高中物理 第九章 物态和物态变化 4 物态变化中的能量交换教材梳理素材 新人教版选修3-3（通用）

高中物理 第九章 物态和物态变化 4 物态变化中的能量交换教材梳理素材 新人教版选修3-3（通用）

‎4 物态变化中的能量交换 ‎ 庖丁巧解牛 知识·巧学 一、熔化热 ‎1.熔化和凝固 熔化指的是物质从固态变成液态的过程，而凝固指的是从液态变成固态的过程.‎ 深化升华 熔化和凝固是逆过程.‎ ‎2.熔化热 某种晶体熔化过程中所需的能量与其质量之比，称作这种晶体的熔化热（melting heat）.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，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.因此不同晶体的熔化热也不相同.‎ 辨析比较 非晶体液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吸收的热量是不同的，所以非晶体没有确定的熔化热.‎ ‎3.熔化的条件 ‎（1）温度达到熔点；（2）继续吸热.‎ ‎4.熔化热的计算 如果用λ表示物质的熔化热，m表示物质的质量，Q表示熔化时所需要吸收的热量，则Q=λm.‎ 熔化热的单位是：焦耳/千克，即J/kg.‎ 二、汽化热 ‎1.汽化与液化 汽化：物质从液态变成气态的过程，叫汽化.‎ 液化：物质从气态变成液态的过程，叫液化.‎ ‎2.汽化热 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，称作这种物质在这个温度下的汽化热.‎ 联想发散 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.‎ 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.汽化热的计算（通常计算在1个大气压时，沸点下的汽化热）‎ 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.‎ 典题·热题 知识点一 熔化热 例1 当晶体的温度正好是熔点或凝固点时，它的状态为（ ）‎ A.一定是固体 B.一定是液体 C.可能是固体 D.可能是液体 E.也可能是固液共存 解析：这里首先要搞清楚什么是熔点，什么是凝固点，当固体吸收热量时，温度将升高，某种固体（如冰、食盐、明矾及金属）等到了一定温度后若继续吸热，将开始熔化，而且整个的熔化过程保持温度不变，此温度即为熔点，这类物质又称为晶体；而液态晶体在降低到一定温度时，若继续放热将会发生凝固现象，而且整个凝固过程温度不变，这个温度就称为凝固点，对于同一种晶体来说熔点和凝固点是相同的.‎ 那么在这个确定的温度下，晶体就既可能是固体（也许正准备熔化），也可能是液体（也许正准备凝固），也可能是正在熔化过程中或正在凝固过程中，例如，有‎0 ℃‎的水，‎0 ℃‎的冰，也有‎0 ℃‎的冰水混合物，‎0 ℃‎的水放热将会结冰，而‎0 ℃‎ 的冰吸热将会熔化成水.‎ 答案：CDE 巧妙变式 当晶体处于固体状态时，只要加热温度一定会升高吗？不一定，因为处于固体状态时其温度也可能正处于熔点，再加热，温度不会升高.‎ 例2 水的凝固点是‎0 ℃‎，如果把‎0 ℃‎的冰放到‎0 ℃‎的房间里，则（ ）‎ A.冰一定会熔化 B.冰一定不会熔化 C.冰可能熔化，也可能不熔化 D.冰将全产熔化 解析：冰是晶体，它的熔化需满足两个条件，温度达到熔点‎0 ℃‎，还要继续吸收热量‎.0 ℃‎的冰不能从‎0 ℃‎的环境里吸收热量，不能熔化.‎ 答案：B 方法归纳 分析物体是否熔化时，抓住两个条件：一是温度条件；二是吸热条件.必须全面分析.