2018學(xué)年高中物理 第3章 固體和液體 氣體、能量學(xué)案 教科版選修3-3.doc

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氣體、能量 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1．知道什么是汽化及汽化的兩種形式（蒸發(fā)和沸騰）． 2．知道什么是飽和汽和飽和汽壓． 3．知道空氣的濕度．絕對濕度和相對濕度及影響的因素． 4．知道沸點及影響的因素，露點的概念． 5．知道什么是熔化熱和汽化熱及其應(yīng)用． 6．學(xué)會計算物質(zhì)熔化和汽化時吸收的熱量． 7．從能量轉(zhuǎn)化的角度對物態(tài)變代中吸收、放出熱量做出正確的判斷． 8．知道晶體、非晶體的熔化熱，以及熔點具有不同特點的原因． 【要點梳理】 要點一、飽和汽與飽和汽壓 1．蒸發(fā)與沸騰 （1）汽化 物質(zhì)從液態(tài)變成氣態(tài)的過程叫做汽化，汽化有兩種方式：蒸發(fā)和沸騰． （2）蒸發(fā) 發(fā)生在液體表面，即液體分子由液體表面跑出去的過程。 注意：分子由液面跑出時，需要在表面層中克服液體分子的引力做功，所以跑出去的只能是那些熱運動動能較大的分子．這樣，如果不從外界補充能量，蒸發(fā)的結(jié)果將使留在液體中的分子的平均動能變小。因而使液體溫度降低，故蒸發(fā)可以制冷． （3）影響蒸發(fā)量的因素主要有三種 表面積：由于蒸發(fā)是發(fā)生在液體表面，所以表面積越大，蒸發(fā)量越大： 溫度：溫度越高，液體分子熱運動的平均動能越大，能夠跑出液體表面的分子數(shù)就越多，因而蒸發(fā)越快． 通風(fēng)：液面上通風(fēng)情況好，可以促使從液體中跑出來的分子更快地向外擴散，減少它們重新返回液體的機會，因而蒸發(fā)就會加快． （4）沸騰 在一定大氣壓下，加熱液體到某一溫度時，在液體表面和內(nèi)部同時發(fā)生的劇烈的汽化現(xiàn)象，相應(yīng)的溫度叫沸點． 要點詮釋：沸點與液面上氣體的壓強有關(guān)，壓強越大，沸點越高．沸騰時由于汽化的劇烈進行，外界供給的熱量全部用于液體的汽化上，所以沸騰時溫度不再升高，直到液體全部變成氣體為止． 2．飽和汽與飽和汽壓 （1）飽和汽 在密閉容器中的液體不斷地蒸發(fā)，液面上的蒸汽也不斷地凝結(jié)，當(dāng)這兩個同時存在的過程達(dá)到動態(tài)平衡時，宏觀的蒸發(fā)也停止了，這種與液體處于動態(tài)平衡的蒸汽叫做飽和汽． 未飽和汽：沒有達(dá)到飽和狀態(tài)的蒸汽叫做未飽和汽． （2）飽和汽壓 液體的飽和蒸汽所具有的壓強，叫做這種液體的飽和汽壓，用符號表示． 物理學(xué)中把某種液體的飽和汽所具有的壓強叫做這種液體的飽和汽壓． 飽和汽所具有的壓強，叫做液體的飽和汽壓． 在一定溫度下，飽和汽的分子數(shù)密度是一定的，因而飽和汽的壓強也是一定的，這個壓強叫做這種液體的飽和汽壓． 要點詮釋： 飽和汽壓隨溫度的升高而增大．飽和汽壓與蒸汽所占的體積無關(guān)，也和這體積中有無其他氣體無關(guān)． 液體沸騰的條件就是飽和汽壓和外部壓強相等．沸點就是飽和汽壓等于外部壓強時的溫度．