非常高二物理《熱學》——《查理定律》

供稿：段才盛  編審：周璐

段才盛  順德一中物理教師、重點班班主任、競賽教練、物理科組長，華南師範大學本科師範生兼職導師、佛山市兼職教研員、佛山市教育研究基地負責人、佛山市物理學科高中教學指導中心組成員、佛山市第二屆學科優秀青年教師、順德區優秀班主任、順德區優秀教師。擔任物理競賽教練，多次被評為全國中學生物理競賽優秀輔導教師。因工作勤奮、表現優異，被評為順德一中首屆「標杆班主任」、順德一中「愛崗敬業優秀教師」、順德一中第二屆「我最喜愛的教師」、順德一中「最美一中人」等榮譽稱號。

《粵教版選修3-3第二章第八節教案》

學習目標

1、掌握查理定定律的內容

2、並能運用分子動理論從微觀角度解釋宏觀的氣體現象

3、會運用查理定律解釋生活現象和解決實際的問題

教材分析

本章是粵教版選修3-3第二章第8節的內容，在學習本章之前對於氣體的認識已經學習了分子動理論、氣體狀態參量、理想氣體概念、氣體壓強的微觀本質、玻意耳定律等內容，是在對氣體的性質有了一定的了解和對如何分析氣體現象有了初步的認識基礎上進一步深入了解氣體的性質（等容變化過程），在學習了本內容後還將繼續學習等壓變化、理想氣體狀態方程、熱力學定律等。是學生對氣體性質了解過程的一個必經過程和重要組成部分，通過本內容的學習，學生對氣體這一物理對象的認識分析能力將進一步提高，逐漸形成相應的物理觀念。

學情分析

學生通過前面的學習，已經對氣體的性質有了一定的了解和對如何分析氣體現象有了初步的認識，但氣體這一對象相對高中物理前面所學的內容來說，對象更加抽象（雖然使我們身邊都存在，但看不見），但氣體的相關現象又很多而且大多是同學們有體會甚至熟悉的，但如何能提煉其中的物理本質，如何將對氣體的認識融入我們高中的物理認知思維體系中去，對學生而言難度並不小，所以對這一對象的認識分析的方法研究應該放在首要位置，要力圖讓學生形成科學的探究路徑和思維方式。

教學目標分析

本著前面的分析，本節課對於如何達成教學目標我認為首先可以通過實驗探究設計，讓學生針對具體的實驗目的《探究一定質量體積不變的氣體，壓強與溫度的關係》進行實驗設計，培養學生科學探究能力、知識遷移能力和創新精神（當然由於現在是疫情防控時期，由於物質相對不足，只能進行實驗的設計而無法進行實際的實物操作），通過查理定律的理解及其應用，讓學生體會分析物理問題的一般思路和方法，引導學生將氣體的分析納入到整個物理學認知分析體系中去。

教學方式

視頻錄像課教學、問題驅動教學

教學重點

查理定律實驗探究設計、查理定律的理解、查理定律的應用

教學難點

實驗探究設計、查理定律的應用

教學過程（簡）

教學模塊

教師活動

學生活動

教學意圖

複習與新課引入

簡述回顧

水平爆炸視頻

提問：

剛才的視頻可以看到、裝有極低溫氮氣的水瓶幾秒鐘後，發生了爆炸，是發生了化學反應產生爆炸嗎？

 

提問：要將瓶子撐爆需要很大的壓強，被密封的氮氣的壓強為什麼會變得這麼大呢？

 

1、完成導學案複習回顧3個問題：（1）描述氣體的狀態參量有哪些？

（2）什麼是理想氣體？請寫出理想氣體壓強產生的微觀模型及其推導過程

（3）請簡述玻意耳定律

觀看視頻，觀察實驗現象

思考老師課堂提出的兩個問題

通過複習回顧重點知識為本節課後面的教學做好準備

 

