初中物理競賽：第2講 溫度、熔化和凝固

1、初中物理競賽專題：第2講 溫度、熔化和凝固【賽點圖解】【技法透析】1熱脹冷縮一般物質(zhì)在溫度升高時體積膨脹，溫度降低時體積收縮的現(xiàn)象叫做熱脹冷縮，若在溫度升高時體積收縮，溫度降低時體積膨脹的現(xiàn)象叫做反常膨脹，如0-4的水、銻、鉍、液態(tài)鐵等物質(zhì)都有反常膨脹的性質(zhì)對熱脹冷縮的固體來說，當溫度升高時它的線度（指長、寬度等長度）、表面積、體積都隨物體本身和升高的溫度的增大而增大，其增量都與升高的溫度成正比；線度的增加量與物體原來的線度成正比、表1面積的增量與原來的表面積成正比、體積的增量與原來的體積成正比，另外線度、表面積、體積的增量還 與物體材料有關(guān)液體和氣體的熱脹冷縮的性質(zhì)主要表現(xiàn)為體積的變化、其增

2、量與物質(zhì)種類，原來的體積和變化的溫度 有關(guān)用液體的熱脹冷縮的性質(zhì)制成的液體溫度計，在升高溫度一定的情況下增大溫度計中液體的原來的體 積，那么液體的體積增大得就多些，液柱面升得就更高些，更易觀察，而且指示的溫度更準確液體溫度計都是利用在某一溫度范圍內(nèi)，液體的體積的增量與升高的溫度成正比的原理制成的，但是 各國采用的單位不同，導致測量同一物體的溫度時數(shù)值不相等，但表示的冷熱程度應是一樣的不同的溫標，采用的溫度的單位不同，目前國際上流行使用的溫度單位主要有三種：攝氏度、華氏度、開爾文，其中開爾文和攝氏度作單位時溫度的分度值是一樣的，即升高或降低1的溫度和升高或降低1k是相同的，但它們的起始點即0點不

3、同，攝氏溫度中以1atm下的冰水混合物的溫度為0，而熱力學溫度中以絕對零度為ok，絕對零度用攝氏溫度表示為-273而華氏溫度的分度值和起始點與攝氏溫度、熱力學 溫度都不同，它把一定濃度的鹽水凝固時的溫度規(guī)定為0f，而且1是1f的9/5倍，因為0對應的刻度錯誤或分度值不同，導致刻度均勻的溫度計示數(shù)不準，這時它和真實溫度之間存在的關(guān)系是成正比或一次函數(shù)，若只是0對應的刻度錯誤，就是成正比；若0對應的刻度錯誤和分度值 都不同，就是一次函數(shù)3熱傳遞熱量從一個物體傳到另一個物體的現(xiàn)象叫熱傳遞發(fā)生熱傳遞的原因是兩物體的溫度不等，規(guī)律是熱 從高溫物體傳遞到低溫物體，其實質(zhì)是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移熱傳遞有三種方式：傳導、

4、對流、輻射傳導：熱量沿著物體傳遞，它發(fā)生在一個物體的內(nèi)部或兩相互接觸的物體之間，固體之間的熱量傳 遞一定是通過傳導實現(xiàn)的，它也是其他兩種方式發(fā)生的前提，不同的物質(zhì)傳熱的能力不同，容易傳熱的物質(zhì)叫做熱的良導體，不容易傳熱的物質(zhì)叫做熱的不良導體如空氣、羽毛、棉花、塑料、泡沫等物質(zhì)是熱的不良導體，金屬都善于傳熱，其中傳熱性能最好的是 銀，其次是銅對流：依靠流體（氣體或液體）的上下流動來傳遞熱量的方式叫對流，液體或氣體受熱后體積膨脹，密度減小而上升，周圍溫度低密度大的流體流到中間來補充，從而使溫度不同的流體不斷混合，使熱量能 多條路徑傳遞，提高了傳遞效率和速度，在太空中流體不能上下流動，所以不能形成對