因飽和汽壓必須增大到和外部壓強相等時才能沸騰，所以沸點隨外部壓強的增大而升高． （3）臨界溫度 在某個溫度上，無論怎樣增大壓強，都不可能使某種氣體液化，這個溫度叫做這種氣體的臨界溫度． 3．空氣的濕度 （1）濕度 空氣的干濕程度叫做濕度． （2）絕對濕度 空氣中所含水蒸氣的壓強叫做空氣的絕對濕度． 通常用水蒸氣的壓強來間接反映水蒸氣的密度，這稱為絕對濕度． （3）相對濕度 在某一溫度下，水蒸氣的壓強與同溫度下的飽和汽壓的比，稱為空氣的相對濕度． 即：，也即。 空氣的絕對濕度跟同一溫度下水的飽和汽壓的百分比，叫做空氣的相對濕度． 注意：許多跟濕度有關(guān)的現(xiàn)象，如蒸發(fā)的快慢、植物的枯萎、動物的感覺等，不是直接跟大氣的絕對濕度有關(guān)，而是跟相對濕度有關(guān)．絕對濕度相同時，溫度越高，離飽和狀態(tài)越遠(yuǎn)，越容易蒸發(fā)，感覺越干燥；相反，氣溫越低，越接近飽和狀態(tài)，感覺越潮濕． （4）濕度計及工作原理 空氣的相對濕度常用濕度計來測量，常用的濕度計有干濕泡濕度計、毛發(fā)濕度計和濕度傳感器等． 干濕泡濕度計的工作原理： 干濕泡濕度計由干球溫度計和濕球溫度計構(gòu)成．濕度越大，水的蒸發(fā)越慢，濕球溫度比干球溫度低得就少，根據(jù)兩溫度計的示數(shù)差，結(jié)合當(dāng)時的溫度查表即可知道相對濕度． 4．相對濕度的求法 （1）根據(jù)，也即，知道水蒸氣的實際壓強和同溫下水的飽和汽壓，代入公式即求得相對濕度． （2）注意單位的統(tǒng)一，水蒸氣的實際壓強和同溫下水的飽和汽壓的單位是毫米汞柱（）． （3）在某一溫度下，飽和水汽壓是一定值，知道了絕對濕度可以算出相對濕度；反之，知道了相對濕度也能算出絕對濕度． 5．影響相對濕度的因素 相對濕度與絕對濕度和溫度都有關(guān)系，在絕對濕度不變的情況下，溫度越高，相對濕度越小，人感覺越干燥；溫度越低，相對濕度越大，人感覺越潮濕． 注意：空氣的濕度對人的生活有很大影響，醫(yī)學(xué)研究表明，夏季引發(fā)中暑有三個臨界點． 氣溫在，相對濕度大于． 氣溫超過，相對濕度大于． 氣溫超過，相對濕度大于． 可以看出，在相對濕度較大時，較低的溫度就能引起中暑． 6．露點 當(dāng)溫度降低到水蒸氣飽和時，就會有液態(tài)水在固體表面凝結(jié)出來，這時的溫度值稱為露點．如果結(jié)露時溫度低于零度。露將變?yōu)楣腆w，這就是霜． 7．沸點與外界壓強的關(guān)系 沸騰是在液體的表面和內(nèi)部同時進行的劇烈的汽化現(xiàn)象，如果某溫度時，液體的飽和汽壓強等于外界壓強，液體就在該溫度時沸騰． 例如，水在時的飽和汽壓強為個大氣壓，所以當(dāng)外界壓強為個大氣壓時，水的沸點為． 要點二、物態(tài)變化中的能量交換 1．熔化熱 （1）熔化與凝固 熔化：物質(zhì)從固態(tài)變成液態(tài)的過程． 凝固：物質(zhì)從液態(tài)變成固態(tài)的過程． 溫馨提示：熔化是凝固的逆過程． （2）熔化熱 某種晶體熔化過程中所需的能量與其質(zhì)量之比，稱做這種晶體的熔化熱． 一定質(zhì)量的晶體，熔化時吸收的熱量與凝固時放出的熱量相等． 要點詮釋： 熔化時吸熱，凝固時放熱： 一定質(zhì)量的晶體，熔化時吸收的熱量與凝固時放出的熱量相等； 不同的晶體有不同的空間點陣，要破壞不同物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，所需的能量就不同．