2023年物态变化及应用.docx

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1、2023年物态变化及应用 6-2 物态变化及应用 一、教学目标 1、了解固体、液体、气体三种不同物质状态下，分子运动的特点及液晶的特性。 2、了解熔化热和汽化热的物理意义及熔化、凝固和蒸发现象中能量的变化情况； 3、了解熔化和凝固、汽化和液化过程中的潜热的计算； 4、会用分子运动理论、能量守恒定律说明物态变化过程中的微观机理。 5、培养学生从能量角度解释常见物理现象的能力。 二、教学重点难点 重点：熔化热和汽化热的概念。 难点：从能量角度说明物态变化时存在潜热的现象。（应从分子力做功的角度来引导学生分析这一现象并说明变化过程中的微观机理。） 三、教学器材 光盘。 四、教学建议 教法建议 讨论、

2、讲解法。 教学设计方案 （一）引入新课 同学们我们知道，分子间的引力、斥力和分子热运动的对立统一，使物质有了固体、液体、气体等各种不同的形态，而正是这些物质微观结构的不同才使它们呈现出不同的状态和性质。在一定条件下，这三种状态可以相互转化，即发生物态变化。物质的各种状态之间怎样相互变化，物态变化遵循哪些规律，物态变化有哪些应用，就是本节要研究的问题。 请同学们回忆一种现象：在晶体熔化或液体汽化时，物质需要从外界吸收热量，但它们的温度并不升高。这是为什么？ 在物态变化时，物体与外界交换的热量好像潜藏在物质内部，因此，这部分热量叫做潜热。下面我们先来了解固体、液体、气体三种不同物质状态下，分子运动

3、的特点及液晶的特性，然后讨论、学习熔化和汽化现象中为什么会存在潜热，并给出潜热的计算方法。 （二）引出课程内容 固、液、气体的基本性质 固体具有一定的形状和体积。固体可分为晶体、非晶体和准晶体。常见的晶体有雪花(冰)、食盐、石英、云母、明矾等，非晶体有玻璃、塑料、橡胶、蜂蜡、沥青等。晶体和非晶体在外观和物理性质上有很大的区别。准晶体是l984年才发现的，它是金属的互化物，具外形是规则的凸多面体，原子排列不像非晶体那样完全无序，但又不具有晶体所具有的平移周期性。某些准晶体的特殊性质已被开发应用。准晶体组成与结构的规律还有待于进一步研究。 晶体具有规则的天然外形，如雪花是六角形，食盐的晶体呈立方体

4、等，非晶体没有规则的几何形状。在物理性质上，晶体有一定熔点，非晶体没有确定的熔点。晶体在不同方向上的导热性、导电性、机械强度等都不相同，即晶体的各向异性，非晶体没有这些差别，是各向同性的。例如，在石英片上均匀地涂上一层石蜡，用炽热的金属球去接触石英片的反面，则石蜡沿着以接触点为中心，向四周熔化成椭圆，这表明晶体石英在各个方向上的导热性不同。如果用玻璃代替石英重做上述实验，发现熔化了的石蜡在玻璃上总呈圆形，这表示非晶体玻璃在各个方向上的导热性相同。 （1）固体、液体、气体的特点 固体的特点：具有一定的形状和体积。 晶体 （雪花、食盐、石英、云母、明矾等） 晶体的物理性质： 有规则的天然外形 有一

5、定熔点 有各向异性（在不同方向上的导热性、导电性、机械强度等都不相同） 固体分为两大类 非晶体 （玻璃、塑料、橡胶、蜂蜡、沥青等） 非晶体的物理性质： 没有规则的几何形状 没有确定的熔点 没有各向异性，是各向同性的 液体：具有流动性，没有一定的形状，但有一定的体积。 气体：既无一定形状，又无一定体积。 提问：固体、液体和气体在基本性质上为什么有这么大的差别呢？ 请同学们用分子动理论的观点进行分析（引导学生看书后总结） （2）分子力和分子热运动在物态形成中的作用：分子力使分子聚集在一起，在空间形成某种有序排列；分子热运动破坏分子的有序排列，使分子分散开来。由于这两种对立因素在物体中所处的地位不同

6、，才决定了物质所处的状态。 （3）物质形成固态的微观解释：在固体中，分子间距离很小，分子间有强烈的分子力作用，绝大多数分子被束缚在平衡位置附近，形成有规则的排列，分子无规则的热运动只能使分子在平衡位置附近做微小的振动，但不能破坏分子的有规则排列。所以，固体有一定的形状和体积。 （4）物质形成液态的微观解释：当温度较高时，分子无规则运动加剧，致使分子力不能把分子束缚在平衡位置附近，分子间可以发生微小移动，但热运动还不能使分子远离，物体表现为液体状态。所以，液体没有一定的形状，但有一定的体积。 （5）物质形成气态的微观解释：温度升到一定高度时，分子的热运动起决定性作用，剧烈无规则运动，致使分子可以

