《壓縮氣體的應用》教學方案
一、教學任務分析
“壓縮氣體的應用”這節是這一章《分子和氣體定律》的最后一節的內容，是在學習了氣體的兩條實驗定律——玻意耳定律和查理定律后，應用兩條氣體的實驗定律解釋實際生活中的具體問題。
學習本節的知識需理解氣體的兩條實驗定律，即玻意耳定律和查理定律，理解氣體的體積和溫度發生變化時，氣體的壓強會隨之發生變化。一定質量的氣體，在溫度一定時，減小氣體的體積可以增加氣體的壓強；在體積一定時，升高溫度可以增加氣體的壓強。
本節教學中，首先通過一些生活中具體的實例引入壓縮氣體的概念，然后，讓學生動手實驗——“扁平塑料瓶實驗”，明白一定質量的氣體，保持溫度不變并減小其體積，就可以獲得壓縮氣體。通過對氣體實驗定律的復習，知道一定質量的氣體，當體積不變時，通過升高溫度的方法也可以獲得壓縮氣體。然后，再運用這一知識解釋大客車車門開關結構和宇航員的宇航服問題，以及解釋高壓鍋的問題。并指導學生動手制作沉浮子，體會和解釋潛水艇的工作原理。
本節教學中，從對壓縮氣體的實際運用，感悟科學、技術和社會發展之間的關系，體會從生活到物理，再從物理到生活的物理思想方法。
二、教學目標：
1、知識與技能：
（1）知道壓縮氣體，知道壓縮氣體在實際生活中有著非常廣泛的應用。
（2）知道獲得壓縮氣體的兩種方式：保持一定質量的氣體溫度不變，減小氣體的體積；保持一定質量的氣體體積不變，升高溫度，以獲得壓縮氣體。
2、過程與方法：
（1）通過對“扁平塑料瓶實驗”的分析和研究，明白一定質量的氣體，如果溫度不變，減小氣體的體積就能獲得壓縮氣體。
（2）通過氣體實驗定律的復習，明白一定質量氣體，如果體積不變，升高氣體的溫度就能獲得壓縮氣體。
（3）運用所學的氣體實驗定律，通過學生間的交流與討論，分析并解釋大客車車門的開關結構、宇航員的宇航服和沉浮子等生活實際現象中的物理原理。
3、情感、態度與價值觀：
（1）通過了解壓縮氣體在生活中非常普遍的運用，感悟科學、技術與社會發展之間的關系。￥資%源~網
（2）通過對生活實際中壓縮氣體的應用實例的分析和討論，激發學習興趣，體會從生活到物理，再從物理到生活的思想方法。
（3）通過實驗和討論，體會分工合作在實驗中的作用，增加合作意識。
三、教學重點和難點：
重點：
（1）了解壓縮氣體的獲得過程。
（2）了解壓縮氣體在實際生活中的應用，并能運用所學的知識解釋這些現象。
難點：綜合應用氣體的實驗定律來解釋生活實際中的壓縮氣體的應用問題。
四、教學資源：
器材：充滿氣體的氣球、底部刺孔的扁平塑料瓶、水、量筒、橡膠薄膜，小瓶
五、教學設計思路：
本設計的內容包括三個方面：一是通過實際例子提出壓縮氣體的概念，二是研究獲得壓縮氣體的兩種方法：對扁平塑料瓶的實驗研究，得到一定質量的氣體在溫度一定時，減小氣體體積可增加氣體的壓強；從氣體的實驗定律出發，得到要獲得壓縮氣體，也可使一定質量的氣體，在體積一定時，升高溫度，三是應用所學的知識解釋實際生活中壓縮氣體的問題。
本設計的基本思路是：從生活實際中的問題出發，激發學生的學習興趣，并提出壓縮氣體的概念，然后，從簡單的實驗著手，加上通過前兩節所學的氣體兩條實驗定律的復習得出獲得壓縮氣體的兩種方式：一定質量的氣體在溫度一定時，減小氣體體積可增加氣體的壓強；一定質量的氣體，在體積一定時，升高溫度也可得到壓縮氣體。再引導學生運用所學的氣體實驗定律解釋生活實際中壓縮氣體的問題。
本設計要突出的重點是：壓縮氣體的獲得以及壓縮氣體在實際生活中的應用。方法是讓學生自己動手做扁平塑料瓶的實驗和復習學過氣體的兩條實驗定律，將所學的知識與生活實際相結合，先討論得到獲得壓縮氣體的兩種方式，再例舉一些實際中壓縮氣體的應用實例，引導學生運用所學知識解釋實際的問題，再組織學生動手做沉浮子實驗，進一步體會所學的知識，加深對知識的理解。
本設計要突破的難點是：綜合應用氣體的實驗定律來解釋生活實際中的壓縮氣體的應用問題。方法是：先通過扁平塑料瓶實驗激發學生的學習興趣，引導學生從現象中找規律，再通過兩條氣體實驗定律的復習，加深對壓縮氣體的理解。再通過例舉學生熟悉的大客車車門、宇航服、高壓鍋以及潛水艇等問題，與學生共同討論壓縮氣體的問題。
