2.2 气体的等温变化 教学设计 -2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

课 题 气体的等温变化 教材版本 人教版选择性必修三 教 学 对 象 高二年级学生 本课堂使用的信息化教学环境： 多媒体教学环境 混合学习环境 智慧教学环境 其他 本堂课的设计、教学应用的信 息技术与那些微能力点相关 1 技术支持的学情分析 2 教育资源获取与评价 3 演示文稿设计与制作 5 技术支持的课堂导入 6 技术支持的课堂讲授 7 技术支持的总结提升 应用信息技术教学的创新点 利用【班级管理】大师随机抽取学生回答问题. 使用【手机投屏】展示学生作业情况,使用【思维导图】帮 助学生总结知识点. 课标解读、教材分析 1. 课标内容及解读 2. 学业要求 2. 教材内容分析 《气体的等温变化》是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》选择性必 修第3册“ 固体、液体和气体 ”主题下的内容。课程标准要求为：通过实验，了解气体定律 。知道理想气体模型。能用分子动理论和统计观点解释气体压强和气体实验定律。《普通 高中物理课程标准(2017年版)解读》对课程标准的解读为：本条目要求学生通过实验，学 习气体的玻意耳定律、查理定理、盖-吕萨克定律。要求学生能够用分子动理论和统计观点 定性地解释气体的三个实验定律。要知道理想气体模型，不能仅仅停留在知道什么是理想 气体，而应该体会到物理模型的构建在解决物理问题中的重要意义。 上一节学习了用体积、压强和温度三个物理参量描述气体状态的基础上，进一步研究一 定质量的气体在温度保持不变时，气体压强和体积的关系。本节课包含两部分内容：一是探 究气体等温变化规律的实验；二是玻意耳定律。从课程标准要求来看“通过实验，了解气体 定律 ”说明实验探究是本节课的重点，教材编写围绕“实验思路 ”“物理量的测量”“数据 分析 ”等问题展开，实验探究分为定性分析和定量探究两个过程，教学中要注重创设情境、 控制实验条件，定量测量实验数据，用图像处理数据、分析数据，得出结论。 二、知识结构图 三、主题与课时 一级主题 气体、固体和液体 二级主题 课时安排 一级主题 主题一：温度和温标 主题二：气体的等温变化 主题三：气体的等压变化 和等容变化 主题四：固体 主题五：液体 1 气体、固体和 液体 1 2 1 1 单元学情分析 一、学习基础 1、知识基础 主题 知识点 重力与弹力 重力的方向、重心、弹力 摩檫力 摩檫力产生的条件、摩檫力的大小和方向 牛顿第三定律 作用力与反作用力 力的合成与分解 合力与分力、平行四边形定则 共点力的平衡 平衡状态 2、思维基础 对生活中有趣的现象表现出极大的好奇心和求知欲， 但缺少用心观察生活的 意识。力与运 动观念深入，对新板块知识的出现表现出一定的畏难心理。高中学生喜爱动手操作， 忽视 对数据的分析， 科学探究能力不强， 要注重对学生薄弱处的提升。历经初中两年及必修一 前两章的物理学习，学生已对物理学研究 3、实验基础 学生了解实验数据常用图像或表格处理，分析得到规律。在研究加速度和质量的关系，为验证 加速度与质量是否成反比，可绘制a- 图像，研究p和V的关系采用类似方法，绘制p- 验证p 和V是否成反比，教学时注意对数据处理方法的引导，让学生分析实验数据，得到实验结论。 中学生喜爱动手操作，忽视对数据的分析，科学探究能力不强，要注重对学生薄弱处的提升。 二、学习路径及方法 路径：科学小实验引入， 概念学习，深入理解 实验探究，加强定性认识定量研究 提升能力。 