物理人教版選修3-3學案第九章固體液體和物態(tài)變化4

4物態(tài)變化中的能量交換[學習目標]1.了解固體熔化熱，知道不同固體有不同的熔化熱．了解汽化的兩種方式，知道沸點與大氣壓的關系.2.了解熔化、凝固、汽化和液化的概念及過程中的能量轉化．知道物態(tài)變化過程中的能量轉化.3.能解釋生活中有關熔化、凝固、汽化、液化的物理問題．一、熔化熱[導學探究]固體熔化時為什么會吸熱？晶體和非晶體在熔化過程中有什么差別？答案固體熔化時要克服分子間引力做功，吸熱能增加分子勢能；晶體在熔化過程中溫度不變，而非晶體在熔化過程中溫度會發(fā)生變化．[知識梳理]1．熔化和凝固(1)熔化：物質從固態(tài)變成液態(tài)的過程．(2)凝固：物質從液態(tài)變成固態(tài)的過程．2．熔化熱(1)概念：某種晶體熔化過程中所需的能量與其質量之比．(2)一定質量的某種晶體，熔化時吸收的熱量與凝固時放出的熱量相等．[即學即用]判斷下列說法的正誤．(1)固體熔化過程，溫度不變，放熱．(×)(2)不同晶體的熔化熱不同．(√)二、汽化熱[導學探究](1)發(fā)射火箭時，火箭點燃后尾部的火焰如果直接噴到發(fā)射臺上，發(fā)射架要熔化．為了保護發(fā)射架，往往在發(fā)射臺底建一個大水池，讓火焰噴到水池中，這樣做有什么道理？(2)液體汽化時為什么會吸熱？汽化熱與哪些因素有關？答案(1)利用水汽化時要吸熱，使周圍環(huán)境溫度不致太高．(2)液體汽化時，液體分子離開液體表面成為氣體分子，要克服其他液體分子的吸引而做功，因此要吸熱．汽化熱與物質汽化時的溫度及外界氣體壓強有關．[知識梳理]1．汽化和液化(1)汽化：物質從液態(tài)變成氣態(tài)的過程．(2)液化：物質從氣態(tài)變成液態(tài)的過程．2．汽化熱(1)概念：某種液體汽化成同溫度的氣體時所需的能量與其質量之比，叫做這種物質在這個溫度下的汽化熱．(2)一定質量的物質，在一定的溫度和壓強下，汽化時吸收的熱量與液化時放出的熱量相等．[即學即用]判斷下列說法的正誤．(1)汽化時放出熱量．(×)(2)汽化熱只與溫度有關．(×)一、對熔化熱的理解和應用1．固體熔化過程中的能量特點(1)晶體熔化過程中，當溫度達到熔點時，吸收的熱量全部用來破壞空間點陣，增加分子勢能，而分子平均動能卻保持不變，所以晶體有固定的熔點．非晶體沒有空間點陣，吸收的熱量主要轉化為分子的動能，不斷吸熱，溫度就不斷上升．(2)由于在不同溫度下物質由固態(tài)變成液態(tài)時吸收的熱量不同，而晶體有固定的熔點，因此有固定的熔化熱，非晶體沒有固定的熔點，也就沒有固定的熔化熱．2．不同的晶體有不同的結構，要破壞不同晶體的結構，所需的能量就不同．因此不同晶體的熔化熱不相同．熔化熱是晶體的熱學特征之一．3．熔化熱的計算公式如果用λ表示物質的熔化熱，m表示物質的質量，Q表示物質熔化時所需要吸收的熱量，則Q＝λm.熔化熱的單位是：焦耳/千克，即J/kg.例1(多選)當晶體的溫度正好是熔點或凝固點時，它的狀態(tài)()A．一定是固體 B．一定是液體C．可能是固體或液體 D．可能是固液共存答案CD解析晶體溫度升高到熔點，將開始熔化，而且整個熔化過程溫度保持不變；而液態(tài)晶體在降溫到一定溫度時，若繼續(xù)放熱，將會發(fā)生凝固現象，而且整個凝固過程溫度不變，這個溫度稱為凝固點．對于同一種晶體來說，熔點和凝固點是相同的．因此在這個確定的溫度下，晶體既可能是固體(也許正準備熔化)，也可能是液體(也許正準備凝固)，也可能是固液共存，例如：有0℃的水，0℃的冰，也有0℃的冰水混合物，0℃的水放熱將會結冰，而0℃的冰吸熱將會熔化成水．圖1例2如圖1所示，試說明晶體從開始加熱到全部熔化為液體的過程中內能的轉化情況(分熔化前、熔化時、熔化后三個階段說明)．答案(1)熔化前：晶體從外界吸收熱量，主要用來增加組成點陣結構的微粒的平均動能，使物體的溫度升高，其體積一般也有所增大，也有一小部分能量用來增加微粒的勢能．