2019-2020学年高中物理 第九章 固体、液体和物态变化 4 物态变化中的能量交换课件 新人教版

4物态变化中的能量交换学习目标素养提炼1.了解汽化的两种方式，知道沸点与气压的关系．2．了解熔化、凝固、汽化和液化的概念及过程中的能量转化.物理观念：熔化和凝固，熔化热和汽化热．科学思维：物态变化中的能量转化．科学探究：影响熔化、汽化的因素.01课前自主梳理02课堂合作探究03课后巩固提升04课时跟踪训练一、熔化热1．熔化指的是物质从________变成________的过程，而凝固指的是物质从________变成________的过程．2．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．一定质量的晶体，熔化时吸收的热量与凝固时放出的热量________．3．不同晶体的熔化热不相同，非晶体没有________的熔化热．[判断辨析](1)固体熔化过程，温度不变，放热．()(2)不同晶体的熔化热不同．()固态液态液态固态质量相等确定×√二、汽化热1．汽化指的是物质从________变成________的过程，液化指的是物质从________变成________的过程．2．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，叫作这种物质在这个温度下的________．3．不同温度下的液体对应的汽化热并不相同，汽化热还与外界气体的_____有关．[思考]液体汽化时为什么会吸热？汽化热与哪些因素有关？提示：液体汽化时，液体分子离开液体表面成为气体分子，要克服其他液体分子的吸引力做功，因此要吸热．汽化热与物质汽化时的温度及外界气体压强有关.液态气态气态液态汽化热压强要点一熔化热与汽化热[探究导入]100℃的水和100℃的水蒸气都可以烫伤人，但往往水蒸气烫伤人的后果更严重一些，这是什么原因？提示：水蒸气烫伤人时有个液化的过程，水蒸气在液化成100℃的水时会放出大量的热，故水蒸气烫伤人的后果更严重．[探究归纳]1．特点(1)不同晶体熔化热不同，非晶体没有确定的熔化热．(2)一定质量的某种晶体，熔化时吸收的热量与凝固时放出的热量相等；一定质量的某种液体在一定的温度和压强下汽化时吸收的热量与气体液化时放出的热量相等．2．计算(1)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：焦耳/千克，即J/kg.(2)汽化热的计算．设某物质在一个标准大气压下，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：焦耳/千克，即J/kg.[典例1]一电炉的功率P＝200W，将质量m＝240g的固体样品放在电炉内，通电后电炉内的温度变化如图所示，设电能全部转化为热能并全部被样品吸收，试问：该固体样品的熔点和熔化热为多大？[思路点拨]由熔化曲线上温度不变部分可找出熔点，根据熔化时间和电炉功率可知电流做功的多少，这些功全部转化为热并全部用于样品熔化．[解析]样品的熔点为60℃，熔化时间t＝2min，电流做功W＝Pt.设样品的熔化热为λ，样品熔化过程中共吸收热量Q＝λm.W＝Q，即Pt＝λm，得λ＝Ptm＝200×2×60240×10－3J/kg＝1×105J/kg.[答案]60℃1×105J/kg1.关于汽化热的概念，下列描述准确的是()A．某种液体汽化成一定温度的气体时所吸收的热量和其质量之比B．某种液体沸腾时，所吸收的能量和其质量之比C．某种液体在一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解析：解答此题时要着重掌握汽化热的概念，区分其与熔化热的不同之处，汽化在任何温度下都可以发生，故提到汽化热时一定要注意是在什么温度下的汽化热．D选项正确．答案：D2．(多选)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．可能是固体或液体D．