新設計物理選修3-3課改地區(qū)專用講義1-3-4物態(tài)變化中的能量交換

1.3.4物態(tài)變化中的能量交換學習目標核心提煉1.知道熔化和凝固、汽化和液化的物態(tài)變化過程。6個概念——熔化、凝固、汽化、液化、熔化熱和汽化熱2.知道物態(tài)變化過程中伴隨能量的交換。一、熔化熱熔化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)一定質量的晶體，熔化時吸收的熱量與凝固時放出的熱量相等。思考判斷(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、汽化熱汽化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，稱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。思考判斷(1)汽化時放出熱量。(×)(2)汽化熱只與溫度有關。(×)對熔化熱的理解和應用[要點歸納]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。3.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。4.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。[精典示例][例1](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.一定質量的晶體，熔化時吸收的熱量與凝固時放出的熱量不相等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，因此吸收的熱量主要增加分子勢能，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。答案ABC[針對訓練1]關于熔化及熔化熱，下列說法正確的是()A.熔化熱在數值上等于熔化單位質量晶體所需的能量B.熔化過程吸收的熱量等于該物質凝固過程放出的熱量C.熔化時，物質的分子動能一定保持不變D.熔化時，物質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。對非晶體上述關系都不成立。答案A對汽化熱的理解和應用[要點歸納]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。[精典示例][例2]如圖1所示是水在一標準大氣壓下汽化熱與溫度的關系。關于汽化熱，下列說法中正確的是()圖1A.液體只有在沸騰時才有汽化熱B.某種物質的汽化熱是一定的C.質量越大則汽化熱越大D.汽化熱與物質汽化時所處的溫度和壓強有關解析某種物質的汽化熱與物質的種類、所處的溫度和壓強都有關系。所以D正確。答案D[針對訓練2]關于汽化熱的概念，下列描述正確的是()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。答案D

1.(晶體的熔點)(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 D.可能是液體E.可能是固液共存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。答案CDE2.(汽化熱概念理解)(多選)1g100℃的水與1g100℃的水蒸氣相比較，下列說法正確的是()A.分子的平均動能與分子的總動能都相同B.分子的平均動能相同，分子的總動能不同C.內能相同D.1g100℃的水的內能小于1g100℃的水蒸氣的內能解析溫度是分子平均動能的標志，因而在相同的溫度下，分子的平均動能相同，又1g水與1g水蒸氣的分子數相同，因而分子總動能相同，A正確；100℃的水變成100℃的水蒸氣，分子距離變大，要克服分子引力做功，因而分子勢能增加，所以1g100℃水的內能小于1g100℃水蒸氣的內能。答案AD3.(熔化熱概念的理解)(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。答案ABC4.(汽化熱的計算)水池里水的質量為M＝2.0×103kg，水溫為20℃，現在要給水池里的水加熱，使水溫升高到60℃，可向池內通入壓強為1.01×105Pa，溫度為100℃的水蒸氣，求水蒸氣的質量。[不計熱損失，已知水的比熱容c水＝4.2×103J/(kg·℃)，壓強為1.01×105Pa，溫度為100℃下，水的汽化熱L＝2.26×106J/kg]解析設水蒸氣質量為m，100℃的水蒸氣液化成100℃的水放出熱量，放出的熱量等于汽化所吸收的熱量，100℃的水再放熱降溫至60℃的水，質量為m的水蒸氣變成60℃的水放出的熱量Q放＝Lm＋c水mΔt1，水池里的水吸收的熱量Q吸＝c水MΔt2，因為Q放＝Q吸，所以Lm＋c水mΔt1＝c水MΔt2，代入數值，解得m≈138kg。答案138kg基礎過關1.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，使分子動能增加D.既增加分子動能，也增加分子勢能解析晶體在熔化過程中，溫度不變，所以分子平均動能不變，吸收的熱量增加分子勢能。答案B2.下列自然現象中，通過熔化形成的是()A.春天，河里的冰化成水B.夏天清晨，花草葉子上附著的露水C.秋天清晨，籠罩大地的霧D.冬天，空中紛飛的雪花解析冰化成水是固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，屬熔化；葉子上的露水是氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)，屬液化；霧的形成是液化；水蒸氣形成雪是氣態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，是凝華。答案A3.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，試管中裝有冰，給大燒杯加熱時，以下現象中正確的是()A.燒杯中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.試管內的冰始終不熔化解析物體間要發(fā)生熱傳遞的條件是兩者間存在溫度差。冰水混合物中的冰熔化完以前，溫度仍保持在0℃。當試管中的冰達到0℃時，兩者不再傳遞熱量，故開始時試管內的冰不能熔化，只有當燒杯中的冰熔化完畢，溫度開始上升時，試管中的冰才開始熔化，所以選項C正確。答案C4.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。答案B5.(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，然后增大壓強解析從能量轉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，只要不斷降低溫度或降低溫度到某一特定值以下，再增大壓強就可以使氣體液化。答案AD6.用吹風機的熱風吹一支蘸了酒精的溫度計時，溫度計的示數()A.先降低后升高 B.先升高后降低C.一直降低 D.一直升高解析開始時，溫度計上的酒精汽化，帶走熱量，使溫度降低，故示數降低；酒精完全汽化后，溫度計在熱風作用下溫度升高，A正確。答案A7.如圖所示的四個圖象中，屬于晶體凝固圖象的是()解析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。答案C8.下列說法中正確的是()A.冰在0℃時一定會熔化，因為0℃是冰的熔點B.液體蒸發(fā)的快慢與液體溫度的高低有關C.0℃的水，其內能為零D.冬天看到嘴里吐出“白汽”，這是汽化現象解析熔化不僅需要溫度達到熔點，還需要繼續(xù)吸熱，故A錯誤；液體溫度高，其分子運動加劇，容易跑出液面，即蒸發(fā)變快，故B正確；0℃的水分子也在永不停息地做熱運動，其內能不為零，故C錯誤；冬天嘴中的氣體溫度較高，呼出遇到冷空氣后液化為小水滴，即為“白汽”，故D錯誤。答案B能力提升9.在一個大氣壓下，1克100℃的水吸收2.26×103J熱量變?yōu)?克100℃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＋水變成水蒸氣時體積膨脹對外界做的功D.2.26×103J＝汽的內能－水的內能＋水變成水蒸氣時體積膨脹對外界做的功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正確。答案D10.(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ABC11.絕熱容器里盛有少量溫度是0℃的水，從容器中迅速往外抽氣的時候，部分水急劇地蒸發(fā)，而其余的水都結成0℃的冰，則結成冰的質量與原有水質量之比為多少？(已知0℃時水的汽化熱為L＝2.49×106J/kg，冰的熔化熱為λ＝3.34×105J/kg)解析設蒸發(fā)的水的質量為m1，結成冰的質量為m2，蒸發(fā)所需吸收的熱量Q1＝m1L，水結成冰所放出的熱量Q2＝m2λ，由于容器與外界絕熱，根據能量守恒定律知Q1＝Q2，即m1L＝m2λ，得eq\f(m2,m1)＝eq\f(L,λ)，所以結成冰的質量與原有水質量之比為eq\f(m2,m1＋m2)＝eq\f(L,λ＋L)＝eq\f(2.49×106,3.3