物理人教版选修3-3学案第九章固体液体和物态变化4

4物态变化中的能量交换[学习目标]1.了解固体熔化热，知道不同固体有不同的熔化热．了解汽化的两种方式，知道沸点与大气压的关系.2.了解熔化、凝固、汽化和液化的概念及过程中的能量转化．知道物态变化过程中的能量转化.3.能解释生活中有关熔化、凝固、汽化、液化的物理问题．一、熔化热[导学探究]固体熔化时为什么会吸热？晶体和非晶体在熔化过程中有什么差别？答案固体熔化时要克服分子间引力做功，吸热能增加分子势能；晶体在熔化过程中温度不变，而非晶体在熔化过程中温度会发生变化．[知识梳理]1．熔化和凝固(1)熔化：物质从固态变成液态的过程．(2)凝固：物质从液态变成固态的过程．2．熔化热(1)概念：某种晶体熔化过程中所需的能量与其质量之比．(2)一定质量的某种晶体，熔化时吸收的热量与凝固时放出的热量相等．[即学即用]判断下列说法的正误．(1)固体熔化过程，温度不变，放热．(×)(2)不同晶体的熔化热不同．(√)二、汽化热[导学探究](1)发射火箭时，火箭点燃后尾部的火焰如果直接喷到发射台上，发射架要熔化．为了保护发射架，往往在发射台底建一个大水池，让火焰喷到水池中，这样做有什么道理？(2)液体汽化时为什么会吸热？汽化热与哪些因素有关？答案(1)利用水汽化时要吸热，使周围环境温度不致太高．(2)液体汽化时，液体分子离开液体表面成为气体分子，要克服其他液体分子的吸引而做功，因此要吸热．汽化热与物质汽化时的温度及外界气体压强有关．[知识梳理]1．汽化和液化(1)汽化：物质从液态变成气态的过程．(2)液化：物质从气态变成液态的过程．2．汽化热(1)概念：某种液体汽化成同温度的气体时所需的能量与其质量之比，叫做这种物质在这个温度下的汽化热．(2)一定质量的物质，在一定的温度和压强下，汽化时吸收的热量与液化时放出的热量相等．[即学即用]判断下列说法的正误．(1)汽化时放出热量．(×)(2)汽化热只与温度有关．(×)一、对熔化热的理解和应用1．固体熔化过程中的能量特点(1)晶体熔化过程中，当温度达到熔点时，吸收的热量全部用来破坏空间点阵，增加分子势能，而分子平均动能却保持不变，所以晶体有固定的熔点．非晶体没有空间点阵，吸收的热量主要转化为分子的动能，不断吸热，温度就不断上升．(2)由于在不同温度下物质由固态变成液态时吸收的热量不同，而晶体有固定的熔点，因此有固定的熔化热，非晶体没有固定的熔点，也就没有固定的熔化热．2．不同的晶体有不同的结构，要破坏不同晶体的结构，所需的能量就不同．因此不同晶体的熔化热不相同．熔化热是晶体的热学特征之一．3．熔化热的计算公式如果用λ表示物质的熔化热，m表示物质的质量，Q表示物质熔化时所需要吸收的热量，则Q＝λm.熔化热的单位是：焦耳/千克，即J/kg.例1(多选)当晶体的温度正好是熔点或凝固点时，它的状态()A．一定是固体 B．一定是液体C．可能是固体或液体 D．可能是固液共存答案CD解析晶体温度升高到熔点，将开始熔化，而且整个熔化过程温度保持不变；而液态晶体在降温到一定温度时，若继续放热，将会发生凝固现象，而且整个凝固过程温度不变，这个温度称为凝固点．对于同一种晶体来说，熔点和凝固点是相同的．因此在这个确定的温度下，晶体既可能是固体(也许正准备熔化)，也可能是液体(也许正准备凝固)，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℃的水放热将会结冰，而0℃的冰吸热将会熔化成水．图1例2如图1所示，试说明晶体从开始加热到全部熔化为液体的过程中内能的转化情况(分熔化前、熔化时、熔化后三个阶段说明)．答案(1)熔化前：晶体从外界吸收热量，主要用来增加组成点阵结构的微粒的平均动能，使物体的温度升高，其体积一般也有所增大，也有一小部分能量用来增加微粒的势能．(2)熔化时：当温度升高到熔点时，点阵结构中的一部分微粒已有足够的动能，能够克服其他微粒的束缚离开平衡位置，破坏点阵结构，开始熔化．