物态变化与内能

物态变化、内能

一、教学目标：

1、能区别固、液、气三种物态。能描述这三种物态的基本特征

2、了解液体温度计的工作原理，掌握温度计的读数

3、通过实验探究物态变化过程

4、水的三态变化解释自然界中的一些水循环现象

5、能区别物体的内能和机械能，知道做功和热传递在改变物体内能上是等效的，

6、知道热量以及比热的定义，会用公式计算相关题目

7、了解热机工作流程及其能量转化

二、重点难点：

1.重点：三种物态变化的过程及条件；能用三态变化解释现实生活中的一些现象；区分温度、内能、热量三个物理量；热机的工作循环；比热与热值的概念与计算

2.难点:用三态变化解释现实生活中的一些现象；比热与热值的概念与计算

3、易错点：液化和凝华现象的本质规律及其解释

知识点一、物态变化

1、熔化和凝固

①熔化：

定义：物体从固态变成液态叫熔化。

晶体物质：海波、冰、石英水晶、非晶体物质：松香、石蜡玻璃、沥青、蜂蜡

食盐、明矾、奈、各种金属

熔化图象：

熔化特点：固液共存，吸热，温度不变熔化特点：吸热，先变软变稀，最后变为液态温度不断上升。

熔点：晶体熔化时的温度。

熔化的条件：⑴达到熔点。⑵继续吸热。

②凝固：

定义：物质从液态变成固态叫凝固。

凝固图象：

凝固特点：固液共存，放热，温度不变非晶体凝固特点：放热，逐渐变稠、变黏、变硬、最后成固体，温度不断降

低。

凝固点：晶体熔化时的温度。

同种物质的熔点凝固点相同。凝固的条件：⑴达到凝固点。⑵继续放热。

例1、现代建筑出现一种新设计：在墙面装饰材料中均匀混入小颗粒状的小球，球内充入一种非晶体材料，当温度升高时，球内材料熔化吸热，当温度降低时，球内材料凝固放热，使建筑内温度基本保持不变。下面四个图像中，表示冬天球内材料的温度变化图像的是（ D ）

解析：1、非晶体，没有固定熔点，2、冬天，室温较低，因此材料降温向外放热。

图17

例2、把盛有碎冰块的大试管插入烧杯里碎冰块中，用酒精灯对烧杯底部加热，当烧杯中的冰块大部分熔化时，试管中的冰（ ）

A 、一点都没熔化

B 、下边的熔化，上边的没熔化

C 、也熔化一部分

D 、全部熔化

例3、某兴趣小组探究固体熔化时温度随时间的变化情况，实验过程中用恒定的热源来加热。

（1）实验中某时刻测得的温度如图17所示，其示数是 o C ； （2）以下表格为整个实验过程所测得的数据，分析可知该固体在熔化过程温

度 （选填“逐渐升高”、“逐渐降低” 或“保持不变”），它的熔点是 ℃；

（3）比较实验刚开始的前2 min 和最后2 min 可知，如果升高相同的温度，该物质在

态时吸收的热量较多（填“固”、“液”）。

2、汽化和液化：

① 汽化：

定义：物质从液态变为气态叫汽化。

定义：液体在任何温度下都能发生的，并且只在液体表面发生的汽化现象 叫蒸发。 影响因素：⑴液体的温度；⑵液体的表面积 ⑶液体表面空气的流动。

作用：蒸发 吸 热（吸外界或自身的热量），具有制冷作用。

定义：在一定温度下，在液体内部和表面同时发生的剧烈的汽化现象。

沸

点： 液体沸腾时的温度。

沸腾条件：⑴达到沸点。⑵继续吸热

沸点与气压的关系：一切液体的沸点都是气压减小时降低，气压增大时升高

例4、现实生活中下列哪些措施能减慢蔬菜中水分的蒸发（ B ） A 、提高蔬菜温度，展开晾在通风向阳处。 B 、用塑料袋包装蔬菜并放入冰箱

冷藏室内。

C 、把蔬菜展开晾在通风向阳处

D 、用电风扇对着蔬菜吹风

例5、小陈用如图20甲所示装置研究水的沸点。

（1）根据实验数据得到温度－时间图线，如图20乙中实线a 所示。从图乙中给出的信息，我们可以判断出实验时的大气压______一个标准大气压（选填“高于”、“低于”或“等于”）。

