2024-2025學(xué)年高中物理第九章固體液體和物態(tài)變化4物態(tài)變化中的能量交換學(xué)案新人教版選修3-3

PAGE6-物態(tài)改變中的能量交換一、熔化熱熔化1．熔化：物質(zhì)從固態(tài)變成液態(tài)的過(guò)程叫熔化．2．凝固：物質(zhì)從液態(tài)變成固態(tài)的過(guò)程叫凝固．3．熔化熱：某種晶體熔化過(guò)程中所需的能量(Q)與其質(zhì)量(m)之比，叫做這種晶體的熔化熱．用λ表示晶體的熔化熱，則λ＝eq\f(Q,m)，在國(guó)際單位制中熔化熱的單位是焦耳/千克(J/kg)．4．說(shuō)明：不同的晶體有不同的結(jié)構(gòu)，要破壞不同物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，所需的能量也就不同．所以不同的晶體有不同的熔化熱；同種晶體有相同的熔化熱．肯定質(zhì)量的晶體，熔化時(shí)汲取的熱量與凝固時(shí)放出的熱量相等．非晶體在熔化過(guò)程中溫度會(huì)不斷改變，而不同溫度下物質(zhì)由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)汲取的熱量是不同的，所以非晶體沒(méi)有確定的熔點(diǎn)．二、汽化熱汽化1．汽化：物質(zhì)從液態(tài)變成氣態(tài)的過(guò)程叫汽化．2．液化：物質(zhì)從氣態(tài)變成液態(tài)的過(guò)程叫液化．3．汽化熱：某種液體汽化成同溫度氣體時(shí)，所需的能量(Q)與其質(zhì)量(m)之比叫這種物質(zhì)在這個(gè)溫度下的汽化熱．用L表示汽化熱，則L＝eq\f(Q,m)，在國(guó)際單位制中汽化熱的單位是焦耳/千克(J/kg)．4．說(shuō)明：液體的汽化熱與液體的溫度、外界的大氣壓強(qiáng)均有關(guān)；肯定質(zhì)量的物質(zhì)在肯定溫度和壓強(qiáng)下，汽化時(shí)汲取的熱量與液化時(shí)放出的熱量相等．俗話說(shuō)“下雪不冷化雪冷”．你知道這是什么緣由嗎？天熱的時(shí)候人為什么會(huì)出汗？出汗時(shí)假如再吹電風(fēng)扇會(huì)感到更涼快，你能用所學(xué)學(xué)問(wèn)說(shuō)明這些生活現(xiàn)象嗎？提示：因?yàn)檠┤刍瘯r(shí)要汲取大量熱，所以化雪時(shí)更冷．水蒸發(fā)汽化時(shí)也需汲取熱量，且空氣流淌后蒸發(fā)加快，所以高溫天氣人體靠汗液的蒸發(fā)帶走熱量，維持體溫正常．考點(diǎn)一熔化熱與汽化熱1．特點(diǎn)(1)不同晶體熔化熱不同，非晶體沒(méi)有確定的熔化熱．(2)肯定質(zhì)量的某種晶體，熔化時(shí)汲取的熱量與凝固時(shí)放出的熱量相等；肯定質(zhì)量的某種液體在肯定的溫度和壓強(qiáng)下汽化時(shí)汲取的熱量與氣體液化時(shí)放出的熱量相等．2．計(jì)算(1)熔化熱的計(jì)算假如用λ表示物質(zhì)的熔化熱，m表示物質(zhì)的質(zhì)量，Q表示熔化時(shí)所須要汲取的熱量，則Q＝λm.熔化熱的單位：焦耳/千克，即J/kg.(2)汽化熱的計(jì)算設(shè)某物質(zhì)在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，在沸點(diǎn)下的汽化熱為L(zhǎng)，物質(zhì)的質(zhì)量為m，則Q＝Lm.汽化熱的單位：焦耳/千克，即J/kg.【例1】假如已知銅制量熱器小筒的質(zhì)量是150g，里面裝著質(zhì)量為100g、溫度為16℃的水，放入質(zhì)量為9g、溫度為0℃的冰，冰完全熔化后水的溫度是9℃，利用這些數(shù)據(jù)求冰的熔化熱是多少？