資源簡介

教學設計
課程基本信息
學科 高中物理 年級 高二 學期 秋季
課題 實驗：探究氣體等溫變化的規(guī)律
教科書 書 名：普通高中教科書 物理選擇性必修 第三冊 出版社：教育科學出版社
教學目標
1. 物理觀念：知道什么是等溫變化，掌握氣體等溫變化的規(guī)律及公式表達，能用此規(guī)律解釋生活中的相關現(xiàn)象，完善有關氣體分子的運動觀。 2. 科學思維：通過實驗探究能夠自主建構探究的氣體模型，并通過對實驗結果的質疑不斷完善實驗，提高科學推理和論證的能力。 3. 科學探究：能基于生活中的現(xiàn)象提出問題，并設計實驗尋找證據(jù)，能夠通過對實驗數(shù)據(jù)和圖像的分析得出結論解釋問題，體會科學探究過程。 4.科學態(tài)度與責任：通過對實驗結果和理論結果的對比論證培養(yǎng)嚴謹認真、實事求是、不斷探索的科學態(tài)度， 激發(fā)探索學習的興趣。
教學內容
教學重點： 氣體等溫變化過程中壓強與體積的變化規(guī)律，認識玻意耳定律。
教學難點： 1. 設計實驗探究氣體等溫變化的規(guī)律。
2. 應用氣體等溫變化的規(guī)律解決實際問題。
教學過程
結合情境，引入新課 活動1：“空氣炮”引出氣體狀態(tài)變化的問題 學生觀看“空氣炮”視頻。 教師提出問題：“為什么瓶蓋能被發(fā)射出去那么遠？瓶內的氣體發(fā)生了怎樣的變化？”。隨后教師補充要先明晰描述氣體狀態(tài)變化的物理量，進而提出體積、溫度、壓強三個狀態(tài)參量。 圖 1 “空氣炮” 【設計意圖】：通過生活中“空氣炮”的實例能夠極大地提高學生的學習興趣，同時為什么能夠形成這樣一個空氣炮的問題也能夠提起學生的探索欲望。最后對描述氣體狀態(tài)的物理量的補充，也能夠為后續(xù)的探究打下基礎。 氣體等溫變化的概念 （1）活動1：結合具體情境判斷狀態(tài)參量的變化情況 教師根據(jù)“空氣炮”的具體情境，提出問題：發(fā)射前瓶內的氣體質量、壓強、溫度、體積四個量，哪些發(fā)生了變化，哪些未發(fā)生變化 學生根據(jù)剛才觀看的視頻回答：發(fā)射前，瓶內氣體的質量和溫度幾乎沒有發(fā)生變化，壓強和體積發(fā)生了變化。 （2）活動2：歸納“等溫變化”的概念 學生根據(jù)前面對“空氣炮”的分析歸納得到“等溫變化”的概念。 教師提出問題“等溫變化過程中壓強與體積有何具體關系？”，引出后續(xù)對于此關系的實驗探究。 【設計意圖】：繼續(xù)分析“空氣炮”的實例，學生思考此過程中幾個物理量的變化情況，明晰質量和溫度不變，進而自然的引出對此過程中壓強與體積變化規(guī)律的探究，得到實驗目的。 探究等溫變化中壓強與體積的關系 （1）活動1：猜想和實驗規(guī)劃 學生先結合“空氣炮”的例子猜想等溫變化過程中壓強與體積的關系，根據(jù)此例學生不難發(fā)現(xiàn)等溫變化中壓強的變化趨勢與體積相反，但學生會在具體的反比關系上產生分歧。 此時教師進行引導補充，需要由定性到定量地探究，即尋找證據(jù)，指出需要設計實驗，收集數(shù)據(jù)，并通過分析數(shù)據(jù)最后得到實驗結論。 （2）活動2：設置問題，引導學生設計實驗 ①問題1：怎么測量氣體的壓強和體積？ 學生回答：利用壓強計或者壓強傳感器測量壓強，體積可以通過活塞的刻度體現(xiàn)。 ②問題2：改變氣體體積還是改變壓強？怎么改變？ 學生回答：改變氣體體積更容易，可以上下拉動筒內的活塞改變氣體體積。 ③問題3：如何保證氣體質量和溫度不變？ 學生回答：將一定的氣體封閉在密閉容器內，置于常溫的環(huán)境下并在改變體積時注意緩慢推動活塞。 ④問題4：測量的p與V數(shù)據(jù)用圖像怎么分析？ 學生回答: 可以用圖像分析，p與V的變化趨勢相反，p-V圖像看不出具體的反比次數(shù)。