2020--2021物理人教版选修3-3课件：9.3---4　饱和汽与饱和汽压　物态变化中的能量交换36张含答案

(共36张PPT)
人教版选修3—3之9、3~4　饱和汽与饱和汽压　物态变化中的能量交换
一、汽化现象
1.汽化:物质从液态变成气态的过程叫做汽化。
2.汽化的两种方式
二、饱和汽与饱和汽压
1.动态平衡:在相同时间内回到水中的分子数等于从水面飞出去的分子数。这时,水蒸气的密度不再增大,液体水也不再减少,液体与气体之间达到了平衡状态,这种平衡叫做动态平衡。
2.饱和汽和未饱和汽:与液体处于动态平衡的蒸汽叫做饱和汽。没有达到饱和状态的蒸汽叫做未饱和汽。
3.饱和汽压:饱和汽的压强叫做这种液体的饱和汽压。未饱和汽的压强小于饱和汽压。
三、空气的湿度和湿度计
1.绝对湿度:用空气中所含水蒸气的压强来表示绝对湿度。
2.相对湿度:我们常用空气中水蒸气的压强与同一温度水的饱和汽压之比来描述空气的潮湿程度,并把这个比值叫做空气的相对湿度,即
3.测量空气湿度:用湿度计测量。
四、熔化热与汽化热
1.熔化、凝固、汽化和液化:物质从固态变成液态的过程叫做熔化;从液态变成固态的过程叫做凝固;从液态变成气态的过程叫做汽化;从气态变成液态的过程叫做液化。
2.熔化热:某种晶体熔化过程中所需的能量与凝固时放出的热量相等,晶体熔化过程中所需的能量与其质量之比叫做这种晶体的熔化热。
3.汽化热: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汽化热。
自我检测
1.判断正误,对的画“√”,错的画“×”。
(1)密闭容器内水蒸气未达到饱和时,只有蒸发,没有凝固。
(　　)
解析:容器中水蒸气未达到饱和时,水的蒸发和凝固同时进行,但蒸发量要大于凝固量。
答案:×
(2)密闭容器里的液体和气体达到平衡时蒸发仍在进行。(　　)
解析:蒸发和液化达到平衡时单位时间内从液体表面飞出的分子数与回到液体中的分子数相等,是一种动态平衡,蒸发仍在进行。
答案:√
(3)密闭容器中有未饱和的水蒸气,向容器中注入足够量的空气,加大气压可使水汽饱和。
(　　)
解析:饱和汽压与外界气压没有关系,与温度有关。
答案:×
(4)凝固指的是物质从气态变成固态的过程。
(　　)
解析:凝固指的是物质从液态变成固态的过程。
答案:×
(5)晶体熔化时从外界吸收热量,其温度不断升高。(　　)
解析:晶体熔化时从外界吸收热量,但其温度不变。
答案:×
(6)一定质量的物质,在一定的温度和压强下,汽化时吸收的热量大于液化时放出的热量。(　　)
解析:在条件一定的情况下,汽化时吸收的热量等于液化时放出的热量。
答案:×
2.探究讨论。
(1)将洗净的衣服放在烈日下曝晒,很快就会干了,你知道其中发生了什么现象吗?
答案:衣服中的水在烈日下发生了汽化现象。
(2)教材第44页“科学漫步”中,为什么在较低的温度时也有人会中暑?
答案:即使在较低的温度下,当相对湿度较大时,身体热量不易散失,有的人也会中暑。
(3)100
℃的水和100
℃的水蒸气都可能烫伤人,但往往水蒸气烫伤人的后果严重一些,这是什么原因?
答案:水蒸气烫伤人时有个液化的过程,水蒸气在液化变成100
℃的水时会放出大量的热,故水蒸气烫伤人的后果更严重。
(4)通过分析教材第47页“说一说”,比较一下蒸馏与分馏有什么异同?
