运动速率分布图像
温度升高时，分子的热运动越剧烈
气体压强的微观解释
1.气体压强的产生:大量气体分子频繁的作用在器壁单位面积上，产生的平均作用力。
2.器壁的作用力大小：器壁单位面积上受到的压力，就是气体的压强。
决定气体压强大小的因素
①微观上：气体分子的密集程度和气体分子的平均动能
②宏观上：气体的体积和温度都有关
〖教学反思〗
本课内容属于实验分析类的，做好本节的实验是上好这节课的关键。对于气体分子是看不见摸不着的，通过运用动态图的形式形象的展示了气体分子运动的特点。模拟气体压强产生的机理，由于课堂上做这个实验，不好操作，所以用视频来代替。总之本节教案是好的。