第九章 第4节 物态变化中的能量交换

第四节物态变化中的能量交换一、教学目标1．知道熔化和熔化热、汽化和汽化热的概念。

2．会用熔化热和汽化热处理有关问题。

3．体会能的转化与守恒在物态变化中的应用。

二、教学重点与难点本节的教学重点是使学生知道物态变化的过程有熔化、凝固、汽化、液化等过程，并且知道在物态变化的过程中有能量的交换。

对熔化热和汽化热的解释以及运用是本节的难点。

三、教学方法与建议阅读回忆法、分析比较法四、学情分析这一节的内容在初中的学习中给学生留下了深刻的印象。

一方面，可以因此由学生进行主动学习，另一方面，也要注意防止部分学生的厌倦情绪。

所以，本节课的授课方式可以是这样的：首先，由学生回忆本节课中有关物态和物态变化的知识，然后，提出让学生解释存在熔化热和汽化热的原因，学生无法回答，教师再进行讲解时，更容易激发学生学习的兴趣。

五、教学过程（一）引入新课和学生一起回忆复习初中学过的关于物态和物态变化之间的能量交换，如：从固体到液体叫做熔化，熔化的过程中要吸收热量等，引入对本节课的学习。

（二）进行新课1、熔化热首先，和学生一起得出熔化和凝固的概念。

（1）熔化：物质从固态变成液态的过程叫熔化；而从液态变成固态的过程叫凝固。

[问题]为什么熔化会吸热？学生回答后教师分析：由于固体分子间的强大作用，固体分子只能在各自的平衡位置附近振动，对固体加热，在其熔解之前，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，固体开始熔解。

（2）熔化热：某种晶体熔化过程中所需的能量(Q)与其质量(m)之比叫做这种晶体的熔化热。

①用λ表示晶体的熔化热，则λ=Q/m ，在国际单位中熔化热的单位是焦尔/千克（J/Kg）。

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。

[问题]为什么晶体有确定的熔点和熔化热，非晶体却没有？学生思考回答后教师归纳：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。

4物态变化中的能量交换1．熔化与熔化热(1）熔化：物质从固态变成液态的过程叫熔化；而从液态变成固态的过程叫凝固。

(2）熔化热：某种晶体熔化过程中所需的能量(Q）与其质量(m）之比叫做这种晶体的熔化热。

用λ表示晶体的熔化热，则λ＝Q/m，在国际单位制中熔化热的单位是焦耳/千克（J/kg)。

友情提示：①熔化过程指的是晶体在刚达到熔点，到全部熔化的这一段时间过程，而不是从刚开始加热到晶体全部熔化这一段时间过程；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.谈重点：化过程的微观理解由于固体分子间的强大作用，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时,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。

【例1－1】如果已知铜制量热器小筒的质量是150 g，原来里面装着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铜＝3.9×102 J/(kg·℃)，水的比热容c水＝4。

2×103 J/(kg·℃)〕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 c铜）(16 ℃－9 ℃）筒统一单位后，把数值代入上式，可得λ＝3。