答案:蒸馏是将液态物质加热到沸腾(汽化),并使其冷凝(液化)的连续操作过程;分馏是利用不同物质的沸点不同,通过液化而分离。
探究一
探究二
探究三
饱和汽和饱和汽压
问题探究
如图所示为雨雾笼罩下的婺源,雨雾一般是指如雾一般的小雨。试根据本节所学知识,解释一下雨雾形成的原因。雨雾形成一般是在早晨,当太阳升起时,雨雾一般会消失,试解释其原因。
要点提示(1)雨雾的形成是饱和水蒸气。
(2)饱和汽压与温度有关,温度升高,原来的饱和汽变成未饱和汽,雨雾消失。
探究一
探究二
探究三
知识归纳
1.对动态平衡的理解
要理解这个问题,应抓住“动态”这个核心,也就是达到平衡时,各量之间还是变化的,只不过变化的速度相同而已,只是从外观上看达到了平衡状态。如果把两个过程分别称为正过程和逆过程的话,当达到动态平衡时正过程速率应等于逆过程速率。
(1)处于动态平衡时,液体的蒸发仍在不断进行;宏观上看,蒸发停止。
(2)处于动态平衡时的蒸汽密度与温度有关,温度越高,达到动态平衡时的蒸汽密度越大。
(3)在密闭容器中的液体,最后必定与上方的蒸汽处于动态平衡状态中。
探究一
探究二
探究三
2.饱和汽的特点
(1)一定温度下有一定的密度。
(2)一定温度下有一定的压强(饱和汽压)。
(3)凡与密闭容器里的液体(如拧紧盖的半瓶墨水)长期共存的蒸汽必是饱和汽。
3.影响饱和汽压的因素
(1)跟液体的种类有关,实验表明,在相同的温度下,不同液体的饱和汽压一般是不同的。挥发性大的液体饱和汽压大。
(2)跟温度有关,温度升高时,液体分子的平均动能增大,饱和汽压随温度的升高而增大。
(3)跟体积无关,在温度不变的情况下,饱和汽的压强不随体积而变化。
探究一
探究二
探究三
典例剖析
【例题1】关于饱和汽压随温度变化的原因,下列说法正确的是(　)
A.温度升高,单位时间里从液体表面飞出的分子数减少
B.温度降低,单位时间里从液体表面飞出的分子数增多
C.温度升高,单位时间里从液体表面飞出的分子数增多,液体继续蒸发,饱和汽压增大
D.温度降低,单位时间里从液体表面飞出的分子数大于返回液体表面的分子数
解析:饱和汽压决定于单位体积内的分子数和分子的平均速率。当温度升高(降低)时,分子的平均速率变大(变小),这使得单位时间内从液体表面飞出的分子数增多(减少),饱和汽压变大(变小)。选项C正确。
答案:C
探究一
探究二
探究三
对饱和汽压的理解
(1)饱和汽压的大小取决于物质的本性和温度,与体积无关。
(2)饱和状态下的蒸汽不遵循理想气体实验定律,未饱和汽近似遵循理想气体实验定律。
探究一
探究二
探究三
变式训练1如图所示,在一个带活塞的容器底部有一定量的水,现保持温度不变,上提活塞,平衡后底部仍有部分水,则
(　　)
A.液面上方的水蒸气从饱和变成未饱和
B.液面上方水蒸气的质量增加,密度减小
C.液面上方水蒸气的密度减小,压强减小
D.液面上方水蒸气的密度和压强都不变
解析:活塞上提前,密闭容器中水面上方水蒸气为饱和汽,水蒸气密度一定,其饱和汽压一定。当活塞上提时,密闭容器中水面会有水分子飞出,使其上方水蒸气与水又重新处于动态平衡,达到饱和状态。在温度保持不变的条件下,水蒸气密度不变,饱和汽压也保持不变。故选项A、B、C错,选项D对。
答案:D
探究一
探究二
探究三
空气的湿度与湿度计
问题探究
武汉和吐鲁番都是中国夏季非常热的地方,但是两地热的方式有所不同,根据图片判断哪个是武汉,哪个是吐鲁番,并分析热的方式不同的原因。
