高中物理第九章固体、液体和物态变化第4节物态变化中的能量交换导学案新人教版选修3-31

高中物理第九章固体、液体和物态变化第4节物态变化中的能量交换导学案新人教版选修3-31

4　物态变化中的能量交换内容要求饱和汽与饱和汽压了解汽化的两种方式：蒸发和沸腾；知道饱和汽、未饱和汽和饱和汽压这些概念的含义，知道饱和汽是一种动态平衡的蒸汽；了解绝对湿度、相对湿度概念的含义以及它对人的生活和植物的生长等方面的影响；了解湿度的测量工具——湿度计。物态变化中的能量交换了解晶体的熔化热，知道不同晶体有不同的熔化热；了解液体的汽化热，了解液体变为气体吸收热量是为了克服分子引力做功与克服外界气压做功。火箭在大气层中飞行时，它的头部跟空气摩擦发热，温度往往可达几千摄氏度，在火箭上涂一层特殊材料，这种材料在高温下熔化并且汽化，就能起到防止烧坏火箭头部的作用。你知道这是为什么吗？提示：这是因为熔化和汽化都吸收热量的原因。一、汽化现象1．概念物质从____态变成____态的过程叫做汽化。2．两种方式　　两种方式特点　　　蒸发沸腾发生位置只发生在液体______液体______和______同时发生发生条件在____温度下发生只在____温度下才会发生，这个温度就是液体的______，沸点与大气压有关，大气压较高时沸点也______剧烈程度比较缓慢比较______思考1：在高山上，用普通锅煮饭，即使水沸腾了，食物也没有熟，这是为什么呢？二、饱和汽与饱和汽压1．动态平衡：在相同时间内回到水中的分子数______从水面飞出去的分子数。这时，水蒸气的密度不再增大，液体水也不再减少，液体与气体之间达到了平衡状态，蒸发停止。这种平衡是一种动态平衡。2．饱和汽与饱和汽压(1)概念：与液体处于________的蒸汽叫做饱和汽(而没有达到______状态的蒸汽叫做未饱和汽)，它的压强叫做这种液体的______汽压。(2)特点：在一定温度下，饱和汽的______密度是一定的，饱和汽压也是______的。三、空气的湿度 1．绝对湿度：用空气中所含______的压强p来表示的湿度叫做空气的绝对湿度。2．相对湿度：我们常用空气中水蒸气的压强与同一______时水的______汽压之比来描述空气的潮湿程度，并把这个比值叫做空气的相对湿度，即相对湿度＝______________________3．测量工具：______计。思考2：我们都有这样的生活体验：在潮湿的天气里，洗了的衣服不容易晾干。这是为什么呢？四、熔化热与汽化热1．物态变化2．熔化热与汽化热(1)熔化热①概念：某种晶体熔化过程中所需的能量与其______之比，称作这种晶体的熔化热。②特点：一定质量的晶体，熔化时吸收的热量与凝固时放出的热量______。(2)汽化热①某种液体汽化成同______的气体时所需的能量与其______之比，叫做这种物质在这个______下的汽化热。②特点：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______。思考3：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？答案：一、1.液　气2．表面　表面　内部　任何　一定　沸点　较高　剧烈思考1提示：由于高山上的大气压强低，水的沸点低于100℃的缘故。二、1.等于2．(1)动态平衡　饱和　饱和　(2)分子数　一定三、1.水蒸气2．温度　饱和　3．湿度思考2提示：这是由于潮湿的天气里，空气的相对湿度较大，即空气里水蒸气的压强接近饱和汽压，所以蒸发较难进行，故不容易晾干。四、2.(1)质量　相等　(2)温度　质量　温度　相等思考3 提示：利用水汽化时要吸热，使周围环境温度不致太高。一、对动态平衡和饱和汽压的理解1．动态平衡要理解这个问题，要抓住“动态”这个核心，也就是达到平衡时，各量之间还是变化的，只不过变化的速度相同而已，只是从外观上看达到了平衡状态。如果把两个过程分别称为正过程和逆过程的话，当达到动态平衡时正过程速率应等于逆过程速率。(1)处于动态平衡时，液体的蒸发仍在不断进行；宏观上看，蒸发停止。(2)处于动态平衡时的蒸汽密度与温度有关，温度越高，达到动态平衡时的蒸汽密度越大。(3)在密闭容器中的液体，最后必定与上方的蒸汽处于动态平衡状态中。2．影响饱和汽压的因素(1)饱和汽压跟液体的种类有关实验表明，在相同的温度下，不同液体的饱和汽压一般是不同的。挥发性大的液体，饱和汽压大。