人教版高中物理 讲义选修33第九章固体液体和物态变化 第4讲Word下载.docx
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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×
℃),水的比热容c水=4.2×
℃)],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
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( )
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
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
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
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
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
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×
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×
2.8×
1023W=4×
1026W.
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