方法：观察法 定性实验 定量实验 归纳总结法练习巩固法 单元学习目标 物理观念： 1分子动理论：了解分子动理论的基本观点及其相关实验证据；能说出分子大小的数量级； 能举例说明分子间的作用力与分子间距离的关系； 2固体微观结构：了解晶体和非晶体的特点；能列举生活中晶体和非晶体的实例； 3理想气体状态方程：能简述理想气体模型；能说出实际气体可看作理想气体的条件。 科学思维： 1模型建构与科学推理：能在熟悉的问题情境中应用所学的物理模型； 2能对比较简单的物理问题进行分析和推理，获得结论； 3统计观点：能简述分子运动速率分布的统计规律；能描述“伽尔顿板 ”实验，知道模拟实验 在物理研究中的作用。 科学探究： 1实验操作与数据分析：会“用油膜法估测油酸分子的大小 ”； 2能简述实验目的、原理和器材；会操作形成单层分子油膜；会估测单层分子油膜的面积；能 用实验数据计算分子直径； 3能撰写规范的实验报告。 科学态度与责任：了解材料科学的有关知识及应用，体会科学发展对人类生活和社会发展的 影响，认识到人类在合理利用资源、促进可持续发展方面的责任。 课时学习设计 主题： 气体的等温变化 学习目标 物理观念： （1）知道玻意耳定律的内容； （2）通过实验得出玻意耳定律并掌握定律的内容及公式； （3）具有将玻意耳定律与实际相联系的意识。 科学思维： （1) 数据处理过程中利用转化思想确定气体等温变化规律； (2)在简单的情境中用玻意耳定律推理分析实际问题。 科学探究： (1)通过与他人合作交流经历探究实验过程探究物理规律 (2）在实验设计和数据处理过程中，学习用图像对实验数据进行处理与分析，最终得出 实验结论学会，体验科学探究过程。 科学态度与责任： （1）通过表格与图像对实验数据进行处理与分析，培养实事求是的科学态度，激发探索科学 的兴趣。 （2) 在真实情境中提高学生综合运用知识来分析和解决实际问题的能力 重点难点分析 重点：通过实验自主探究，进行数据处理与分析阐述实验结果，得出玻意耳定律的内容。 难点：了解玻意耳定律的实际应用，理解等温曲线图的物理意义。 教学策略 根据以上分析， 针对气体的等温变化的教学策略，以下是一些有效的教学方法和策略： 1教学方法多样化：采用讲授法、实验探究法、启发式教学、小组合作法等多种教学方法； 2实验器材创新：使用创新自制教具，分别从定性和定量去研究“气体等温变化实验 ”，提高 实验的可操作性和效果； 3多媒体辅助教学：由于本节内容涉及实验，采用多媒体辅助教学，提高教学效果； 4 自学与引导相结合：让学生在课前自学相关章节，并准备好笔记、问题和疑惑，课堂上通 过引导学生完成填空题来加深对知识点的理解。 实验教具及媒体 装有希沃白板的一体机 、 希沃交互课件、短视频、图片等 教学过程 教学环节和教学内容 教师活动 学生活动 设计意图 【创设情景导入新课】 1 吹气球比赛 两个气球套紧在矿泉 水瓶上，一个瓶始终 与大气相连，另一个 密封不与大气相连。 【感知物理】 活动 1：展示两个装有气球 的矿泉水瓶，介绍比赛规则 , 请一位体型较大的男生和 体型较小的女生参加吹气球 比赛。 【悟理求知】 思考这两两个情境背后包 含了 什么样的物理知识？ 【感知物理】 体型较大男生吹封口的气球， 体型较小的女生吹不封口的气 球。 其他同学观察，看谁吹得快， 吹得大。 【体验物理】 学生观察到男生气球吹的比女 生小而且更费力，觉得不可思 议。 【悟理求知】 思考：通过学生对视频的观察 和实验的体验，初步认识气体 的压强，温度和体积三个参量 。并认识到气球会爆炸，上升 过程温度、压强、体积都会变 化。 通过游戏的形式激 发学生的学习兴趣 。男生吹气球中遇 到的困难成为学生 急待解决的问题使 学生产生探究欲望 2 播放视频 “在庆典活 动中放飞的气球 ” 【感知物理】 活动 2：组织学生认真观看 视 频“在庆典活动中放 飞的气球 ”。 