2024-2025学年高中物理第九章固体液体和物态变化4物态变化中的能量交换学案新人教版选修3-3

PAGE6-物态改变中的能量交换一、熔化热熔化1．熔化：物质从固态变成液态的过程叫熔化．2．凝固：物质从液态变成固态的过程叫凝固．3．熔化热：某种晶体熔化过程中所需的能量(Q)与其质量(m)之比，叫做这种晶体的熔化热．用λ表示晶体的熔化热，则λ＝eq\f(Q,m)，在国际单位制中熔化热的单位是焦耳/千克(J/kg)．4．说明：不同的晶体有不同的结构，要破坏不同物质的结构，所需的能量也就不同．所以不同的晶体有不同的熔化热；同种晶体有相同的熔化热．肯定质量的晶体，熔化时汲取的热量与凝固时放出的热量相等．非晶体在熔化过程中温度会不断改变，而不同温度下物质由固态变为液态时汲取的热量是不同的，所以非晶体没有确定的熔点．二、汽化热汽化1．汽化：物质从液态变成气态的过程叫汽化．2．液化：物质从气态变成液态的过程叫液化．3．汽化热：某种液体汽化成同温度气体时，所需的能量(Q)与其质量(m)之比叫这种物质在这个温度下的汽化热．用L表示汽化热，则L＝eq\f(Q,m)，在国际单位制中汽化热的单位是焦耳/千克(J/kg)．4．说明：液体的汽化热与液体的温度、外界的大气压强均有关；肯定质量的物质在肯定温度和压强下，汽化时汲取的热量与液化时放出的热量相等．俗话说“下雪不冷化雪冷”．你知道这是什么缘由吗？天热的时候人为什么会出汗？出汗时假如再吹电风扇会感到更凉快，你能用所学学问说明这些生活现象吗？提示：因为雪熔化时要汲取大量热，所以化雪时更冷．水蒸发汽化时也需汲取热量，且空气流淌后蒸发加快，所以高温天气人体靠汗液的蒸发带走热量，维持体温正常．考点一熔化热与汽化热1．特点(1)不同晶体熔化热不同，非晶体没有确定的熔化热．(2)肯定质量的某种晶体，熔化时汲取的热量与凝固时放出的热量相等；肯定质量的某种液体在肯定的温度和压强下汽化时汲取的热量与气体液化时放出的热量相等．2．计算(1)熔化热的计算假如用λ表示物质的熔化热，m表示物质的质量，Q表示熔化时所须要汲取的热量，则Q＝λm.熔化热的单位：焦耳/千克，即J/kg.(2)汽化热的计算设某物质在一个标准大气压下，在沸点下的汽化热为L，物质的质量为m，则Q＝Lm.汽化热的单位：焦耳/千克，即J/kg.【例1】假如已知铜制量热器小筒的质量是150g，里面装着质量为100g、温度为16℃的水，放入质量为9g、温度为0℃的冰，冰完全熔化后水的温度是9℃，利用这些数据求冰的熔化热是多少？[铜的比热容c铜＝3.9×102J/(kg·℃)，水的比热容c水＝4.2×103J/(kg·℃)]【解析】质量为9g的、0℃的冰熔化为0℃的水，再上升到9℃，总共汲取的热量：Q吸＝m冰λ＋m冰c水(9℃－0℃)；量热器中的水和量热器小筒从16℃降到9℃放出的热量．Q放＝m水c水(16℃－9℃)＋m筒c铜(16℃－9℃)，因为Q吸＝Q放，所以m冰λ＋m冰c水(9℃－0℃)＝(m水c水＋m筒c铜)(16℃－9℃)，统一单位后，把数值代入上式，可得：冰的熔化热λ＝3.3×105J/kg.【答案】3.3×105J/kg总结提能冰的熔化热很大．冰的这一特点对自然界有重要的意义，它使得初冬时，一个寒冷的夜晚不会把江河湖泊全部封冻起来，气温也不会隧然下降；初春时，一个阳光绚丽的晴天不会使冰雪全部熔化，造成江河泛滥，气温也不会隧然上升．在日常生活中，人们利用冰熔化热大的特点来冷藏食品、冰镇饮料等．绝热容器里盛有少量温度是0℃的水，从容器里快速往外抽气的时候，部分水急剧地蒸发，而其余的水都结成0℃的冰，则结成冰的质量是原有水质量的多少？已知0℃时水的汽化热L＝2.49×106J/kg，冰的熔化热为λ＝3.34×105J/kg.解析：由题意知水蒸发时须要的汽化热的热量只能由其余的水结成冰所削减的内能来供应．设蒸发的水的质量是m1，结成冰的质量是m2，蒸发所需汲取的热量Q1＝m1L水结成冰所放出热量Q2＝m2λ.由于容器与外界不发生热交换，Q1＝Q2，即m1L＝m2λ，得eq\f(m2,m1)＝eq\f(L,λ).所以结成冰的质量与原有水质量之比eq\f(m2,m1＋m2)＝eq\f(L,λ＋L)＝eq\f(2.49×106,3.34×105＋2.49×106)≈0.88，即m冰＝88%m水．答案：88%考点二物态改变中能量、温度特点的分析1．