物理新課程教學案例研究作業
教育學院
姓名馬振
學號：2010251535
大氣壓強產生的原因
馬振在中學物理教學中,大氣壓強產生的原因是幫助學生深刻理解大氣壓強的重要前提。然而,在一些教輔資料中,錯誤地將大氣壓強產生的原因歸結為大氣受重力造成的,並過多地強調此原因,致使學生產生錯誤的認識,造成學生在高中學習氣體定律時的理解障礙。本文對大氣壓強產生的原因做出了詳細的闡釋,並提出了一些合理化建議,希望能給中學物理教學以及編寫與之有關的教輔資料有所幫助。
人教版九年義務教育四年制初中物理第一冊教材162頁中,只粗略地指出:「空氣,也像液體那樣能夠流動,空氣內部向各個方向也都有壓強。大氣對浸在它裡面的物體的壓強叫做大氣壓強,簡稱大氣壓或氣壓。
」教材避開了對「大氣壓強是怎樣產生?」的回答,儘管如此,學生在學習了液體壓強知識之後,仿照液體壓強產生的原因,順理成章地認為大氣壓強是由於空氣受到重力的作用、而且能流動產生的。而在一些學習輔導資料和一些練習題中又強調「大氣壓強是由於空氣受到重力的作用、而且能流動產生的」, 促使學生對這一問題的認識進一步地深化。
然而,「大氣壓強是因空氣受重力而產生的」這個結論對嗎?
我們知道,在重力場中,氣體分子受到兩種對立的作用:無規則的熱運動使氣體分子要均勻地分布於它們所能到達的空間;重力作用則會使氣體分子聚集在地面上。這兩種作用達到平衡時,氣體分子在空間隨高度作非均勻分布,分子數密度隨高度而減小。
在重力場中,單個空氣分子的能量為
e = ek + ep(其中ek =1/2m v2 是分子動能, ep 是分子在力場中的勢能)
一般說來分子勢能依座標而定,分子在空間的分布是不均勻的,所以所要研究的分子不僅速度應限定在一定的速度區間內,而且位置也應限制在一定的座標區間內。當系統在力場中處於平衡狀態時,由波爾茲曼分布規律可知:座標介於區間x～x+ dx; y～y + dy; z～z + dz內,同時速度介於vx ～vx+ dvx ; vy ～vy + dvy ; vz ～vz + dvz 內的分子數為:
dn = n0m2πkt3 /2e- (εk +εp) / kt dvx dvy dvz dxdydz
式中n0 表示在勢能:p = 0處單位體積內具有各種速度的分子總數。
上式對所有可能的速度積分,並考慮到麥克斯韋分布函式所應滿足的歸一化條件,則在座標區間x～x + dx; y～y + dy; z～z + dz內單位體積內的分子數為:
n = n0 e- e p / ktp / kt
根據玻爾茲曼分布規律,可以確定氣體分子在重力場中按高度分布的規律,如取座標軸z豎直向上,設在z = 0處單位體積內的分子數為n0 ,則不難推出在高度為z處體積元dxdydz內的分子數為:
dn 』= n0 e- m gz / kt dxdydz
而分布在高度z處單位體積內的分子數(即分子數密度)則為:n = n0e - m gz / kt
由上式可以看出,在重力場中氣體分子的數密度n隨高度的增大按指數規律減小,分子的質量m越大(重力作用越顯著) , n減小的越迅速;氣體的溫度t越高(分子的無規則運動越劇烈) , n減小的越緩慢,圖1就是根據上式畫出的n隨高度z分布的曲線。
應用上式,很容易確定氣體壓強隨高度變化的規律,若把大氣看作理想氣體,則在一定溫度下,其壓強與分子數密度成正比: p = nkt 也就是
p = n0 kte- m gz / kt = p0 e- m gz / kt = p0 e-μgz /rt
式中p0 = n0 kt表示在z = 0處的壓強,μ為氣體的摩爾質量。將式用於地面上的大氣時所得到的結果是近似的, 因為大氣的溫度上下不均勻,沒有達到平衡,但這並不影響我們得到重力對大氣的影響情況。
由前面的式子我們可以得出結論:大氣壓的大小與大氣所受重力的大小無關,只決定於所在處氣體的密度和溫度。
既然大氣壓強不是由於重力的作用而產生的,那麼大氣壓強是怎麼產生的呢?我們可以把空氣看作理想氣體: ( 1)分子本身的線度比起分子之間的平均距離來可以忽略不計。