5、流，而且沒有物質(zhì)，也不能通過傳導傳熱對流是形成 風和洋流的一個原因輻射：熱沿著直線以可見光和不可見光傳遞熱量的方式叫輻射傳導和對流都必須有傳熱的介質(zhì)，2而輻射也可以在沒有介質(zhì)的真空中傳播任何物體都向周圍輻射熱量，輻射能力的強弱與物體的溫度、顏色有關(guān)，溫度越高，顏色越深、表面積越大的物體向外輻射熱量的能力越強，物體在向外輻射熱量的同時也會吸收外界的熱量，溫度越低，顏色越深、表面積越大且粗糙的物體從外界吸收熱量的能力也越強；當然物體也反射輻射熱，物體反射熱量 的能力越強，它吸收輻射的能力越弱，所以顏色淺、表面光滑的物體反射熱量的能力強4熔化和凝固規(guī)律根據(jù)熔化時溫度是否發(fā)生變化可把固體分成兩類，在熔

6、化時吸熱溫度不變的是晶體，熔化時吸熱溫度升高的是非晶體凝固時的規(guī)律和熔化時相同，晶體的液體在凝固時放熱但溫度保持不變，非晶體的液體 在凝固時放熱溫度降低晶體熔化時的溫度叫熔點在相同的條件下，不同的晶體熔點不同；同種晶體在氣壓不同或溶解成溶液時熔點也不相同，溶液的熔點還與濃度有關(guān)，但同種晶體在相同的條件下，熔點和凝固點是相同的根據(jù)晶體的熔化規(guī)律可知，晶體熔化的條件有兩個：溫度等于熔點，必須能吸收熱量，晶體的液 體凝固的條件也有兩個：溫度等于凝固點，必須能放出熱量晶體在熔化時體積也會發(fā)生變化，一般的晶體熔化后體積增大少數(shù)反常膨脹的物質(zhì)在熔化后體積減 小【名題精講】賽點1 熱膨脹例1 量程相同、最小

7、刻度都是1的甲、乙、丙三支酒精溫度計，玻璃泡的容積甲稍大一些，乙、丙 相同，丙玻璃管的內(nèi)徑稍粗一些，甲和乙相同，由此判斷相鄰刻度線之間的距離足( )a甲最長b乙最長c丙最長d一樣長【切題技巧】三支酒精溫度計的最小刻度都是1，說明相鄰刻度線之間的長度表示的溫度相等，當溫度升高1時，液柱升高的高度就是相鄰刻度線之間的距離，根據(jù)hvs可知，這個高度的大小與酒精膨脹的體積成正比，與玻璃管的截面積成反比甲和乙比較，甲的玻璃泡容積大，升高相同的溫度，甲膨脹的體積大（在其他因素相同時，物體膨脹的體積與物體原來體積成正比），所以在玻璃管的內(nèi)徑時，甲的液柱升得高，即甲相鄰刻度線之間的距離大，乙、丙玻璃泡的容積相

8、同，說明升高1的溫度時，酒精膨脹的體積相等，丙玻璃管的內(nèi)徑稍粗一些，所以乙的液柱升得高，即乙相鄰刻度線之間的距離比丙大 【規(guī)范解答】 a【借題發(fā)揮】 用長度刻度的測量工具都是在工具上先設定兩個客觀值，然后將兩個值間的長度按照物理量與長度的函數(shù)關(guān)系刻度如刻度溫度計，先根據(jù)熱脹冷縮的性質(zhì)，確定液體膨脹的液柱的高度與溫3度成正比，然后在冰水混合物和沸水中確定0和100，最后再100等分0和100的長度，得到每一個 刻度值在截面積相等的情況下，可用長度表示溫度等不同的物理量在溫度這些物理量變化相同時，長度變化的越大，則兩條刻度線間的距離越長，我們繼續(xù)等分這個距離，那么它的分度值就越小，估計讀數(shù)就越準，

9、當然在選擇根據(jù)物質(zhì)的什么性質(zhì)和用什么物理量來表示測量量時，應最好選擇表示性質(zhì)的物理量和表示測量量的物理量成正比或成一次函數(shù)，這樣刻度是均勻的，我們刻度時可以均分，也有利于提高讀數(shù)的 精度所以象量筒、溫度計這樣的測量工具，橫截面積越小，精度越高，【同類拓展】 美國有一家工廠要制造一種特殊用途的鋼鋁罐，即鋼罐內(nèi)表面要壓接一層0.25毫米厚的鋁片焊接專家、鍛壓專家都束手無策，后來，圣迪亞實驗室的科學家解決了這一難題他們先把薄薄的鋁片裝到鋼罐內(nèi)與內(nèi)表面相貼，再往鋼罐內(nèi)灌滿水，水中插入冷凍管，使水結(jié)冰，冷凍后鋁膜就與鋼罐 接牢了，使鋁膜與鋼罐接牢的原因是( )a 鋁膜和鋼罐之間的水把它們凍牢了b 水結(jié)冰