可能是固液共存解析：晶体温度升高到熔点，将开始熔化，而且整个熔化过程温度保持不变；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)，也可能是固液共存，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：CD要点二对物态变化中能量、温度特点的分析[探究导入]水在不同温度下有不同的汽化热，温度升高，水的汽化热如何变化？水在100℃时的汽化热是2.26×106J/kg，它表示使1kg100℃的水变成100℃的水蒸气需要吸收多少热量？这些热量完全用于增加水分子的什么能量？提示：水的温度升高，水分子的平均动能变大，使水分子飞出水面所需能量变小，即汽化热减小．1kg100℃的水变成100℃的水蒸气需吸收的热量Q＝mL＝1kg×2.26×106J/kg＝2.26×106J.这些热量完全用于增加水分子的分子势能．[探究归纳]1．固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．晶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．[典例2]如图所示，试说明晶体从开始加热到全部熔化为液体的过程中内能的转化情况(分熔化前、熔化时、熔化后三个阶段说明)．[思路点拨]AB为熔化之前，是固体，CD为熔化之后，是液体，都是温度升高，内能增加．[解析](1)熔化前：晶体从外界吸收热量，主要用来增加组成点阵结构的微粒的平均动能，使物体的温度升高，其体积一般也有所增大，也有一小部分能量用来增加微粒的势能．(2)熔化时：当温度升高到熔点时，点阵结构中的一部分微粒已有足够的动能，能够克服其他微粒的束缚离开平衡位置，破坏点阵结构，开始熔化．继续加热，微粒所吸收的热量不再用来增加其平均动能，而完全用在破坏点阵结构上，即用来增加势能．(3)熔化后：液体吸收的能量主要转变为分子动能，只要继续加热，温度就要升高．[答案]见解析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的势能，故C正确．答案：C4．(多选)下列说法中正确的是()A．1g0℃的冰和1g0℃的水的分子动能、分子势能和内能均相同B．1g0℃的冰比1g0℃的水的分子动能、分子势能和内能都要小C．1g100℃的水和1g100℃的水蒸气分子平均动能和分子总动能都相同D．1g100℃的水的内能比1g100℃的水蒸气的内能小解析：0℃的冰熔化成0℃的水，温度不变，分子的平均动能不变，分子总数不变，总动能不变，而冰在熔化过程中吸收的热量用来增大分子势能，内能增大，A、B错；由水的汽化过程可知C、D对．答案：CD1．(对汽化热的理解)(多选)关于汽化热的说法正确的是()A．在相同的条件下，不同物质的汽化热不相同B．汽化热与温度有关，与其他因素无关C．汽化热等于单位质量液体汽化时吸收的热量D．汽化过程就是使分子离开液体的过程解析：某种物质的汽化热与液体的温度和外加压强等有关，谈到汽化热，应指出其对应的温度、压强等条件．答案：AD2．(对熔化热的理解)下列说法正确的是()A．熔化热等于晶体熔化单位质量所需的能量B．熔化过程吸收的热量等于该物质凝固过程放出的热量C．熔化时，物体的分子动能一定保持不变D．熔化时，物体的分子势能一定保持不变解析：只有晶体熔化过程吸收的热量才等于凝固过程放出的热量，并且温度保持不变，分子平均动能不变．熔化吸热，对于晶体而言增加分子势能和内能．答案：A3．(物态变化中的能量变化)(多选)100℃的水完全变成100℃的水蒸气的过程中()A．水分子的平均动能增加B．水分子的势能增加C．水所增加的内能小于所吸收的热量D．水所增加的内能等于所吸收的热量解析：温度不变，水分子的平均动能不变，故A错误．吸收的热量使水分子的势能增加，故B正确．吸收的热量一部分用来增加水的内能，另一部分用来对外界大气做功，故C正确，D错误．答案：BC4．(汽化热的理解和计算)今有1kg温度为90℃的水，在标准状况下把它变成100℃的水蒸气，共吸收了44.05kJ的热量，求水的汽化热L.[假设在整个过程中无热量损失，水的比热容为c＝4.2kJ/(kg·℃)]解析：1kg90℃的水温度升高到100℃所需热量Q1＝cmΔt＝4.2×1×10kJ＝42kJ.1kg100℃的水完全汽化所需热量Q2＝44.05kJ－42kJ＝2.05kJ.则水的汽化热L＝2.05kJ/kg.答案：2.05kJ/kg