第六章 D 压缩气体的应用
一、教学任务分析
“压缩气体的应用”这节是这一章《分子和气体定律》的最后一节的内容，是在学习了气体的两条实验定律――玻意耳定律和查理定律后，应用两条气体的实验定律解释实际生活中的具体问题。
学习本节的知识需理解气体的两条实验定律，即玻意耳定律和查理定律，理解气体的体积和温度发生变化时，气体的压强会随之发生变化。一定质量的气体，在温度一定时，减小气体的体积可以增加气体的压强；在体积一定时，升高温度可以增加气体的压强。
本节教学中，首先通过一些生活中具体的实例引入压缩气体的概念，然后，让学生动手实验――“扁平塑料瓶实验”，明白一定质量的气体，保持温度不变并减小其体积，就可以获得压缩气体。通过对气体实验定律的复习，知道一定质量的气体，当体积不变时，通过升高温度的方法也可以获得压缩气体。然后，再运用这一知识解释大客车车门开关结构和宇航员的宇航服问题，以及解释高压锅的问题。并指导学生动手制作沉浮子，体会和解释潜水艇的工作原理。
本节教学中，从对压缩气体的实际运用，感悟科学、技术和社会发展之间的关系，体会从生活到物理，再从物理到生活的物理思想方法。
二、教学目标：
1、知识与技能：
（1）知道压缩气体，知道压缩气体在实际生活中有着非常广泛的应用。
（2）知道获得压缩气体的两种方式：保持一定质量的气体温度不变，减小气体的体积；保持一定质量的气体体积不变，升高温度，以获得压缩气体。
2、过程与方法：
（1）通过对“扁平塑料瓶实验”的分析和研究，明白一定质量的气体，如果温度不变，减小气体的体积就能获得压缩气体。
（2）通过气体实验定律的复习，明白一定质量气体，如果体积不变，升高气体的温度就能获得压缩气体。
（3）运用所学的气体实验定律，通过学生间的交流与讨论，分析并解释大客车车门的开关结构、宇航员的宇航服和沉浮子等生活实际现象中的物理原理。
3、情感、态度与价值观：
（1）通过了解压缩气体在生活中非常普遍的运用，感悟科学、技术与社会发展之间的关系。￥资%源~网
（2）通过对生活实际中压缩气体的应用实例的分析和讨论，激发学习兴趣，体会从生活到物理，再从物理到生活的思想方法。
（3）通过实验和讨论，体会分工合作在实验中的作用，增加合作意识。
三、教学重点和难点：
重点：
（1）了解压缩气体的获得过程。
（2）了解压缩气体在实际生活中的应用，并能运用所学的知识解释这些现象。
难点：综合应用气体的实验定律来解释生活实际中的压缩气体的应用问题。
四、教学资源：
器材：充满气体的气球、底部刺孔的扁平塑料瓶、水、量筒、橡胶薄膜，小瓶
五、教学设计思路：
本设计的内容包括三个方面：一是通过实际例子提出压缩气体的概念，二是研究获得压缩气体的两种方法：对扁平塑料瓶的实验研究，得到一定质量的气体在温度一定时，减小气体体积可增加气体的压强；从气体的实验定律出发，得到要获得压缩气体，也可使一定质量的气体，在体积一定时，升高温度，三是应用所学的知识解释实际生活中压缩气体的问题。
本设计的基本思路是：从生活实际中的问题出发，激发学生的学习兴趣，并提出压缩气体的概念，然后，从简单的实验着手，加上通过前两节所学的气体两条实验定律的复习得出获得压缩气体的两种方式：一定质量的气体在温度一定时，减小气体体积可增加气体的压强；一定质量的气体，在体积一定时，升高温度也可得到压缩气体。再引导学生运用所学的气体实验定律解释生活实际中压缩气体的问题。
本设计要突出的重点是：压缩气体的获得以及压缩气体在实际生活中的应用。方法是让学生自己动手做扁平塑料瓶的实验和复习学过气体的两条实验定律，将所学的知识与生活实际相结合，先讨论得到获得压缩气体的两种方式，再例举一些实际中压缩气体的应用实例，引导学生运用所学知识解释实际的问题，再组织学生动手做沉浮子实验，进一步体会所学的知识，加深对知识的理解。
