人教版高中物理选修33第九章 第4讲《物态变化中的能量交换》学案+练习.docx

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人教版高中物理选修33第九章第4讲《物态变化中的能量交换》学案+练习

第4讲　物态变化中的能量交换

[目标定位]　1.知道熔化和凝固、汽化和液化的物态变化过程．　2.知道物态变化过程中伴随能量的交换．　3.掌握能量守恒定律．

一、熔化热

1．熔化和凝固

熔化：

物质从固态变成液态的过程．

凝固：

物质从液态变成固态的过程．

2．熔化热

某种晶体在熔化过程中所需的能量与其质量之比，称做这种晶体的熔化热．

二、汽化热

1．汽化和液化

汽化：

物质从液态变成气态的过程．

液化：

物质从气态变成液态的过程．

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，称做这种物质在这个温度下的汽化热．

一、熔化热的理解与计算

1．熔化时吸热，凝固时放热．固态物质的分子受到周围其他分子的强大作用，被束缚在一定的位置振动，只有加热吸收热量，分子动能增加，才能摆脱其他分子的束缚，从而可以在其他分子之间移动，于是固体开始熔化．

2．一定质量的晶体，熔化时吸收的热量与凝固时放出的热量相等．

3．不同的晶体有不同的空间点阵，要破坏不同物质的结构，所需的能量就不同．因此不同晶体的熔化热也不相同．

4．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．

例1

　关于固体的熔化，下列说法正确的是（　　）

A．固体熔化过程，温度不变，吸热

B．固体熔化过程，温度升高，吸热

C．常见的金属熔化过程，温度不变，吸热

D．对常见的金属加热，当温度升高到一定程度时才开始熔化

答案　CD

解析　只有晶体熔化时，温度才不变；在温度达到熔点之前，吸收的热量主要用来增加分子的平均动能，因而温度一直升高；当温度达到熔点开始熔化时就不再变化．

借题发挥　

（1）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．

（2）非晶体没有空间点阵，熔化时不需要去破坏空间点阵，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．

例2

　如果已知铜质的量热器小桶的质量是150g，里面装着100g、16℃的水，放入9g、0℃的冰，冰完全熔化后水的温度是9℃，试利用这些数据求出冰的熔化热．

答案　见解析

解析　9g、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桶从16℃降到9℃放出的热量Q放＝m水c水（16℃－9℃）＋m桶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桶c铜）×（16℃－9℃）．

统一单位后，把数值代入上式[其中铜的比热容c铜＝0.39×103J/（kg·℃），冰的比热容c冰＝2.1×103J/（kg·℃），水的比热容c水＝4.2×103J/（kg·℃）]，可得λ＝334.7kJ/kg.

针对训练　当晶体的温度正好是熔点或凝固点时，它的状态（　　）

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．可能是固液共存

答案　CDE

解析　晶体温度升高到熔点，将开始熔化，而且整个的熔化过程温度保持不变；而液态晶体在降温到一定温度时，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，这个温度称为凝固点．对于同一种晶体来说，熔点和凝固点是相同的．因此在这个确定的温度下，晶体既可能是固体（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．

二、汽化热的理解与计算

1．液体汽化时，液体分子离开液体表面，要克服其他分子的吸引而做功，因此要吸收热量．液化过程中体积膨胀要克服外界气压做功，也要吸收热量，所以液体汽化时的汽化热与温度和外界气压都有关系．

2．一定质量的物质，在一定温度和压强下，汽化时吸收的热量与液化时放出的热量相等．

例3

　有人说被100℃的水蒸气烫伤比被100℃的水烫伤更为严重，为什么？

答案　100℃的水蒸气本身温度已经很高，当它遇到相对冷的皮肤还会液化放出热量，所以被100℃的水蒸气烫伤比被100℃的水烫伤更为严重．

借题发挥　解题的关键是应明确汽化热，即100℃的水蒸气液化并降温时放出的热量比100℃的水温度降低时放出的热量多得多．

三、从能量和微观的角度分析熔化过程与汽化过程的不同

1．熔化时，物体体积变化较小，吸收的热量主要用来克服分子间的引力做功．

2．汽化时，体积变化明显，吸收的热量一部分用来克服分子间的引力做功，另一部分用来克服外界压强做功．

例4

　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

答案　C

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，Ek不变；冰熔化过程中吸收的热量用来增大分子势能，故C正确．