(2)熔化時：當溫度升高到熔點時，點陣結構中的一部分微粒已有足夠的動能，能夠克服其他微粒的束縛離開平衡位置，破壞點陣結構，開始熔化．繼續(xù)加熱，微粒所吸收的熱量不再用來增加其平均動能，而完全用在破壞點陣結構上，即用來增加勢能．(3)熔化后：液體吸收的能量主要轉變?yōu)榉肿觿幽?，只要繼續(xù)加熱，溫度就要升高．二、對汽化熱的理解和應用1．液體汽化過程中的能量特點液體汽化時，液體分子離開液體表面，要克服其他分子的吸引而做功，因此要吸收熱量．汽化過程中體積膨脹要克服外界氣壓做功，也要吸收熱量．2．液體汽化時的汽化熱與溫度和外界氣壓都有關系．3．汽化熱的計算公式設某物質在一個標準大氣壓時，沸點下的汽化熱為L，物質的質量為m，則Q＝Lm.汽化熱的單位為：焦耳/千克，即J/kg.例3關于汽化熱的概念，下列描述準確的是()A．某種液體在一定溫度下汽化時所吸收的能量與其質量之比B．某種液體沸騰時，所吸收的熱量與其質量之比C．某種液體在特定的溫度下汽化時所吸收的能量與其質量之比D．某種液體汽化成同溫度的氣體時所需的能量與其質量之比答案D解析汽化熱是某種液體汽化成同溫度的氣體時所需的能量與其質量之比，所以只有D正確．例4在一個大氣壓下，1g100℃的水吸收2.26×103J熱量變?yōu)?g100℃的水蒸氣．在這個過程中，以下四個關系式正確的是()A．2.26×103J＝汽的內能＋水的內能B．2.26×103J＝汽的內能－水的內能C．2.26×103J＝汽的內能＋水的內能＋水變成汽體積膨脹對外界做的功D．2.26×103J＝汽的內能－水的內能＋水變成汽體積膨脹對外界做的功答案D解析液體汽化時吸收的熱量一部分用來克服分子引力做功，增加內能，一部分用來膨脹對外界做功，D對．解答此類問題要抓住兩點：一是溫度是分子平均動能的標志，溫度不變，分子平均動能不變；二是抓住物態(tài)變化中的宏觀特征是吸熱還是放熱，再依據能量守恒的觀點，分析能量的變化情況.1．質量相同的下列物質熔化熱最大的是()A．鋁在熔化過程中吸收了395.7kJ能量B．銅在熔化過程中吸收了205.2kJ能量C．碳酸鈣在熔化過程中吸收了527.5kJ能量D．氯化鈉在熔化過程中吸收了517.1kJ能量答案C2．(多選)關于液體的汽化，正確的是()A．液體分子離開液體表面要克服其他液體分子的引力而做功B．液體的汽化熱是與某個溫度相對應的C．某個溫度下，液體的汽化熱與外界氣體的壓強有關D．汽化時吸收的熱量等于液體分子克服分子引力而做的功答案ABC3．(多選)下列說法中正確的是()A．晶體有確定的熔化熱，非晶體沒有確定的熔化熱B．不同晶體的熔化熱不同C．晶體熔化時吸收熱量而溫度不變，用于增加分子勢能D．一定質量的晶體，熔化時吸收的熱量與凝固時放出的熱量不相等答案ABC解析只有晶體才有固定的熔點，有確定的熔化熱，A正確；熔化熱與晶體的種類有關，B正確；晶體熔化時吸收熱量，內能增加，但溫度不變，分子平均動能不變，因此吸收的熱量用于增加分子勢能，C正確；一定質量的晶體，熔化時吸收的熱量與凝固時放出的熱量相等，D錯誤．4．(多選)100℃的水完全變成100℃的水蒸氣的過程中()A．水分子的平均動能增加B．水分子的勢能增加C．水所增加的內能小于所吸收的熱量D．水所增加的內能等于所吸收的熱量答案BC解析溫度不變，水分子的平均動能不變，故A錯誤．吸收熱量使水分子的勢能增加，故B正確．吸收的熱量一部分用來增加水的內能，另一部分用來對外界大氣做功，故C正確，D錯誤．一、選擇題1．關于物質的熔化和凝固，下列說法正確的是()A．各種固體都有確定的熔點B．各種固體都有確定的凝固點C．各種晶體的熔點相同D．非晶體熔化要吸熱，溫度不斷上升答案D解析固體包括晶體和非晶體，只有晶體具有確定的熔點，且不同晶體的熔點一般不同．非晶體熔化時要吸熱，在熔化過程中溫度不斷升高．2．(多選)下列液體現象中屬于氣體溫度降低而液化的是()A．霜的形成B．自然界中的霧和露C．自來水管外壁的小水珠D．鍋爐出氣口噴出的“白汽”答案BCD3．下列四個圖象中，屬于晶體凝固圖象的是()答案C解析首先分清晶體與非晶體的圖象．