可以考慮p圖像，通過此圖像形狀，能夠得到p、V之間的具體關系。 （3）活動3：用壓強計設計實驗方案1，展開實驗 教師展示實驗裝置圖片，播放實驗視頻，學生記錄實驗數(shù)據(jù)在表格中。隨后使用excel分析數(shù)據(jù)，生成p圖像，學生根據(jù)此圖像歸納壓強與體積變化的具體關系。 圖 2 實驗方案1器材展示 圖 3 實驗圖像 （4）活動4：用壓強傳感器設計實驗方案2，展開實驗 教師展示實驗裝置圖片，播放實驗視頻，通過電腦記錄數(shù)據(jù)并生成p圖像，再將數(shù)據(jù)導入excel擬合得到具體的函數(shù)表達式，學生根據(jù)圖像歸納壓強與體積變化的關系。再根據(jù)圖象不過原點的特征，提出問題：你認為圖像是否應該過原點？如果應該，為什么又沒有過原點？ 學生回答: 應該過原點，實驗存在部分系統(tǒng)誤差和偶然誤差。 然后以“未計算注射器與傳感器連接處氣體體積。”的系統(tǒng)誤差為例，展示對連接處膠管的長度和橫截半徑的測量，學生修正氣體總體積，最后展示修正體積后p圖像，進一步驗證一定質量的某種氣體，在溫度保持不變的情況下，壓強p與體積V成反比的結論。 圖 4 實驗方案2器材展示 圖 5 實驗數(shù)據(jù)和圖像 圖 6 excel擬合得到表達式 圖 7 連接處膠管長度測量 圖 8 連接處膠管橫截半徑測量 圖 9 修正體積后的實驗數(shù)據(jù)和圖像 圖 10 excel擬合再次得到表達式 （5）活動5：仿真實驗驗證實驗結論 教師播放仿真實驗視頻，學生通過視頻中仿真實驗再一次驗證實驗結論的正確性。 圖 11 仿真實驗驗證實驗結論 【設計意圖】： （1）通過問題的引導，學生自行設計實驗中的關鍵部分，能夠提高學生自主設計實驗的科學探究能力； （2）播放實驗視頻并且后續(xù)通過仿真實驗的較為新穎的方式都能極大地引起學生的學習興趣，增加學生的參與感、真實感，并且仿真實驗的條件要求低，學生課后能夠通過電腦復制此實驗，提高成就感。 （3）對實驗結果的修正過程能培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)，感受科學中不斷探索，不斷改進的精神。 氣體等溫變化的規(guī)律 （1）活動1：根據(jù)實驗歸納氣體等溫變化的規(guī)律，拓展物理學史 學生根據(jù)前面的實驗歸納氣體等溫變化的規(guī)律，并寫出此規(guī)律的表達式。 圖 12 氣體等溫變化的規(guī)律和公式 教師補充此規(guī)律的發(fā)現(xiàn)歷程和玻意耳的貢獻，指出此規(guī)律又叫“玻意耳定律”。 圖 13 玻意耳的發(fā)現(xiàn) （2）活動2：根據(jù)“玻意耳定律”解釋“空氣炮” 學生根據(jù)本節(jié)所學知識解釋“空氣炮”現(xiàn)象。 圖 14 解釋“空氣炮” 【設計意圖】：通過物理學史拓展學生視野，最后回到課前“空氣炮”的問題上，學生進行解釋，感受物理在生活中的巨大作用，提高成就感。 學以致用 活動：應用氣體等溫變化的規(guī)律解決魚缸“充氣泵”的問題 教師展示魚缸圖片，隨后提出問題：如何給缸內補充氧氣？引出學生的思考。 圖 15 充氣泵問題 圖 16 對問題的分析 【設計意圖】：學生應用知識解決生活中的問題，加強物理與生活的聯(lián)系。 總結和思考 活動：以思維導圖的方式總結本節(jié)內容，留下課后思考 教師以思維導圖的形式對本節(jié)內容進行簡單總結，隨后提出問題： ①如果是氣體體積或者壓強不變，又是怎么樣的規(guī)律？你能否找到生活中這樣的例子？ ②結合仿真實驗，你能否從微觀的角度解釋氣體的壓強？ 圖 17 總結 【設計意圖】總結本節(jié)內容，為下一節(jié)課對等容變化和等溫變化的學習做鋪墊。

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