山东省专用学年高中物理第九章固体液体和物态变化第节物态变化中的能量交换讲义含解析新人教版选修.doc

第3节物态变化中的能量交换
1．某种晶体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。

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，称做这种物质在这个温度下的汽化热。

一、汽化 1．汽化
物质从液态变成气态的过程。

2．汽化的两种方式比较
二、熔化热与汽化热 1．物态变化中的能量交换
2．熔化热
(1)某种晶体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。

(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。

(4)非晶体在不同温度下熔化时吸收的热量是不同的，因此非晶体没有确定的熔化热。

3．汽化热
(1)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。

(2)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。

1．自主思考——判一判
(1)蒸发只发生在液体表面，而且是在一定温度下才能发生。

(×)
(2)物质从液态变成固态的过程是凝固。

(√)
(3)晶体熔化时向外界放出热量，其温度不断降低。

(×)
2．合作探究——议一议
(1)为什么盛在敞口容器中的水，经过一段时间后就没有了；而盛在密闭容器中的水经过相当长的时间后仍然跑不掉？
提示：这是因为盛在敞口容器中的水蒸发掉了，而盛在密闭容器中的水蒸发后能形成一种动态平衡，水蒸气的密度不再变化，液体水也不再减少。

(2)为什么高海拔地区煮东西煮不熟？
提示：液体沸腾时需要达到的温度叫沸点。

沸点与大气压有关，大气压越大，沸点越高。

而在高海拔地区大气压强小，沸点低，故煮东西煮不熟。

1．晶体的熔化过程
(1)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)温度特点
晶体熔化过程中，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。

(3)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．液体的汽化过程
(1)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。

(2)汽化热的计算(通常计算在1个标准大气压时，在沸点下的汽化热)
设某物质在1个标准大气压下，在沸点时的汽化热为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]如果已知铜制量热器小筒的质量是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 ℃，利用这些数据求冰的熔化热是多少？[铜的比热容c
＝3.9×102J/(kg·℃)，水的比热容c水＝4.2×103
铜
J/(kg·℃)]
[思路点拨]
(1)该过程中量热器小筒和水放热，热量利用Q＝cm(t1－t2)计算。

(2)冰融化吸热，热量为Q＝mλ。

[解析]9 g 0 ℃的冰融化为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筒从16 ℃降到9 ℃放出的热量
Q放＝m水c水(16 ℃－9 ℃)＋m筒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筒c铜)(16 ℃－9 ℃)
把数值代入上式，可得λ≈3.3×105 J/kg。

[答案] 3.3×105 J/kg
物态变化互逆过程的能量特点
(1)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。

(2)一定质量的某种物质，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。

1．下列说法不正确的是()
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
解析：选C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，故C项不正确；汽化热与温度、压强有关，故D正确。

2．今有1 kg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44.05 kJ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4.2 kJ/(kg·℃)]
解析：根据能量守恒得c
水
mΔt＋mL＝Q，
所以L＝
代入数值得L＝2.05 kJ/kg＝2.05×103 J/kg。

答案：2.05×103 J/kg
1.如图所示，在一个大烧杯A内放一个小烧杯B，杯内都放有
水，现对A的底部加热，则()
A．烧杯A中的水比B中的水先沸腾
B．两烧杯中的水同时沸腾
C．烧杯A中的水会沸腾，B中的水不会沸腾
D．上述三种情况都可能
解析：选C沸腾的条件：(1)达到沸点；(2)能继续吸热。

对烧杯A加热到水的沸点后，若继续加热，烧杯A中的水会沸腾。

由于沸腾时水的温度保持在沸点不变，烧杯A中的水对烧杯B中的水加热使其也达到沸点，但由于它与烧杯A中的水处于热平衡状态，两者无温度差，无法再从烧杯A的水中吸热，因此烧杯B 中的水只能保持在沸点不会沸腾。

2．用吹风机的热风吹一支蘸了酒精的温度计时，温度计的示数()
A．先降低后升高B．先升高后降低
C．一直降低D．一直升高
解析：选A开始时，温度计上的酒精汽化，带走热量，使温度降低，故示数降低；酒精完全汽化后，温度计在热风作用下温度升高，A正确。

3．一定质量的0 ℃的冰融化成0 ℃的水时，其分子动能之和E k和分子势能之和E p的变化情况是()
A．E k变大，E p变大B．E k变小，E p变小
C．E k不变，E p变大D．E k不变，E p变小
解析：选C0 ℃的冰融化成0℃的水，温度不变，故分子的平均动能不变，分子总数不变，所以E k不变；冰融化过程中吸热，吸收的热量用来增大分子的势能，所以E p变大，故C正确。

4.[多选]如图所示是水在大气压强为1.01×105Pa下的汽化热与温度的关系图线，则()
A．大气压强为1.01×105 Pa时，水的沸点随温度升高而减小
B．该图线说明温度越高，单位质量的水汽化时需要的能量越小
C．由该图线可知水蒸气液化时，放出的热量与温度有关
D．该图线在100 ℃以后并没有实际意义，因为水已经汽化了
解析：选BC液体的沸点与温度无关，大气压强为1.01×105 Pa时，水的沸点是100 ℃，不变，选项A错误；题图所示图线说明温度t越高，单位质量的水汽化时需要的能量Q越小，选项B正确；液化与汽化是相反的过程，汽化热与温度有关，则水蒸气液化放出的热量也与温度有关，选项C正确；题图所示图线在100 ℃以后是水的过热状态，可以理解为水没有来得及汽化，选项D错误。

5．质量为m的0 ℃的冰雹，在空中由静止下落，由于空气阻力的作用，其中1%质量的冰在下落过程中完全融化成0 ℃的水脱离冰雹，若落地时的速度为400 m/s，求：(冰的熔化热λ＝3.34×105 J/kg，g取10 m/s2)
(1)冰雹下落的高度。

(2)若落地时，动能全部转化成热，问能否将冰雹融化？
解析：由于存在空气阻力，冰雹下落时将重力势能转化为内能和动能。

内能被冰吸收使部分冰发生融化。

(1)根据能量守恒定律：
mgh－(1－1%)mv2＝m×1%λ，
所以h＝
＝m
＝8 254 m。

(2)假设能全部融化，
则需满足(1－1%)mv2≥m(1－1%)λ。

而m(1－1%)v2＝1
2m×(1－1%)×400
2 J＝0.8×105m J，
(1－1%)mλ≈3.31×105m J。

显然由动能全部转化成的热不足以满足冰全部融化的需要，故不能将冰雹融化。

答案：(1)8 254 m(2)不能将冰雹融化。