熔化热的理解与计算

1．质量相同的下列物质熔化热最大的是（　　）

A．铝在熔化过程中吸收了395.7kJ能量

B．铜在熔化过程中吸收了205.2kJ能量

C．碳酸钙在熔化过程中吸收了527.5kJ能量

D．氯化钠在熔化过程中吸收了517.1kJ能量

答案　C

解析　熔化过程中单位质量的物体吸收的热叫做熔化热．

汽化热的理解与计算

2．1g100℃的水与1g100℃的水蒸气相比较，下列说法正确的是（　　）

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．1g100℃的水的内能小于1g100℃的水蒸气的内能

答案　AD

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1g水与1g水蒸气的分子数相同，因而分子总动能相同，A正确；100℃的水变成100℃的水蒸气，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℃水的内能小于100℃水蒸气的内能．

3．在压强为1.01×105Pa时，使10kg20℃的水全部汽化，需要吸收的热量是多少？

（已知100℃时水的汽化热为L＝2260kJ/kg）

答案　2.6×107J

解析　压强为1.01×105Pa时，水在达到沸点时的汽化热为2260kJ/kg.要使20℃的水全部汽化，应先使水的温度上升到100℃，则需吸收的热量总共为Q＝cmΔt＋m·L＝4.2×103×10×（100－20）J＋10×2260×103J＝2.6×107J.

物态变化中的能量转换

4．如下图所示的四个图象中，属于晶体凝固图象的是（　　）

答案　C

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；其次分清熔化时在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正确．

（时间：

60分钟）

题组一　熔化和熔化热

1．晶体在熔化过程中，吸收热量的作用是（　　）

A．增加晶体的温度

B．克服分子间引力，增加分子势能

C．克服分子间引力，使分子动能增加

D．既增加分子动能，也增加分子势能

答案　B

解析　晶体在熔化过程中，温度不变所以分子平均动能不变，吸收的热量增加分子势能．

2．为了浇铸一个铜像，使用的材料是铜，则此过程的物态变化是（　　）

A．一个凝固过程B．一个熔化过程

C．先熔化后凝固D．先凝固后熔化

答案　C

解析　浇铸铜像必须将铜先化成铜水浇入模子，待冷却后才能成为铜像．

3．大烧杯中装有冰水混合物，在冰水混合物中悬挂一个小试管，试管中装有冰，给大烧杯加热时，以下现象中正确的是（　　）

A．烧杯中的冰和试管内的冰同时熔化

B．试管内的冰先熔化

C．在烧杯内的冰熔化完以前，试管内的冰不会熔化

D．试管内的冰始终不熔化

答案　C

解析　物体间要发生热传递的条件是两者间存在温度差．冰水混合物中的冰熔化完以前，温度仍保持在0℃.当试管中的冰达到0℃时，两者不再传递热量，故开始时试管内的冰不能熔化，只有当烧杯中的冰熔化完毕，温度开始上升时，试管中的冰才开始熔化，所以C选项正确．

题组二　汽化和汽化热

4．下列说法正确的是（　　）

A．不同晶体的熔化热不相同

B．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

C．不同非晶体的熔化热不相同

D．汽化热与温度、压强有关

答案　ABD

解析　不同的晶体有不同的结构，要破坏不同物质的结构，所需的能量也不同．因此，不同晶体的熔化热也不相同，故A正确；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，故B正确；非晶体液化过程中温度会不断变化，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，故C不正确；汽化热与温度、压强都有关，故D正确．

5．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”