【悟理求知】 思考这两两个情境背后包 含了 什么样的物理知识？ 【体验物理】 学生认真观看视频：感受物理 的魅力。 播放视频，将课本 “ 问题栏目的情境 视频化 ”能化抽 象为具象，激发兴 趣，促思维聚焦。 【基于情境，提出问题】 教师活动： 问1：对于一定的封闭 气体，当压强、体积、 温 度有一个改变时， 其他参量会发生变化吗 ? 问2：如果我们想研究 这三个状态参量之间的 关系，应该采用什么样 的方法？ 【思考并回答】 小组内分析讨论，小组间进行 交流。 气球会爆炸，上升过程温度、 压强、体积都会变化 控制变量法 以气体升空额问题 情境，启发学生关 注气体状态变化以 及状态参量之间的 关系， 明确探究方 向。学生得出控制 变量法 学科网（北京）股份有限公司 【学生实验，定性感受】 定性探究 1： 教师请两位同学 ， 引 导对气体等温变化的 定性感受 定性探究 2： 定性探究 3： 【材料准备】 老师提前准备瑜伽球， 带到教师，请两名学生 上讲台表演 【问题呈现】 教师提问： 问1：请小组代表说出现 象以及猜测 P、V 之间 有怎样的定性关系？ 问2：如何探究 P、V 之 间的定量关系？ 问3：实验原理是什么？ 问4：实验需要测量哪 些物理量？ 问5：需要什么样的器材 ? 问6：如何设计表格记录 数据？ 讨论交流教师做好问题引 导 ，让学生抓住问题的本 质。 【定性探究】 探究1： 一位同学感受健身球表面硬 度的变化，一位同学对健身 球进行挤压。同学描述健身 球硬度的变化其他同学观察 , 进而得出结论：质量一定 , 温度一定的气体，体积越 小，压强越大 探究2： 向上移动右管，左管封闭 气体压强增大， 体积减小 。向下移动右 管，左管气 体压强减小，体积增大。 探究3：将针筒的细口堵上 , 用力向里压柱塞，越往 里压会有什么感觉？ 采用预测、观察、 解释的教学策略， 引导学生定性感受 , 收集证据，推理 得到初步结论，培 养学生科学推理能 力和证据意识。 定性理解物理中对 于一定质量的气体 P、V、T三者之间 的关系，体会物理 观念的形成过程。 【定量研究】 【实验思路】： 任务一、实验方案设计 1.教师展示问题与实验器 材 ，布置任务： 自主阅 读教材 ， 设计初步实验 方案。 实验装置如下：带有体 积刻度的注射器，压强 传感器， 数据采集器， 笔记本电脑 展示问题： （1）实验中的研究对 象是什么？ （2）如何控制气体的温 度 T 保持不变？ 教师总结： ①改变气体体积时，要 缓慢进行，等稳定 后 再读出气体压强，以防 止气体体积变化 太快 , 也不要用手接触注射 器的圆筒，以 防止圆 筒从手上吸收热量，气 体的温度发生变化； ②实验中应保持气体的 质量不变，故实验 前应在柱塞上涂好润滑 油，以免漏气； ③本实验读体积时注意 视线一定要与柱塞 底面相平。 【讨论交流】 （1）学生先独立思考，然 后分组 讨论交流。 （2）组织小组讨论，补 充交流。 【达成共识】 研究对象为 一段封闭空气柱 , 可以缓慢的推注射器使温度 不变 通过阅读教材自主 设计实验方案，发 散学生的思维，培 养学生实验方案设 计的能力 注射器的使用注意事 项 （1）连接传感器之前，抽入 20mL的气体； （2）实验时不要用手去摸气 体部分； （3）推拉要缓慢； （4）读数时眼睛要平视，用 左边这条黑线读 【思考总结】 讲解注射器的使用 注意事项，便于实 验操作。 【定量研究】 【实验操作】 ： 学生分 组开始实验 （1）将电脑、压强传 感器、注射器进行连接 ; （2）打开“WCY专用软 件 ”中的 “气体压强 与体积的关系 ”。 （3）点击“开始记录 ” , 抽入20mL的气体， 压到10点击点采数据， 拉回15点击点采数据， 然后20、25、30、35、 40分别点采数据 （4）点击 “p-V绘图 ”, 点击“ 曲线拟合 ” 。 