因此不同晶體的熔化熱也不相同； 非晶體液化過程中溫度會不斷改變，而不同溫度下物質(zhì)由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)時吸收的熱量是不同的，所以非晶體沒有確定的熔化熱． 2．汽化熱 （1）汽化和液化 汽化：物質(zhì)從液態(tài)變成氣態(tài)的過程． 液化：物質(zhì)從氣態(tài)變成液態(tài)的過程． （2）汽化熱 某種液體汽化成同溫度的氣體時所需的能量與其質(zhì)量之比，稱作這種物質(zhì)在這個溫度下的汽化熱． 要點詮釋： 液體汽化時，液體分子離開液體表面，要克服其他分子的吸引而做功，因此要吸收能量： 晶體只在達(dá)到熔點時熔化，而液體可以在任何溫度下汽化，所以提到汽化熱時一定要注意是在什么溫度下的汽化熱．液體汽化時體積會增大很多，分子吸取的熱量不只用于掙脫其他分子的束縛，還用于膨脹時克服外界氣壓做功，所以汽化熱還與外界氣體的壓強有關(guān)． （3）一定質(zhì)量的物質(zhì)，在一定的溫度和壓強下，汽化時吸收的熱量與液化時放出的熱量相等． 3．熔化熱與汽化熱的計算 （1）熔化熱的計算 如果用表示物質(zhì)的熔化熱，表示物質(zhì)的質(zhì)量，表示熔化時所需要吸收的熱量，則：． 熔化熱的單位是：焦／千克，即． （2）汽化熱的計算（通常計算在個大氣壓時，沸點下的汽化熱） 設(shè)某物質(zhì)在一個大氣壓下，在沸點下的汽化熱為，物質(zhì)的質(zhì)量為，則． 汽化熱的單位為：焦耳／千克，即． 4．有關(guān)物態(tài)變化過程中吸收和放出熱量的判斷 （1）晶體熔化過程中吸收熱量而溫度不變，吸收的熱量主要用來破壞晶體的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，增加分子的勢能，而分子的平均動能幾乎不變，非晶體由于沒有固定結(jié)構(gòu)，熔化過程中溫度一直升高． （2）物質(zhì)的汽化熱是指單位質(zhì)量的液體在某一溫度、某一壓強下汽化成同溫度的氣體吸收的熱量，通常指物質(zhì)在1個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的沸點時的汽化熱．不同的溫度和不同的氣壓下沸騰或液化吸收或放出的熱量一般不同． 5．蒸發(fā)的制冷作用 [例] 住在非洲沙漠中的居民，由于沒有電，夏天無法用冰箱保鮮食物，一位物理教師發(fā)明了一種“沙冰箱”罐中罐，它由內(nèi)罐和外罐組成，且兩罐之間填上潮濕的沙子，如圖所示，使用時將食物和飲料放在內(nèi)罐，罐口蓋上濕布，然后放在干燥通風(fēng)的地方，并經(jīng)常在兩罐間的沙子上灑些水，這樣就能起到保鮮的作用． 問題：（1）經(jīng)常在兩罐間灑些水的原因是________。 （2）放在干燥通風(fēng)的地方是為了________。 [解析] （1）經(jīng)常在兩罐間灑些水，就能起到保鮮作用，先聯(lián)系實際考慮非洲沙漠地區(qū)比較熱，食物和飲料在高溫環(huán)境中易變質(zhì)，再考慮水蒸發(fā)能吸熱，所以灑水的原因應(yīng)為利用水蒸發(fā)吸熱降低食物和飲料的溫度，便于長期保存；（2）由放在干燥通風(fēng)的地方很自然想到是為了加快水分蒸發(fā)從而吸收更多的熱，使食物和飲料溫度不致過高，起到保鮮作用． [答案] （1）有利于水蒸發(fā)時吸熱 （2）加快水的蒸發(fā) 6．