10、時放熱使它們焊牢了c 水結(jié)冰時膨脹產(chǎn)生的巨大壓力使它們壓牢了d 鋁膜與鋼罐發(fā)生化學反應例2如圖是一金屬管的橫截面，d 是內(nèi)徑，d 是外徑1 2當對金屬管加熱時( )ad 變大，d 變小 1 2cd 變小，d 變大 1 2bd 變大，d 變大1 2dd 不變，d 變大1 2【切題技巧】 當固體物質(zhì)熱膨脹時，物體的線度都增大【規(guī)范解答】 b【借題發(fā)揮】 本題也可以用還原法來判斷，假設這個金屬管是一個圓柱體內(nèi)截了一個直徑為d 的小1圓柱體，我們將小圓柱體再插回管中，加熱d 增大，小圓柱體的外徑d 也應該增大，所以d 、d 都應增大，2 1 1 2【同類拓展】 如圖有一塊厚鐵板m，沖下圓柱體n（n能很

11、緊密地塞回原孔）現(xiàn)把鐵板和鐵柱同時 放到爐內(nèi)加熱較長時間，在取出的瞬間( )a n變粗，塞不進原孔b 原孔變大，n很容易塞進c 原孔變小，n不能塞進d n仍能緊密的塞進原孔4賽點2 溫度計例3某刻度均勻但讀數(shù)不準的溫度計，用它測量冰水混合物的溫度時，示數(shù)是4，當冰熔化后，水溫度升高到某一數(shù)值時，發(fā)現(xiàn)它的示數(shù)恰好與真實溫度相等，讓水溫再增加10，而溫度計的示數(shù)只增 加了9，那么，當用此溫度計去測量一個標準大氣壓下的沸水溫度時，示數(shù)變?yōu)? )a92b94c96d98【切題技巧】測量冰水混合物的溫度時，示數(shù)是4，說明這支溫度計的真實的0在第四條刻度線10上；水溫再增加10，而溫度計的示數(shù)只增加了9，

12、說明這支溫度汁的分度值為 ，所以這支溫度計9表示100需要的格數(shù)為100c10c9=90，再加上0在第四條刻度線上，一共應該是94【規(guī)范解答】 b【借題發(fā)揮】 刻度均勻的測量工具的讀數(shù)都應該是：數(shù)據(jù)分度值格數(shù)而刻度均勻但讀數(shù)不準的溫度計就是指0始點和分度值不準所以做這類題就是要找到真實的0點和真實的分度值，特別要強調(diào)的 是真實的讀數(shù)還必須從真實的0點開始數(shù)格數(shù)，不一定是從最下面的刻度線開始數(shù)【同類拓展】 用一支刻度均勻、但讀數(shù)不準的溫度計來測量某物體的溫度時，測量值偏低1，當該物體的溫度升高10后，再用溫度計來測量物體的溫度時，測量值卻偏高了0.5，將該物體的溫度繼續(xù)升高10，此時用溫度計來測

13、量時，測量值將_(填偏高或偏低多少），用這個溫度計分別來測 量標準大氣壓下的沸水溫度和冰水混合物的溫度時，兩者的示數(shù)差為_賽點3 熔化和凝固圖像例4 某同學在做萘的熔化實驗時，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，畫線，如果記錄和作圖沒有錯誤，則以下判斷中錯誤的是( )出了如圖的曲aa在t 時刻剛停止加熱，t 時刻又開始加熱；1 1b b在t0的時刻顯示的溫度就是萘的熔點；c c在0t 的時間內(nèi)含有萘的放熱過程；1dd在t t 的時間內(nèi)萘在不斷地放出熱量1 2【切題技巧】 圖示應該是晶體的液體凝固和以后的降溫過程的圖像，0-t 階段是凝固過程，其中t -t1 1 2階段是固體降溫過程，t2以后溫度又升高晶體在凝固時