继续加热，微粒所吸收的热量不再用来增加其平均动能，而完全用在破坏点阵结构上，即用来增加势能．(3)熔化后：液体吸收的能量主要转变为分子动能，只要继续加热，温度就要升高．二、对汽化热的理解和应用1．液体汽化过程中的能量特点液体汽化时，液体分子离开液体表面，要克服其他分子的吸引而做功，因此要吸收热量．汽化过程中体积膨胀要克服外界气压做功，也要吸收热量．2．液体汽化时的汽化热与温度和外界气压都有关系．3．汽化热的计算公式设某物质在一个标准大气压时，沸点下的汽化热为L，物质的质量为m，则Q＝Lm.汽化热的单位为：焦耳/千克，即J/kg.例3关于汽化热的概念，下列描述准确的是()A．某种液体在一定温度下汽化时所吸收的能量与其质量之比B．某种液体沸腾时，所吸收的热量与其质量之比C．某种液体在特定的温度下汽化时所吸收的能量与其质量之比D．某种液体汽化成同温度的气体时所需的能量与其质量之比答案D解析汽化热是某种液体汽化成同温度的气体时所需的能量与其质量之比，所以只有D正确．例4在一个大气压下，1g100℃的水吸收2.26×103J热量变为1g100℃的水蒸气．在这个过程中，以下四个关系式正确的是()A．2.26×103J＝汽的内能＋水的内能B．2.26×103J＝汽的内能－水的内能C．2.26×103J＝汽的内能＋水的内能＋水变成汽体积膨胀对外界做的功D．2.26×103J＝汽的内能－水的内能＋水变成汽体积膨胀对外界做的功答案D解析液体汽化时吸收的热量一部分用来克服分子引力做功，增加内能，一部分用来膨胀对外界做功，D对．解答此类问题要抓住两点：一是温度是分子平均动能的标志，温度不变，分子平均动能不变；二是抓住物态变化中的宏观特征是吸热还是放热，再依据能量守恒的观点，分析能量的变化情况.1．质量相同的下列物质熔化热最大的是()A．铝在熔化过程中吸收了395.7kJ能量B．铜在熔化过程中吸收了205.2kJ能量C．碳酸钙在熔化过程中吸收了527.5kJ能量D．氯化钠在熔化过程中吸收了517.1kJ能量答案C2．(多选)关于液体的汽化，正确的是()A．液体分子离开液体表面要克服其他液体分子的引力而做功B．液体的汽化热是与某个温度相对应的C．某个温度下，液体的汽化热与外界气体的压强有关D．汽化时吸收的热量等于液体分子克服分子引力而做的功答案ABC3．(多选)下列说法中正确的是()A．晶体有确定的熔化热，非晶体没有确定的熔化热B．不同晶体的熔化热不同C．晶体熔化时吸收热量而温度不变，用于增加分子势能D．一定质量的晶体，熔化时吸收的热量与凝固时放出的热量不相等答案ABC解析只有晶体才有固定的熔点，有确定的熔化热，A正确；熔化热与晶体的种类有关，B正确；晶体熔化时吸收热量，内能增加，但温度不变，分子平均动能不变，因此吸收的热量用于增加分子势能，C正确；一定质量的晶体，熔化时吸收的热量与凝固时放出的热量相等，D错误．4．(多选)100℃的水完全变成100℃的水蒸气的过程中()A．水分子的平均动能增加B．水分子的势能增加C．水所增加的内能小于所吸收的热量D．水所增加的内能等于所吸收的热量答案BC解析温度不变，水分子的平均动能不变，故A错误．吸收热量使水分子的势能增加，故B正确．吸收的热量一部分用来增加水的内能，另一部分用来对外界大气做功，故C正确，D错误．一、选择题1．关于物质的熔化和凝固，下列说法正确的是()A．各种固体都有确定的熔点B．各种固体都有确定的凝固点C．各种晶体的熔点相同D．非晶体熔化要吸热，温度不断上升答案D解析固体包括晶体和非晶体，只有晶体具有确定的熔点，且不同晶体的熔点一般不同．非晶体熔化时要吸热，在熔化过程中温度不断升高．2．(多选)下列液体现象中属于气体温度降低而液化的是()A．霜的形成B．自然界中的雾和露C．自来水管外壁的小水珠D．锅炉出气口喷出的“白汽”答案BCD3．下列四个图象中，属于晶体凝固图象的是()答案C解析首先分清晶体与非晶体的图象．