物态变化及应用

6-2物态变化及应用一、教学目标1、了解固体、液体、气体三种不同物质状态下，分子运动的特点及液晶的特性。2、了解熔化热和汽化热的物理意义及熔化、凝固和蒸发现象中能量的变化情况；3、了解熔化和凝固、汽化和液化过程中的潜热的计算；4、会用分子运动理论、能量守恒定律说明物态变化过程中的微观机理。5、培养学生从能量角度解释常见物理现象的能力。二、教学重点难点重点：熔化热和汽化热的概念。难点：从能量角度说明物态变化时存在潜热的现象。（应从分子力做功的角度来引导学生分析这一现象并说明变化过程中的微观机理。）三、教学器材光盘。四、教学建议教法建议讨论、讲解法。教学设计方案（一）引入新课同学们我们知道，分子间的引力、斥力和分子热运动的对立统一，使物质有了固体、液体、气体等各种不同的形态，而正是这些物质微观结构的不同才使它们呈现出不同的状态和性质。在一定条件下，这三种状态可以相互转化，即发生物态变化。物质的各种状态之间怎样相互变化，物态变化遵循哪些规律，物态变化有哪些应用，就是本节要研究的问题。请同学们回忆一种现象：在晶体熔化或液体汽化时，物质需要从外界吸收热量，但它们的温度并不升高。这是为什么？在物态变化时，物体与外界交换的热量好像潜藏在物质内部，因此，这部分热量叫做潜热。下面我们先来了解固体、液体、气体三种不同物质状态下，分子运动的特点及液晶的特性，然后讨论、学习熔化和汽化现象中为什么会存在潜热，并给出潜热的计算方法。（二）引出课程内容１．固、液、气体的基本性质固体具有一定的形状和体积。固体可分为晶体、非晶体和准晶体。常见的晶体有雪花(冰)、食盐、石英、云母、明矾等，非晶体有玻璃、塑料、橡胶、蜂蜡、沥青等。晶体和非晶体在外观和物理性质上有很大的区别。准晶体是l984年才发现的它是金属的互化物具外形是规则的凸多面体原子排列不像非晶体那样完全无序但又不具有晶体所具有的平移周期性某些准晶体的特殊性质已被开发应用准晶体组成与结构的规律还有待于进一步研究。晶体具有规则的天然外形，如雪花是六角形，食盐的晶体呈立方体等，非晶体没有规则的几何形状。在物理性质上，晶体有一定熔点，非晶体没有确定的熔点。晶体在不同方向上的导热性、导电性、机械强度等都不相同，即晶体的各向异性，非晶体没有这些差别，是各向同性的。例如，在石英片上均匀地涂上一层石蜡，用炽热的金属球去接触石英片的反面，则石蜡沿着以接触点为中心，向四周熔化成椭圆，这表明晶体石英在各个方向上的导热性不同。如果用玻璃代替石英重做上述实验，发现熔化了的石蜡在玻璃上总呈圆形，这表示非晶体玻璃在各个方向上的导热性相同。（1）固体、液体、气体的特点固体的特点：具有一定的形状和体积。晶体（雪花、食盐、石英、云母、明矾等）晶体的物理性质：①有规则的天然外形②有一定熔点③有各向异性（在不同方向上的导热性、导电性、机械强度等都不相同）固体分为两大类非晶体（玻璃、塑料、橡胶、蜂蜡、沥青等）非晶体的物理性质：①没有规则的几何形状②没有确定的熔点蒸发的结果会使液体的温度降低，为了维持液体的温度不变，外界必须给液体一定的热量。例如：在炎热的夏天，给地面洒上一些水，人会感觉凉快就是因为蒸发使环境温度降低了。提问：为什么液体汽化时需要吸收热量呢？在学生回答后总结：因为液体汽化时，它的分子要从液态的分子热运动状态转变成气态分子的热运动状态。由于物质的气态分子要比同温度的液态分子间的距离大得多，因此，由液态变成气态，分子要克服液体分子的引力做功，增加分子的势能；又因气体所占的体积远大于形成气体的同质量的液体的体积，在汽化的同时，还要反抗外部压强做功。