要点提示(1)左图是武汉,右图是吐鲁番,一个湿热,一个干热。
(2)由于武汉靠近长江,空气中所含水分较大,湿度很大,所以容易形成湿热;吐鲁番所处地区降水很少,但温度很高,容易形成干热天气。
探究一
探究二
探究三
知识归纳
1.空气的湿度
(1)空气湿度分为绝对湿度和相对湿度,两者均与温度有关。
(2)水蒸气的实际压强(绝对湿度)=相对湿度×同温度水的饱和汽压。
2.影响相对湿度的因素
相对湿度与绝对湿度和温度都有关系,在绝对湿度不变的情况下,温度越高,相对湿度越小,人感觉越干燥;温度越低,相对湿度越大,人感觉越潮湿。
探究一
探究二
探究三
3.相对湿度的计算
(1)相对湿度
,知道了水蒸气的实际压强和同温下水的饱和汽压,代入公式即可求得。
(2)注意单位的统一,水蒸气的实际压强和同温度下水的饱和汽压要采用同一单位。
(3)在某一温度下,饱和汽压是一定值,知道了绝对湿度可以算出相对湿度;反之,知道了相对湿度也能算出绝对湿度。
(4)环境温度变化时,水的饱和汽压和水蒸气的实际压强都发生变化,但相对湿度不会超过100%。
探究一
探究二
探究三
4.空气湿度的改变方法
(1)增加空气湿度的方法:
①增加空气中水蒸气的含量,如采用加湿器加湿;
②降低空气的温度,增加相对湿度。
(2)减小空气湿度的方法:
①减少空气中水蒸气的含量,如使用干燥剂;
②升高空气的温度,减小相对湿度。
探究一
探究二
探究三
典例剖析
【例题2】
(多选)空气湿度对人们的生活有很大影响,当湿度与温度搭配得当,通风良好时,人们感觉舒适。关于空气湿度,以下结论正确的是(　　)
A.绝对湿度大而相对湿度不一定大,相对湿度大而绝对湿度也不一定大,必须指明温度这一条件
B.相对湿度是100%,表明在当时的温度下,空气中水蒸气已达到饱和状态
C.在绝对湿度一定的情况下,气温降低,相对湿度将减小
D.在绝对湿度一定的情况下,气温升高,相对湿度将减小
探究一
探究二
探究三
解析:由相对湿度公式
可知,当绝对湿度大时,相对湿度不一定大;相对湿度越大,空气中水蒸气压强就越接近饱和汽压,而饱和汽压的大小与温度有关,温度越高,饱和汽压越大。在绝对湿度一定的情况下气温越低,相对湿度越大。
答案:ABD
探究一
探究二
探究三
变式训练2白天的气温是30
℃,天气预报夜里的气温要降到20
℃,空气的相对湿度是60%;那么夜里会不会有露珠形成?为什么?(30
℃时,空气的饱和汽压为4.24×103
Pa;20
℃时,饱和汽压为2.3×103
Pa)
解析:
,p=Bps=60%×4.24×103
Pa=2.544×103
Pa>2.3×103
Pa,大于20
℃时的饱和汽压,故夜里会出现饱和汽,即有露珠形成。
答案:有露珠形成。
探究一
探究二
探究三
物态变化中的能量特点和温度特点
问题探究
1.水在不同温度下有不同的汽化热,温度升高,水的汽化热如何变化?水在100
℃时的汽化热是2.26×106
J/kg,它表示使1
kg
100
℃的水变成100
℃的水蒸气需要吸收多少热量?这些热量完全用于增加水分子的什么能量?
要点提示水的温度升高,水分子的平均动能变大,使水分子飞出水面所需能量变小,即汽化热减小。
1
kg
100
℃的水变成100
℃的水蒸气需吸收的热量Q=mL=1
kg×2.26×106
J/kg=2.26×106
J。
这些热量完全用于增加水分子的分子势能。
探究一
探究二
探究三
2.液体汽化时为什么会吸热?汽化热与哪些因素有关?