晶體、非晶體的熔點和熔化熱 晶體具有確定的熔點和熔化熱。而非晶體卻沒有． （1）晶體分子是按一定的規(guī)律在空間排列成空間點陣，分子只能在平衡位置附近不停地振動，因此，它具有動能，在空間點陣中，由于分子間的相互作用，它又同時具有勢能． 晶體在開始熔化之前，從熱源獲得的能量，主要轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿拥膭幽?，因而使物質(zhì)溫度升高． 在熔化開始后，熱源傳遞給它的能量，使分子有規(guī)則的排列發(fā)生了變化，分子間的距離增大使分子離開原來的位置移動．這樣加熱的能量是用來克服分子力做功，使分子結(jié)構(gòu)渙散而呈現(xiàn)液態(tài)。也就是說，在破壞晶體空間點陣的過程中，熱源傳入的能量主要轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿拥膭菽埽? 分子的動能變化很小，因此物質(zhì)的溫度沒有顯著變化，所以熔化在一定溫度下進行． （2）非晶體在熔化過程中，隨溫度的升高而逐漸軟化，最后全部變?yōu)橐后w，所以熔化過程不與某一溫度對應(yīng)，而是與某個溫度范圍對應(yīng)． 非晶體物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)跟液體相似，它的分子排列是混亂而沒有規(guī)則的，即使由于它的粘滯性很大．能夠保持一定的形狀，但是實際上它并不具有空間點陣的結(jié)構(gòu)． 傳遞給非晶體的能量，主要轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿觿幽埽谌魏吻闆r下，只要有能量輸入，它的溫度就要升高，因此它沒有一定的熔化溫度，并且在熔化過程中，溫度不斷上升． （3）不同溫度下，非晶體由固體變?yōu)橐后w時吸收的熱量是不同的，所以非晶體沒有確定的熔化熱，晶體的熔化是在一定的溫度下進行的，而每種晶體都有自己特定的結(jié)構(gòu)，所以晶體的熔化熱是一定的．而不同的晶體結(jié)構(gòu)不同，所以對應(yīng)不同的熔化熱，這種結(jié)構(gòu)特點又決定了液體凝固時放出的熱量與熔化熱相等． 9．知識網(wǎng)絡(luò) 蒸發(fā) 沸騰 汽化 飽和汽壓（飽和汽壓是一定的） 飽和汽是一種動態(tài)平衡的蒸汽 絕對濕度 相對濕度 空氣的濕度 飽和汽與飽和汽壓 熔化 吸熱 凝固 放熱 熔化熱 蒸發(fā) 吸熱 沸騰 吸熱 汽化 液化 放熱 汽化熱 物態(tài)變化中的能量交換 【典型例題】 類型一、飽和汽與飽和汽壓 例1．如圖所示，在一個大燒杯內(nèi)放一個小燒杯，杯內(nèi)都放有水，現(xiàn)對的底部加熱，則（ ）． A．燒杯中的水比中的水先沸騰 B．兩燒杯中的水同時沸騰 C．燒杯中的水會沸騰，中的水不會沸騰 D．上述三種情況都可能 【答案】C 【解析】沸騰的條件是：（1）達(dá)到沸點；（2）能繼續(xù)吸熱．對燒杯加熱到水的沸點后，若繼續(xù)加熱，燒杯中的水會沸騰．