第五章
热与能
5.4
物态变化
[学习目标]
1.
知道物质存在的三种状态及其原因。
2.
理解熔化和凝固;理解汽化和液化。
3.知道物态变化中每个过程的吸热和放热情况。
[知识解读]
1、物质存在的状态
由于构成物质的大量分子在永不停息地做无规则热运动,且不同的分子做热运动的速度不同,就形成了物质的三种状态:固态、液态、气态,在物理学中,我们把物质的状态称为物态。
固态物质中,分子排列十分紧密,粒子间有强大的作用力。因而,固体具有一定的体积和形状。
液态物质中,分子没有固定的位置,运动比较自由,粒子间的作用力比固体小。因而,流体没有确定的形状,具有流动性。
气态物质中,分子极度散乱,间巨很大,并以高速向四面八方运动,粒子间的作用力极小,容易被压缩。因此,气体具有流动性。
我们可以把物质的分子看成是一一个个粒子,可以用粒子模型来解释物质在不同状态下的结构和特征。
2、物态变化
物质由一种状态变为另一种状态的过程称为物态变化。
物质从固态转换为液态时,这种现象叫熔化,熔化要吸热,比如冰吸热熔化成水,反之,物质从液态转换为固态时,这种现象叫凝固,凝固要放热,比如水放热凝固成冰。在这些从固态转换为液态的固体又分为晶体和非晶体,晶体有熔点,就是温度达到熔点时(持续吸热)就会熔化,熔化时温度一直等于熔点,完全融化后温度才会上升。非晶体没有固定的熔点,所以熔化过程中的温度不定,如石蜡在融化过程中温度不断上升。晶体熔化时温度不变,存在三种状态,例:冰熔化时,温度为0℃,同时存在冰的固态,水的液态和冰与水的固液共存态。
物质从液态转换为气态,这种现象叫汽化,汽化又有蒸发和沸腾两种方式,蒸发发生在液体表面,可以在任何温度进行,是缓慢的。沸腾发生在液体表面及内部,必须达到沸点,是剧烈的。汽化要吸热,液体有沸点,当温度达到沸点时,温度就不会再升高,但是仍然在吸热;物质从气态转换为液态时,这个现象叫液化,液化要放热。例如水蒸气液化为水,水蒸发为水蒸气。
物质从固态直接转换为气态,这种现象叫做升华,生活中常见的可升华的物质有干冰、樟脑丸等。然后是物质直接从气态转换为固态,这叫凝华。升华吸热(想让固体升华,不能让那种固体达到其熔点,不然会先熔化再汽化),凝华放热。
3、露、霜、雾、雨、云、雹和雪的成因
第一:空气中总是含有水蒸气的,这是江、河、湖、海以及大地表层中的水,不断地蒸发而来的,当含有很多水蒸气的空气升入高空时,水蒸气温度降低液化成小水滴或凝华成小冰晶,这些很微小的颗粒,能被空气中上升气流顶起,形成浮云,所以云是由大量的小水滴和小冰晶组合而成的.
第二:云中的小水珠和小冰晶越来越大,达到一定程度时,上升气流无法支持,就会下落.在下落过程中,冰晶熔化成水滴;与原来的水滴一起落到地面,就形成了雨.
第三:露是水蒸气液化形成的小水珠.在地面上草、木、石块等固体由于辐射热量,它们的温度下降速度快于空气温度的下降,当草、木、石块等物降到某一温度而使附近的空气达到露点时,则有水珠凝结在这些物体上形成露。
霜是水蒸气凝华形成小冰晶,出现在地面上.当露点低于0
℃时,则水蒸气直接凝华在地面物体上形成霜.人们有这样的经验:有风或有云的夜间不会有霜有露,这是由于有风时地面的空气不易达到饱和;有云时也有热量辐射到地面,地面温度不易达到露点的缘故。
雾是水蒸气液化成小水珠,附着在离地面稍远的空气中的尘埃上形成的。
如果雨在落下时骤然遇到0
℃以下的冷空气,雨便凝固成冰块,冰块若遇地面向上的风暴把冰块向上吹入热空气层中,这层空气中的水蒸气便凝结在冰块四周,下落时又遇有0
℃以下的冷空气上升时,冰块外面又结一层冰,如此反复上下,到冰块很大时,形成雹落下,这就是可怕的冰雹。如果露点低于0
℃,在高空中的水蒸气便直接凝成小冰晶,这就是美丽的雪花了。
【经典例说】
【例1】下列属于熔化现象的是
( )
A.寒冬,美丽壮观的冰雕作品逐渐变小
B.盛夏,从冰箱里取出的冰棒周围出现“白气”
C.金秋,清晨的雾气在太阳照射下渐渐散去
D.初春,冰雪消融汇成了溪流
【思路点拨】解答此题要知道物体由固态变为液态的过程叫熔化;根据物态变化的知识逐一分析即可。
【解答】解:
A、冰雕变小,冰由固态直接变成气态是升华,不合题意;
B、白气是空气中的水蒸气遇冷变成的小水珠,是液化现象,不合题意。
C、雾是小水珠,被太阳的照射后,小水珠由液态变成气态,是汽化现象。不合题意。
D、冰雪消融,冰由固态变为液态是熔化,符合题意。
故选:D。
【例2】如图所示是表示晶体的熔化和凝固的图象。根据图像判断正确的是( )
A.物质B、C、E、F四点的温度相等,所以内能相等
B.物质AB段的比热容大于CD段的比热容
C.晶体在第6min和第12min状态相同
D.物质在AB段吸收的热量小于CD段吸收的热量
【思路点拨】晶体有固定的熔点和凝固点,熔化时吸收热量,温度不变,内能增大;凝固时放出热量,温度不变,内能减小。
【解答】解:
A、物质B、C、E、F四点的温度相等,该物质的BC熔化过程中吸收热量,内能增大;该物质的EF凝固过程中放出热量,内能减小,所以内能不相等,故A错误;
B、质量相同的同种物质,状态不同,吸收相同的热量,温度变化大的比热容小,温度变化小的比热容大,从图线上看,吸收相同热量AB段温度变化更快
所以比热容小,故B错误;
C、图中BC、EF段表示的是熔化和凝固过程,6min时物质处于熔化过程中,12min时物质处于凝固过程中,物质都处于固液共存状态,故C正确;
D、由图知,物质在AB段吸收了4min的热量,CD段吸收了1min的热量,物质在AB段吸收的热量大于CD段吸收的热量,故D错误。
故选:C。
[跟踪训练]
1._________、_________、_________是物质存在的三种状态,物质所处的状态通常与_________有关。固体粒子靠得_______(选填“很近”或“很远”),不能自由移动;液体粒子靠得_________(选填“较近”或“较远”),在一定限度内粒子能成群移动;气体粒子离得_________(选填“很近"或“很远"),各个粒子能自由地向各个方向移动。
2.物质由_________态变为_________态的现象叫做熔化。晶体在熔化过程中,温度_______(选填“升高"“降低”或“不变”)。
3.
