大气压强产生的原因深度研究

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1、物理新课程教学案例研究作业教育学院姓名 马振学号：大气压强产生的原因马 振在中学物理教学中,大气压强产生的原因是帮助学生深刻理解大气压强的重要前提。然而,在一些教辅资料中,错误地将大气压强产生的原因归结为大气受重力造成的,并过多地强调此原因,致使学生产生错误的认识,造成学生在高中学习气体定律时的理解障碍。本文对大气压强产生的原因做出了详细的阐释,并提出了一些合理化建议,希望能给中学物理教学以及编写与之有关的教辅资料有所帮助。人教版九年义务教育四年制初中物理第一册教材162页中,只粗略地指出:“空气,也像液体那样能够流动,空气内部向各个方向也都有压强。大气对浸在它里面的物体的压强叫做大气压强,简

2、称大气压或气压。”教材避开了对“大气压强是怎样产生?”的回答,尽管如此,学生在学习了液体压强知识之后,仿照液体压强产生的原因,顺理成章地认为大气压强是由于空气受到重力的作用、而且能流动产生的。而在一些学习辅导资料和一些练习题中又强调“大气压强是由于空气受到重力的作用、而且能流动产生的”, 促使学生对这一问题的认识进一步地深化。然而,“大气压强是因空气受重力而产生的”这个结论对吗?我们知道,在重力场中,气体分子受到两种对立的作用:无规则的热运动使气体分子要均匀地分布于它们所能到达的空间;重力作用则会使气体分子聚集在地面上。这两种作用达到平衡时,气体分子在空间随高度作非均匀分布,分子数密度随高度而

3、减小。在重力场中,单个空气分子的能量为E = EK + EP(其中EK =1/2m v2 是分子动能, EP 是分子在力场中的势能)一般说来分子势能依坐标而定,分子在空间的分布是不均匀的,所以所要研究的分子不仅速度应限定在一定的速度区间内,而且位置也应限制在一定的坐标区间内。当系统在力场中处于平衡状态时,由波尔兹曼分布规律可知:坐标介于区间xx+ dx; yy + dy; zz + dz内,同时速度介于vx vx+ dvx ; vy vy + dvy ; vz vz + dvz 内的分子数为:dN = n0m2kT3 /2e- (k +p) / kT dvx dvy dvz dxdydz式中n

4、0 表示在势能:P = 0处单位体积内具有各种速度的分子总数。上式对所有可能的速度积分,并考虑到麦克斯韦分布函数所应满足的归一化条件,则在坐标区间xx + dx; yy + dy; zz + dz内单位体积内的分子数为:n = n0 e- E P / kTP / kT 根据玻尔兹曼分布规律,可以确定气体分子在重力场中按高度分布的规律,如取坐标轴z竖直向上,设在z = 0处单位体积内的分子数为n0 ,则不难推出在高度为z处体积元dxdydz内的分子数为:dN = n0 e- m gz / kT dxdydz而分布在高度z处单位体积内的分子数(即分子数密度)则为:n = n0e - m gz /

5、kT由上式可以看出,在重力场中气体分子的数密度n随高度的增大按指数规律减小,分子的质量m越大(重力作用越显著) , n减小的越迅速;气体的温度T越高(分子的无规则运动越剧烈) , n减小的越缓慢,图1就是根据上式画出的n随高度z分布的曲线。应用上式,很容易确定气体压强随高度变化的规律,若把大气看作理想气体,则在一定温度下,其压强与分子数密度成正比: P = nkT 也就是P = n0 kTe- m gz / kT = P0 e- m gz / kT = P0 e-gz /RT式中P0 = n0 kT表示在z = 0处的压强,为气体的摩尔质量。将式用于地面上的大气时所得到的结果是近似的, 因为大

6、气的温度上下不均匀,没有达到平衡,但这并不影响我们得到重力对大气的影响情况。由前面的式子我们可以得出结论:大气压的大小与大气所受重力的大小无关,只决定于所在处气体的密度和温度。既然大气压强不是由于重力的作用而产生的,那么大气压强是怎么产生的呢?我们可以把空气看作理想气体: ( 1)分子本身的线度比起分子之间的平均距离来可以忽略不计。(2)分子之间、分子与物体表面之间相碰撞的一瞬间之外,分子与分子、分子与物体表面均无相互作用。(3)分子之间、分子与物体表面之间的碰撞是完全弹性碰撞, 即气体分子的动能不因碰撞而损失。设在任意形状的容器中贮有一定量的理想气体,体积为V,共含有N 个分子,单位体积内的