本設計中通過學生動手實驗和復習學過的氣體實驗定律的知識兩個角度著手，研究壓縮氣體，并運用所學的知識解釋壓縮氣體在實際中的運用實例。通過學生動手實驗，可以激發學生學習興趣，感悟生活中的壓縮氣體的實際運用；通過學生的相互合作，共同討論，培養學生的合作意識，并學會將所學的物理知識運用到實際生活中。
完成本設計的內容需一課時。
六、教學流程
1、教學流程圖
2、流程圖說明
情景 例舉實例，展現圖片。展示生活中爆米花的圖片，體會壓縮氣體在實際生活中的運用，從而引入課題。
實驗1 擠壓充滿氣體的氣球，感悟到氣體體積越小，壓強越大，從而引入壓縮氣體的概念。
實驗2 扁平塑料瓶實驗，觀察蓋緊和打開瓶蓋兩種情況下，水流的情況，再從不同的方向擠壓塑料瓶，觀察水流的情況。從實驗中體會，一定質量的氣體，當溫度不變，減小氣體體積時，壓強增大，水流加快。
實驗3 動手制作沉浮子，體會壓縮氣體的應用，學會運用所學知識進一步解釋實際問題。
應用1 展示大客車的車門開關的原理圖，運用所學的知識解釋這一現象，體會壓縮氣體在實際中的一種應用。
應用2 觀察宇航員的宇航服在太空中的情況，討論、分析，如何將膨脹的宇航服體積減小。這一問題可以有不同的解決方法，從而進一步理解，獲得壓縮氣體不同途徑。
應用3 分析高壓鍋的工作原理。并通過具體的運算，體會升高溫度從而獲得壓縮氣體的方法。
3、教學主要環節 本設計可分為四個主要的教學環節。
第一環節，從學生身邊的實例出發，結合學生所熟悉的問題，引入壓縮氣體的概念。
第二環節，讓學生動手操作并觀察“扁平塑料瓶”實驗，體會獲得壓縮氣體的第一種方式，即一定質量的氣體在溫度一定時，減小氣體體積可增加氣體的壓強。再復習學過的氣體實驗定律，歸納得到一定質量的氣體，在體積一定時，升高溫度，也可得到壓縮氣體。
第三環節，應用所學的知識解釋實際生活中壓縮氣體的問題。
七、教案示例
1、引入課題
情景 展現一組生活實際中的爆米花的實例圖片（如圖所示）。
問題 大家看見過爆米花嗎？為什么最后“砰”的一聲巨響后可以把玉米爆成爆米花？
討論 學生猜測中的原因。
實驗1 展現一個充滿空氣的氣球，請學生用力擠壓，體會體積不斷減小時，手上感覺到壓力越來越大。
提出概念 像上面所舉的實例中可看出氣體溫度或體積改變時，氣體的壓強會隨之發生變化。我們把儲存在高壓容器中的氣體稱為壓縮氣體。
板書 D 壓縮氣體的應用
一、壓縮氣體：儲存在高壓容器中的氣體。
啟發 今天，我們就先來討論，如何獲得壓縮氣體。請大家根據學過的知識，提出獲得壓縮氣體的方法。
2、壓縮氣體的獲得
（一）通過減小氣體體積從而得到壓縮氣體
實驗2 “扁平塑料瓶實驗”——將扁平塑料瓶底部的四面用針對稱地刺幾個小孔，灌入大半瓶水。
實驗分兩步完成：
（1）擰緊瓶蓋，觀察現象；打開瓶蓋在觀察現象。
現象 蓋緊瓶蓋，水流出少部分后不會再流出，打開瓶蓋，水流出。
（2）從不同方向擠壓瓶蓋，觀察所發生的現象。
現象 從扁平的一側擠壓瓶子，水會流出；從窄的一側擠壓瓶子，水不會流出。
討論并分析實驗中包含的物理原理
（1）蓋緊瓶蓋，流走部分水，氣體體積增加，根據玻意耳定律，瓶內氣體的壓強減小，比外界大氣壓小，故水不會再流出。打開瓶蓋，水上方和下方均為與大氣相通，壓強相等，水由于重力作用而流走。
（2）蓋緊瓶蓋后，瓶內氣體質量一定，從扁平一側擠壓瓶子，氣體體積減小，根據玻意耳定律，瓶內氣體的壓強增大，大于大氣壓，故水會流出。而從窄的一側擠壓瓶子，將會使氣體體積增大，同樣根據玻意耳定律，氣體壓強將減小，所以水不會流出。
結論1 （板書結論）二、壓縮氣體的獲得：
1．一定質量的氣體在溫度一定時，減小氣體體積可增加氣體的壓強，從而獲得壓縮氣體。
（二）通過升高溫度從而獲得壓縮氣體
啟發 運用我們學過的氣體的實驗定律思考一下，還有什么方法可以得到壓縮氣體？
