2018-2019學(xué)年高中物理 第九章 固體、液體和物態(tài)變化 課時4 物態(tài)變化中的能量交換學(xué)案 新人教版選修3-3.doc

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學(xué)案4　物態(tài)變化中的能量交換 [目標(biāo)定位] 1.了解熔化熱、汽化熱，并能從微觀角度解釋相關(guān)過程.2.會計算與熔化熱、汽化熱相關(guān)的問題.3.能解釋生活中有關(guān)熔化、凝固、汽化、液化的物理問題． 一、熔化熱 [問題設(shè)計] 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． [要點(diǎn)提煉] 1．熔化指的是物質(zhì)從固態(tài)變成液態(tài)的過程，而凝固指的是物質(zhì)從液態(tài)變成固態(tài)的過程． 2．熔化時吸熱，凝固時放熱．一定質(zhì)量的晶體，熔化時吸收的熱量與凝固時放出的熱量相等． 3．熔化熱：某種晶體熔化過程中所需的能量與其質(zhì)量之比，稱做這種晶體的熔化熱． 4．不同的晶體有不同的結(jié)構(gòu)，要破壞不同晶體的結(jié)構(gòu)，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(xué)特征之一． 5．非晶體熔化過程中溫度會不斷改變，而不同溫度下物質(zhì)由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)時吸收的熱量是不同的，所以非晶體沒有確定的熔化熱． 6．熔化熱的計算公式 如果用λ表示物質(zhì)的熔化熱，m表示物質(zhì)的質(zhì)量，Q表示物質(zhì)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. 7．熔化吸熱，凝固放熱的原因 固體物質(zhì)分子受到其他分子的強(qiáng)大作用，被束縛在一定的位置附近振動．對固體加熱，一部分分子的能量足以擺脫其他分子的束縛，從而可以在其他分子間移動，固體開始熔化，故熔化需要吸熱．凝固是熔化的逆過程，所以要放出熱量． 二、汽化熱 [問題設(shè)計] 液體汽化時為什么會吸熱？汽化熱與哪些因素有關(guān)？ 答案　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(zhì)汽化時的溫度及外界氣體壓強(qiáng)有關(guān)． [要點(diǎn)提煉] 1．汽化指的是物質(zhì)從液態(tài)變成氣態(tài)的過程，液化指的是從氣態(tài)變成液態(tài)的過程． 2．某種液體汽化成同溫度的氣體時所需的能量與其質(zhì)量之比，稱作這種物質(zhì)在這個溫度下的汽化熱． 3．汽化時吸熱，液化時放熱．一定質(zhì)量的物質(zhì)，在一定溫度和壓強(qiáng)下，汽化時吸收的熱量與液化時放出的熱量相等． 4．液體汽化時的汽化熱與溫度和外界氣壓都有關(guān)系． 5．汽化熱的計算公式 設(shè)某物質(zhì)在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時，沸點(diǎn)下的汽化熱為L，物質(zhì)的質(zhì)量為m，則Q＝Lm.汽化熱的單位為：焦耳/千克，即J/kg. 6．汽化吸熱，液化放熱的原因 液體汽化時吸熱，一方面是因?yàn)橐后w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，另一方面是液體汽化時體積膨脹要克服外界氣壓做功．液化是汽化的逆過程，所以要放出熱量． 一、熔化熱的理解及計算 例1　關(guān)于熔化及熔化熱，下列說法正確的是(　　) A．熔化熱在數(shù)值上等于熔化單位質(zhì)量晶體所需的能量 B．熔化過程吸收的熱量等于該物質(zhì)凝固過程放出的熱量 C．熔化時，物質(zhì)的分子動能一定保持不變 D．熔化時，物質(zhì)的分子勢能一定保持不變 解析　只有晶體熔化過程吸收的熱量等于凝固過程放出的熱量，并且溫度保持不變，分子動能不變．熔化吸熱，對于晶體而言，只增加分子勢能．對非晶體上述關(guān)系都不成立． 答案　A 例2　一電爐的功率P＝200 W，將質(zhì)量m＝240 g的固體樣品放在電爐內(nèi)，通電后電爐內(nèi)的溫度變化如圖1所示，設(shè)電能全部轉(zhuǎn)化為熱能并全部被樣品吸收，試問：該固體樣品的熔點(diǎn)和熔化熱為多大？ 圖1 解析　由題圖知，樣品的熔點(diǎn)為60 ℃，熔化時間t＝2 min，電流做功W＝Pt.設(shè)樣品的熔化熱為λ，樣品熔化過程中共吸收熱量Q＝mλ.由W＝Q，即Pt＝mλ，得λ＝＝ J/kg＝1105 J/kg. 答案　60 ℃　1105 J/kg 二、汽化熱的理解和計算 例3　關(guān)于汽化熱的概念，下列描述準(zhǔn)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(zhì)量之比 B．