时间t 时/min

1 2 ４ 6 ８ 10 11 12 温度t 温 /℃ -4

-2

2

3

4

蒸 发 沸腾

图20

甲

温度/℃

90

70

80

时间/min

a b 乙

（2）他为了探究水的沸点与哪些因素有关，根据自己的猜想，改变某一个变量，重新实验，收集数据，得到温度－时间图线如图乙中虚线b所示，你认为他可能改变了_______________，并且这个物理量是_______的（选填“增大”或“减小”）。由图线可以得出沸点与这个因素_______（选填“有关”或“无关”）。

随堂练习1、小明和小红都想帮妈妈煮粥。小明认为粥锅里的水烧开后，可继续火烧得很旺，煮得満锅沸腾，这样会很快将粥煮好；小红则认为，沸腾后应改用小火,盖上锅盖,让锅内微微沸腾,将粥煮好.你认为谁的想法更合理,请说出理由.

解答：小红的想法更好（或小火，盖盖煮更好）粥沸腾后，不论用大火还是小火给粥加热，粥的温度都不会改变（只要答出液体沸腾温度不变即可给分）。火太大粥就会因沸腾太剧烈而溢出锅外，同时粥中的水份汽化太快，使粥很快敖干。所以锅内水开后使用小火更好。（小火节能不做要求）

②液化：定义：物质从气态变为液态叫液化。

方法：⑴降低温度；⑵压缩体积。

好处：体积缩小便于运输。

作用：液化放热

例6、冬天，地处北部山区的一些居民，为了室内的保温，常把纸条粘在窗缝处，俗称"溜窗缝"．为了使纸条不因潮湿而脱落，通常把纸条粘在室外的窗缝处．请你用学过的物态变化知识解释：为什么不把纸条粘在室内的窗缝处? 答：(1)内温度比室外高，当室内空气中水蒸气遇到较冷的玻璃，就会液化成小水珠，若把纸条粘在室内窗缝处，纸条很容易受潮脱落。

(2)内外温差很大，室内空气中水蒸气遇到较冷的玻璃会凝华成"窗花"，当温度升高时，窗花熔化成水，若把纸条粘在室内窗缝处，很容易受潮脱落。

例7、在秋天的清晨，常常会出现大雾天气，尤其是在水域附近，产生的雾更浓厚。当太阳逐渐升高时，雾便慢慢散去，请你用所学的物理知识解释其中的现象

答：秋天的清晨，温度图降，温差大，空气中含有的水蒸气放热，发生液化现象，产生了大量的液态小水珠，就形成了雾，由于在水域附件，空气湿度（水蒸气含量）更大，所以雾更浓厚；当太阳升高，辐射增强，温度上升加快，使汽化加快，雾便慢慢散去！

例8、假如你身处偏远海岛，缺乏生存所需的淡水怎么办？小明为你提供一种简便的

海水淡化方法。在地面挖一水池，往池内灌海水，按图27所示完成设备的安装，即

可收集淡水。则：

（1）阳光照射使池内海水加快蒸发，形成水蒸气；

（2）水蒸气在塑料膜上液化形成小水滴；

（3）塑料膜下表面结成的水滴受重力的作用滑到最低处后滴入水桶中，得到淡水。

3、升华和凝华：

①升华定义：物质从固态直接变成气态的过程，吸热，易升华的物质有：碘、冰、干冰、樟脑、钨。

②凝华定义：物质从气态直接变成固态的过程，放热

例9、2011年10月29日，我国第一个空间站“天宫号”在酒泉卫星发射中心成功发射，用来发射卫星的长征三号甲运载火箭．现请同学们根据电视中看到的情景和所学的物理知识回答下列问题：

（1）火箭刚发射时，高温火焰如果直接喷到发射台，发射台会熔化，为了保护发射台，就建了一个大水池，让火焰喷到水中，利用水的汽化来吸收巨大的热量，使周围环境温度不致太高．我们在电视里看到火箭升空瞬间，伴有迅速扩展的白色气团，是水蒸气__________形成的．

