人教版 (2019)选择性必修 第三册3 气体的等压变化和等容变化优质第2课时教学设计及反思

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第三册3 气体的等压变化和等容变化优质第2课时教学设计及反思，共10页。教案主要包含了课堂导入，小试牛刀，思考与讨论等内容，欢迎下载使用。
备课人
学科
物理
课题
2.3.2理想气体的状态方程
教学内容分析
本课知识主要分为四部分，其中气体的等压、等容变化与前面学习的等温变化，合为气体的三变化。
学情分析
学生可能遇到的问题是气体变化规律解决实际问题，产生这一问题的原因是不会判断气体变化是等温、等容还是等压变化。解决这一问题的方法就是多练，使学生掌握每一种变化情况。结合三个规律的局限性，建立了理想气体模型，进而从微观上解释了气体实验定律。
教学目标
物理观念：了解理想气体的模型，并知道实际气体在什么情况下可以看成理想气体；
科学思维：能够从气体定律退出理想气体的状态方程。
科学探究：掌握理想气体状态方程的内容和表达式，并能应用方程解决实际问题。
科学态度与责任：通过由气体的实验定律推出理想气体的状态方程，培养学生的推理能力和抽象思维能力。
教学重难点
教学重点：理想气体的状态方程的推导和应用。
教学难点：理想气体的状态方程的推导和应用。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
新课导入
【课堂导入】
当压强很大、温度很低时，由气体实验定律计算的结果与实际测量结果有很大的差别.
不过，在通常的温度和压强下，很多实际气体，特别是那些不容易液化的气体，如氢气、氧气、氮气、氦气等，其性质与实验定律的结论符合的很好.
为了研究方便，可以设想一种气体，它在任何温度、任何压强下都能严格地遵从气体实验定律,我们把这样的气体叫做“理想气体”.
完成思考题，并与同学交流讨论，明确什么是理想气体，特点是什么。
通过学生讨论，让学生深刻理解理想气体这一“理想化模型”。
新课教学
一、理想气体
1、定义：在任何温度、任何压强下都严格遵从气体实验定律的气体叫做“理想气体”。
2、理想气体的特点
（1）理想气体实际不存在，是一种理想模型.
（2）在常温常压下（不低于负几十摄氏度,压强不超过大气压的几倍时）,大多数实际气体,尤其是那些不易液化的气体如氢气、氧气、氮气、氦气等都可以近似地看成理想气体。在温度不太低,压强不太大时实际气体都可看成是理想气体.
（3）严格遵守气体实验定律及理想气体状态方程.
（4）理想气体每个分子可看成弹性小球,分子本身的大小与分子间的距离相比可以忽略不计，分子可视为质点．(从分子动理论的角度，理想气体忽略分子的自身体积（大小）和分子间相互作用力)
（5）理想气体分子除碰撞外，无相互作用的引力和斥力，故无分子势能，理想气体的内能等于所有分子热运动的动能之和，一定质量的理想气体的内能只与温度有关，与气体的体积无关.故一定质量的理想气体，温度是内能的标志.
▲从微观上说：分子间以及分子和器壁间，除碰撞外无其他作用力，分子本身没有体积，即它所占据的空间认为都是可以被压缩的空间。
▲从能量上说：理想气体的微观本质是忽略了分子力，没有分子势能，理想气体的内能只有分子动能。
一定质量的理想气体的内能仅由温度决定 ,与气体的体积无关.
典例分析
(多选)下列对理想气体的理解，正确的有( AD )
A．理想气体实际上并不存在，只是一种理想模型
B．只要气体压强不是很高就可视为理想气体
C．一定质量的某种理想气体的内能与温度、体积都有关
D．在任何温度、任何压强下，理想气体都遵从气体实验定律
解析：理想气体是在忽略了实际气体分子间相互作用力的情况下而抽象出的一种理想模型，实际上并不存在，A正确。实际气体能视为理想气体的条件是温度不太低、压强不太大，B错误。理想气体分子间无分子力作用，也就无分子势能，故一定质量的理想气体，其内能与体积无关，只取决于温度，C错误。由理想气体的定义可知D正确。
【小试牛刀】
关于理想气体的性质，下列说法中正确的是 ( ABC )
A．理想气体是一种假想的物理模型，实际并不存在
B．理想气体的存在是一种人为规定，它是一种严格遵守气体实验定律的气体
C．一定质量的理想气体，内能增大，其温度一定升高
D．氦是液化温度最低的气体，任何情况下均可视为理想气体
【思考与讨论】如果某种气体的三个状态参量（p、V、T）都发生了变化，它们之间又遵从什么规律呢？
如图所示，一定质量的某种理想气体
从A到B经历了一个等温过程，
从B到C经历了一个等容过程。
分别用pA、VA、TA和pB、VB、TB以及pC、VC、TC表示气体在A、B、C三个状态的状态参量，那么A、C状态的状态参量间有何关系呢？
推导过程
从A→B为等温变化：由玻意耳定律
pAVA=pBVB
从B→C为等容变化：由查理定律
又TA=TB VB=VC 解得：
观看演示视频
完成课堂练习
结合前几课学习的气体定律，思考气体在状态A、B、C的状态参量之前的关系。
整体推导过程。
让学生自主研讨，提高学生的交流合作能力，同时也促进学生对新旧知识的掌握和对比。
推导新知识，帮助学生整理思路，加深知识印象。
二、理想气体的状态方程
1.内容：一定质量的某种理想气体在从一个状态变化到另一个状态时，尽管p、V、T都可能改变，但是压强跟体积的乘积与热力学温度的比值保持不变。
2. 公式：
3. 适用条件：一定质量的理想气体
4. 单位：温度T必须是热力学温度，公式两边中压强p和体积V单位必须统一，但不一定是国际单位制中的单位.
5.注意：状态方程只表示气体在状态变化过程中的PVT不变，与过程无关，但与变化过程相关的过程量如做功、传递的热量等是与过程有关的
6、理想气体状态方程和三个气体实验定律的关系
气体的三大定律都是实验定律，由实验归纳总结得到。
推导理想气体状态方程（其它过程）：
典例分析
【例题】某种气体的压强为2x105 Pa,体积为1 m3,温度为200K。它经过等温过程后体积变为2m3。随后，又经过等容过程，温度变为300 K,求此时气体的压强。
解：根据玻意耳定律，有
根据查理定律，有
联立上述各式可得

