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1、理想氣體狀態(tài)方程
一、教學目標：
1、知識目標：初步理解“理想氣體”的概念
掌握運用玻意爾定律、查理定律和蓋?呂薩克推導理想氣體狀態(tài)方程的過程，熟記理想氣體狀態(tài)方程的數(shù)學表達式，并能正確運用理想氣體狀態(tài)方程分析理想氣體初末狀態(tài)，解答有關的簡單問題。
2、方法和過程：通過推導理想氣體狀態(tài)方程及對氣體初末狀態(tài)的判斷，培養(yǎng)學生嚴密的邏輯思維能力。
3、情感、態(tài)度和價值觀：通過采用不同方法推導出理想氣體狀態(tài)方程，使同學們養(yǎng)成全面
思考問題的習慣。而對氣體初末狀態(tài)變化的分析，則教會學生看到問題要抓
住問題的本質。
二、教學
2、重點、難點分析：
1、如何理解理想氣體狀態(tài)方程是本節(jié)課的重點，也是中學階段解答氣體問題所遵循的最重要的規(guī)律之一。
2、本節(jié)課的難點在于如何分析氣體變化問題的初末狀態(tài)參量。尤其是末狀態(tài)，各部分都發(fā)生變化的情況，更要選取合適的參考對象，找到壓強變化與氣體體積變化的關系。
三、主要教學過程：
（一）、課堂引入
由生活中螃蟹在水中吐出的氣泡上升過程中的變化問題引發(fā)思考，將該氣泡作為理想氣體，氣泡上升到水面時體積是水底初始時的多少倍？并給出具體數(shù)值，分別計算兩種不同情況下，即湖底和湖面溫度相同和不同時分別是多少？
學生計算溫度相同時可以直接運用前面學習的等溫變化規(guī)律（
3、玻意爾定律）直接解得，但對于溫度不同時，氣泡三個狀態(tài)參量都變化的情況卻不能運用所學的三大定律解決。由此引入研究，氣體在三個狀態(tài)都變化時的規(guī)律的探究。
（二）、教學過程的設計
1、進行“理想氣體”概念的教學
設問：（1）玻意耳定律和查理定律是如何得出的？即它們是物理理論推導出來的還是由實驗總結歸納得出的？答案是：由實驗總結歸納得出的。
（2）這兩個定律是在什么條件下通過實驗得到的？老師引導學生知道是在溫度不太低（與常溫比較）和壓強不太大（與大氣壓強相比）的條件得出的。
老師講解：在初中我們就學過使常溫常壓下呈氣態(tài)的物質（如氧氣、氫氣等）液化的方法是降低溫度和增大壓強。這就是說，
4、當溫度足夠低或壓強足夠大時，任何氣體都被液化了，當然也不遵循反映氣體狀態(tài)變化的玻意耳定律和查理定律了。而且實驗事實也證明：在較低溫度或較大壓強下，氣體即使未被液化，它們的實驗數(shù)據(jù)也與玻意爾定律或查理定律計算出的數(shù)據(jù)有較大的誤差。
出示投影片（1）：
P(×1.013×105Pa)
pV值(×1.013×105PaL)
H2
N2
O2
空氣
1
1.000
1.000
1.000
1.000
100
1.0690
0.9941
0.9265
0.9730
200
1.1380
1.0483
0.9140
1.0100
500
1.3565
1.
5、3900
1.1560
1.3400
1000
1.7200
2.0685
1.7355
1.9920
說明講解：投影片（1）所示是在溫度為0℃，壓強為1.013×105Pa的條件下取1L幾種常見實際氣體保持溫度不變時，在不同壓強下用實驗測出的pV乘積值。從表中可看出在壓強為1.013×105Pa至1.013×107Pa之間時，實驗結果與玻意耳定律計算值，近似相等，當壓強為1.013×108Pa時，玻意耳定律就完全不適用了。
這說明實際氣體只有在一定溫度和一定壓強范圍內(nèi)才能近似地遵循玻意耳定律和查理定律。而且不同的實際氣體適用的溫度范圍和壓強范圍也是各不相同的。為了研究方便，
6、我們假設這樣一種氣體，它在任何溫度和任何壓強下都能嚴格地遵循玻意耳定律和查理定律。我們把這樣的氣體叫做“理想氣體”。（板書“理想氣體”概念意義。）
從微觀上來看，理想氣體實際上應該是完全忽略分子本身體積大小、完全不計分子間相互作用力的氣體。即勢能Ep=0。
想一想：有人說，一定m的氣體溫度升高，則內(nèi)能也一定增大，這種說法對嗎？
回答：正確，溫度升高，氣體分子平均動能升高，而理想氣體Ep=0，分子內(nèi)能增大。
幾點說明：1）理想氣體是一種理想化的模型。
2）通常溫度和壓強下，一般氣體都可以看作理想氣體。
2、推導理想氣體狀態(tài)方程
前面已經(jīng)學過，對于一定質量的理想氣