7、分子数为n =N /V,每个分子的质量为m。分子具有各种可能的速度,为了讨论的方便, 可以把分子分成若干组来研究。大气压强产生的实质是由于气体分子的热运动,导致气体分子对物体表面撞击而产生的。重力只是导致气体分子分布在竖直方向上按指数规律递减的原因,是大气压强产生的外因。学生在学习了九年义务教育四年制初中物理第二册教科书的第二章分子运动理论以后, 知道了空气也和固体、液体一样是由大量分子构成的,这些空气分子都在不停地做无规则的热运动,空气分子必然要对浸在空气中的物体不断地发生碰撞. 每次碰撞,空气分子都要给予物体表面一个冲击力(象雨滴撞击雨伞产生撞击的压力一样) ,大量空气分子持续碰撞的结果就

8、体现为大气对物体表面的压力,从而形成大气压。若单位体积内含有的分子数越多,则单位时间内空气分子对物体表面单位面积上碰撞的次数越多,因而产生的压强也就越大。另外,利用空气分子的热运动产生的大气压强很容易解释大气压强受季风的影响、受气温的影响等现象。关于大气的压强的一点建议：1. 九年义务教育四年制初中物理第一册教材中,编者避开了对大气压强产生的原因的解释, 但是学生不自觉地还是要思考这个问题。持回避的态度,不如直接给学生讲解清楚, 从而也可以帮助学生对“液体压强公式P =gh只适用于液体压强的计算而不能计算气体压强的大小”的理解；2. 现在很多教辅资料和练习题中过多地强调、强化大气压强是由于大气

9、的重力产生的,是对学生的误导,对高中气体定律的学习造成一定的理解障碍。希望那些编写教辅资料的老师也能象九年义务教育四年制初中物理第一册教材的编者那样,避开对大气压强产生原因的强化,尽可能不涉及大气压强是由重力产生的练习题,避免对学生造成错误引导。参考文献1.李椿.章立源.钱尚武主编，热学 M， 高等教育出版社:P91 - 94.2.汪志诚，热力学3 统计物理M ，高等教育出版社: P218 - 223.教学设计及案例分析课体会物理是所有学科中最具有科学性的学科，每一个概念和规律、公式，都是通过物理实验得出。物理概念和规律是在大量的观察、实验的基础上，运用逻辑思维的方法，把一些事物本质的共同特征

10、集中起来加以概括而形成的。所以在物理新课实验中，我真正体验到，新课程强调的教学是教与学的交往、互动，师生双方相互交流、相互沟通、相互启发、相互补充。当学生的兴趣和积极性得到充分调动，充分体现了自主、合作、探究学习方式时，培养学生搜集和处理信息的能力、获取新知识的能力、分析和解决问题的能力以及交流与合作的能力。要进行中学物理教学活动，首先要善于分析、归纳这些实验的设计思想，找出实验中要解决的重点和难点以及其解决的方法。有可能的话，还可探究设计者完成这些实验的可 能的思维方法和过程。不仅要分析整个物理教学过程的设计思想，而且还特别要注意分析实验中某一过程或某一方面的设计思想。设计思想是为了解决问题

11、而思维的结果。因此，分析设计思想首先要分析、判断设计思想所要解决的问题和所能解决的问题，只有这样才能为评价设计思想的优缺点，进而为评价物理实验实施方案的优缺点提供有实际意义的根据。科学探究是学生参与式的自主性学习活动。创设情境，精彩导入尤为重要。从课堂座位的安排、纪律的制定、教室的布置到纯正的普通话、优美的语言和各种教学情境的准备等，这一切无不影响着探究教学的气氛和效果。例如：可以突破传统教室的课桌布局，学生自由组合成小组，形成开放性结构，便于学生们交流合作；整堂课不受约束，学生可自主学习、自由讨论、举手发言，无须起立等等。教学科学探究：声音的产生与传播时，先播放各种各样学生熟悉的声音，再引导

12、学生通过各种途径发出声音，研究声音产生的原因。在这样真实的活动情境中，学生们满怀兴趣地通过仔细的观察、身体的触摸，去感知发声体的振动，亲身经历科学探究的过程，深刻领会物体发声的原理。再者多采用对比教学，归类教学，使学生即能够更好地掌握新知识又能够复习旧知识，更好地掌握物理知识之间的联系和区别。培养学生在学习过程中，辨别事物间更加细微的差异的能力。增进学生对概念的理解和掌握。实践表明，新课程的实施中，创设情境，精彩导入是课堂教学中不可忽视的重要环节，它能如磁石一般吸引住学生，并快速地将师生的情感融合在一起，从而放飞学生的思维，让学生主动地、全身心地参与进科学探究中来。所以在新课的教学中，采用以旧