等温和等容变化后气体的压强为1.5x105Pa。
方法总结
1.选对象:根据题意，选出所研究的某一部分气体，这部分气体在状态变化过程中,其质量必须保持一定.
2.找参量:找出作为研究对象的这部分气体发生状态变化前后的一组p、V、T数值或表达式，压强的确定往往是个关键，常需结合力学知识(如力的平衡条件或牛顿运动定律)才能写出表达式.
3.认过程:过程表示两个状态之间的一种变化方式，除题中条件已直接指明外，在许多情况下，往往需要通过对研究对象跟周围环境的相互关系的分析中才能确定，认清变化过程是正确选用物理规律的前提.
4.列方程:根据研究对象状态变化的具体方式，选用气态方程或某一实验定律， 代入具体数值，T必须用热力学温度，p、V的单位统一，最后分析讨论所得结果的合理性及其物理意义.
【小试牛刀】
一定质量的理想气体，在某一平衡态下的压强、体积和温度分别为p1、V1、T1，在另一平衡态下的压强、体积和温度分别为p2、V2、T2，下列关系可能正确的是( D )
A．p1＝p2，V1＝2V2，T1＝12T2
B．p1＝p2，V1＝ 12 V2，T1＝2T2
C．p1＝2p2，V1＝2V2，T1＝2T2
D．p1＝2p2，V1＝V2，T1＝2T2
解析：由理想气体的状态方程eq \f(p1V1,T1)＝eq \f(p2V2,T2)可判断，只有D可能正确。
拓展：两个重要推论
推论1：理想气体密度方程

推论2：理想气体状态方程分态式
如果一部分气体（p、V、T）被分成了几部分，状态分别为（p1、V1、T1） （p2、V2、T2）……则有：
克拉珀龙方程：

n为物质的量，R＝8.31J/ml.k —摩尔气体常量
克拉珀龙方程是任意质量的理想气体的状态方程，它联系着某一确定状态下，各物理量的关系。
对实际气体只要温度不太低，压强不太大就可应用克拉珀龙方程解题。
摩尔气体常量R：
以1ml的某种理想气体为研究对象，它在标准状态
设为1ml理想气体在标准状态下的常量，叫做摩尔气体常量．
注意:R的数值与单位的对应
P(atm),V (L): R=0.082 atm·L/ml·K
P(Pa),V (m3): R=8.31 J/ml·K
一摩尔理想气体的状态方程 ：
探究三个量都变化时遵从规律的反思
一般状态变化图象的处理方法：
基本方法，化“一般”为“特殊”
如图是一定质量的某种气体的状态变化过程A-B-C-A。
在V-T图线上，等压线是一簇延长线过原点的直线，过A、B、C三点作三条等压线分别表示三个等压状态。
由图可知pA′