[銅的比熱容c銅＝3.9×102J/(kg·℃)，水的比熱容c水＝4.2×103J/(kg·℃)]【解析】質(zhì)量為9g的、0℃的冰熔化為0℃的水，再上升到9℃，總共汲取的熱量：Q吸＝m冰λ＋m冰c水(9℃－0℃)；量熱器中的水和量熱器小筒從16℃降到9℃放出的熱量．Q放＝m水c水(16℃－9℃)＋m筒c銅(16℃－9℃)，因?yàn)镼吸＝Q放，所以m冰λ＋m冰c水(9℃－0℃)＝(m水c水＋m筒c銅)(16℃－9℃)，統(tǒng)一單位后，把數(shù)值代入上式，可得：冰的熔化熱λ＝3.3×105J/kg.【答案】3.3×105J/kg總結(jié)提能冰的熔化熱很大．冰的這一特點(diǎn)對(duì)自然界有重要的意義，它使得初冬時(shí)，一個(gè)寒冷的夜晚不會(huì)把江河湖泊全部封凍起來(lái)，氣溫也不會(huì)隧然下降；初春時(shí)，一個(gè)陽(yáng)光絢麗的晴天不會(huì)使冰雪全部熔化，造成江河泛濫，氣溫也不會(huì)隧然上升．在日常生活中，人們利用冰熔化熱大的特點(diǎn)來(lái)冷藏食品、冰鎮(zhèn)飲料等．絕熱容器里盛有少量溫度是0℃的水，從容器里快速往外抽氣的時(shí)候，部分水急劇地蒸發(fā)，而其余的水都結(jié)成0℃的冰，則結(jié)成冰的質(zhì)量是原有水質(zhì)量的多少？已知0℃時(shí)水的汽化熱L＝2.49×106J/kg，冰的熔化熱為λ＝3.34×105J/kg.解析：由題意知水蒸發(fā)時(shí)須要的汽化熱的熱量只能由其余的水結(jié)成冰所削減的內(nèi)能來(lái)供應(yīng)．設(shè)蒸發(fā)的水的質(zhì)量是m1，結(jié)成冰的質(zhì)量是m2，蒸發(fā)所需汲取的熱量Q1＝m1L水結(jié)成冰所放出熱量Q2＝m2λ.由于容器與外界不發(fā)生熱交換，Q1＝Q2，即m1L＝m2λ，得eq\f(m2,m1)＝eq\f(L,λ).所以結(jié)成冰的質(zhì)量與原有水質(zhì)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%考點(diǎn)二物態(tài)改變中能量、溫度特點(diǎn)的分析1．晶體熔化過(guò)程中的能量特點(diǎn)固體分子間的強(qiáng)大作用使固體分子只能在各自的平衡位置旁邊振動(dòng)．對(duì)固體加熱，在其起先熔化之前，獲得的能量主要轉(zhuǎn)化為分子的動(dòng)能，使物體溫度上升，當(dāng)溫度上升到肯定程度，一部分分子的能量足以克服其他分子的束縛，從而可以在其他分子間移動(dòng)，固體起先熔化．2．液體汽化過(guò)程中的能量特點(diǎn)液體汽化時(shí)，由于體積明顯增大，汲取熱量，一部分用來(lái)克服分子間引力做功，另一部分用來(lái)克服外界壓強(qiáng)做功．3．固體熔化過(guò)程中的溫度特點(diǎn)晶體熔化過(guò)程，當(dāng)溫度達(dá)到熔點(diǎn)時(shí)，汲取的熱量全部用來(lái)破壞空間點(diǎn)陣，增加分子勢(shì)能，而分子平均動(dòng)能卻保持不變，所以晶體有固定的熔點(diǎn)．非晶體沒(méi)有空間點(diǎn)陣，汲取的熱量主要轉(zhuǎn)化為分子的動(dòng)能，不斷吸熱，溫度就不斷上升．由于在不同溫度下物質(zhì)由固態(tài)變成液態(tài)時(shí)汲取的熱量不同，而晶體有固定的熔點(diǎn)，因此有固定的熔化熱，非晶體沒(méi)有固定的熔點(diǎn)，也就沒(méi)有固定的熔化熱．【例2】將500g處于熔點(diǎn)的液態(tài)鉛，倒入體積為1L、溫度為22℃的水中，鉛在水中凝固，此時(shí)水的溫度上升，并有一部分水變成了100℃的水蒸氣，假如余下的水最終溫度是27℃，那么變成水蒸氣的水的質(zhì)量是多少？