13、导新，新旧对比，即可以帮助学生更系统，更全面地掌握基础知识，又能够节省时间，达到事半功倍的效果，同时对学生的学习方法，学习能力也是一个很好的提高和培养。在实验教学之初，我们往往会遇到两难的局面：一方面，教师若指导过度，则学生无法实现真正意义上的自主学习和自主探究；另一方面，若教师若指导不到位，学生的探究和学习活动又会杂乱无章，盲目无序，从而无法完成学习任务，两者仿佛形成了一个“解不开”的“结”。如何处理教师指导和开放式教学之间的关系呢？如何在教学过程开放的同时尽量减少探究活动的盲目和无序呢？针对这些问题，我们展开“课题”研究，在一线不断的教学尝试中，集体攻关，初步摸索出以下一些行之有效的做法：

14、首先教学方法上“循环探究，逐步深入”。先将新课内容划分为几个大问题，再将每一个大问题分为若干个环环相扣的小问题。从而让学生的思维和探究教学形成一个先散后聚，不断聚散交替的循环探究过程。同时将探究教学的相关内容延伸至课外。比如：对学生而言，可以提前布置学生先预习新课，“简阅课文”“查询资料”“自制自带实验器具”等，将课堂上没有探究完的内容带至课外，课后布置学生写“探究报告”和“学习心得”等；对教师而言，课前认真备课，课中用心教学，积极应对随机出现的课堂情况，课后撰写教学实录和教学反思，这一切不仅有利于学生探究学习任务的扎实完成，也有利于教师在新课程的实践中不断地完善教学，发展自我。其次教学过程中

15、让学生了解自己在探究活动中应该要干什么事，明确自己的目的，教师也在学生探究过程中给学生一些方向性的提示，但这些提示应区别于我们传统实验课中的“实验步骤”。要有效地防止和避免学生随意玩耍实验器材、手足无措等现象的发生。教学在“形散而神聚”中有条不紊地进行。再次，在教学理念上“淡化概念的严整性”。物理学科概念的严整性有时反而是学生探究学习的“障碍”，大多数学生会觉得非常困难，因此而产生为难情绪。对于这些问题我们提出在教学中“淡化概念的严整性”，降低探究学习的难度。最后教学结束后“开展问卷调查”，及时地沟通师生间的需求，使进一步的教学更有针对性和指向性。帮助学生逐步提高思维能力。初中物理教材中并没有

16、专门的章节介绍物理学科的学习方法。但又可以说整本教科书都在讲述物理学科解决问题的方法。因为教材在讲述物理概念、定律、公式时，就是按物理学科解决问题的步骤在进行。即一般是先提出问题再通过实验研究、观察、分析、概括总结等步骤进行的。在教学中通过对知识的学习，指导学生体会学习物理的方法，体会物理概念和规律的发展过程，体会前人的思维成果，在学习继承前人思维成果的同时，锻炼和提高自己解决问题的能力和创新能力。通过对教学设计与案例分析学习，受益匪浅，使我对中学物理教学有了更深的认识，现将心得体会总结如下：1、从单纯注重传授知识转变为体现引导学生学会学习，学会生存，学会做人。整合了三维目标，使得三维目标构成

17、了“三位一体”以促进学生全面发展； 更加注重学生学习方式多样化，倡导自主学习、交流与合作。2、更加注重教学过程是师生交往、共同发展的过程。注重培养学生的独立性和自主性，引导学生质疑、调查、探索，在实践中学习，促进学生在教师指导下主动地、富有个性的学习。3、特别突出了实践教育课程。培养学生创新精神和实践能力，增强社会责任感。4、强调评价指标的多元化，对学生的评价不仅要关注学生的学业成绩，而且要发现、发展学生的多方面潜能。5、使我明确了教师不在是课程的执行者，而是课程的建设者、调适者，是课程实施中问题的协商者、解决者。6、新课程对教师在决策、开发、研究能力上提出了许多要求。教师在新课程中的最大变化

18、是角色的变化。7、由知识的传授者转变为学生发展的促进者。教师作为促进者，其角色行为表现为：帮助学生确定适当的学习目标，并确认和协调达到目标的最佳途径；指导学生形成良好的学习习惯，掌握学习策略和发展能力；创设丰富的教学情景，激发学生的学习动机和学习兴趣，充分调动学生的学习积极性；为学生提供各种便利，为学生服务；建立一个接纳的支持性宽容的课堂气氛；与学生一起分享他们的情感体验和成功的喜悦；和学生一道寻找真理；能够承认过失和错误。8、由学生的管理者转化为学生发展的引导者。作为引导者，教师要记住自己的职责是教育所有的学生，因而要坚信每个学生都有学习的潜能。再课堂教学中，要尽量地给每位学生同等的参与讨论得机会。要经常仔细地检查、反省自己是否在对待不同学生上有差别。要常常了解学生得意见，看看他们是否察觉到了教师在期望上的偏差，随时审查，随时修正。9、教师在课堂的位置，将不在是知识传授着的固定位置讲台，而在教室里流动起来，将参与到学生活动之中，与学生分享知识并获得情感体验。