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问题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问题导学案新人教版选修3-31

第 4 节 物态变化中的能量交换 课堂合作探究 问题导学 一、熔化与熔化热 活动与探究 1 在如图所示的装置中加热冰水混合物，请注意观察，在冰未完全化成水以前，温度计的 示数变化；冰全部熔化后，温度计的示数怎样变化？为什么？ 迁移与应用 1 如果已知铜制量热器小筒的质量是 150 g，里面装着 100 g 16 ℃的水，放入 9 g 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＝3.9×102 J/（kg·℃）〕 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，使温度升高，当温度升高到一定的程度， 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．固体熔化过程的温度特点 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，所以晶体有确定的熔点。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，物质由固体变成液体时吸收的热量不同，而晶体有确定的熔点，因 此有确定的熔化热，非晶体没有确定的熔点，也就没有确定的熔化热。 注意：一定质量的晶体，融化时吸收的热量与凝固时放出的热量相等。 二、汽化与汽化热 活动与探究 2 人从游泳池中刚上岸时感到冷，如果有风会觉得更冷，甚至会发抖，这是为什么？ 迁移与应用 2 在一个大气压下，1 g 100 ℃的水吸收 2.26×103 J 热量变为 1 g 100 ℃的水蒸气。在 这个过程中，以下四个关系式正确的是（ ） A．2.26×103 J＝水蒸气的内能＋水的内能 B．2.26×103 J＝水蒸气的内能－水的内能 C．2.26×103 J＝水蒸气的内能＋水的内能＋水变成水蒸气体积膨胀对外界做的功 D．2.26×103 J＝水蒸气的内能－水的内能＋水变成水蒸气体积膨胀对外界做的功 1．晶体只在熔点时熔化，而液体可以在任何温度下汽化，所以提到汽化热时一定要注 意是在什么温度下的汽化热。液体汽化时体积会增大很多，分子吸取的热量不只用于挣脱其 他分子的束缚，还用于体积膨胀时克服外界气压做功，所以汽化热还与外界气体的压强有关。 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。 3．物质的汽化热是指单位质量的某种液体在某一温度、某一压强下汽化成同温度的气 体吸收的热量，通常指物质在 1 标准大气压下的沸点时的汽化热。 4．汽化热的计算（通常计算在 1 标准大气压时，沸点下的汽化热）公式 设某物质在一个大气压下，在沸点下的汽化热为 L，物质的质量为 m，则 Q＝Lm。汽化 热的单位为：焦耳/千克。即 J/kg。 当堂检测 1．下列属于熔化的是（ ） A．糖放在水中后逐渐化成了糖水 B．夏天放棒冰的杯子外壁有小水珠 C．露水的形成 D．棒冰变成了糖水 2．关于物质的熔化和凝固，下列叙述中正确的是（ ） A．各种固体都有一定的熔点 B．各种固体都有一定的凝固点 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 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热量和其质量之比 B．某种液体沸腾时，所吸收的热量和其质量之比 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的比值 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 4．下列液化现象中属于降低气体温度而液化的是（ ） A．家用液化石油气 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” 5．有一句民间说法叫做“水缸‘穿裙子’，老天要下雨”。所谓“水缸穿裙子”是指 在盛水的水缸外表面，齐着水面所在位置往下，出现了一层小水珠，请简要说明这一句民间 说法的科学道理。 答案： 课堂·合作探究 【问题导学】 活动与探究 1：答案：冰熔化过程中，温度计示数不变，保持 0 ℃。 全熔化完后温度计示数上升。原因是冰吸收的热量全部用来破坏晶体结构，增加晶体分 子势能，所以熔解过程中温度不变。 迁移与应用 1：答案：3.3×105 J/kg 解析：9 g 0 ℃的冰熔化为 0 ℃的水，再升高到 9 ℃，总共吸收的热量 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 λ＝3.3×105 J/kg。 活动与探究 2：答案：人刚上岸时，身体上的水分蒸发带走热量，有风加快蒸发，所以 人感觉更冷甚至会发抖。 迁移与应用 2：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。 【当堂检测】 1．D 解析：A 项是糖在水中溶解。B、C 项是空气中的水蒸气液化，只有 D 是熔化现象。 2．D 解析：只有晶体才有一定的熔点，且不同的晶体有不同的熔点，故 A、B 错。非 晶体没有一定的熔点和凝固点，吸热后温度不断上升，所以 C 错，D 对。 3．D 解析：解答此题时要着重掌握汽化与熔化的区别，汽化在任何温度下都可以发生， 故只有 D 正确。 4．BCD 解析：四个选项中只有液化石油气是加压而液化的，其他三项都是因降温而液 化，所以 B、C、D 正确。 5．答案：见解析 解析：水缸中的水由于蒸发，水和水缸外表面的温度比周围的空气温度低，空气中的水 蒸气遇到水缸外表面就会发生液化现象。当空气中水蒸气含量少时，虽有水蒸气在水缸表面 液化，但很快又蒸发了，不能形成水珠。当空气中的水蒸气含量较大时，水蒸气在水缸外表 面的液化要强于水的蒸发，因而形成一层小水珠，由于空气中水蒸气的含量大是降雨的一个 重要条件，所以水缸外表面出现了一层小水珠，降雨的可能性就大了，这就是“水缸‘穿裙 子’，老天要下雨”的道理。