某種液體沸騰時，所吸收的熱量與其質(zhì)量之比 C．某種液體在特定的溫度下汽化時所吸引的能量與其質(zhì)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(zhì)量之比 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(zhì)量之比，所以只有D正確． 答案　D 例4　水在不同溫度下有不同的汽化熱，溫度升高，水的汽化熱________(填“增大”或“減小”)．水在100 ℃時的汽化熱是 2.26106 J/kg，它表示使1 kg、100 ℃的水變成100 ℃的水蒸氣需吸熱______，這些熱量完全用于增加水分子的______． 解析　溫度越高，水分子運(yùn)動的平均動能越大，越容易克服液體內(nèi)部的水分子對它的束縛變成氣體分子，因此汽化所需熱量減少；Q＝mL＝1 kg2.26106 J/kg＝2.26106 J．水在沸點(diǎn)變成同溫度的水蒸氣時，分子平均動能不變，分子勢能增大． 答案　減小　2.26106 J　分子勢能 1．(熔化熱的理解)關(guān)于熔化熱，下列說法正確的是(　　) A．熔化熱只與物質(zhì)的種類有關(guān) B．熔化熱只與物質(zhì)的質(zhì)量有關(guān) C．熔化熱與物質(zhì)的種類、質(zhì)量都有關(guān) D．以上說法都不正確 答案　A 解析　要理解熔化熱就要從熔化熱的概念入手，熔化熱是指晶體熔化過程中所需能量與其質(zhì)量的比值，故A正確． 2．(熔化熱的理解)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．不同的晶體的熔化熱不同 C．晶體熔化時吸收熱量而溫度不變，主要用于增加分子勢能 D．一定質(zhì)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(diǎn)，有確定的熔化熱，A正確；熔化熱與晶體的種類有關(guān)，B正確；晶體熔化時吸收熱量，內(nèi)能增加，但溫度不變，分子平均動能不變，因此吸收的熱量主要增加分子勢能，C正確；一定質(zhì)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． 3．(汽化熱的理解)用吹風(fēng)機(jī)的熱風(fēng)吹一支蘸了酒精的溫度計時，溫度計的示數(shù)是(　　) A．先降低后升高 B．先升高后降低 C．一直降低 D．一直升高 答案　A 解析　溫度計表面的酒精要發(fā)生蒸發(fā)現(xiàn)象，因此要從溫度計吸熱，故溫度計溫度先降低；當(dāng)蒸發(fā)完畢后，因?yàn)槭菬犸L(fēng)，溫度計的溫度又會升高，故選A. 4．(汽化熱的理解)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(nèi)能小于所吸收的熱量 D．水所增加的內(nèi)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．吸收的熱量一部分增加水的內(nèi)能，另一部分對外界大氣做功，故C正確，D錯誤． 物態(tài)變化中的能量交換 題組一　熔化、凝固與熔化熱 1．關(guān)于物質(zhì)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(diǎn) B．各種固體都有確定的凝固點(diǎn) C．各種晶體的熔點(diǎn)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(diǎn)，且不同晶體的熔點(diǎn)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．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　晶體熔化時溫度不變，分子平均動能不變，吸收的熱量用于增加分子勢能． 3．質(zhì)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(shí)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(zhì)量水所含的熱量少 答案　C 解析　0 ℃的冰先要進(jìn)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． 4．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．晶體凝固時有確定的凝固溫度，非晶體沒有確定的凝固溫度，故A、D圖象是非晶體的圖象；其次分清熔化時在達(dá)到熔點(diǎn)前是吸收熱量，溫度升高，而凝固過程則恰好相反，故C正確． 5．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(nèi)裝有冰，給大燒杯加熱時，以下現(xiàn)象正確的是(　　) A．