由热力学第一定律可以看出，液体汽化时所吸收的热量一部分用来增加气体的内能(因温度不变，增加的是分子的势能)，另一部分用来反抗外部压强做功。由于不同液体的分子力不同，所以，相同质量的不同液体、在相同压强和相同温度下汽化时吸收的热量也不同。为了表明液体物质的这种性质，物理上引人汽化热的概念：单位质量的某种液体变成同温度的蒸汽所吸收的热量叫做该种液体的汽化热。（2）汽化热：单位质量的某种液体变成同温度的蒸汽所吸收的热量叫做该种液体的汽化热。如果用表示汽化热，表示液体汽化的质量，表示汽化时液体由外界吸收的热量，那么汽化热的单位：焦耳每千克，符号是J/kg。实验证明，在相同条件下，单位质量的气体凝结成液体时放出的热量等于它的气化热。提问：液体汽化的温度是多少？液体汽化没有一定的温度，汽化在任何温度下都可发生。同种液体在不同温度下汽化时，所需的汽化热也不同。其主要原因是，温度升高，液体的体积膨胀，分子间距离增大，分子间引力变小，所以，液体分子脱离液体汽化时需要做的功也减小，汽化热随温度的升高而减小。液体的汽化热除与物质的性质有关外，还与外部压强有关。表6-2给出了在101325Pa压强下几种物质的沸点和汽化热。（教师介绍讲解）表6-3给出了水在101325Pa压强下几种不同温度时汽化热。（教师介绍讲解）３．液晶（教师适当介绍液晶的特点及应用）早在1888年，德国物理学家列曼和奥地利植物学家莱尼茨就已经发现了某些有机化合物被加热时，在一定的温度范围内，出现了一种介于固态与液态之间特殊的过渡性物质状态。实验结果发现，在这种状态下，它既具有流体的流动性又具有晶体的各向异性等特点，这种过渡状态的特殊物质称为液态晶体，简称为液晶。液晶对外界因素如声、光、热、力、电磁以及化学试剂等极为敏感，只需很小的能量就能使它的排列发生明显的变化，因而被广泛应用于电子、航空、生命科学等现代科学技术中。例如，利用液晶具有优异的光电效应而将其作为一种新型的显示材料，在数字与图像显示技术上开创了新的方法。目前，我们使用的电子手表，电子计算器，笔记本电脑等仪器中，均采用了液晶显示。液晶显示具有耗能少、体积小、视觉明显等优点。因而大大拓宽了电子显示技术的应用范围。20世纪80年代开发的液晶电视，现已能像画匾一样方便地挂在墙壁上收看了，而液晶立体电视也已获得了极大的成功。又如，利用液晶灵敏的温度效应制作的温度探测器，在医学上可用来检查肿瘤，肿瘤部分温度与正常组织温度的差别通过液晶温度探测器可以清楚地显示出来。科学家们还发现，生命过程中的很多生物反应都是在液晶环境中进行的，因此对生物系统中液晶态的研究将使与生命有关的许多奇妙而又复杂的问题得到更深刻的了解。4．例题讲解例题在地球大气层上垂直于太阳光的平面上，每平方米每秒可接收到1.35×103J的太阳能。这些能量平均大约只有15%能到达地球表面。已知地球表面水域占全球面积的71%，设平均气化热，试求每秒进入大气的平均水蒸发量m。解地球大气层垂直于太阳光的每平方米面积上每秒接收的太阳能，称为太阳常层垂直于太阳光的面积约为数，地球大气。地球表面水域每秒吸收的太阳能约为因此，每秒平均蒸发量为（三）小结1.固体分类：晶体（单晶体、多晶体）、非晶体、准晶体。晶体与非晶体的区别源于内部结构的根本不同，构成晶体的微粒在空间排列有序，导致单晶体各向异性，有规则的几何外形，有确定的熔点。所以表现在熔化过程中有无固定的熔化温度。2.液体、其微观结构比较接近于固体，与非晶体很相似。具有一定的体积，不易被压缩。分子间距很小，相互作用较大。3.气体、分子间距比液体增加很多，分子间作用力几乎为零，分子间热运动起决定性作用。没有一定的体积和形状。4.从能量的角度表述：物态变化的物理概念及物理量。