[已知鉛的熔點(diǎn)為327℃，熔化熱為0.247×105J/kg，比熱容為126J/(kg·℃)，水在100℃時(shí)的汽化熱為2.26×106J/kg，只考慮100℃的水汽化為100℃的水蒸氣汽化時(shí)汲取的熱量]【解析】鉛由液態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)放出的熱量：Q1＝λm1＝0.247×105×0.5J≈1.24×104J，鉛由327℃降低到27℃放出的熱量：Q2＝c1m1Δt1＝126×0.5×(327－27)J＝1.89×104設(shè)有質(zhì)量為mkg的水變成100℃的水蒸氣，這些水升溫汲取的熱量為Q3＝c2mΔt2＝4.2×103×m這些水汽化汲取的熱量為Q4＝Lm＝2.26×106J/kg×m，余下的水汲取的熱量為：Q5＝c2m2Δt3＝4.2×103×(1－因此有Q1＋Q2＝Q3＋Q4＋Q5，解得m≈0.004kg＝4g.【答案】4g總結(jié)提能留意鉛放出的熱量除使一部分水上升溫度外，還使一部分水汽化，而汽化部分的水汲取的熱量除汽化吸熱外，還必需使這部分水的溫度上升到100℃，這一點(diǎn)很簡(jiǎn)單被忽視．留意物體吸、放熱量的計(jì)算公式Q＝cmΔt的運(yùn)用，其中Δt為溫度的改變量．1．在一個(gè)大氣壓下，1克100℃的水汲取2.26×103J熱量變?yōu)?克A．2.26×103J＝氣的內(nèi)能＋水的內(nèi)能B．2.26×103J＝氣的內(nèi)能－水的內(nèi)能C．2.26×103J＝氣的內(nèi)能＋水的內(nèi)能＋水變成氣體積膨脹對(duì)外界做的功D．2.26×103J＝氣的內(nèi)能－水的內(nèi)能＋水變成氣體積膨脹對(duì)外界做的功解析：液體汽化時(shí)汲取的熱量一部分用來(lái)克服分子引力做功，增加內(nèi)能，一部分用來(lái)膨脹對(duì)外界做功，D對(duì)．2．某愛(ài)好小組以相同的燒杯盛等量的水，用相同的熱源同時(shí)加熱，甲杯為隔水加熱，乙杯為隔油加熱，丙杯為隔沙加熱，加熱一段時(shí)間后，測(cè)得燒杯外物質(zhì)的溫度分別為水溫100℃、油溫300℃、沙溫600℃，且視察到乙、丙兩燒杯中的水呈沸騰狀態(tài)，則三杯水的溫度凹凸依次為(D)A．甲>乙>丙 B．甲<乙<丙C．甲<乙＝丙 D．甲＝乙＝丙解析：甲杯外水溫為100℃，所以甲杯中的水溫也為100℃，乙、丙兩燒杯外的物質(zhì)溫度雖然分別達(dá)到了300℃和600℃，但由于兩燒杯中的水呈沸騰狀態(tài)，所以?xún)蔁械乃疁匾餐瑸?00℃，D正確．3．(多選)在探究石蠟和海波的熔化規(guī)律時(shí)，小琴依據(jù)試驗(yàn)?zāi)康?，進(jìn)行了仔細(xì)規(guī)范的試驗(yàn)，獲得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表所示．則下列四個(gè)選項(xiàng)中，推斷正確的是(ABD)加熱時(shí)間/min01234567891011石蠟的溫度/℃404142444647484951525456海波的溫度/℃404244464848484848485053A．石蠟是非晶體B．海波熔化時(shí)的溫度是48℃C．海波在熔化過(guò)程中不須要吸熱D．42℃時(shí)，海波的狀態(tài)是固態(tài)解析：由表格中數(shù)據(jù)可知，海波從第4分鐘到第9分鐘，溫度保持不變，所以海波是晶體，而石蠟在整個(gè)過(guò)程中汲取熱量，溫度不斷上升，所以石蠟是非晶體，A選項(xiàng)正確；在第4分鐘到第9分鐘過(guò)程中海波汲取熱量，在熔化過(guò)程溫度保持48℃不變，故海波熔化時(shí)的溫度是48℃，所以B選項(xiàng)正確；海波是晶體，在熔化過(guò)程中吸熱但溫度不變，故C錯(cuò)誤；海波的熔點(diǎn)是48℃，42℃低于海波的熔點(diǎn)，故此時(shí)海波是固態(tài)，所以D選項(xiàng)正