（2）在保护卫星的整流罩的外表面涂上一层特殊材料，当卫星在与空气摩擦升温时，这种材料在高温下会迅速

_______、_______和升华从而吸收大量的热，起到防止烧坏火箭的作用．

知识点二. 温度与温度计

1、原理：物体的冷热程度叫温度。要准确地判断或测量温度就要使用温度计。家庭和物理实验室常用的温度计，是利用水银、酒精、煤油等液体的热胀冷缩原理来测量温度的。

2、摄氏温度：温度计上的字母C表示它测出的数值是摄氏温度，摄氏温度是这样规定的：把冰水混合物的温度规定为0度，把标准大气压下沸水的温度规定为100度，它们之间分成100等份，每一等份是摄氏温度的一个单位，叫做1摄氏度。摄氏度用符号来表示。

例10、一支温度计刻度均匀但示数不准，在一标准大气压下，把它放入沸水中，示数为95℃，放在冰水混合物中示数为5℃，现把该温度计悬挂在教室的墙上，其示数为32℃，教室内的实际温度是30℃

解析：这支温度计的90个刻度（95-5）表示出了实际温度的100℃，那么，每个刻度对应的温度是90/100=0.9℃，示数5-32℃间有27个刻度，因此表示出的实际温度是0.9*27=30℃

3、使用注意事项

在使用温度计以前，应该做到以下两点。

1. 观察它的量程；

2. 认清它的分度值。

在用温度计测液体的温度时，正确的方法如下。

（1）温度计的玻璃泡全部浸入被测的液体中，不要碰到容器底或容器壁。

（2）温度计玻璃泡浸入被测液体后要稍候一会儿，待温度计的示数稳定后再读数。

（3）读数时玻璃泡要继续留在被测液体中，视线与温度计中液柱的上表面相平。

4、体温计：特殊构造1、毛细管较细，能使体温计对温度反应较灵敏，所以体温计的分度值是0.1℃，2、整体是三棱柱的构造，即横截面接近三角形，利用了凸透镜能呈放大的虚像的原理，便于看清刻度。3、在液泡与毛细管间有弯曲的构造即缩口，液柱遇热上升，但遇冷不下降，必须用手甩才能降下来（惯性原理）

