8.3理想气体的状态方程 优秀教案优秀教学设计 高中物理选修3-3 (1)

3 理想气体的状态方程
一、教学目标
1、知识与技能：
（1）理解“理想气体”的概念。

（2）掌握运用玻意耳定律和查理定律推导理想气体状态方程的过程，熟记理想气体状态方程的数学表达式，并能正确运用理想气体状态方程解答有关简单问题。

2、过程与方法
通过推导理想气体状态方程，培养学生严密的逻辑思维能力。

3、情感态度价值观：
培养分析问题、解决问题的能力及综合的所学知识面解决实际问题的能力。

二、重点、难点分析
1、理想气体的状态方程是本节课的重点，因为它不仅是本节课的核心内容，还是中学阶段解答气体问题所遵循的最重要的规律之一。

2、对“理想气体”这一概念的理解是本节课的一个难点，因为这一概念对中学生来讲十分抽象，而且在本节只能从宏观现象对“理想气体”给出初步概念定义，只有到后两节从微观的气体分子动理论方面才能对“理想气体”给予进一步的论述。

另外在推导气体状态方程的过程中用状态参量来表示气体状态的变化也很抽象，学生理解上也有一定难度。

三、导学流程
前置复习：复述三个实验定律的内容。

并在作出它们在p-v、p-t、v-t中的图象。

(一)理想所体
1.阅读教材，写出理想气体的定义。

理想气体：
2.说明：
①理想气体是严格遵守所体实验定律的气体，是理想化模型，是对实际气体的科学抽象。

②实际气体特别是那些不易液化的气体，如氢、氧气、氮气、氦气等，在的情况下
可看作理想气体。

③微观模型：
Ⅰ.体分子本身大小与分子间的距离相比可以忽略不计；
Ⅱ.分子限、除碰撞外没有其它作用力，即不存在相互的引力和斥力；
Ⅲ.以理想气体的分子势能为零，理想气体的内能等于分子的总动能，即由气体的 物质的量和温度来决定。

（二）理想气体的状态方程
1.问题探究：理想气体的状态方程
⑴提出问题：前面的三个实验定律都是对一定质量的气体在某一个量不变的情况下研究另外两个量的的变化，那么这三个量都变化时三个量之间满足什么样的关系呢？
问题的表述：一定质量的气体由状态1（P 1,V 1,t 1）变化到状态2（P 2,V 2,t 2）,那么与之间遵从的数学关系式如何?
⑵解决方案(学生间相互讨论提出自己的办法并推导)
⑶推导过程:
思路点拨(同学思考后再参考)
【思路1】:“二步法”。

即设想一定质量的气体，先由状态1（P 1,V 1,t 1）变化到状态C （P c ,V c ,t c ）（控制某一个量不变），再变化到状态2（P 2,V 2,t 2）。

然后再消去C 的状态量。

【思路2】:前面已经由实验得到，一定质量的气体，当温度T 一定时，压强P ∝1V （玻义耳定律），当体积V 一定时，P ∝T （查理定律）
所以，一般情况下P ∝T V , 改成等式 =P C V
, 亦即 PV C T =（定值） 就是说，一定质量的气体的
PV T 的值为定值。

若从状态1(P 1，V 1，T 1)变到状态2(P 2，V 2，T 2)，则应满足112212
PV PV T T =。

这是方便常用的形式。

⑷结论：理想气体的状态方程的表达式：
112212
PV PV T T 2.讨论：理想气体状态方程与实验定律 ⑴.由状态方程知，当P 一定时可得 这就是 定律。

⑵.由状态方程知，当V 一定时可得 这就是 定律。

⑶.由状态方程知，当T 一定时可得 这就是 定律。

自学拓展
热力学第一定律在理想气体等值变化过程中的应用
1．理想气体的内能
理想气体的分子间作用力为零，分子势能为零，所以理想气体的内能等于分子动能．那么决定一定质量的某种理想气体的内能的宏观标志是什么？
温度T
2．几个等值变化过程
（1）绝热过程．
绝热一般指封闭气体的材料绝热或过程完成得迅速，此过程的特点是热量Q =0，那么同学们可以讨论当一个绝热气缸内的气体向外膨胀的过程中，气体的内能如何变化？气体的温度如何变化？
当一个绝热气缸内的气体向外膨胀的过程中，气体的体积变大，气体对外做功，又因为是绝热过程，气体既不吸热也不向外界放热，根据热力学第一定律，其内能减小，气体的温度降低．
（2）等温过程．
等温过程中气体的温度保持不变，所以其内能不变．那么当一定质量的理想气体的压强增大，系统是吸热还是放热？
因为是等温过程，所以系统的内能不变；根据玻-马定律，当气体压强增大时，气体的体积变小，外界对气体做功；根据热力学第一定律，系统向外界放热．
（3）等容过程．
等容过程的特点是什么？那么当一定质量的理想气体的压强增大，系统是吸热还是放热？ 体积不变，所以做功W =0；根据查理定律，气体的压强增大，则温度升高，内能变大；根据热力学第一定律，系统从外界吸热．
（4）等压过程．
等压过程的特点是什么？那么当一定质量的理想气体的体积增大，系统是吸热还是放热？压强不变，所以体积增大时的温度一定是升高的，故气体对外做功同时内能增加，可知一定从外界吸收热量。