图1是甲、乙、丙、丁四种物质熔化或凝固规律的图线,下列说法中正确的是( )
A.甲物质是晶体,图线表示的是凝固过程。
B.乙物质是非晶体,图线表示的是熔化过程。
C.丙物质是非晶体,图线表示的是凝固过程。
D.丁物质是晶体,图线表示的是凝固过程。
4.物质由_________态变为_________态的现象叫做汽化,汽化有________和_________两种方式。在任何温度下都能发生汽化的方式是_________。
5.物质_________从固态变为气态的现象叫做_________;与此对应,物质从__________________的现象叫做凝华。
6.上海的梅雨季节空气湿度较大,在瓷砖和墙壁上经常会出现小水滴,如同“出汗”一般。这一现象属于
( )
A.熔化
B.液化
C.汽化
D.凝华
7.新冠肺炎防控期间常用酒精来消毒,擦酒精的部位会感觉凉,这主要是因为酒精
( )
A.蒸发吸热
B.凝固放热
C.液化放热
D.升华吸热
8.如图2所示,晾晒着两件完全相同的衣服,图
(b)中的衣服干得快,其原因是它表面液体的
( )
A
表面积较大.
B
温度较高.
C
周围空气流速较大.
D
包括以上三个因素.
9.下列有关物态变化现象判断正确的是
( )
A.冬天,户外的人呼出“白气”是汽化现象
B.饮料杯中的冰块体积逐渐变小是液化现象
C.冬天教室窗户玻璃上的冰花是凝华现象
D.衣柜中樟脑片过一段时间会变小是熔化现象
10.如图3所示,是用相同的加热装置对a、b、c三种固体物质持续加热时,它们的温度随时间变化的图像,其中a、b是同种物质,a、c质量相同,则下列正确的是
( )
A.t1~t2时间内物质a的温度不变,内能不变
B.温度从T1升高到T2时,a物质吸收的热量比b多
C.b的质量大于a的质量
D.a的比热容大于c的比热容
11.下列物质属于晶体的是
( )
A.海波
B.松香
C.玻璃
D.沥青
12.下列关于汽化的几种说法中,正确的是
( )
A.夏天自来水管外表面常常会“出汗”,这是空气中水蒸发的缘故
B.蒸发和沸腾是液体汽化的两种方式
C.放在衣柜中的樟脑丸越来越小是樟脑汽化的结果
D.只有达到100℃,水才能沸腾
13.中国是一个美食的国度,有煎炸炖烤焖等多种烹饪方法。图4是生活中常用碗炖食物的示意图(碗与锅底不接触),当锅里水沸腾后碗中的汤
( )
A.同时沸腾了
B.稍后也沸腾了
C.温度低于沸点,不会沸腾
D.温度达到沸点,但不会沸腾
14.将盛水的烧瓶加热,水沸腾后将烧瓶从火焰上拿开,迅速塞上瓶塞;再把烧瓶倒置后向瓶底浇上冷水,如图5所示,下列分析正确的是
( )
A.一直沸腾,浇上冷水时,停止沸腾
B.先停止沸腾,浇上冷水时,水面气压增大,水会再次沸腾
C.因没有继续加热,浇上冷水时,水不会沸腾
D.先停止沸腾,浇上冷水时,水面气压减小,水会再次沸腾
15.在“探究晶体熔化和凝固规律”的实验中,绘制出了如图6所示的图像。
(1)图6中,海波的熔化过程是
段(用图中字母表示),此过程中海波
热(选填“吸”或“放”)。
(2)图6中,海波在D点是
态,在G点是
态(均选填“固”或“液”)。
物质
熔化时间(分钟)
冰
9
萘
4
(3)为了探究不同晶体熔化时吸收的热量是否相同,在相同的烧杯中分别装上80克的冰和萘,用
的酒精灯加热(选填“相同”或“不同”),测出它们熔化过程所用的时间如右表。由此可知,质量相同的不同晶体熔化时吸收的热量是
的(选填“相同”或“不同”)。
5.4物态变化参考答案
1.
固态;液态;气态;温度;很近;较近;很远。
2.
固;液;不变。
3.
B
4.
液;气;蒸发;沸腾;蒸发。
5.
直接;升华;气态直接变成固态。
6.
B
7.
A
8.
D
9.
C。
10.
C。
11.
A。
12.
B。
13.
D。
14.
D。
15.(1)BC;吸;(2)液;固;(3)相同;不同。