(2)分子之間、分子與物體表面之間相碰撞的一瞬間之外,分子與分子、分子與物體表面均無相互作用。(3)分子之間、分子與物體表面之間的碰撞是完全彈性碰撞, 即氣體分子的動能不因碰撞而損失。設在任意形狀的容器中貯有一定量的理想氣體,體積為v,共含有n 個分子,單位體積內的分子數為n =n /v,每個分子的質量為m。
分子具有各種可能的速度,為了討論的方便, 可以把分子分成若干組來研究。
大氣壓強產生的實質是由於氣體分子的熱運動,導致氣體分子對物體表面撞擊而產生的。重力只是導致氣體分子分布在豎直方向上按指數規律遞減的原因,是大氣壓強產生的外因。
學生在學習了九年義務教育四年制初中物理第二冊教科書的第二章《分子運動理論》以後, 知道了空氣也和固體、液體一樣是由大量分子構成的,這些空氣分子都在不停地做無規則的熱運動,空氣分子必然要對浸在空氣中的物體不斷地發生碰撞. 每次碰撞,空氣分子都要給予物體表面乙個衝擊力(象雨滴撞擊雨傘產生撞擊的壓力一樣) ,大量空氣分子持續碰撞的結果就體現為大氣對物體表面的壓力,從而形成大氣壓。若單位體積內含有的分子數越多,則單位時間內空氣分子對物體表面單位面積上碰撞的次數越多,因而產生的壓強也就越大。
另外,利用空氣分子的熱運動產生的大氣壓強很容易解釋大氣壓強受季風的影響、受氣溫的影響等現象。
關於《大氣的壓強》的一點建議：1. 九年義務教育四年制初中物理第一冊教材中,編者避開了對大氣壓強產生的原因的解釋, 但是學生不自覺地還是要思考這個問題。
持迴避的態度,不如直接給學生講解清楚, 從而也可以幫助學生對「液體壓強公式p =ρgh只適用於液體壓強的計算而不能計算氣體壓強的大小」的理解；2. 現在很多教輔資料和練習題中過多地強調、強化大氣壓強是由於大氣的重力產生的,是對學生的誤導,對高中《氣體定律》的學習造成一定的理解障礙。希望那些編寫教輔資料的老師也能象九年義務教育四年制初中物理第一冊教材的編者那樣,避開對大氣壓強產生原因的強化,盡可能不涉及大氣壓強是由重力產生的練習題,避免對學生造成錯誤引導。
參考文獻
1.李椿.章立源.錢尚武主編，熱學 [m]， 高等教育出版社:p91 - 94.
2.汪志誠，熱力學3 統計物理[m] ，高等教育出版社: p218 - 223.
教學設計及案例分析課體會
物理是所有學科中最具有科學性的學科，每乙個概念和規律、公式，都是通過物理實驗得出。物理概念和規律是在大量的觀察、實驗的基礎上，運用邏輯思維的方法，把一些事物本質的共同特徵集中起來加以概括而形成的。所以在物理新課實驗中，我真正體驗到，新課程強調的教學是教與學的交往、互動，師生雙方相互交流、相互溝通、相互啟發、相互補充。
當學生的興趣和積極性得到充分調動，充分體現了自主、合作、**學習方式時，培養學生蒐集和處理資訊的能力、獲取新知識的能力、分析和解決問題的能力以及交流與合作的能力。
要進行中學物理教學活動，首先要善於分析、歸納這些實驗的設計思想，找出實驗中要解決的重點和難點以及其解決的方法。有可能的話，還可**設計者完成這些實驗的可能的思維方法和過程。不僅要分析整個物理教學過程的設計思想，而且還特別要注意分析實驗中某一過程或某一方面的設計思想。
設計思想是為了解決問題而思維的結果。因此，分析設計思想首先要分析、判斷設計思想所要解決的問題和所能解決的問題，只有這樣才能為評價設計思想的優缺點，進而為評價物理實驗實施方案的優缺點提供有實際意義的根據。
科學**是學生參與式的自主性學習活動。創設情境，精彩匯入尤為重要。從課堂座位的安排、紀律的制定、教室的布置到純正的普通話、優美的語言和各種教學情境的準備等，這一切無不影響著**教學的氣氛和效果。
例如：可以突破傳統教室的課桌布局，學生自由組合成小組，形成開放性結構，便於學生們交流合作；整堂課不受約束，學生可自主學習、自由討論、舉手發言，無須起立等等。教學《科學**：