知识点三、内能：

1、内能：物体内部所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。

2、物体在任何情况下都有内能：既然物体内部分子永不停息地运动着和分子之间存在着相互作用，那么内能是无条

件的存在着。无论是高温的铁水，还是寒冷的冰块。

3、影响物体内能大小的因素：①温度②质量③材料：在温度、质量和状态相同时，物体的材料不同，物体的内能可

能不同。④存在状态

知识点四、内能的改变：（要求掌握因果关系）

1、内能改变的外部表现：

物体温度升高（降低）——物体内能增大（减小）。

物体存在状态改变（熔化、汽化、升华）——内能改变。

反过来，不能说内能改变必然导致温度变化。（因为内能的变化有多种因素决定）

2、改变内能的方法：做功和热传递。

A、做功改变内能的实质是内能和其他形式的能的相互转化

B、热传递可以改变物体的内能。

①热传递是热量从高温物体向低温物体或从同一物体的高温部分向低温部分传递的现象。

②条件是有温度差，传递方式是：传导、对流和辐射。热传递传递的是内能（热量），而不是温度。

③热传递过程中，物体吸热，温度升高，内能增加；放热温度降低，内能减少。

④热传递过程中，传递的能量的多少叫热量，热量的单位是焦耳。热传递的实质是内能的转移。

C、前者能的形式发生了变化，后者能的形式不变。

例11、热传递中的“热”是指：热量 热现象中的“热”是指：温度

热膨胀中的“热”是指：温度 摩擦生热中的“热”是指：内能（热能）

随堂练习2、关于温度、内能、热量，下列说法正确的是（ D ）

A ．物体的温度越高，它含的热量越多

B ．物体内能增加，一定要吸收热量

C ．物体内能越多，放热一定越多

D ．物体的温度升高，它的内能就增加

知识点五、热量：

1、比热容：⑴ 定义：单位质量的某种物质温度升高（降低）1℃时吸收（放出）的热量。 ⑵ 物理意义：表示物体吸热或放热的本领的物理量。

⑶比热容是物质的一种特性，大小与物体的种类、状态有关，与质量、体积、温度、密度、吸热放热、形状等无关。 ⑷水的比热容为4.2×103J(kg ·℃) 表示：1kg 的水温度升高（降低）1℃吸收（放出）的热量为4.2×103J ⑸水常调节气温、取暖、作冷却剂、散热，是因为水的比热容大 2、计算公式：Ｑ吸＝Ｃm （t －t 0），Ｑ放＝Ｃm （t 0－t ） 3、热平衡方程：不计热损失 Ｑ吸＝Ｑ放

例12、在相同加热条件下，对甲、乙两个物体加热，设它们的质量分别为m 甲、m 乙，比热容分别为C 甲、C 乙，甲、乙两物体的愠度与加热时间关系如图所示，则（ B ）

A ．若C 甲=C 乙，则m 甲＝m 乙

B ．若

C 甲=C 乙，则m 甲＜m 乙 C 、若C 甲＞C 乙，则m 甲＞m 乙

D ．若C 甲＜C 乙，则m 甲＝m 乙

随堂练习3、如图所示，是冷水与热水混合时，温度随时间变化的图象，假设在热传递

过程中没有热量损失，那么，由图中所给的信息可知，冷水与热水的质量、冷吸收热量与热水放出的热量之比分别是（ A ）

A.1︰2；1︰1

B.2︰1；1︰1

C.1︰1；1︰2

D.1︰1；2︰1

知识点六、内能的利用、热机

(一)、内能的获得——燃料的燃烧

燃料燃烧：化学能转化为内能。 (二)、热值

1、定义：1kg 某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。

2、单位：J/kg

3、关于热值的理解：

热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小，也就是说，它是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。 3、公式：Q ＝mq （q 为热值）。 实际中，常利用Q 吸＝Q 放即cm(t-t 0)=ηqm ′联合解题。

4、加热的效率：

① 定义：炉子有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比。

② 公式：η=Q 有效/ Q 总= cm(t-t 0)/ qm ′

例13、家庭中使用的液化石油气储存在钢罐里，罐顶部有一个阀门开关，罐内气压大于大气压．石油气泄漏时易发生中毒、爆炸和火灾事故．已知石油气热值为3.5×107J ／kg ，烧水时，设石油气燃烧放出的热量只有60％被水吸

收．问：

①将质量为5kg ，初温为20℃的水加热到100℃，需完全燃烧液化石油气多少克? ②当发现家中钢罐内的液化石油气泄漏时，为防止事故的发生你应采取哪些措施?

(三)、内能的利用

1、热机：定义：利用燃料的燃烧来做功的装置。

能的转化：内能转化为机械能

2、内燃机：将燃料燃烧移至机器内部燃烧，转化为内能且利用内能来做功的机器叫内燃机。它主要有汽油机和柴油机。

3、内燃机一个工作循环四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。在这四个阶段，吸气冲程、压缩冲程和排气冲程是依靠飞轮的惯性来完成的，而做功冲程是内燃机中唯一对外做功的冲程，是由内能转化为机械能。另外压缩冲程将机械能转化为内能。

4、 热机的效率：热机用来做有用功的那部分能量和完全燃烧放出的能量之比叫做热机的效率。 公式：η=W 有用/ Q 总= W 有用/qm

5、提高热机效率的途径：使燃料充分燃烧 尽量减小各种热量损失 机件间保持良好的润滑、减小摩擦。

6、汽油机和柴油机的比较：

汽油机

柴油机

不 同 点 构造： 顶部有一个火花塞。 顶部有一个喷油嘴。

吸气冲程 吸入汽油与空气的混合气体

吸入空气 点燃方式 点燃式 压燃式 效率 低 高

应用

小型汽车、摩托车

载重汽车、大型拖拉机

相同点 冲程：活塞在往复运动中从汽缸的一端运动到另一端。

一个工作循环活塞往复运动2次，曲轴和飞轮转动2周，经历四个冲程，做功1次。