由于沸騰時水的溫度保持在沸點不變，即燒杯中的水也達(dá)到沸點，但由于它與燒杯中的水處于熱平衡狀態(tài)，兩者間無溫度差，無法再從燒杯的水中吸收汽化熱，因此燒杯中的水只能保持在沸點而不會沸騰． 舉一反三: 【變式】如圖所示，甲溫度計插入酒精中，乙溫度計在空氣中，則關(guān)于甲乙兩溫度計的示數(shù)的說法正確的是（ ）． A． B． C． D．不能判斷 【答案】C 【解析】對甲溫度計的示數(shù)，由于甲溫度計的溫度與酒精的溫度相同，而酒精由于蒸發(fā)，使酒精的分子的平均動能變小，溫度降低而低于空氣溫度．而乙溫度計的溫度與空氣的溫度相同，故． 【總結(jié)升華】必須明確溫度計測溫度時是由于溫度計的溫度與被測物體的溫度相同；還應(yīng)知道蒸發(fā)時，液體中動能較大的分子離開水面，留在液體中的液體分子的平均動能減小，溫度降低。 例2．液面上部的蒸汽達(dá)到飽和時，還有沒有液體分子從液面飛出?為什么這時從宏觀上看來液體不再蒸發(fā)？ 【思路點撥】動態(tài)平衡，蒸發(fā)出液面的分子數(shù)和液化成液體的分子數(shù)在相同的時間內(nèi)是相等的。 【答案】見解析 【解析】液面上部的蒸汽達(dá)到飽和，是一種動態(tài)平衡狀態(tài)，即在相同時間內(nèi)從水面飛出去的分子數(shù)等于回到水中的分子數(shù)，故這時仍有液體分子從液面飛出．但從整體看來，蒸汽的密度不再增大，液體也不再減少．從宏觀上看。蒸發(fā)停止了． 【總結(jié)升華】應(yīng)明確液體表面上部的蒸汽達(dá)到人飽和，實質(zhì)上是一種動態(tài)平衡，蒸發(fā)出液面的分子數(shù)和液化成液體的分子數(shù)在相同的時間內(nèi)是相等的。 舉一反三: 【變式】關(guān)于飽和氣，正確的說法是（ ）． A．在穩(wěn)定的情況下，密閉容器中如有某種液體存在，其中該液體蒸汽一定是飽和的 B．密閉容器中有未飽和水蒸氣，向容器中注入足量夠的空氣，增大氣壓可使水汽飽和 C．隨著液體的不斷蒸發(fā)，當(dāng)液化和汽化速率相等時液體和蒸汽達(dá)到的一種平衡狀態(tài)叫動態(tài)平衡 D．對于某種液體來說，在溫度升高時，由于單位時間內(nèi)從液面汽化的分子數(shù)增多，所以其蒸汽飽和壓強增大 【答案】ACD 【解析】汽化與液化達(dá)到動態(tài)平衡時氣體達(dá)到飽和，在穩(wěn)定情況下，密閉容器中如有某種液體存在，其中該液體蒸汽一定是飽和的，故A正確；壓強越大，飽和氣壓越大，密閉容器中有未飽和水蒸氣，向容器內(nèi)注入足量夠的空氣，增大氣壓，水汽不會達(dá)到飽和，故B錯誤；CD均正確。 例3．空氣的溫度是，飽和水汽壓為，此時，水汽的實際壓強為，求相對濕度． 【思路點撥】在某一溫度下，飽和水汽壓為一定值，知道了絕對濕度可以算出相對濕度。 【答案】見解析 【解析】由相對濕度的計算公式可得 相對濕度 【總結(jié)升華】在某一溫度下，飽和水汽壓為一定值，知道了絕對濕度可以算出相對濕度；反之，知道了相對濕度也可以算出絕對濕度。 舉一反三: 【變式】在某溫度時，水蒸氣的絕對氣壓為，此時的相對濕度為，則此時的絕對濕度為多少？飽和汽壓為多大？ 【答案】見解析 【解析】（1）根據(jù)絕對濕度的定義可知此時的絕對濕度為． （2）由相對濕度公式 ． 可得 ． 【總結(jié)升華】解答此題的關(guān)鍵是應(yīng)明確各物理量的定義，再根據(jù)相對濕度的計算公式進行計算。 