例如20℃时，乙醚的饱和汽压为5.87×104Pa，水为2.34×104Pa；水银的饱和汽压很小，20℃时仅为1.60×10－1Pa，所以水银气压计水银柱上方的空间可以认为是真空。(2)饱和汽压跟温度有关微观解释：饱和汽压随温度的升高而增大。这是因为温度升高时，液体里能量较大的分子增多，单位时间内从液面飞出的分子也增多，致使饱和汽的密度增大，同时蒸汽分子热运动的平均动能也增大，这也导致饱和汽压增大。(3)饱和汽压跟体积无关微观解释：在温度不变的情况下，饱和汽的压强不随体积而变化。其原因是，当体积增大时，容器中的蒸汽的密度减小，原来的饱和汽变成了未饱和汽，于是液体继续蒸发。直到未饱和汽成为饱和汽为止，由于温度没有改变，饱和汽的密度跟原来的一样，蒸汽分子热运动的平均动能也跟原来一样，所以压强不改变，体积减小时，容器中蒸汽的密度增大，回到液体中的分子数多于从液面飞出的分子数，于是，一部分饱和汽变成液体，直到蒸汽的密度减小到等于该温度下饱和汽的密度为止。由于温度跟原来相同，饱和汽密度不变，蒸汽分子热运动的平均速率也跟原来相同，所以压强也不改变。饱和汽压随温度的升高而增大，饱和汽压与蒸汽所占的体积无关，液体沸腾的条件就是饱和汽压和外部压强相等。二、对相对湿度的理解1．影响相对湿度的因素相对湿度与绝对湿度和温度都有关系，在绝对湿度不变的情况下，温度越高，相对湿度越小，人感觉越干燥；温度越低，相对湿度越大，人感觉越潮湿。2．相对湿度的求法(1)公式相对湿度＝即B＝×100%，知道了水蒸气的实际压强和同温度水的饱和汽压，代入公式即可求得相对湿度。(2)说明①注意单位的统一，水蒸气的实际压强和同温度水的饱和汽压的单位是毫米汞柱(mmHg)。②在某一温度下，水的饱和汽压是一个定值，知道了绝对湿度可以算出相对湿度；反之，知道了相对湿度可以算出绝对湿度。 许多和湿度有关的现象，如蒸发的快慢、植物的枯萎、动物的感觉等，不是直接跟大气的绝对湿度有关，而是跟相对湿度有关。绝对湿度相同时，温度越高，离饱和状态越远，越容易蒸发，感觉越干燥；相反，气温越低，越接近饱和状态，感觉越潮湿。三、对物态变化中能量特点、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附近振动。对固体加热，在其开始熔化之前，获得的能量主要转化为分子的动能，使物体温度升高，当温度升高到一定程度，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，固体开始熔化。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，吸收热量，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.互逆过程的能量特点(1)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。(2)一定质量的某种物质，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。4．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，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。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。类型一对饱和汽与饱和汽压的理解【例1】如图所示的容器，用活塞封闭着刚好饱和的一些水蒸气，测得水蒸气的压强为p，体积为V。当保持温度不变，且(　　)。A．上提活塞使水蒸气的体积增为2V时，水蒸气的压强减为pB．下压活塞使水蒸气的体积减为V时，水蒸气的压强增为2pC．下压活塞时，水蒸气的质量减小，水蒸气的密度不变D．下压活塞时，水蒸气的质量和密度都减小百度文库-让每个人平等地提升自我点拨：当蒸气所占体积变化时，判断它是否仍为饱和汽，是正确分析本题的关键。解析：容器中的水蒸气刚好饱和，表示容器中已没有水。上提活塞使水蒸气的体积变为2V时，容器中的水蒸气变为未饱和汽，它遵循玻意耳定律，压强变为p。下压活塞使水蒸气的体积减为V时，由于温度不变，饱和汽的密度不变，部分水蒸气会液化成水，水蒸气的压强仍为p，只是水蒸气的质量减小了。故正确选项为A、C。答案：AC题后反思：“饱和汽压仅与温度有关而与体积无关”，但本题中当体积增大时水蒸气变成了未饱和汽，已不满足这一结论成立的前提，所以气压发生了变化。