物理选修3选修3-3第九章 物态和物态变化4 物态变化中的能量交换导学案

第4节  物态变化中的能量交换学案导学

学习目标：

　　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。

自主学习：

1．  熔化热

（1）熔化：                          叫熔化；而                   的过程叫凝固。

（2）熔化热：                                         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 ，在国际单位中熔化热的单位是焦尔/千克（J/Kg）。

提示：

①晶体在熔化过程中吸收热量增大分子势能，破坏晶体结构，变为液态。所以熔化热与晶体的质量无关，只取决于晶体的种类。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非晶体在熔化过程中温度不断变化，所以非晶体没有确定的熔化热。

2．汽化热

（1）汽化：                              的过程叫汽化；而从             的过程叫液化。

（2）汽化热：                    叫这种物质在这一温度下的汽化热。用L表示汽化热，则L=Q/m ，在国际单位制中汽化热的单位是焦尔/千克（J/Kg）。

提示：

①液体的汽化热与液体的物质种类、液体的温度、外界压强均有关。

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。

典例探究

例1　如果已知铜制量热器小筒的质量是150克，里面装着100克16℃的水，放入9克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C铜=3.9×102J／（Kg．K）］

解析：9克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筒c铜）（16℃－9℃）

统一单位后，把数值代入上式，可得

λ= 3.3×105焦／千克

答案：3.3×105焦／千克

提示：冰的熔化热很大，1千克0℃的冰熔化成0℃的水吸收的热量，相当于把1千克0℃的水升高到80℃需要的热量。冰的这一特点对自然界有重要的意义，它使得初冬时，一个寒冷的夜晚不会把江河湖泊全部封冻起来，气温也不会骤然下降；初春时，一个阳光灿烂的晴天不会使冰雪全部熔化，造成江河泛滥，气温也不会骤然升高。在日常生活中，人们利用冰熔化热大的 特点来冷藏食品、冰镇饮料等。

例2　某人在做测定水的汽化热实验时，得到的数据如下：铜制量热器小筒的质量M1=200g，通入水蒸气前筒内水的质量M2=350g，温度t1=14℃；通入t2=100℃的水蒸气后水的温度为t3=36℃，水的质量变为M3=364g,他测得的水的汽化热L是多少？［铜的比热C铜=3.9×102J／（Kg．K）］

解析：加入的水蒸气的质量为M4= M3- M2=364-350=14g,水蒸气液化为水又降温后放出的热量为

  Q1= M4L+ M4c水(t2- t3)

量热器中的水和量热器小筒升温所吸收的热量为

Q2= M1C铜(t3- t1)+ M2 c水(t3- t1)

根据能量守恒Q1= Q2   即M4L+ M4c水(t2- t3)= M1C铜(t3- t1)+ M2 c水(t3- t1)

统一单位后，把数值代入上式，可得

L= 2.2×106焦／千克．

因为在相同的热学状态下，汽化热等于凝结热，

所以此时水的汽化热为L= 2.2×106焦／千克．

答案：2.2×106焦／千克

提示：注意分析能量的转化情况，列出能量守恒的方程，准确求解即可。

当堂达标

1．对于晶体来说，在熔化过程中，外界供给晶体的能量，是用来破坏晶体的分子结构，增加分子间

的     能，所以温度         

2．温度都是0oC水和冰混合时，以下说法正确的是                             （      ）

A．冰将熔化成水

B．水将凝固成冰C．如果水比冰多的话，冰熔化；如果冰比水多的话，水结冰

D．都不变，冰水共存

3．质量相同，温度都是0oC的水和冰的内能相比较正确的是　　　　　　　　　　（　 　 ）

A．水的内能多，因为水凝结成冰时要放出热量，内能减少

B．冰的内能多，因为冰的密度比水的小，水凝结成冰时，体积是增大的，分子的势能是增大的

C．它们的内能是相等的，因为它们的温度相等

D．无法比较，因为它们的体积不一样

4．晶体在熔化过程中所吸收的热量，将主要用于                              （      ）

A．增加分子的动能

B．增加分子的势能

C．既增加分子的动能，也增加分子的势能

D．既不增加分子的动能，也不增加分子的势能5．铜制量热器小筒的质量是m1=160克，装入m2=200克t1=20℃的水，向水里放进m3=30克t2=0℃的冰，冰完全熔化后水的温度是多少摄氏度？［铜的比热C铜=3.9×102J／（Kg．K）,冰的熔化热取λ=3.35×105 J/Kg］

6．暖气片里（汽暖），每小时有m=20kg、t1=100℃的水蒸气液化成水，并且水的温度降低到t2=80℃，求暖气片每小时供给房间的热量? （水的汽化热取L=2.4×106J/Kg）

学后反思

参考答案 

当堂达标

1．解析：晶体熔化时所吸收的能量仅用于破坏分子结构，增加分子势能，温度不变，分子动能不变。

　　答案：分子势能，不变。

2．解析：温度是一样的，所以冰和水之间没有热传递，冰不会吸收能量变成水，水也不会放出能量变成冰，所以将冰水共存。

答案：D　

3．解析：因为质量和温度相同，所以冰和水的分子动能相同；但冰在融化成同温度的水时，要吸收热量增加分子势能，所以水的内能多。

答案：A

4．解析：晶体在熔化过程中吸收的热量全部用来破坏分子结构，增加分子势能；温度不变，分子动能不变。

答案：B

　　5．解析：设最后水的温度为t,水的比热C=4.2×103 J／（Kg．K）由能量守恒可得：

m3λ+ m3C(t- t2)= m2C(t1 -t)+ m1C铜(t1 -t)

代入数据求解得：t=7.8℃

　　答案：7.8℃

　　6．解析：已知水的比热C=4.2×103 J／（Kg．K），设暖气片每小时供给房间的热量为Q,水液化以及降温所放出的能量即供给房间的热量，所以：

     Q=mL+mC(t1- t2)= 20×2.4×106+20×4.2×103×(100-80)= 4.97×107J

　　答案：4.97×107J