晶体熔化过程中的能量特点固体分子间的强大作用使固体分子只能在各自的平衡位置旁边振动．对固体加热，在其起先熔化之前，获得的能量主要转化为分子的动能，使物体温度上升，当温度上升到肯定程度，一部分分子的能量足以克服其他分子的束缚，从而可以在其他分子间移动，固体起先熔化．2．液体汽化过程中的能量特点液体汽化时，由于体积明显增大，汲取热量，一部分用来克服分子间引力做功，另一部分用来克服外界压强做功．3．固体熔化过程中的温度特点晶体熔化过程，当温度达到熔点时，汲取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，汲取的热量主要转化为分子的动能，不断吸热，温度就不断上升．由于在不同温度下物质由固态变成液态时汲取的热量不同，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．【例2】将500g处于熔点的液态铅，倒入体积为1L、温度为22℃的水中，铅在水中凝固，此时水的温度上升，并有一部分水变成了100℃的水蒸气，假如余下的水最终温度是27℃，那么变成水蒸气的水的质量是多少？[已知铅的熔点为327℃，熔化热为0.247×105J/kg，比热容为126J/(kg·℃)，水在100℃时的汽化热为2.26×106J/kg，只考虑100℃的水汽化为100℃的水蒸气汽化时汲取的热量]【解析】铅由液态变为固态放出的热量：Q1＝λm1＝0.247×105×0.5J≈1.24×104J，铅由327℃降低到27℃放出的热量：Q2＝c1m1Δt1＝126×0.5×(327－27)J＝1.89×104设有质量为mkg的水变成100℃的水蒸气，这些水升温汲取的热量为Q3＝c2mΔt2＝4.2×103×m这些水汽化汲取的热量为Q4＝Lm＝2.26×106J/kg×m，余下的水汲取的热量为：Q5＝c2m2Δt3＝4.2×103×(1－因此有Q1＋Q2＝Q3＋Q4＋Q5，解得m≈0.004kg＝4g.【答案】4g总结提能留意铅放出的热量除使一部分水上升温度外，还使一部分水汽化，而汽化部分的水汲取的热量除汽化吸热外，还必需使这部分水的温度上升到100℃，这一点很简单被忽视．留意物体吸、放热量的计算公式Q＝cmΔt的运用，其中Δt为温度的改变量．1．在一个大气压下，1克100℃的水汲取2.26×103J热量变为1克A．2.26×103J＝气的内能＋水的内能B．2.26×103J＝气的内能－水的内能C．2.26×103J＝气的内能＋水的内能＋水变成气体积膨胀对外界做的功D．2.26×103J＝气的内能－水的内能＋水变成气体积膨胀对外界做的功解析：液体汽化时汲取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．2．某爱好小组以相同的烧杯盛等量的水，用相同的热源同时加热，甲杯为隔水加热，乙杯为隔油加热，丙杯为隔沙加热，加热一段时间后，测得烧杯外物质的温度分别为水温100℃、油温300℃、沙温600℃，且视察到乙、丙两烧杯中的水呈沸腾状态，则三杯水的温度凹凸依次为(D)A．甲>乙>丙 B．甲<乙<丙C．甲<乙＝丙 D．甲＝乙＝丙解析：甲杯外水温为100℃，所以甲杯中的水温也为100℃，乙、丙两烧杯外的物质温度虽然分别达到了300℃和600℃，但由于两烧杯中的水呈沸腾状态，所以两烧杯中的水温也同为100℃，D正确．3．(多选)在探究石蜡和海波的熔化规律时，小琴依据试验目的，进行了仔细规范的试验，获得的试验数据如表所示．则下列四个选项中，推断正确的是(ABD)加热时间/min01234567891011石蜡的温度/℃404142444647484951525456海波的温度/℃404244464848484848485053A．石蜡是非晶体B．海波熔化时的温度是48℃C．海波在熔化过程中不须要吸热D．42℃时，海波的状态是固态解析：由表格中数据可知，海波从第4分钟到第9分钟，温度保持不变，所以海波是晶体，而石蜡在整个过程中汲取热量，温度不断上升，所以石蜡是非晶体，A选项正确；在第4分钟到第9分钟过程中海波汲取热量，在熔化过程温度保持48℃不变，故海波熔化时的温度是48℃，所以B选项正确；海波是晶体，在熔化过程中吸热但温度不变，故C错误；海波的熔点是48℃，42℃低于海波的熔点，故此时海波是固态，所以D选项正