2.2气体的等温变化教学设计-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

气体的等温变化 一、使用教材 2019 年人教版普通高中物理选择性必修三第二章第2节《气体的等温变化》，高二第二学期。 二、实验器材 1.引入实验 乒乓球、热水（图1） 2.学生实验 创新自制教具：“气体等温变化实验装置”（图2） 3.演示实验 创新自制教具：“气体等温变化实验装置（电动）”（图3） 图1 图2 气体等温变化实验装置 图3 气体等温变化实验装置（电动） 三、实验设计思路或创新点 1.气体等温变化实验装置 如图2，用注射器和压力表组装成气体等温变化实验的探究装置，便于携带和操作。对比教材上的实验装置，不需要用油密封气体，方便长期存放。取材简单，价格低廉，便于修理或者更换零件，降低了维修成本。采用铜质转接头和硅胶管将注射器和压力表连接起来，防止漏气，实验效果明显。 2.气体等温变化实验装置（电动） （1）图3所示的装置在图2的基础上增加了电机带动注射器内活塞的移动，一方面避免了实验操作中因手抖引起的气柱长度测量不准的问题，另一方面可使气柱的长度以毫米的精度缓慢变化，使得可收集的实验数据大大增多。 （2）采用位移传感器测量气柱长度，降低了气柱长度的测量误差。 （3）采用压强传感器测量气体压强，一方面降低了压力表人工读数引起的测量误差，另一方面可以让气体的压强和气柱的长度同时显示在电脑上，节省了数据记录和处理的时间。 四、实验原理 1.气体等温变化实验装置 用注射器收集一段空气柱，压力表测量其压强，注射器上标明的刻度可以测量体积。缓慢推动或拉动活塞，使空气柱压缩或膨胀，将空气柱的体积和对应的压强记录下来，描点、画图，通过图像处理实验数据，得出一定质量的气体在等温条件下压强与体积的定量关系。 2.气体等温变化实验装置（电动） 用注射器收集一段空气柱，压强传感器测量其压强，位移传感器测量空气柱的长度。因空气柱是一段圆柱形，横截面积恒定，其体积可用长度等效表示。驱动电机缓慢推动或拉动活塞，使空气柱压缩或膨胀，传感器每秒记录一次压强传感器和位移传感器的示数。通过图像处理实验数据，得出一定质量的气体在等温条件下压强与体积的定量关系。 五、实验教学目标 1.物理观念：知道气体的等温变化。 2.科学思维：掌握玻意耳定律的内容和公式，知道其适用条件，会用玻意耳定律分析实际问题。 3.科学探究：带领学生经历探究等温变化规律的全过程，体验控制变量法以及实验中采集数据、处理数据的方法。理解等温变化的p-V图象与p-1/V图象的含义，增强运用图象表达物理规律的能力。体会现代信息技术在实验探究中的应用。 4.科学态度与责任：通过实验观察及教师的引导和鼓励培养学生敢于探索、敢于提问、勇于创新的科学精神，培养学生热爱物理、热爱科学的情感。 六、实验教学内容 1.新课引入 用干瘪的乒乓球如何恢复原状作为引入，激发学生兴趣的同时，引导学生思考气体温度、压强和体积的关系，引导学生用控制变量法展开实验探究。 2.学生实验 用注射器、压力表探究气体温度不变时，压强与体积的关系，引导学生自主总结注意事项，记录和处理数据，分析实验误差。引导学生思考误差来源，想办法减小误差。 3.演示实验 在学生总结了实验注意事项和误差来源之后，共同设计新型装置。用电机远程控制活塞，使空气柱体积缓慢变化。用传感器记录和处理数据，体会现代信息技术在实验探究中的作用。 4.得出结论 分析实验数据，得出气体的等温变化关系。 七、实验教学过程 1.新课引入 教师活动：展示一个捏扁了的乒乓球，提问：如何使乒乓球恢复原样？ 学生活动：将乒乓球放入热水中，观察发现乒乓球恢复了原状。 从乒乓球的膨胀实验引出可知气体的温度、体积和压强存在一定关系，但是同时探究三个物理量之间关系是比较困难的，所以需要采用控制变量法展开 ... ...