14、必須放熱，所以0-t 段就必須停止加熱，t -t 階段1 1 2要降溫也必須放熱，t 以后溫度又升高，必須加熱，故a是錯誤的2【規(guī)范解答】 a【借題發(fā)揮】 對于晶體的溫度隨時間變化的圖像，如圖，我們應弄清以下問題：5圖像中的過程或點與狀態(tài)的對應關(guān)系aa 包括b點為固體；bb 為熔化過程，固液共存；cc 包括c點全部為液體；dd 包括e點全部為液體；ee 為凝固過程，固液共存；ff 包括g點為固體從上面的分析可以看出，溫度等于熔點或凝固點的物體狀態(tài)有三種可能：固體、液體、固液共存， 圖像中的過程或點與吸、放熱的對應關(guān)系ad整個過程都吸熱，特別bc段雖然溫度不變但一定要吸熱；dg整個過程都放熱，特

15、別ef段雖然溫度不變但一定要放熱bc和dg段的吸、放熱情況說明，溫度不變，仍可能有熱傳遞發(fā)生，既可能吸熱，也 可能放熱ab和de傾斜程度不同，說明它們的狀態(tài)不同時比熱容不同，ab和fg、cd和de傾斜程度相同，說 明它們的狀態(tài)相同時比熱容也相同【同類拓展】 現(xiàn)代建筑出現(xiàn)一種新設計：在墻面裝飾材料中均勻混入小顆粒狀的小球，球內(nèi)充入一 種非晶體材料，當溫度升高時，球內(nèi)材料熔化吸熱；當溫度降低時，球內(nèi)材料凝固放熱，使建筑內(nèi)溫度基本保持不變下圖5-5的四個圖象中，表示球內(nèi)材料的熔化圖象的是( )a b c d賽點4 熔點和凝固點例5 在2008年初的南方冰雪災害中為了更快地使路面上堅硬的冰熔化，住冰面

16、上撒鹽成為有效的輔助手段，其原因主要是冰與鹽混合后，能降低冰的_，公路上的積水在寒冷的天氣里，常會在公 路表面形成一層薄冰，這個過程在科學上稱為_【切題技巧】 在冰上撒鹽后，冰能在較低的溫度下熔化，所以能降低冰的熔點，水變成冰的過程叫 做凝固【規(guī)范解答】 熔點，凝固【借題發(fā)揮】 晶體的熔點不僅與晶體的種類、受到的壓強有關(guān)，還與晶體是否溶有其他物質(zhì)而形成溶液有關(guān)，而且溶液的濃度不同，其熔點也發(fā)生變化，但不是兩種物質(zhì)混合后它們的熔點就發(fā)生變化，如 石頭和水混合后，熔點就不變6【同類拓展】 大雪過后，會造成路面積雪和積水，危及交通安全為了盡快消除路面積水，可以通 過撒鹽和鋪設防滑物以及組織掃雪等措施

17、鹽的濃度（%）凝固溫度（c）0 5 10 15 200 -3 -7.5 -12 -17上表反映的是鹽的濃度與凝固溫度之間的關(guān)系，利用這一表格，請你估計當橋面上積水的厚度達到 2cm，環(huán)境溫度為-3時，撒鹽車應在每平方米的冰面上撒多少鹽才能去除橋面上的積水？賽點5 熱傳遞例6 某密閉隔熱容器通過中間的閥門被分為a、b兩個部分，現(xiàn)將該容器水平放置，并在a、b中分別裝滿冷水和熱水，如圖，當打開中間的閥門后，要使a、b兩 最快的辦法是( )a 豎直放置，且a在上方，b 豎直放置，且b在上方，c 如圖保持原有的水平狀態(tài)，d 上述三種情況下，所需時間相同容器中的水溫相等，【切題技巧】 熱傳遞有三種方式，對流體來說還有對流這種特殊的傳熱方式，而且它傳熱比傳導和輻射傳熱更快，所以為了使冷熱水的溫度最快的相等，應使冷水和熱水對流起來，將密度大的液體放在上 面，密度小的物體放在下面【規(guī)范解答】 a【借題發(fā)揮】 形成對流的原因是液體受到重力，體積相等時越重的液體越會在它自身重力作