聲音的產生與傳播》時，先**各種各樣學生熟悉的聲音，再引導學生通過各種途徑發出聲音，研究聲音產生的原因。在這樣真實的活動情境中，學生們滿懷興趣地通過仔細的觀察、身體的觸控，去感知發聲體的振動，親身經歷科學**的過程，深刻領會物體發聲的原理。再者多採用對比教學，歸類教學，使學生即能夠更好地掌握新知識又能夠複習舊知識，更好地掌握物理知識之間的聯絡和區別。
培養學生在學習過程中，辨別事物間更加細微的差異的能力。增進學生對概念的理解和掌握。實踐表明，新課程的實施中，創設情境，精彩匯入是課堂教學中不可忽視的重要環節，它能如磁石一般吸引住學生，並快速地將師生的情感融合在一起，從而放飛學生的思維，讓學生主動地、全身心地參與進科學**中來。
所以在新課的教學中，採用以舊導新，新舊對比，即可以幫助學生更系統，更全面地掌握基礎知識，又能夠節省時間，達到事半功倍的效果，同時對學生的學習方法，學習能力也是乙個很好的提高和培養。
在實驗教學之初，我們往往會遇到兩難的局面：一方面，教師若指導過度，則學生無法實現真正意義上的自主學習和自主**；另一方面，若教師若指導不到位，學生的**和學習活動又會雜亂無章，盲目無序，從而無法完成學習任務，兩者彷彿形成了乙個「解不開」的「結」。如何處理教師指導和開放式教學之間的關係呢？
如何在教學過程開放的同時儘量減少**活動的盲目和無序呢？針對這些問題，我們展開「課題」研究，在一線不斷的教學嘗試中，集體攻關，初步摸索出以下一些行之有效的做法：首先教學方法上「迴圈**，逐步深入」。
先將新課內容劃分為幾個大問題，再將每乙個大問題分為若干個環環相扣的小問題。從而讓學生的思維和**教學形成乙個先散後聚，不斷聚散交替的迴圈**過程。同時將**教學的相關內容延伸至課外。
比如：對學生而言，可以提前布置學生先預習新課，「簡閱課文」「查詢資料」「自製自帶實驗器具」等，將課堂上沒有**完的內容帶至課外，課後布置學生寫「**報告」和「學習心得」等；對教師而言，課前認真備課，課中用心教學，積極應對隨機出現的課堂情況，課後撰寫教學實錄和教學反思，這一切不僅有利於學生**學習任務的紮實完成，也有利於教師在新課程的實踐中不斷地完善教學，發展自我。其次教學過程中讓學生了解自己在**活動中應該要幹什麼事，明確自己的目的，教師也在學生**過程中給學生一些方向性的提示，但這些提示應區別於我們傳統實驗課中的「實驗步驟」。
要有效地防止和避免學生隨意玩耍實驗器材、手足無措等現象的發生。教學在「形散而神聚」中有條不紊地進行。再次，在教學理念上「淡化概念的嚴整性」。
物理學科概念的嚴整性有時反而是學生**學習的「障礙」，大多數學生會覺得非常困難，因此而產生為難情緒。對於這些問題我們提出在教學中「淡化概念的嚴整性」，降低**學習的難度。最後教學結束後「開展問卷調查」，及時地溝通師生間的需求，使進一步的教學更有針對性和指向性。
大氣壓強課件
大氣壓強 教案 劉府中學 朱永 教學目的 1 知道什麼是大氣壓強，能說出幾個證明大氣壓存在的事例 2 理解大氣壓強產生的原因，並能簡單解釋一些日常生活中大氣壓強的現象 3 知道大氣壓強的值可由托里拆利實驗測定，記住大氣壓強的值約為105帕，它相當於760公釐高的水銀柱產生的壓強 4 培養學生的觀察 ...
大氣壓強經典例題
9.3氣體的壓強 典型例題 例1 在做托里拆利實驗時，如果不慎玻璃管裡進入少量空氣。根據管內水銀柱的高度得出的測量值比實際大氣壓大還是小一些，為什麼？答案 如果玻璃管裡進入空氣，那麼管內水銀面的上方就不是真空，這些空氣也會產生一定的壓強作用在水銀面上，如圖，管外大氣壓等於管內水銀柱產生的壓強與管內空...
大氣壓強教學反思
大氣壓強 教學設計與反思 一 教材分析 教材首先通過與液體的模擬，引出大氣壓強的課題。由於氣體的特殊存在形式 看不見 摸不著，所以大氣壓強對初中學生來說是比較抽象的概念，需要通過一系列新奇 有趣的實驗，讓他們感受到大氣壓的真實存在。托里拆利實驗中水銀柱的高度等於大氣壓強值應是本節的難點。教材通過介紹...