‎ 例3 在如图‎9-4-1‎所示的四个图象中，属于晶体凝固图象的是（ ）‎ 图‎9-4-1‎ 解析：首先分清晶体与非晶体的图象.晶体凝固时有确定的凝固温度，非晶体没有确定的凝固温度，故A、D图象是非晶体的图象；再次分清熔化是固体→液体，达到熔点前是吸收热量，温度升高，而凝固过程则恰好相反，故C对.‎ 答案：C 知识点二 汽化热 例4 ‎1 g100 ℃‎的水与‎1 g100 ℃‎的水蒸气相比较，下列说法中正确的是（ ）‎ A.分子的平均动能与分子的总动能都相同 B.分子的平均动能相同，分子的总动能不同 C.内能相同 D‎.1 g100 ℃‎的水的内能小于‎1 g100 ℃‎的水蒸气的内能 解析：温度是分子平均动能的标志，因而在相同的温度下，分子的平均动能相同，又‎1 g水与‎1 g水蒸气的分子数相同，因而分子总动能相同，A正确.当从‎100 ℃‎的水变成‎100 ℃‎的水蒸气的过程中，分子距离变大，要克服分子引力做功，因而分子势能增加，所以‎100 ℃‎的水的内能小于‎100 ℃‎水蒸气的内能，D正确.‎ 答案：D 巧解提示 从‎100 ℃‎的水到‎100 ℃‎的水蒸气属于汽化，需要吸热.因而内能增大.‎ 方法点拨 解决本题的关键是从宏观和微观两个角度搞清与物体的内能有关的因素.‎ 知识点三 有关物态变化中的能量交换的综合 例5 绝热容器里盛有少量温度是‎0 ℃‎的水，从容器里迅速往外抽气的时候，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的质量的多少？已知‎0 ℃‎时的水的汽化热L=2.49×106 J/kg，冰的熔化热λ=3.34×105 J/kg.‎ 解析：水蒸发时需要的汽化热，题中条件下，这些热量只能由其余的水结成冰所减少的内能所提供.‎ 设蒸发的水的质量是m1，结成冰的质量是m2.‎ 蒸发所需吸收的热量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，由Q1=Q2，即m‎1L=m2λ 得=‎ 所以结成冰的质量与原有水质量之比：‎ ‎===0.88‎ 即m冰=88%m水.‎ 方法归纳 由于绝热，与外界无热交换.可用能量守恒的角度进行分析.‎ 问题 ·探究 方案设计探究 问题 怎样测定冰的熔化热？‎ 探究思路：在质量为m筒的量热器内筒盛质量为m水、温度为t0的水，再向其中投入质量m冰，设达到热平衡时的温度为t，则由热平衡方程Q放=Q吸得 ‎（c筒m筒+c水m水）(t0-t)=λm冰+m冰t λ=‎ 式中，c筒为量热器内筒所用材料的比热容，c水为水的比热容，由实验可测得t0、t、m筒、m水、m冰，而c水、c筒为已知，即可求得冰的熔化热λ.‎ 探究结论：用天平测量量热器的质量及水的质量、冰块的质量.用温度计测量出投入冰之前的温度，投入冰后达到热平衡时的温度.借用上述公式可计算得出.‎ 材料信息探究 问题 先阅读短文，再回答问题.‎ 住在非洲沙漠中的居民，由于没有电，夏天无法用冰箱保鲜食物，一位物理教师发明了一种“沙冰箱”罐中罐，这是一个由内罐和外罐组成，且两罐之间填上潮湿的沙子的容器，如图‎9-4-2‎所示，使用时将食物和饮料放在内罐，罐口盖上湿布，然后放在干燥通风的地方，并经常在两罐间的沙子上洒些水，这样就能起到保鲜的作用.‎ 图‎9-4-2‎ ‎（1）经常在两罐间洒些水的原因是什么？‎ ‎（2）放在干燥通风的地方是为了什么？‎ 探究过程：（1）经常在两罐间洒些水，就能起到保鲜作用，先联系实际，非洲地区比较热，食物和饮料在高温环境中易变质，再考虑水蒸发能吸热，所以洒水的原因应为利用水蒸发吸热降低食物和饮料的温度，便于长期保存；（2）放在干燥通风的地方很自然想到是为了加快水分蒸发从而吸收更多的热，使食物和饮料温度不致过高，起到保鲜作用.‎ 探究结论：（1）有利于水蒸发时吸热；（2）加快水的蒸发.‎