答案　BCD

6．能使气体液化的方法是（　　）

A．在保持体积不变的情况下不断降低气体的温度

B．在保持体积不变的情况下，使气体温度升高

C．在保持温度不变的情况下增大压强，能使一切气体液化

D．降低气体的温度到某个特殊温度以下，然后增大压强

答案　AD

解析　从能量转换的角度分析只要放出热量，就可以使气体液化，但从影响气体液化的因素分析，只要无限度地降低温度或降低温度到某一特定值以下，再增大压强就可以使气体液化．

7．火箭在大气中飞行时，它的头部跟空气摩擦发热，温度可达几千摄氏度，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，能起到防止烧坏火箭头部的作用，这是因为（　　）

A．熔化和汽化都放热B．熔化和汽化都吸热

C．熔化吸热，汽化放热D．熔化放热，汽化吸热

答案　B

解析　物质在熔化和汽化过程中都是吸收热量的，故B选项正确．

8．在大气压强为1.013×105Pa的条件下，要使m＝2.0kg，t＝100℃的水全部变成水蒸气，至少需要多少热量？

（水的汽化热L＝2.26×106J/kg）

答案　4.52×106J

解析　100℃水全部变成水蒸气．

需要吸收的热量：

Q＝mL＝2×2.26×106J＝4.52×106J

题组三　综合题组

9．下列说法中正确的是（　　）

A．冰在0℃时一定会熔化，因为0℃是冰的熔点

B．液体蒸发的快慢与液体温度的高低有关

C．0℃的水，其内能也为零

D．冬天看到嘴里吐出“白气”，这是汽化现象

答案　B

解析　熔化不仅需要温度达到熔点，还需要继续吸热，故A错；液体温度高，其分子运动加剧，容易跑出液面，即蒸发变快，故B对；0℃的水分子也在永不停息地做热运动，其内能不为零，故C错；冬天嘴中的气体温度较高，呼出遇到冷空气后液化为小水滴，即为“白气”，故D错．

10．关于液体的汽化，正确的是（　　）

A．液体分子离开液体表面要克服其他液体分子的引力而做功

B．液体的汽化热是与某个温度相对应的

C．某个温度下，液体的汽化热与外界气体的压强有关

D．汽化时吸收的热量等于液体分子克服分子引力而做的功

答案　ABC

解析　分子间存在相互的作用力，汽化时液体分子离开液体表面逃逸出去，要克服分子间的相互作用力消耗能量，液体的汽化热与温度相对应，温度不同，液体变为蒸汽所需的汽化热不同．

11．在一个大气压下，1克100℃的水吸收2.26×103J热量变为1克100℃的水蒸气．在这个过程中，以下四个关系式正确的是（　　）

A．2.26×103J＝汽的内能＋水的内能

B．2.26×103J＝汽的内能－水的内能

C．2.26×103J＝汽的内能＋水的内能＋水变成水蒸气时体积膨胀对外界做的功

D．2.26×103J＝汽的内能－水的内能＋水变成水蒸气时体积膨胀对外界做的功

答案　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，D对．

12．横截面积为3dm2的圆筒内有0.6kg的水，太阳光垂直照射了2min，水温升高了1℃，设大气顶层的太阳能只有45%到达地面，试估算出太阳的全部辐射功率为多少？

（保留一位有效数字，设太阳与地球之间平均距离为1.5×1011m）

答案　4×1026W

解析　水温升高1℃所吸收的热量设为Q，则Q＝cmΔt＝4.2×103×0.6×1J＝2.52×103J．设地球表面单位时间、单位面积上获得的热量为Q′，则Q′＝

＝

W/m2＝7.0×102W/m2.太阳向地球表面单位面积上发送能量的功率为P′＝

＝

＝1.56×103W/m2.以太阳与地球间距离为半径的球体的表面积为S′＝4πr2＝4×3.14×（1.5×1011）2m2＝2.8×1023m2，太阳的全部辐射功率为P＝P′S′＝1.56×103×2.8×1023W＝4×1026W.