晶体熔化(凝固)时有确定的熔化(凝固)温度，非晶体没有确定的熔化(凝固)温度，故A、D图象是非晶体的图象；其次分清熔化时在达到熔点前是吸收热量，温度升高，而凝固过程则恰好相反，故C正确．4．为了浇铸一个铜像，使用的材料是铜，则此过程的物态变化是()A．一个凝固过程 B．一个熔化过程C．先熔化后凝固 D．先凝固后熔化答案C解析浇铸铜像必须将铜先化成铜水浇入模子，待冷却后才能成为铜像．5．(多选)能使气体液化的方法是()A．在保持体积不变的情况下，不断降低气体的温度B．在保持体积不变的情况下，使气体温度升高C．在保持温度不变的情况下增大压强，能使一切气体液化D．降低气体的温度到某个特殊温度以下，然后增大压强答案AD6．晶体在熔化过程中，吸收热量的作用是()A．增加晶体的温度B．克服分子间引力，增加分子势能C．克服分子间引力，使分子平均动能增加D．既增加分子平均动能，也增加分子势能答案B解析晶体熔化过程中温度不变，分子平均动能不变，吸收的热量用于增加分子势能．7．质量相等的0℃的冰比0℃的水使热的物体冷却效果好的原因是()A．冰实际上比水冷B．冰的比热容比水的比热容大些C．冰变成水有一个熔化过程，要吸收一定热量D．冰含的热量比同质量水所含的热量少答案C解析0℃的冰先要进行熔化，在熔化过程中要吸收一定的热量，之后才变成0℃的水．8．大烧杯中装有冰水混合物，在冰水混合物中悬挂一个小试管，试管内装有冰，给大烧杯加热时，以下现象正确的是()A．烧杯内的冰和试管内的冰同时熔化B．试管内的冰先熔化C．在烧杯内的冰熔化完以前，试管内的冰不会熔化D．试管内的冰始终不会熔化答案C解析熔化需要满足两个条件：达到熔点和继续吸热．烧杯中冰水混合物温度与试管中的冰达到热平衡时温度相等，不发生热传递，因此在烧杯内的冰熔化完以前，试管内的冰不会熔化．9．火箭在大气中飞行时，它的头部跟空气摩擦发热，温度可达几千摄氏度，在火箭上涂有一层特殊材料，这种材料在高温下熔化并且汽化，能起到防止烧坏火箭头部的作用，这是因为()A．熔化和汽化都放热B．熔化和汽化都吸热C．熔化吸热，汽化放热D．熔化放热，汽化吸热答案B解析物质在熔化和汽化过程中都是吸收热量的，故选项B正确．10．吉尼斯大全中，记述了一个人赤着脚在650℃的燃烧着的一长堆木炭上步行约7.5米的“世界之最”纪录．下面说法正确的是()A．这个表演者一定在脚下事先抹上了一种高级绝热防护剂B．这个表演者一定是跳跃式地走过去的，这样做接触时间短，炭火来不及灼伤脚C．这个表演者一定是用汗脚踩在炭火上一步步轻轻地走过去的D．这个表演者一定是轻轻地踮着脚走过去的，这样做接触面积小，即使灼伤也不厉害答案C解析当赤着的脚踩上炭火时，灼热的炭火使脚底的汗水迅速汽化，立即在脚底下形成一个很薄的蒸气层．由于气体是热的不良导体，在一段短暂的时间内，对脚底板起到绝热防护作用，行走中步与步之间脚上流出的汗水部分地补偿了汽化所需的水分．如果脚底下还沾上了一层炭灰(未汽化完的汗水成为调合剂)，将使表演者能多走上几步．这里的关键是表演者要有足够的汗水不让保护层失效，所以只能是轻轻地一步一步走．因为跳跃、踮着脚走均不能提供足够的汗水，且容易使脚陷进炭火，从而使保护层失效，C正确．二、非选择题11．在压强为1.01×105Pa时，使10kg20℃的水全部汽化，需要吸收的热量是多少？[已知水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，100℃时水的汽化热为L＝2260kJ/kg]答案2.596×107J解析压强为1.01×105Pa时，水在达到沸点时的汽化热为2260kJ/kg.要使20℃的水全部汽化，应先使水的温度上升到100℃，则需吸收的热量总共为Q＝cmΔt＋m·L＝4.2×103×10×(100－20)J＋10×2260×103J＝2.596×107J.12．绝热容器里盛有少量温度为0℃的水，从容器里迅速往外抽气的时候，部分水急剧地蒸发，而其余的水都凝结成0℃的冰．则凝结成的冰的质量是原有水质量的多少倍？已知0℃的水的汽化热L＝2.49×106