例4．通常情況，冰只能使水冷卻，不能使水沸騰，但在特殊條件下，冰能使水沸騰．在燒瓶內(nèi)灌半瓶水，放在火上加熱，待水沸騰后將燒瓶從火上取下并用塞子將瓶口塞住，這時沸騰停止了，把瓶倒過來在瓶底上放一些碎冰時，立刻看到水又重新沸騰起來，試解釋其原因． 【答案】見解析 【解析】原來，當(dāng)我們把瓶口塞住時。瓶中的空氣幾乎全被水蒸氣趕跑了，液面上只有蒸汽壓強，沒有空氣壓強．在瓶底放上碎冰后，瓶底冷卻使水蒸氣凝結(jié)為水滴，因此水面上的壓強降低，沸點也降低，所以水又重新沸騰起來． 舉一反三: 【變式1】一瓶礦泉水喝了一半后，把瓶蓋蓋緊，不久瓶內(nèi)水的上方就形成了水的飽和蒸汽．當(dāng)溫度降低時，瓶內(nèi)飽和蒸汽的密度會減小，請分析飽和蒸汽密度減小的過程． 【答案】見解析 【解析】溫度降低時，液體分子的平均動能減小，單位時間里從液面飛出的分子數(shù)減少，回到液體的分子數(shù)大于從液體中飛出的分子數(shù)，氣態(tài)水分子密度減小，直到達(dá)到新的動態(tài)平衡，故當(dāng)溫度降低時，飽和蒸汽密度減?。? 【總結(jié)升華】空氣的絕對濕度不變，當(dāng)氣濕降低時，空氣中的未飽和水蒸氣將逐漸接近飽和，當(dāng)氣溫降至某一溫度時，水蒸氣達(dá)到飽和狀態(tài)，這時水蒸氣將凝結(jié)成水。 【變式2】在溫度不變時，飽和汽壓不隨體積變化．試分析其中的原因． 【答案】見解析 【解析】溫度不變時，飽和汽壓不隨體積變化，這是飽和汽區(qū)別于未飽和汽及通常氣體的一個重要特征．因為體積增大時，容器中蒸汽的密度減小，原來的飽和汽變成了未飽和汽，于是液體繼續(xù)蒸發(fā)，直到未飽和汽成為飽和汽為止．當(dāng)溫度不變時，飽和汽的密度跟原來的一樣，所以壓強不改變． 類型二、物態(tài)變化中的能量交換 例5．一定質(zhì)量的的冰熔化成的水時，其分子動能之和和分子勢能之和的變化情況是（ ）． A．變大，變大 B．變小，變小 C．不變，變大 D．不變，變小 【思路點撥】的冰熔化成水，溫度不變，故分子的平均動能不變。 【答案】C 【解析】的冰熔化成水，溫度不變，故分子的平均動能不變．而分子總數(shù)不變，不變；冰熔化過程中吸收的熱量用來增大分子的勢能，故C正確． 【總結(jié)升華】的冰熔化成水，溫度不變，故分子的平均動能不變，而分子總數(shù)不變，不變；冰熔化過程中吸收的熱量用來增大分子的熱能，故C正確。 舉一反三: 【變式】下列說法不正確的是（ ）． A．不同晶體的熔化熱不相同 B．一定質(zhì)量的晶體，熔化時吸收的熱量與凝固時放出的熱量相等 C．不同非晶體的熔化熱不相同 D．汽化熱與溫度、壓強有關(guān) 【答案】C 【解析】不同的晶體有不同的結(jié)構(gòu)，要破壞不同物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，所需的能量也不同．因此，不同晶體的熔化熱不相同，故A項正確；一定質(zhì)量的晶體，熔化時吸收的熱量與凝固時放出的熱量相等，故B項正確；非晶體在液化過程中溫度會不斷改變，而不同溫度下物質(zhì)由固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)時吸收的熱量是不同的，所以非晶體沒有確定的熔化熱．