裝有液氮（及其揮發出的低溫氮氣）的水瓶爆炸實驗視頻，引起學生的興趣與思考

引出本節課教學的主題

實驗探究設計

通過問題驅動，引導學生層層深入，思考、分析，進行實驗原理設計

實驗目的：探究一定質量體積不變的氣體，P與T之間的定量關係

要想達到實驗目的，需要在什麼條件下進行？本實驗需要測量的物理量是？怎麼測量？

關鍵問題：根據已學知識，有哪些直接測量一定質量密封氣體的壓強的方法（儀器）？有哪些間接測量的方法（儀器）？

 

實驗步驟介紹講解

 

學生在老師問題的引導下練習已學知識進行思考、分析

 

 

 

 

 

 

認真聽講實驗步驟

因為特殊時期、特別狀況下，本環節的實驗探究部分無法安排實物操作所以本環節將重點放在實驗原理設計上，採用問題驅動，引導學生提煉實驗設計的核心問題：實驗目的、實驗前提條件、實驗測量量、測量儀器（手段、方法）。既是立足本實驗，也是所有實驗探究的基本思路與方法，培養學生的科學探究能力和創新精神

 

查理定律的理解

 

 

 

 

講解實驗數據分析

講解查理定律及其使用前提

提問：你能利用分子動理論從微觀上解釋查理定律嗎？

 

思考：如圖表示一定質量某種氣體在不同體積下經歷等容過程的一族等容線，請你說明一下哪一條等容線對應的體積最大？為什麼

 

 

認真聽講

 

 

 

 

思考、分析

通過講解，讓學生對查理定律有深刻的認識，

 

 

通過學生的兩個問題的思考、分析及教師的點撥，培養學生的知識遷移能力（微觀解釋、控制變量思想）

查理定律的應用

 

 

 

 

用兩道習題讓學生練習應用查理定律

 

進行問題導思

 

講解、提鍊氣體對象問題解決的一般思路和方法

 

強調相應規範和細節

思考、分析兩道例題，應用查理定律和已學知識分析氣體問題

通過兩道例題，讓學生明確氣體對象問題分析和解決的一般思路和方法，核心關注：對象、氣體經歷的過程分析、狀態分析、氣體分界物（如活塞、液柱）的力學分析

 

讓學生能夠將氣體問題及相關知識規律納入到力學認知體系中去，培養學生的遷移能力和綜合分析能力

小結和課後作業

總結提煉

聽講、做筆記

結束課程、完善認知過程

課後小記

本節課是在疫情防控特殊期，針對全市所進行的視頻錄像課，條件相對有限，所以將重點放在問題驅動上，希望同學們通過系列問題的思考、分析、解決的過程形成對物理現象和事實的觀察分析能力、已學知識方法的遷移能力、實驗探究能力等最終形成問題解決的能力，具體教學效果如何還得等到視頻課上線後同學們進行學習才能知道，希望能給同學們帶來一定的幫助，我們一起努力，共克時艱！

《粵教版選修3-3第二章第八節導學案》

學習目標

1、通過實驗探究設計，培養科學探究能力、知識遷移能力和創新精神；

2、掌握查理定定律的內容、並能運用分子動理論從微觀角度解釋宏觀的氣體現象；

3、會運用查理定律解釋生活現象和解決實際的問題、體會分析物理問題的一般思路和方法。

1、描述氣體的狀態參量有哪些？

 

2、什麼是理想氣體？請寫出理想氣體壓強產生的微觀模型及其推導過程。

 

3、請簡述玻意耳定律。

 

二、實驗探究設計

實驗目的：探究一定質量體積不變的氣體，P與T之間的定量關係

要想達到實驗目的，需要在什麼條件下進行？本實驗需要測量的物理量是？怎麼測量？

 

關鍵問題：根據已學知識，有哪些直接測量一定質量密封氣體的壓強的方法（儀器）？有哪些間接測量的方法（儀器）？

實驗裝置及步驟

根據右邊提供的實驗裝置，設計實驗步驟

三、查理定律

查理定律內容：                            

 