燒杯內(nèi)的冰和試管內(nèi)的冰同時熔化 B．試管內(nèi)的冰先熔化 C．在燒杯內(nèi)的冰熔化完以前，試管內(nèi)的冰不會熔化 D．試管內(nèi)的冰始終不會熔化 答案　C 解析　熔化需要滿足兩個條件：達(dá)到熔點(diǎn)和繼續(xù)吸熱．燒杯中冰水混合物溫度與試管中的冰達(dá)到熱平衡時溫度相等，不發(fā)生熱傳遞，因此在燒杯內(nèi)的冰熔化完以前，試管內(nèi)的冰不會熔化． 6．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(nèi)能的轉(zhuǎn)化情況(分熔化前、熔化時、熔化后三個階段說明)． 圖1 答案　見解析 解析　熔化前：晶體從外界吸收熱量，主要用來增加組成點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)的分子的平均動能，使晶體的溫度升高，也有小部分能量用來增加分子的勢能． 熔化時：當(dāng)溫度升高到熔點(diǎn)時，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)中的一部分分子已有足夠的動能，能夠克服其他分子的束縛離開平衡位置，破壞點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，晶體開始熔化．繼續(xù)加熱，晶體所吸收的熱量不再用來增加分子的平均動能，而完全用在破壞點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)上，即用來增加勢能． 熔化后：液體吸收的能量主要轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿觿幽埽灰^續(xù)加熱，溫度就要升高． 題組二　汽化、液化與汽化熱 7．下列液體現(xiàn)象中屬于降低氣體溫度而液化的是(　　) 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　BCD 8．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(qiáng)，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(qiáng) 答案　AD 解析　從能量轉(zhuǎn)換的角度分析只要放出熱量，就可以使氣體液化，但從影響氣體液化的因素分析，只要無限度地降低溫度或降低溫度到某一特定值以下，再增大壓強(qiáng)就可以使氣體液化． 9．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(jì)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(hù)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(dāng)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(dǎo)體，在一段短暫的時間內(nèi)，對腳底板起到絕熱防護(hù)作用，行走中步與步之間腳上流出的汗水部分地補(bǔ)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(diào)合劑)，將使表演者能多走上幾步．這里的關(guān)鍵是表演者要有足夠的汗水和不讓保護(hù)層失效，所以只能是輕輕地一步一步走．因?yàn)樘S、踮著腳走均不能提供足夠的汗水，且容易使腳陷進(jìn)炭火，從而使保護(hù)層失效，C正確． 題組三　熔化熱與汽化熱的綜合考查 10．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(dá)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?yàn)?　　) 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(zhì)在熔化和汽化過程中都是吸收熱量的，故選項(xiàng)B正確． 11．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(jié)成0 ℃的冰．則凝結(jié)成的冰的質(zhì)量是原有水質(zhì)量的多少倍？已知0 ℃的水的汽化熱L＝2.49106 J/kg，冰的熔化熱λ＝3.34105 J/kg. 答案　0.88 解析　水蒸發(fā)時需要的熱量是由其余的水凝結(jié)成冰所釋放的熱量提供的． 設(shè)蒸發(fā)的水的質(zhì)量是m1，凝結(jié)成的冰的質(zhì)量是m2，蒸發(fā)所需吸收的熱量Q1＝m1L，水凝結(jié)成冰放出的熱量Q2＝m2λ，由于容器與外界不發(fā)生熱交換，則Q1＝Q2，即m1L＝m2λ 得＝ 所以凝結(jié)成的冰的質(zhì)量與原有水的質(zhì)量之比為 ＝＝≈0.88.