第4节物态变化中的能量交换固体变成液体，液体变成气体，都要从外界吸收热量，反之，要释放能量。

我们就谈谈这种能量的交换。

物体从固态变为液态，称为熔化，吸收的热量就是熔化热。

对于晶体，有固定的熔点，也就有固定的熔化热。

如果物体从液态变为固态，要放出热量，这个称为凝固热。

根据能量守恒原理，熔化热和凝固热是相等的。

对于非晶体，没有固定的熔点，各个不同温度下吸收热量不同，无法得出一个固定的熔化热。

固体分子之间有强大的作用力，分子不会流动，不是流体。

固体的分子只会在一个范围内振动。

如果要变成液体，就要克服分子间的作用力，就需要增加动能，当动能大到足以克服分子间势能的时候，就可以脱离分子力的束缚，自由流动，成为液体。

熔化热的单位是J/kg，是指单位质量的物体熔化吸收的热量，由于这个单位较小，一般使用kJ/kg。

热量也是能量的一种转移计量单位，与功相似，单位是焦耳。

物体的熔化热与压强有关，一般应说明是在什么压强下的熔化热。

几种物质熔化热的数据见课本。

如标准大气压下，1千克冰化成水需要吸收333.8kJ的热量。

物体从液态变为气态需要更多的热量。

因为液体分子间也有引力，一个液体分子受到其它液体分子的引力，如果变成气体，分子间的引力可以忽略不计，这样，液体分子就要克服其它分子的引力做功。

需要大量的热量提高分子的动能，这些热量没有是动能变大，温度不变，全部用来克服势能了。

这个热量比熔化热大得多，如1kg水变成水蒸气要吸收2260kJ 的热量。

由于物体的沸点与压强有关，所以物体的汽化热与压强也有关系。

压强越大，物体气化需要的热量越大。

同样，物体有气态变为液态也会放出热量。

将气体液化的方法有两种，冷冻和压缩。

由于冷冻不易，采取压缩液化气体的方式较多。

比如我们做饭用的液化石油气，简称液化气，在液化气罐中压强较大，就是液体，放出来后，压强变小，就是气体，可供燃烧。

液化气就是利用压缩的方式变成液体的。

冰箱和空调是我们夏天不可或缺的制冷利器。

高中物理第九章第4节物态变化中的能量交换课时作业新人教版选修331．熔化指的是物质从________变成________的过程，而凝固是指物质从________变成______的过程．某种晶体熔化过程中所需的能量与其________之比，称做这种晶体的熔化热．一定质量的晶体，熔化时吸收的热量与凝固时放出的热量________．不同晶体的熔化热____________，非晶体没有________的熔化热．2．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．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，叫做这种物质在这个温度下的____________．不同温度下的液体对应的汽化热____________，汽化热还与外界气体的压强有关．3．下列自然现象中，通过熔化形成的是()A．春天，河里的冰化成水B．夏天清晨，花草叶子上附着的露水C．秋天清晨，笼罩大地的雾D．冬天，空中纷飞的雪花4．关于物质的熔化和凝固，下列说法正确的是()A．各种固体都有一定的熔点B．各种固体都有一定的凝固点C．各种晶体的熔点相同D．非晶体熔化要吸热，温度不断上升5．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【概念规律练】知识点一熔化热和熔化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．对某晶体加热，当温度升高到一定程度时才开始熔化2．如下图所示的四个图象中，属于晶体凝固图象的是()知识点二汽化热和汽化3．1 g100℃的水与1 g100℃的水蒸气相比较，下述说法中正确的是()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4．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)【方法技巧练】物态变化中能量转化的计算方法5．绝热容器里盛有少量温度是0℃的水，从容器里迅速往外抽气的时候，部分水急剧地蒸发，而其余的水都结成0℃的冰．则结成冰的质量是原有水质量的多少倍？已知0℃的水的汽化热L＝2.49×106 J/kg，冰的熔化热λ＝3.34×105 J/kg.6.图1一电炉的功率P＝200 W，将质量m＝240 g的固体样品放在电炉内，通电后电炉内的温度变化如图1所示，设电能全部转化为热能并完全被样品吸收，试问：该固体样品的熔点和熔化热为多大？1．关于熔化及熔化热等概念，下列说法正确的是()A．熔化热等于熔化单位质量晶体所需的能量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2．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，使分子平均动能增加D．既增加分子平均动能，也增加分子势能3．下列说法中正确的是()A．晶体有确定的熔化热，非晶体没有确定的熔化热B．不同晶体的熔化热也不相同C．晶体熔化时吸收热量而温度不变，主要是用来增加分子势能D．一定质量的晶体，熔化时吸收的热量与凝固时放出的热量不相等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5．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，试管内装有冰，给大烧杯加热时，以下现象正确的是()A．烧杯内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之前，试管内的冰不会熔化D．试管内的冰始终不会熔化6．用吹风机的热风吹一支蘸了酒精的温度计时，温度计的示数是()A．先降低后升高B．先升高后降低C．一直降低D．一直升高7．下列关于汽化热的说法中正确的是()A．汽化热不会随温度的变化而变化B．不同物质的汽化热不同，同一物质的汽化热相同C．汽化热不仅与物质的种类有关，还与温度、压强有关，温度升高，汽化热变小D．汽化热只与物质的种类有关，与温度、压强无关8．下列液体现象中属于降低气体温度而液化的是()A．霜的形成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”9．当晶体的温度正好是熔点或凝固点时，它的状态为()A．一定是固体B．一定是液体C．可能是固体D．可能是液体11．俗话说“下雪不冷化雪冷”是说化雪天往往比下雪天更冷，这是为什么？12．