問題：你能利用分子動理論從微觀上解釋查理定律嗎？

思考：如圖表示一定質量某種氣體在不同體積下經歷等容過程的一族等容線，請你說明一下哪一條等容線對應的體積最大？為什麼？

四、查理定律的應用

[典例1]如圖所示裝置稱為伽利略溫度計，玻璃泡A內封有一定質量的氣體，與A相連的長細管B插在水銀槽中，管內水銀面的高度h即可反映泡內氣體溫度，即環境溫度，並可由管B上的刻度直接讀出，管B的容積與玻璃泡A的容積相比可忽略不計，已知溫度為t1=27 0C、大氣壓為p0=76cmHg時，管內水銀面的高度為h1=16cm,求：

（1）外界氣溫緩慢降至t2=7 0C時，管內水銀面的高度h2

（2）該溫度計可測得的最高溫度是多少度？

[典例2]如圖，上端開口的光滑圓柱形氣缸豎直放置，截面積為S=40cm2活塞將一定質量的理想氣體封閉在氣缸內。在氣缸內距缸底H=60cm處設有卡環ab，活塞只能向上滑動。開始時活塞擱在ab上，缸內氣體的壓強等於大氣壓強P0＝1.0×105Pa，溫度為T0=300K。現緩慢加熱氣缸內氣體，當溫度緩慢升高為T1=330K，活塞恰好離開ab，g取10m/s2，

求：活塞的質量

《粵教版選修3-3第二章第八節課後作業》

1、炎熱的夏天，打足了氣的自行車胎在日光暴曬下有時會脹破，為什麼？

2、桌球擠癟後，放在熱水裡泡一會，會重新鼓起來，為什麼？

3、小明在北京的家中有一盛有氧氣的缸筒，冬天在室內測得筒內氣體的壓強為9.31x106Pa，當把鋼筒搬到室外的工地一段時間後，筒內氣體壓強變為8.15x106Pa，鋼筒是否一定漏氣了？為什麼？

4、一定質量的某種氣體，在20 0C時的壓強是1.0x105Pa，若保持體積不變，溫度升高到500C時，它的壓強是多大？溫度降低到-7 0C時，它的壓強又是多大？

5、裝在容器中的氣體，體積為4L，壓強為2.0x105Pa，溫度為300K。先讓氣體發生等容變化，壓強增大為原來的2倍，然後讓氣體發生等溫變化，壓強又降低到原來的數值，求氣體在末狀態時的體積和溫度。

6、北方某地的冬天室外氣溫很低，吹出的肥皂泡會很快凍結。若剛吹出時肥皂泡內氣體溫度為T1，壓強為P1，肥皂泡凍結後泡內氣體溫度降為T2. 整個過程中泡內氣體視為理想氣體，不計體積和質量變化，大氣壓強為P0. 求凍結後肥皂膜內外氣體的壓強差。

7、氣體溫度計結構如圖所示。玻璃測溫泡A內充有理想氣體，通過細玻璃管B和水銀壓強計相連。開始時A處於冰水混合物中，左管C中水銀面在O點處，右管D中水銀面高出O點h1=14cm。後將A放入待測恆溫槽中，上下移動D，使C中水銀面仍在O點處，測得D中水銀面高出O點h2=44cm。（已知外界大氣壓為1個標準大氣壓，1標準大氣壓相當於76cmHg）求恆溫槽的溫度。

8、一儲存氮氣的容器被一絕熱輕活塞分隔成兩個氣室A和B，活塞可無摩擦地滑動。開始時用銷釘固定活塞，A中氣體體積為，溫度為，壓強為；B中氣體體積為，溫度為，壓強為。現將A中氣體的溫度降至，然後拔掉銷釘，並保持A、B中氣體溫度不變，求穩定後A和B中氣體的壓強。

9、扣在水平桌面上的熱杯蓋有時會發生被頂起的現象；如圖，截面積為S的熱杯蓋扣在水平桌面上，開始時內部封閉氣體的溫度為300K，壓強為大氣壓強p0。當封閉氣體溫度上升至303K時，杯蓋恰好被整體頂起，放出少許氣體後又落回桌面，其內部壓強立即減為p0，溫度仍為303K。再經過一段時間，內部氣體溫度恢復到300K。整個過程中封閉氣體均可視為理想氣體。求：

（ⅰ）當溫度上升到303K且尚未放氣時，封閉氣體的壓強；

（ⅱ）當溫度恢復到300K時,豎直向上提起杯蓋所需的最小力.