故C項不正確；汽化熱與溫度、壓強有關(guān)，故D項正確． 例6．閱讀下面材料，并回答熱管的導(dǎo)熱原理是什么？ 熱管是20世紀(jì)80年代研制出來的一種導(dǎo)熱本領(lǐng)非常大的裝置，如圖所示，它比銅的導(dǎo)熱本領(lǐng)大上千倍，管內(nèi)壁附了一層多孔的材料，叫做吸收芯，吸收芯中充有酒精或其他易汽化的液體，當(dāng)管的一端受熱時，熱量會很快傳到另一端． 【思路點撥】“易汽化的液體”，那么易汽化就易液化。 【答案】見解析 【解析】“熱管”的一端受熱時，這一端吸收芯中的液體因吸熱而汽化，蒸氣沿管子由受熱一端跑到另一端，另一端由于未受熱，溫度低，蒸氣就在另一端放熱并液化，冷凝的液體被吸收芯吸附，通過毛細(xì)作用又回到了受熱的一端，如此循環(huán)往復(fù)，熱管里的液體不斷地汽化和液化，把熱量從一端傳到另一端． 【總結(jié)升華】從題目可知，熱管中有“易汽化的液體”，那么易汽化就易液化，汽化吸熱，液化放熱，故液體從加熱端吸熱，沿管子運動到另一端遇冷放熱，使得熱量傳遞出去。 例7．絕熱容器里盛有少量溫度是的水，從容器里迅速往外抽氣的時候，部分水急劇地蒸發(fā)，而其余的水都結(jié)成的冰，則結(jié)成的冰的質(zhì)量是原有水質(zhì)量的多少？已知時水的汽化熱，冰的熔化熱． 【答案】見解析 【解析】水蒸發(fā)時需要的汽化熱，在題中條件下，這些熱量只能由其余的水結(jié)成冰所減少的內(nèi)能所提供． 設(shè)蒸發(fā)的水的質(zhì)量是，結(jié)成冰的質(zhì)量是． 蒸發(fā)所需吸收的熱量 ， 水結(jié)成冰所放出的熱量 ． 由于容器與外界不發(fā)生熱交換，則 ， 即 ， 得 ． 所以結(jié)成冰的質(zhì)量與原有水的質(zhì)量之比為 ， 即 ． 舉一反三: 【變式1】一杯的水和一盆的水，下列說法中正確的是（ ）． A．一盆水的熱量比一杯水的熱量多 B．一盆水的內(nèi)能比一杯水的內(nèi)能多 C．它們的分子平均動能相同 D．若它們降低同樣的溫度，一盆水的內(nèi)能減少得多 【答案】BCD 【變式2】在壓強為時，使的水全部汽化，需要吸收的熱量是多少？ 【答案】見解析 【解析】查表知在壓強為時，水在達(dá)到沸點時的汽化熱為．要使的水全部汽化，應(yīng)先使水溫上升到，則需吸收的熱量總共為 ． 【變式3】的水與的水蒸氣相比較，下列說法中正確的是（ ）． A．分子的平均動能與分子的總動能都相同 B．分子的平均動能相同，分子的總動能不同 C．內(nèi)能相同 D．的水的內(nèi)能小于的水蒸氣的內(nèi)能 【答案】A、D 【解析】溫度是分子平均動能的標(biāo)志，因而在相同的溫度下，分子的平均動能相同，又水與水蒸氣的分子數(shù)相同，因而分子的總動能相同，A正確；從的水變成的水蒸氣的過程中，分子間的距離變大，要克服分子引力做功，因而分子勢能增加．所以的水的內(nèi)能小于的水蒸氣的內(nèi)能。D正確． 【總結(jié)升華】解決本題的關(guān)鍵是從宏觀和微觀兩個角度搞清與物體的內(nèi)能有關(guān)的因素。 例8．用同一熱源加熱某種物質(zhì)，使其從固態(tài)變成液態(tài)，直至沸騰。整個過程物質(zhì)的溫度與時間關(guān)系圖象如圖所示，下列判斷正確的是（ ）． A．