晶體熔化(凝固)時有確定的熔化(凝固)溫度，非晶體沒有確定的熔化(凝固)溫度，故A、D圖象是非晶體的圖象；其次分清熔化時在達到熔點前是吸收熱量，溫度升高，而凝固過程則恰好相反，故C正確．4．為了澆鑄一個銅像，使用的材料是銅，則此過程的物態(tài)變化是()A．一個凝固過程 B．一個熔化過程C．先熔化后凝固 D．先凝固后熔化答案C解析澆鑄銅像必須將銅先化成銅水澆入模子，待冷卻后才能成為銅像．5．(多選)能使氣體液化的方法是()A．在保持體積不變的情況下，不斷降低氣體的溫度B．在保持體積不變的情況下，使氣體溫度升高C．在保持溫度不變的情況下增大壓強，能使一切氣體液化D．降低氣體的溫度到某個特殊溫度以下，然后增大壓強答案AD6．晶體在熔化過程中，吸收熱量的作用是()A．增加晶體的溫度B．克服分子間引力，增加分子勢能C．克服分子間引力，使分子平均動能增加D．既增加分子平均動能，也增加分子勢能答案B解析晶體熔化過程中溫度不變，分子平均動能不變，吸收的熱量用于增加分子勢能．7．質量相等的0℃的冰比0℃的水使熱的物體冷卻效果好的原因是()A．冰實際上比水冷B．冰的比熱容比水的比熱容大些C．冰變成水有一個熔化過程，要吸收一定熱量D．冰含的熱量比同質量水所含的熱量少答案C解析0℃的冰先要進行熔化，在熔化過程中要吸收一定的熱量，之后才變成0℃的水．8．大燒杯中裝有冰水混合物，在冰水混合物中懸掛一個小試管，試管內裝有冰，給大燒杯加熱時，以下現象正確的是()A．燒杯內的冰和試管內的冰同時熔化B．試管內的冰先熔化C．在燒杯內的冰熔化完以前，試管內的冰不會熔化D．試管內的冰始終不會熔化答案C解析熔化需要滿足兩個條件：達到熔點和繼續(xù)吸熱．燒杯中冰水混合物溫度與試管中的冰達到熱平衡時溫度相等，不發(fā)生熱傳遞，因此在燒杯內的冰熔化完以前，試管內的冰不會熔化．9．火箭在大氣中飛行時，它的頭部跟空氣摩擦發(fā)熱，溫度可達幾千攝氏度，在火箭上涂有一層特殊材料，這種材料在高溫下熔化并且汽化，能起到防止燒壞火箭頭部的作用，這是因為()A．熔化和汽化都放熱B．熔化和汽化都吸熱C．熔化吸熱，汽化放熱D．熔化放熱，汽化吸熱答案B解析物質在熔化和汽化過程中都是吸收熱量的，故選項B正確．10．吉尼斯大全中，記述了一個人赤著腳在650℃的燃燒著的一長堆木炭上步行約7.5米的“世界之最”紀錄．下面說法正確的是()A．這個表演者一定在腳下事先抹上了一種高級絕熱防護劑B．這個表演者一定是跳躍式地走過去的，這樣做接觸時間短，炭火來不及灼傷腳C．這個表演者一定是用汗腳踩在炭火上一步步輕輕地走過去的D．這個表演者一定是輕輕地踮著腳走過去的，這樣做接觸面積小，即使灼傷也不厲害答案C解析當赤著的腳踩上炭火時，灼熱的炭火使腳底的汗水迅速汽化，立即在腳底下形成一個很薄的蒸氣層．由于氣體是熱的不良導體，在一段短暫的時間內，對腳底板起到絕熱防護作用，行走中步與步之間腳上流出的汗水部分地補償了汽化所需的水分．如果腳底下還沾上了一層炭灰(未汽化完的汗水成為調合劑)，將使表演者能多走上幾步．這里的關鍵是表演者要有足夠的汗水不讓保護層失效，所以只能是輕輕地一步一步走．因為跳躍、踮著腳走均不能提供足夠的汗水，且容易使腳陷進炭火，從而使保護層失效，C正確．二、非選擇題11．在壓強為1.01×105Pa時，使10kg20℃的水全部汽化，需要吸收的熱量是多少？[已知水的比熱容為4.2×103J/(kg·℃)，100℃時水的汽化熱為L＝2260kJ/kg]答案2.596×107J解析壓強為1.01×105Pa時，水在達到沸點時的汽化熱為2260kJ/kg.要使20℃的水全部汽化，應先使水的溫度上升到100℃，則需吸收的熱量總共為Q＝cmΔt＋m·L＝4.2×103×10×(100－20)J＋10×2260×103J＝2.596×107J.12．絕熱容器里盛有少量溫度為0℃的水，從容器里迅速往外抽氣的時候，部分水急劇地蒸發(fā)，而其余的水都凝結成0℃的冰．則凝結成的冰的質量是原有水質量的多少倍？已知0℃的水的汽化熱L＝2.49×106