【学生采集数据】 数据示例： 次数 1 2 3 4 5 压强 3 2 2 1 1 (×105 . . . . . Pa) 0 5 0 5 0 体积 (L) 1 . 3 1 . 6 2 . 0 2 . 7 4 . 0 经历科学探究过程 , 培养学生小组合 作的能力。让学生 体验科学探究的一 般过程，发展学生 科学探究能力。 【定量研究】 【处理数据】 指导学生拟合曲线 思考：该图象是否可以 说明p与V成反比？ 点击 “p-V绘图” ，点击“ 曲线拟 合”。 设置压强与体积的坐标， 尝试反比拟合。 设置压强与体积倒数的坐 标，尝试线性拟合。 学生发现： P-V图像 拟 合 后 跟 反 比 很相似，但为了验 证两者 是否为反比关系，需借助 之 前探 究加 速度 与 质 量关系的方法， 即“化曲 为直 ”， 建 立 P-V-1的 图 像。 最后能够从科学严 谨的态度出发，实 事求是分析图像产 生误差的原因，得 出结论提高科学推 理与论证的能力。 【定量研究】 【实验结论】 根据实验结果，得出实验 结论，并小组讨论，得出 波义耳定律的内容 波意耳定律： 1、文字表述：一定 质量某种气体，在温度不 变的情况下，压强p与体 积V成反比. 2、公式表述：pV=C( 常数 ) 或p1V1=p2V2 3、适用范围：温度 不太低，压强不太大 P—V 图（等温线） 1. P-V 图：一定质量的理 想气体，在温度不变的情 况下 P 与 V 成反比，因此 P-V 图像的形状为双曲线 的一支。它描述的是温度 不变时的 p --V 关系，称 为等温线。 面积：S=PV=C=nRT 对一定质量的某种气体， 温度不变,C 不变；温度越 高，C 越大 特点： （1）每条等温线上气体各 状态温度相同； （2）温度越高等温线离坐 标轴或原点越远 （T1<T2 ）； （3）一定质量的气体，不 同温度下的等温线是不同 的。 思考与讨论： 在这个实验中，根据实 验数据做出p-1/V函数 图像为直线，但可能不 通过坐标原点。为什么 ? 不过原点，说明压强P 与体积的倒数1/V是一 次函数关系；还可能是 实验中存在误差，导致 直线不过坐标原点。 【达成共识】 学生根据实验总结：一定质 量的某种气体，在温度不变 的情况下，压强p与体积V成 反比。 【拓展延伸】老师讲解等温线 加深学生对新知 识点的理解，强 化记忆。 从语言描述， 数学表达式、 图像三个角度 理解波意耳定 律，通过问题 情境引发学生 对等温线的进 一步认识，确 定等温线温度 的判断方法， 总结归纳。 【回归课前小实验】 问题1： 解决课前比赛男生吹气 球中遇到的困难. 追问：气球增加非常的 小，真的造成了很大的 困难吗？ 【小组讨论】小组先讨论问 题，然后请代表回答问题 比赛中女生的瓶子始终与大气 相连，男生的瓶子密封不与大 气相连。进而引导学生利用所 学知识定性分析男生吹气球中 遇到的困难 利用所学知识 解决课前问题 , 培养学生理 论联系实际的 意识。让同学 们应用刚刚得 到的结论，有 助于帮助他们 对公式物理意 义的理解，感 受到生活中处 处是物理 【课堂巩固】 波意耳定律的应用 (多选)下列图中，p表示压强，V表示体积，T为热力学温度 , 各图中正确描述一定质量的气体是等温变化的是( ) 解析：气体的等温变化指的是一定质量的气体在温度不变的 情况下，气体压强与体积成反比，BC正确，D错误；温度不 变，A正确。 对学生的所得结论 进行评价 总结利用玻意耳定 律解决问题的思路 课堂总结 板书设计 教学预判与反思 1.教学目标的达成情况：预计所有学生都理解了等温变化的基本概念，包括理想气体定律和 等温过程中压力、体积、温度之间的关系；部分学生能够应用这些概念解决实际问题。