我们常把闯入大气层飞落到地球的天体碎块称为陨石.1860年在炎热的印度某地上空，出现了一团很大的火光，一个白炽的物体落在沼泽地里，人们跑过去一看，十分惊奇，在陨石降落的地方出现了一个大冰块，应该怎样解释这种现象？13．冬季在菜窖里放上几桶水，可以使窖内的温度不致降低得太多，防止把菜冻坏．如果在窖内放入200 kg 10℃的水，试计算这些水结成0℃的冰时放出的热量相当于燃烧多少干木柴所放出的热量？(干木柴的热值约为1.26×107 J/kg，冰的熔化热为3.34×105 J/kg)第4节物态变化中的能量交换课前预习练1．固态液态液态固态质量相等不相同确定2．液态气态气态液态汽化热不相同3．A[冰化成水是固态变为液态，属熔化；花草叶子上附着的露水是液化形成的；雾的形成是液化；水蒸气形成雪是气态变为固态，是凝华．]4．D[固体包括晶体和非晶体，只有晶体具有固定的熔点，且不同晶体的熔点一般不同．非晶体熔化时要吸热，在熔化过程中温度逐渐升高．]5．B[物质在熔化和汽化过程中都是吸收热量的，故B选项正确．]课堂探究练1．CD[固体包括晶体和非晶体，常见的金属都是晶体，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．]方法总结(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．2．C[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．]方法总结熔化时吸热，凝固时放热，且一定质量的晶体，熔化时吸收的热量与凝固时放出的热量相等．熔化与凝固过程中，温度都保持不变直至过程结束．3．AD[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，因而分子的总动能相同，A正确；当从100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气时，分子间距离变大，要克服分子引力做功，因而分子势能增加，即1 g 100 ℃的水的内能小于1 g 100 ℃的水蒸气的内能，故D正确．]方法总结液体汽化时，要吸收热量，液化时要放热．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．4．2.6×107 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方法总结注意水要先吸收热量达到100℃，然后在1.01×105 Pa的压强、100℃的温度下汽化．5．0.88解析 水蒸发时需要的汽化热是由其余的水结成冰所释放的热量提供的．设蒸发的水的质量是m1，结成冰的质量是m2，蒸发所需吸收的热量Q1＝m1L ，水结成冰所放出的热量Q2＝m2λ，由于容器与外界不发生热交换，Q1＝Q2，即m1L ＝m2λ得m2m1＝Lλ所以结成冰的质量与原有水质量之比为m2m1＋m2＝L λ＋L ＝ 2.49×1063.34×105＋2.49×106 J/kg≈0.88即m 冰≈0.88m 水方法总结 (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. (2)汽化热的计算设某物质在某个大气压、某个温度下的汽化热为L ，物质的质量为m ，则Q ＝Lm. 6．60℃ 1×105 J/kg解析 由题图可知，样品的熔点为60℃，熔化时间t ＝2 min ，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.由W ＝Q ，即Pt ＝λm ，得 λ＝Pt m ＝200×2×60240×10－3 J/kg ＝1×105 J/kg. 方法总结 明确物态变化中能量是如何转化的是解决此类问题的关键．本题是电流做功使电能全部转化为电热并全部用于样品的熔化． 课后巩固练1．A [只有晶体熔化过程吸收的热量等于凝固过程放出的热量，并且温度保持不变，分子动能不变．熔化吸热，对于晶体而言，只增加分子势能．对非晶体上述关系都不成立．] 2．B [晶体熔化时温度不变，分子平均动能不变，吸收的热量用于改变分子势能．]3．ABC [只有晶体才有固定的熔点，有确定的熔化热，熔化热与压强无关，A 正确；熔化热与晶体的种类有关，B 正确；晶体熔化时吸收热量，内能增加，但温度不变，分子平均动能不变，因此吸收的热量主要是用来增加分子势能，C 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，D 错误．]4．C [0℃的冰熔化成0℃的水，温度不变，故分子的平均动能不变，而分子总数不变，故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．]5．C [熔化需要满足两个条件：达到熔点和继续吸热．烧杯中的冰水混合物与试管中的冰达到热平衡时温度相等，不发生热传递，因此试管中的冰达到0℃后不再熔化，直到烧杯中的冰全部熔化．]6．A [温度计表面的酒精要发生蒸发现象，因此要从温度计吸热，故温度计温度先降低；当酒精蒸发完毕后，因为吹风机吹的是热风，温度计的温度又会升高，故选A.]7．C [温度低时，液体分子克服周围其他分子的吸引成为气体分子时，由于本身动能较小，因此需做更多的功，汽化热与温度有关；在相同条件下，压强增大，气体分子密度变大，受空气分子的作用力变大，需做更多的功，因此C 正确，A 、B 、D 错误．] 8．BCD9．CDE [晶体刚好熔化时，是固体，熔化过程是固液共存，熔化结束是液体．] 10．见解析解析 由于0℃的冰熔化时要吸热，温度保持不变，直到所有的冰完全都变成0℃的水后再吸热温度才升高． 11．见解析解析 雪熔化时，水由固态变成液态要从周围吸收大量的热量，使周围的气温更低，人感觉更冷．12．见解析解析陨石不易传热，在高速穿过大气层坠落到沼泽地的短暂过程中，它与大气摩擦产生的热来不及向内部传递，造成陨石表面温度很高，内部温度很低．落地时，与它接触的沼泽地的水迅速升温沸腾，剧烈汽化．由于水汽化吸收大量的热，陨石表面的温度很快冷却，而内部极低的温度又使与它的表面接触的水凝固而结冰．13．6 kg解析10℃的水降至0℃的水放出的热量为Q1＝cmΔt＝4.2×103×200×10 J＝8.4×106 J这些水在0℃全部结成冰放出的热量为Q2＝λm＝3.34×105×200 J＝6.68×107 J因此共放热Q＝Q1＋Q2＝0.84×107 J＋6.68×107 J＝7.52×107 J所需燃烧的木柴质量为m′＝Qq＝7.52×1071.26×107kg≈6 kg。