t1與t2相比，物質(zhì)的內(nèi)能相同．因為溫度相同 B．從t2到t3到t4，物質(zhì)都處在沸騰的過程中 C．在t1和t2之間物質(zhì)處于固液共存態(tài) D．物質(zhì)達(dá)到熔點后不需要再吸收熱量仍能熔化 【答案】C 【解析】從t1到t2的時間段，物體要吸收熱量，內(nèi)能就會增加，所以t2這段時刻，內(nèi)能較大．故A錯誤；B由圖可知，從t3到t4，物質(zhì)都處在沸騰的過程中，t2還在熔化過程中，故B錯誤；由圖可知，此物質(zhì)是晶體，因此在t1和t2之間物質(zhì)處于熔化狀態(tài)，是固液共存態(tài)，故C正確；因為物質(zhì)熔化和沸騰都需要吸熱，故D錯誤．故選C． 舉一反三: 【變式1】的冰和的水蒸氣混合后． （1）若冰剛好全部熔化，則冰和水蒸氣的質(zhì)量比是多少？ （2）若得到的水，則冰和水蒸氣的質(zhì)量比是多少？（已知水在的汽化熱是，冰的熔化熱是） 【答案】見解析 【解析】（1）設(shè)冰的質(zhì)量為，水蒸氣的質(zhì)量為，則有， 所以 。 （2）同（1）可得方程式如下： ， 即 。 【總結(jié)升華】解答本題應(yīng)明確的水蒸氣變成的水時要放出汽化熱，的水降到的水時也要放出熱量；的冰熔化成的水時，要吸收熱量。而要清楚物理過程才能正確列出方程求解。 例9．“和平號0空間站已于2001年3月23日成功地墜落在南太平洋海域，墜落過程可簡化為從一個近圓軌道（可近似看做圓軌道）開始，經(jīng)過與大氣摩擦，空間站的大部分經(jīng)過升溫、熔化、最后汽化而銷毀，剩下的殘片墜人大海，此過程中，空間站原來的機械能中除一部分用于銷毀和一部分被殘片帶走外，還有一部分能量通過其他方式散失（不考慮墜落過程中化學(xué)反應(yīng)的能量）．（1）試導(dǎo)出用下列各物理量的符號表示散失能量的公式；（2）算出的數(shù)值（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）． 墜落開始時空間站的質(zhì)量為； 軌道離地面的高度為； 地球半徑為； 墜落空間范圍內(nèi)重力速度可看做； 海殘片的質(zhì)量； 入海殘片的溫度升高了； 入海殘片的入海速度為聲速； 空間站材料每升溫平均所需能量； 每銷毀材料平均所需能量． 【答案】見解析 【解析】（1）根據(jù)題目所給條件，從近圓軌道到地面的空間中重力加速度；若以地面為零勢能面，墜落過程開始時空間站在近圓軌道的勢能為 　?。? 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ① 以表示空間站在近圓軌道上的速度，根據(jù)引力提供向心力，由牛頓運動定律得 　　． 　　　　　　　　　　　　　　　　 ② 由②式可得空間站在近圓軌道上的動能為 　?。?　　　　　　　　　　　　　　 ③ 由①、③得，在近圓軌道上空間站的機械能 　?。? 　　　　　　　　　 ④ 在墜落過程中，用于一部分銷毀所需的能量為 　?。? 　　　　　　　　　 　 ⑤ 用于殘片升溫所需的能量為 　?。? 　　　　　　　　　　 　　 ⑥ 殘片入海時的動能為 　?。? 　　　　　　　　　　　 　 ⑦ 以表示其他方式散失的能量，則由能量守恒得 ． ⑧ 將④⑤⑥⑦式代入⑧式整理得 ⑨ （2）將題目所給的數(shù)據(jù)代入⑨式可解得 ．