本设计要突破的难点是：综合应用气体的实验定律来解释生活实际中的压缩气体的应用问题。方法是：先通过扁平塑料瓶实验激发学生的学习兴趣，引导学生从现象中找规律，再通过两条气体实验定律的复习，加深对压缩气体的理解。再通过例举学生熟悉的大客车车门、宇航服、高压锅以及潜水艇等问题，与学生共同讨论压缩气体的问题。
本设计中通过学生动手实验和复习学过的气体实验定律的知识两个角度着手，研究压缩气体，并运用所学的知识解释压缩气体在实际中的运用实例。通过学生动手实验，可以激发学生学习兴趣，感悟生活中的压缩气体的实际运用；通过学生的相互合作，共同讨论，培养学生的合作意识，并学会将所学的物理知识运用到实际生活中。
完成本设计的内容需一课时。
六、教学流程
1、教学流程图
2、流程图说明
情景 例举实例，展现图片。展示生活中爆米花的图片，体会压缩气体在实际生活中的运用，从而引入课题。
实验1 挤压充满气体的气球，感悟到气体体积越小，压强越大，从而引入压缩气体的概念。
实验2 扁平塑料瓶实验，观察盖紧和打开瓶盖两种情况下，水流的情况，再从不同的方向挤压塑料瓶，观察水流的情况。从实验中体会，一定质量的气体，当温度不变，减小气体体积时，压强增大，水流加快。
实验3 动手制作沉浮子，体会压缩气体的应用，学会运用所学知识进一步解释实际问题。
应用1 展示大客车的车门开关的原理图，运用所学的知识解释这一现象，体会压缩气体在实际中的一种应用。
应用2 观察宇航员的宇航服在太空中的情况，讨论、分析，如何将膨胀的宇航服体积减小。这一问题可以有不同的解决方法，从而进一步理解，获得压缩气体不同途径。
应用3 分析高压锅的工作原理。并通过具体的运算，体会升高温度从而获得压缩气体的方法。
3、教学主要环节 本设计可分为四个主要的教学环节。
第一环节，从学生身边的实例出发，结合学生所熟悉的问题，引入压缩气体的概念。
第二环节，让学生动手操作并观察“扁平塑料瓶”实验，体会获得压缩气体的第一种方式，即一定质量的气体在温度一定时，减小气体体积可增加气体的压强。再复习学过的气体实验定律，归纳得到一定质量的气体，在体积一定时，升高温度，也可得到压缩气体。
第三环节，应用所学的知识解释实际生活中压缩气体的问题。
七、教案示例
1、引入课题
情景 展现一组生活实际中的爆米花的实例图片（如图所示）。
问题 大家看见过爆米花吗？为什么最后“砰”的一声巨响后可以把玉米爆成爆米花？
讨论 学生猜测中的原因。
实验1 展现一个充满空气的气球，请学生用力挤压，体会体积不断减小时，手上感觉到压力越来越大。
提出概念 像上面所举的实例中可看出气体温度或体积改变时，气体的压强会随之发生变化。我们把储存在高压容器中的气体称为压缩气体。
板书 D 压缩气体的应用
一、压缩气体：储存在高压容器中的气体。
启发 今天，我们就先来讨论，如何获得压缩气体。请大家根据学过的知识，提出获得压缩气体的方法。
2、压缩气体的获得
（一）通过减小气体体积从而得到压缩气体
实验2 “扁平塑料瓶实验”――将扁平塑料瓶底部的四面用针对称地刺几个小孔，灌入大半瓶水。
实验分两步完成：
（1）拧紧瓶盖，观察现象；打开瓶盖在观察现象。
现象 盖紧瓶盖，水流出少部分后不会再流出，打开瓶盖，水流出。
（2）从不同方向挤压瓶盖，观察所发生的现象。
现象 从扁平的一侧挤压瓶子，水会流出；从窄的一侧挤压瓶子，水不会流出。
讨论并分析实验中包含的物理原理
（1）盖紧瓶盖，流走部分水，气体体积增加，根据玻意耳定律，瓶内气体的压强减小，比外界大气压小，故水不会再流出。打开瓶盖，水上方和下方均为与大气相通，压强相等，水由于重力作用而流走。
（2）盖紧瓶盖后，瓶内气体质量一定，从扁平一侧挤压瓶子，气体体积减小，根据玻意耳定律，瓶内气体的压强增大，大于大气压，故水会流出。而从窄的一侧挤压瓶子，将会使气体体积增大，同样根据玻意耳定律，气体压强将减小，所以水不会流出。
结论1 （板书结论）二、压缩气体的获得：
1．一定质量的气体在温度一定时，减小气体体积可增加气体的压强，从而获得压缩气体。
（二）通过升高温度从而获得压缩气体