类型二相对湿度的计算【例2】气温为10℃时，测得空气的绝对湿度p1＝800 Pa，则此时的相对湿度为多少？如果绝对湿度不变，气温升至20℃，相对湿度又为多少？(已知10℃时水汽的饱和汽压为ps＝1.228×103Pa,20℃时水汽的饱和汽压为ps′＝2.338×103Pa)点拨：体会相对湿度与绝对湿度的区别与联系。解析：10℃时水汽的饱和汽压为ps＝1.228×103Pa，由相对湿度公式得此时的相对湿度：B1＝＝×100%＝65.1%20℃时水汽的饱和汽压为ps′＝2.338×103Pa，同理得相对湿度：B2＝＝×100%＝34.2%。答案：65.1%　34.2%题后反思：由计算可知，绝对湿度不变时，温度越高，它离饱和的程度越远，人们感觉越干燥。触类旁通：人们感觉到空气的干湿程度取决于绝对湿度还是相对湿度？类型三对熔化热和汽化热的理解【例3】一定质量的0℃的冰熔化成0℃的水时，其分子动能之和Ek和分子势能之和Ep的变化情况是(　　)。A．Ek变大，Ep变大B．Ek变小，Ep变小C．Ek不变，Ep变大D．Ek不变，Ep变小点拨：冰是晶体，熔化过程中吸收热量而温度不变。解析：0℃的冰熔化成水，温度不变，故分子的平均动能不变，而分子总数不变，故Ek不变；冰熔化过程中吸收的热量用来增大分子的势能，故C正确。答案：C题后反思：物态变化过程中，温度仍然是分子平均动能的标志。晶体熔化时吸收的热量主要是破坏晶体的分子结构，增大分子势能，所以物体的内能因吸热而增大。触类旁通：本题中如果是一定质量的100℃的水汽化成100℃的水蒸气，情况又会怎样？答案：触类旁通【例2】答案：相对湿度。【例3】　C1．一个玻璃瓶中装有半瓶液体，拧紧瓶盖经一段时间后达到动态平衡，则(　　)。A．不再有液体分子飞出液面B．液体分子不再做热运动C．仍有液体分子飞出液面D．在相同时间内从液体里飞出的分子数等于返回液体中的分子数，液体和蒸汽达到了动态平衡2．关于饱和汽，正确的说法是(　　)。A．在稳定情况下，密闭容器中如有某种液体存在，其中该液体的蒸汽一定是饱和的B．密闭容器中有未饱和的水蒸气，向容器内注入足够量的空气，加大气压可使水汽饱和C．随着液体的不断蒸发，当液化和汽化速率相等时液体和蒸汽达到的一种平衡状态叫动态平衡D．对于某种液体来说，在温度升高时，由于单位时间内从液面汽化的分子数增多，所以其蒸汽饱和所需要的压强增大3．(2011·海南单科)关于空气湿度，下列说法中正确的是(　　)。A．当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度一定较大B．当人们感到干燥时，空气的相对湿度一定较小C．空气的绝对湿度用空气中所含水蒸气的压强表示 D．空气的相对湿度定义为水的饱和蒸汽压与相同温度时空气中所含水蒸气的压强之比4．冬季在菜窖里放上几桶水，可以使窖内的温度不致降低得很多，防止把菜冻坏，这是什么道理？如果在窖内放入m＝200kg、t1＝10℃的水，试计算这些水结成0℃的冰时放出的热量。这相当于燃烧多少干木柴所放出的热量？(木柴的燃烧值约为k＝1.26×107J/kg，冰的熔化热取λ＝3.35×105J/kg，水的比热容c＝4.2×103J/(kg·℃)答案：1．CD　液体和气体达到动态平衡时，相同时间内从液体里飞出的分子数与返回液体中的分子数相等，选项C、D正确。2．ACD　在饱和状态下，液化和汽化达到动态平衡，即达到稳定状态，所以A、C项正确；液体的饱和汽压与其温度有关，即温度升高饱和汽压增大，所以D项正确；饱和汽压和外界气压没有关系，与温度有关。所以B项错误。3．BC　用空气中所含水蒸气的压强表示的湿度叫做空气的绝对湿度，选项C正确。影响人们对干爽与潮湿感受的因素并不是绝对湿度的大小，而是相对湿度，即空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比。人们感到干燥时，空气的相对湿度一定较小；感到潮湿时，空气的相对湿度一定较大。选项A、D错误，B正确。4．解析：因为水降温并结冰的过程中会放出热量，所以窖内温度不会太低。设这些水结成0℃的冰时放出的热量为Q，则Q＝mλ＋mcΔt＝200×3.35×105J＋200×4.2×103×10J＝7.54×107J设燃烧质量为m′的干木柴可以释放出的热量Q＝m′k，即m′＝＝kg＝6kg答案：水降温结冰放热　7.54×107J　6kg