復習氣體實驗定律 查理定律：一定質量的氣體，在體積一定時，壓強與熱力學溫度成正比。
結論2 （板書結論）2．一定質量的氣體，在體積一定時，升高溫度，氣體的壓強增大，也可獲得壓縮氣體。
3．運用所學知識分析實際問題：
引入問題的分析 米為什么能爆成爆米花？
學生討論并解釋 根據查理定律，空氣受熱后，壓強增大，打開蓋子瞬間，由于內部壓強遠大于外界大氣壓，米就被炸開了，成了爆米花。
應用1 公交車的車門開關就是應用壓縮氣體來工作的，車門是如何被打開和關閉的？請同學們觀察圖片加以解釋。
引導學生邊觀察圖片邊分析
開門：售票員或司機向右拉動電磁控制閥，壓縮氣體從總進氣管進入氣缸的左側，壓縮氣體壓強較大，向右推動活塞，通過傳動機構，門就被打開。
關門：售票員或司機向左拉動電磁控制閥，壓縮氣體從總進氣管進入氣缸的右側，壓縮氣體壓強較大，向左推動活塞，通過傳動機構，門就被關閉打開。
應用2 1965年3月18日，蘇聯宇航員列昂諾夫離開“上升二號”飛船密閉艙，系者安全帶第一次實現了人類到茫茫太空中行走的夢想。但在返回飛船時卻遇到了意想不到的困難，因為太空幾乎為真空，他的宇航服有些向外膨脹，很難從密封艙的接口處鉆回艙內。試估計宇航員在太空行走時每平方米宇航服上所承受的壓力。他應用什么方法可以安全地回到密封艙內？
引導學生思考
（1）由于宇航服內部的氣體必須是大氣壓，而外界是真空，壓強幾乎為零。所以每平方米上的氣體壓強就是大氣壓強。
解： F=p0S=1.0×105Pa×12=1.0×105N
（2）可采取的方法（引導學生應用前面所講的兩種方法著手解決這一問題）
①根據查理定律，降低宇航服內氣體的溫度，從而減少內部氣體的壓強，使宇航員回密閉艙。
②排出一些宇航服內的氣體，從而減少內部氣體的壓強，使宇航員回密閉艙。（但此舉很危險）
應用3 高壓鍋有很好的密封性，基本上不漏氣。鍋蓋中間有一個排氣閥，上面套有類似砝碼的限壓閥，將排氣孔堵住。當加熱高壓鍋，鍋內氣體壓強增加到一定程度時，氣體就能把限壓閥頂起來，部分蒸汽即從排氣孔排出鍋外。已知某高壓鍋的限壓閥質量是0.1g，排氣孔直徑為0.3c，則鍋內氣體的壓強最大可達多少？已知每增加3.5×103Pa，水的沸點相應增加1℃，則這只高壓鍋內能達到的最高溫度是多少？（g取10/s2）
分析 什么時候氣體把限壓閥頂起來？只有當內部氣體的壓力和外部氣體的壓力之差剛好等于限壓閥的重力時，才把限壓閥頂起來。
解答 pS-p0S=g
p= p0+ = p0+
=(1.013×105+ )Pa
≈2.428×105 Pa
由于水的沸點每升高1℃，氣體壓強增加3.5×103Pa，，所以高壓鍋內氣體溫度最多能達到的值為t：
t=100℃+ ℃
=140℃
實驗3 潛水艇是怎樣完成潛入水中和浮起來的工作的呢？我們先來做一個小實驗，請大家仔細觀察并解釋其中的原因。
在一個量筒內放入大半筒水，里面放入一個倒置的小瓶，小瓶內留有大約一半水，使其能剛好浮出水面；再用橡膠薄膜把量筒口密封，如圖所示。當用力擠壓橡膠薄膜時，觀察所發生的現象，并加以解釋。
學生觀察現象并做出解釋 當用力擠壓橡膠薄膜時，根據玻意耳定律，量筒內氣體壓強增大，將水壓入小瓶內，小瓶內排開氣體的體積減小，所受浮力減小，所以小瓶就下沉。撤去外力時，量筒內氣體壓強恢復，小瓶內氣體被排出，浮力增加，小瓶又浮出水面。
潛水艇的工作原理與此次相仿，請同學們回去自己查找相關資料，大家互相交流一下。
4．課堂小結：
通過本節課的學習，我們復習了氣體的兩條實驗定律，即玻意耳定律和查理定律，知道了獲得壓縮氣體的兩種方式：一定質量的氣體在溫度一定時，減小氣體體積可增加氣體的壓強，從而獲得壓縮氣體；一定質量的氣體，在體積一定時，升高溫度，氣體的壓強增大，也可獲得壓縮氣體。并且，我們還通過對一些生活、科技中壓縮氣體的實例研究，學會了運用氣體的實驗定律解釋實際問題，并能進行定量運算。
5．課后作業：
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