7、體的狀態(tài)可用三個狀態(tài)參量p、V、T來描述，且知道這三個狀態(tài)參量中只有一個變而另外兩個參量保持不變的情況是不會發(fā)生的。換句話說：若其中任意兩個參量確定之后，第三個參量一定有唯一確定的值。它們共同表征一定質量理想氣體的唯一確定的一個狀態(tài)。根據(jù)這一思想，我們假定一定質量的理想氣體在開始狀態(tài)時各狀態(tài)參量為（P1，V1，T1），經(jīng)過某變化過程，到末狀態(tài)時各狀態(tài)參量變?yōu)椋≒2，V2，T2），這中間的變化過程可以是各種各樣的，氣體狀態(tài)變化與路徑無關只與初末狀態(tài)有關。
? A(P1V1T1)
P
? B (P2V2T2)
V
【 例1】某氣體由狀態(tài)A（P1 V1 T1 ）到狀態(tài)B（ P2
8、V2 T2 ）, 根據(jù)所學的氣體實驗定律知識，你能設計出幾種不同的變化路徑？根據(jù)氣體定律關系，你能否發(fā)現(xiàn)始末狀態(tài)之間的關系？
現(xiàn)假設有兩種過程：
第一種：從（P1，V1，T1）先等溫并使其體積變?yōu)閂2，壓強隨之變?yōu)閜c，此中間狀態(tài)為（Pc，V2，T1）再等容并使其溫度變?yōu)門2，則其壓強一定變?yōu)镻2，則末狀態(tài)（P2，V2，T2）。
第二種：從（P1；V1，T1）先等容并使其溫度變?yōu)門2，則壓強隨之變?yōu)閜′c，此中間狀態(tài)為（p′c，V1，T2），再等溫并使其體積變?yōu)閂2，則壓強也一定變?yōu)镻2，也到末狀態(tài)（P2，V2，T2），如投影片所示。
將全班同學分為兩大組，根據(jù)玻意耳定律和查理定律
9、，分別按兩種過程，自己推導理想氣體狀態(tài)過程。（即要求找出P1、V1、T1與p2、V2、T2間的等量關系。）
可提示假設中間狀態(tài)參量Pc或P′c均可得到：
路徑共有6條（另外還可以有等溫、再等容，或等溫再等壓）
這就是理想氣體狀態(tài)方程。它說明：一定質量的理想氣體的壓強、體積的乘積與熱力學溫度的比值是一個常數(shù)。 （板書）
板書：1）狀態(tài)方程
2）條件 ：m一定的理想氣體
說明 ：P、V的單位統(tǒng)一，T為熱力學溫標
3、理想氣體狀態(tài)方程的應用
[ 例2 ]：對于一定質量理想氣體，下列說法正確的是： （ ）
10、
A、P減小，V增大，則T一定增大；
B、P增大，V減小，則T可能不變;
C、P不變，變小，T一定增大
D、P減小，V減小，則T一定減?。?
分析：此題中，對A、B、D的判斷是非常簡單的，直接利用PV/T＝C可以判斷，但對于如何變化卻不是很清楚，因此引導學生思考與m、v的關系，推導出 P/T＝C。此方程可以進一步拓展到M發(fā)生變化的情況，因為此時的代表了單位體積內(nèi)的質量。因此同樣可以用于變質量氣體。舉出實例：如熱氣球的升空。
[ 例3 ]：如何思考引入中湖內(nèi)水泡問題：
分析：解決此類問題，
11、首先要弄清楚研究對象，并正確分析物體初末狀態(tài)是關鍵。
初：P1＝P0+gh=2.0×105Pa，T1=273+17=290K ；
末：P2＝1.0×105Pa，T2=273+7=280K
由： 有 V2=1.93V1
因此，氣泡越來越大。
[ 例4 ]：如下圖所示，一右端封閉的U形管內(nèi)封閉了一段長為12cm的空氣，右邊管截面積是左邊開口管的2倍，且左邊管內(nèi)水銀高出右邊4cm，開始時處于溫度為27oC下，求當給右管加熱至溫度為57oC時，右邊空氣柱長為多少？（外界P0＝76cmHg）
分析：確定初末狀態(tài)是這題的難點，如何設置未知量更可以簡化計算，如此題可以設左邊水銀面右邊下降高度為
12、xcm,則左右水銀面高度差為3xcm.由此可以很清楚的確定物體初末狀態(tài)。
解：初：P1=76+4=80cmHg
V1=12 ×2S
T1=273+27＝300K
末：P2=80+3 x cmHg
V2=（12+ x) 2S
T2=273+57＝330K
由 X1=0.81cm，X2= - 39.5cm(舍)
則：L2=12.81cm
根據(jù)這道題，我們可以總結下用氣態(tài)方程解題一般步驟：
1、明確研究對象；
2、確定初、末狀態(tài)，有必要則畫出初末狀態(tài)的草圖；
3、列出初、末狀態(tài)參量；
4、列氣態(tài)方程
5、解方程
6、判斷解的合理性
作業(yè)：氣態(tài)方程（1）的練習
理想氣體狀態(tài)方程教學設計教案