要点提示液体汽化时,液体分子离开液体表面成为气体分子,要克服其他液体分子的吸引力做功,因此要吸热。汽化热与物质汽化时的温度及外界气体压强有关。
探究一
探究二
探究三
知识归纳
1.物态变化中的能量交换
2.晶体和非晶体在熔化过程中的异同点
(1)相同点。
①都是从固态变成液态的过程。
②在熔化过程中都需要吸热。
探究一
探究二
探究三
(2)不同点。
①晶体有确定的熔点,非晶体没有确定的熔点。即晶体升高到一定温度时,才能熔化;非晶体随着温度的不断升高,逐渐由固态变成液态。
②晶体在熔化过程中,虽然持续吸热,但温度保持不变,直到晶体全部熔化为液态后温度才继续升高;非晶体在熔化过程中也要吸热,同时温度不断升高。
③晶体和非晶体的熔化图象不同。如图所示,晶体的熔化图象中有一段温度不变的过程,而非晶体的熔化图象是温度连续变化的图线。
探究一
探究二
探究三
3.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。
探究一
探究二
探究三
典例剖析
【例题3】
一电炉的功率P=200
W,将质量m=240
g的固体样品放在炉内,通电后的电炉内的温度变化如图所示。设全部电能转化为热能并全部被样品吸收,试问:该固体样品的熔点和熔化热为多大?
【思考问题】
如何理解本题图象?
提示参照题目的说明可知AB段为固体样品在电炉内的吸热过程,BC段根据固液态变化时的情况可知是固态向液态熔化的过程,也就是熔点所在的位置,CD段为物质液态吸热的过程。
探究一
探究二
探究三
解析: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。
答案:60
℃　1×105
J/kg
探究一
探究二
探究三
变式训练3(多选)如图是某种晶体的熔化图象,下列说法中正确的是(　　)
A.ab段是吸热过程,cd段是放热过程
B.ab、bc、cd三段都是吸热过程
C.ab段物质处于固态,bc和cd两段处于液态
D.bc段是晶体熔化过程
解析:这是晶体的熔化图象,题图中所示三段过程中要一直吸收热量,故选项B正确;ab、bc、cd三阶段中,ab段是固体,bc段是熔化过程,固、液共存,故选项C错误,选项D正确。
答案:BD
1
2
3
4
5
1.(多选)关于饱和汽,下列说法正确的是(　　)
A.达到饱和汽时液面上的气体分子的密度不断增大
B.达到饱和汽时液面上的气体分子的密度不变
C.将未饱和汽转化成饱和汽可以保持温度不变,减小体积
D.将未饱和汽转化成饱和汽可以保持体积不变,降低温度
解析:饱和汽是指单位时间内逸出液面的分子数和返回液面的分子数相等的状态,分子密度不变,A项错误,B项正确;在一定温度下,通过减小体积增加分子密度使未饱和汽转化为饱和汽,C项正确;在体积不变的情况下,可以通过降低温度来降低饱和汽压,使未饱和汽达到饱和状态,D项正确。
答案:BCD
1
2
3
4
5
2.湿泡温度计与干泡温度计的示数差越大,表示(　　)
A.空气的绝对湿度越大
B.空气的相对湿度越大
C.空气中水蒸气离饱和程度越近
D.空气中水蒸气离饱和程度越远
解析:湿泡温度计与干泡温度计示数差越大,表示水分蒸发越快,所以相对湿度越小,即空气中的水蒸气离饱和程度越远。故选项D正确。
答案:D
1
2
3
4
5
3.(多选)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.对晶体加热,当温度升高到一定程度时才开始熔化
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。
答案:CD
1
2
3
4
5
4.
在如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;再次分清熔化是固体变成液体,达到熔点前是吸收热量,温度升高的,而凝固过程则恰好相反,故选项C正确。
答案:C
1
2
3
4
5
5.冬季在菜窖里放上几桶水,可以使窖内的温度不致降低得很多,防止把菜冻坏,这是什么道理?如果在窖内放入m=200
kg、t1=10
℃的水,试计算这些水结成0
℃的冰时放出的热量。这相当于燃烧多少千克干木柴所放出的热量?(木柴的燃烧值约为k=1.26×107
J/kg,冰的熔化热取λ=3.35×105
J/kg)
解析:水降温并结冰的过程会放出热量,使窖内温度不会太低。设这些水结成0
℃的冰时放出的热量为Q,则
Q=mλ+mcΔt=200×3.35×105
J+200×4.2×103×10
J=7.54×107
J
设燃烧质量为M的干木柴可以释放出这么多的热量Q=Mk
即
答案:因为水降温并结冰的过程中将放出热量,使窖内温度不会太低
7.54×107
J　6.0
kg