少部 分学生仍然不能应用这些概念解决实际问题。 2.教学内容的适宜性：所选的教学内容是适合学生的认知水平和先前知识； 3.教学方法的有效性：实验培养学生探究基础能力，但实验设计与误差深入分析能力薄弱， 自主设计思考不足。 4.所采用的教学方法（讲授法、实验法、讨论法）能有效促进了学生的学习：应用讲解虽让 学生了解知识重要性，可安全规范与社会责任探讨欠缺。 5.学生参与度：学生在课堂上的参与情况较好，有少部分学生表现出不感兴趣或难以跟上 的情况。 6.改进：可以引入更多的互动式或探究式学习活动，以提高学生的参与度和兴趣 作业设计 完成课后作业单 教学评价设计 课堂表现评价 1.评价主体：学生和老师 2 .评价内容：对学生的课堂参与程度、认真程度、学习主动性等维度进行评价，关注过程性评价 3.评价方式：师评、 自评、 同伴互评 4.评价标准：评价量表 学生课堂表现评价量表 项目 A 级（5 分） B 级（3 分） C 级（1 分） 自 评 同学 评价 师 评 认真 上课全程认真听 讲，作业认真，参 与讨论态度认真 上课能认真听讲，作业 依时完成，有参与讨论 上课无心听讲，作业欠 交，极少参与讨论 积极 积极举手发言，积 极参与讨论与交 流，大量搜查课外 拓展资料 能举手交流，有参与讨 论，有查找课外拓展资 料 很少举手，很少参与讨 论，没有自主拓展学习 自信 大胆提出和别人 不同的问题，大胆 尝试并表达自己 的想法 有提出自己的不同看 法，并做出尝试 不敢提出和别人不同 的问题，没有尝试表达 自己的想法 主动性 能够根据教师的 课后学习要求主 动进行归纳拓展 能够根据教师的要认 真完整归纳总结 不能够根据教师的课 后学习要求完成归纳 总结 思维的 条理性 能有条理表达自 己的意见，解决问 题的过程清楚，回 答问题条理清晰 能表达自己的意见和 解决问题，但条理性差 些 不能清晰地表达自己 的意见，解决问题的过 程含糊不清， 回答问题 没有条例，语言混乱 思维的 创造性 具有创造性思维 能用不同的方法 解决问题，独立思 考 能用老师提供的方法 解决问题，有一定的思 考能力和创造力 思考能力差，缺乏创造 性，不能独立思考 小组协作 能积极参与小组 协作，提出有见解 性的意见和观点 较积极参与小组协作， 偶尔提出有见解性的 意见和观点 参与小组协作时表现 得很被动、不活跃，且 不爱发表意见 总分 我对自己 的评语 同学评语 教师的话 学生作业评价 1. 评价主体：学生 2. 评价内容：通过对学生的课后题单进行评价 3. 评价方式：学生自评、师评 4. 评价标准：评价量表 学生作业评价量表 项目 A 级（5 分） B 级（3 分） C 级（ 1 分） 自评 师评 完成情况 能按时完成作业并上交 完成了作业但是没有 按时上交作业 没有完成作业 作业质量 根据所学内容能很好地 列出了一个与自己学习 生活相关的学习小计 划，且条目清晰 根据所学内容能较好 地 列出 了 一 个 与 自 己 学 习 生 活 相 关 的 学习 小计划，且条目较清晰 不能根据所学内 容完整列出了一 个 与 自 己 学习 生 活 相 关 的 学习 小 计划，且条目混乱 自学能力 在教师要求之外，还进 行其他作业的巩固训练 完成了教师的要求，但 没有涵盖其他功能 不能完成教师的 要求 思维的条理 性 作业回答得有条理，意 见表述清晰，解决问题 的过程清楚 作业回答中能表达自 己的意见和解决问题， 但条理性差些 不能清晰地表达 自己的意见，，回 答问题没有条例、 逻辑混乱 思维的创造 性 具有创造性思维，能用 不同的方法解决问题， 独立思考 能用老师提供的方法 解决问题，有一定的思 考能力和创造力 思考能力差，缺乏 创造性，不能独立 思考 总分 我对自己的评语 教师的话 $$