【物理】2019届一轮复习人教版　物态变化中的能量交换学案

【物理】2019届一轮复习人教版　物态变化中的能量交换学案

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‎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 ℃‎，试利用这些数据求出冰的熔化热．‎ 答案　见解析 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＝334.7 kJ/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395.7 kJ能量 B．铜在熔化过程中吸收了205.2 kJ能量 C．碳酸钙在熔化过程中吸收了527.5 kJ能量 D．氯化钠在熔化过程中吸收了517.1 kJ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 ‎2．‎1 g ‎100 ℃‎的水与‎1 g ‎100 ℃‎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．‎1 g ‎100 ℃‎的水的内能小于‎1 g ‎100 ℃‎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‎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；‎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1.01×105 Pa时，使‎10 kg ‎20 ℃‎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＝2 260 kJ/kg)‎ 答案　2.6×107 J 解析　压强为1.01×105 Pa时，水在达到沸点时的汽化热为2 260 kJ/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＋10×2 260×103 J＝2.6×107 J.‎ 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＝‎2.0 kg，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　4.52×106 J 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2.26×103 J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．2.26×103 J＝汽的内能＋水的内能 B．2.26×103 J＝汽的内能－水的内能 C．2.26×103 J＝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．2.26×103 J＝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3 dm2的圆筒内有‎0.6 kg的水，太阳光垂直照射了2 min，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1.5×‎1011 m)‎ 答案　4×1026 W 解析　水温升高‎1 ℃‎所吸收的热量设为Q，则Q＝cmΔt＝4.2×103×0.6×‎ ‎1 J＝2.52×103 J．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＝7.0×102 W/m2.太阳向地球表面单位面积上发送能量的功率为P′＝＝＝1.56×103 W/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＝2.8×‎1023 m2‎，太阳的全部辐射功率为P＝P′S′＝1.56×103×2.8×1023 W＝4×1026 W.‎