启发 运用我们学过的气体的实验定律思考一下，还有什么方法可以得到压缩气体？
复习气体实验定律 查理定律：一定质量的气体，在体积一定时，压强与热力学温度成正比。
结论2 （板书结论）2．一定质量的气体，在体积一定时，升高温度，气体的压强增大，也可获得压缩气体。
3．运用所学知识分析实际问题：
引入问题的分析 米为什么能爆成爆米花？
学生讨论并解释 根据查理定律，空气受热后，压强增大，打开盖子瞬间，由于内部压强远大于外界大气压，米就被炸开了，成了爆米花。
应用1 公交车的车门开关就是应用压缩气体来工作的，车门是如何被打开和关闭的？请同学们观察图片加以解释。
引导学生边观察图片边分析
开门：售票员或司机向右拉动电磁控制阀，压缩气体从总进气管进入气缸的左侧，压缩气体压强较大，向右推动活塞，通过传动机构，门就被打开。
关门：售票员或司机向左拉动电磁控制阀，压缩气体从总进气管进入气缸的右侧，压缩气体压强较大，向左推动活塞，通过传动机构，门就被关闭打开。
应用2 1965年3月18日，苏联宇航员列昂诺夫离开“上升二号”飞船密闭舱，系者安全带第一次实现了人类到茫茫太空中行走的梦想。但在返回飞船时却遇到了意想不到的困难，因为太空几乎为真空，他的宇航服有些向外膨胀，很难从密封舱的接口处钻回舱内。试估计宇航员在太空行走时每平方米宇航服上所承受的压力。他应用什么方法可以安全地回到密封舱内？
引导学生思考
（1）由于宇航服内部的气体必须是大气压，而外界是真空，压强几乎为零。所以每平方米上的气体压强就是大气压强。
解： F=p0S=1.0×105Pa×1m2=1.0×105N
（2）可采取的方法（引导学生应用前面所讲的两种方法着手解决这一问题）
①根据查理定律，降低宇航服内气体的温度，从而减少内部气体的压强，使宇航员回密闭舱。
②排出一些宇航服内的气体，从而减少内部气体的压强，使宇航员回密闭舱。（但此举很危险）
应用3 高压锅有很好的密封性，基本上不漏气。锅盖中间有一个排气阀，上面套有类似砝码的限压阀，将排气孔堵住。当加热高压锅，锅内气体压强增加到一定程度时，气体就能把限压阀顶起来，部分蒸汽即从排气孔排出锅外。已知某高压锅的限压阀质量是0.1kg，排气孔直径为0.3cm，则锅内气体的压强最大可达多少？已知每增加3.5×103Pa，水的沸点相应增加1℃，则这只高压锅内能达到的最高温度是多少？（g取10m/s2）
分析 什么时候气体把限压阀顶起来？只有当内部气体的压力和外部气体的压力之差刚好等于限压阀的重力时，才把限压阀顶起来。
解答 pS-p0S=mg
p= p0+ = p0+
=(1.013×105+ )Pa
≈2.428×105 Pa
由于水的沸点每升高1℃，气体压强增加3.5×103Pa，，所以高压锅内气体温度最多能达到的值为t：
t=100℃+ ℃
=140℃
实验3 潜水艇是怎样完成潜入水中和浮起来的工作的呢？我们先来做一个小实验，请大家仔细观察并解释其中的原因。
在一个量筒内放入大半筒水，里面放入一个倒置的小瓶，小瓶内留有大约一半水，使其能刚好浮出水面；再用橡胶薄膜把量筒口密封，如图所示。当用力挤压橡胶薄膜时，观察所发生的现象，并加以解释。
学生观察现象并做出解释 当用力挤压橡胶薄膜时，根据玻意耳定律，量筒内气体压强增大，将水压入小瓶内，小瓶内排开气体的体积减小，所受浮力减小，所以小瓶就下沉。撤去外力时，量筒内气体压强恢复，小瓶内气体被排出，浮力增加，小瓶又浮出水面。
潜水艇的工作原理与此次相仿，请同学们回去自己查找相关资料，大家互相交流一下。
4．课堂小结：
通过本节课的学习，我们复习了气体的两条实验定律，即玻意耳定律和查理定律，知道了获得压缩气体的两种方式：一定质量的气体在温度一定时，减小气体体积可增加气体的压强，从而获得压缩气体；一定质量的气体，在体积一定时，升高温度，气体的压强增大，也可获得压缩气体。并且，我们还通过对一些生活、科技中压缩气体的实例研究，学会了运用气体的实验定律解释实际问题，并能进行定量运算。
5．课后作业：