7、克服分子引力的束缚远离而去，成为气体分子。所以，气体的分子相互作用力几乎等于零，气体分子能自由运动，气体没有一定的形状和体积。 熔化 熔化热 （1）熔化和凝固 熔化：物质由固态变为液态的过程叫熔化。 凝固：物质由液态变为固态的过程叫凝固。 固体分为晶体和非晶体两类。晶体有一个特点是加热到某一温度才开始熔化，在熔化过程中温度保持不变。下面讨论晶体的熔化： （2）晶体的熔化 在一定的压强下，晶体物质要升高到一定温度时才能熔化，这一温度叫晶体的熔点。例如在一个大气压下，需要把奈加热到80C时才能溶解。在一定的压强下，晶体物质熔化时的温度叫晶体的熔点。 提问（请学习基础好的学生来回答）：晶体物质在熔点

8、熔化时，不断从外界吸热，但保持这一温度不变，直至全部晶体熔化完为止。这是为什么呢？请同学们联系分子动理论知识加以解释。 在学生回答后总结：从分子动理论的观点看，晶体物质在熔化过程中吸收的热量，先使某些分子运动加剧，剧烈的分子运动克服分子间的引力做功，增大分子间的距离，破坏晶体分子的空间点阵，把吸收的热量转变为分子的势能（分子的平均动能并没有增加），因而使物质由固态变为液态。 此外，由于不同晶体的分子结构不同，它们的分子力也不同，由固态变为液态需要克服分子力做的功也不同，所以，相同质量的不同物质完全熔化吸收的热量不同。为了表明物质的这一性质，物理上引入熔化热的概念：单位质量的某种物质(晶体)，在

9、熔点由固态完全熔化成同温度的液态所吸收的热量，叫做该物质的熔化热。 （）熔化热：单位质量的某种物质(晶体)，在熔点由固态完全熔化成同温度的液态所吸收的热量，叫做该物质的熔化热。 如果用l表示物质的熔化热，m表示已熔晶体的质量，Q表示熔化时所吸收的热量， Q=lm则： 熔化热的单位：焦耳每千克，符号是J/kg。 表61给出了在标准大气压（P0=101325Pa）下一些物质的熔点及熔化热。（教师讲解表61） 实验测得，单位质量的物质在凝固时所放出的热量，跟同一温度下熔化时所吸收的热量相等。从表61可以看出，冰的熔化热很大，这就是环境温度低于0C而池塘并不很快封冻的原因。人们常利用冰的这一特点来冷藏

10、食品。 熔化热和熔点除与物质的性质有关外，还与外部的压强有关（因为大多数物质熔化时体积膨胀，凝固时收缩，有少数物质相反，熔化时体积收缩，凝固时膨胀。熔化时体积膨胀的物质，如果所受的压强增大，熔化受到阻碍，只有在更高的温度下才能熔化，所以熔点升高，熔化热也增大；熔化时体积缩小的物质，如果所受的压强增大，会促进熔化的进行，所以熔点降低，熔化热减小），但不显著。 汽化 汽化热 （1）汽化和液化 汽化：物质由液态变成气态的过程叫做汽化； 液化：物质由气态变成液态的过程叫做液化。 汽化有两种形式：蒸发和沸腾。只在液体表面发生的汽化叫蒸发；蒸发在任何温度下都能发生。在液体表面和内部同时发生的剧烈汽化现象叫

11、沸腾。在压强一定的条件下，沸腾只有在一定的温度（沸点)时才能发生。 o蒸发的结果会使液体的温度降低，为了维持液体的温度不变，外界必须给液体一定的热量。例如：在炎热的夏天，给地面洒上一些水，人会感觉凉快就是因为蒸发使环境温度降低了。 提问：为什么液体汽化时需要吸收热量呢？ 在学生回答后总结：因为液体汽化时，它的分子要从液态的分子热运动状态转变成气态分子的热运动状态。由于物质的气态分子要比同温度的液态分子间的距离大得多，因此，由液态变成气态，分子要克服液体分子的引力做功，增加分子的势能；又因气体所占的体积远大于形成气体的同质量的液体的体积，在汽化的同时，还要反抗外部压强做功。由热力学第一定律Q=D

12、U+W可以看出，液体汽化时所吸收的热量一部分用来增加气体的内能(因温度不变，增加的是分子的势能)，另一部分用来反抗外部压强做功。 由于不同液体的分子力不同，所以，相同质量的不同液体、在相同压强和相同温度下汽化时吸收的热量也不同。为了表明液体物质的这种性质，物理上引人汽化热的概念：单位质量的某种液体变成同温度的蒸汽所吸收的热量叫做该种液体的汽化热。 （2）汽化热： 单位质量的某种液体变成同温度的蒸汽所吸收的热量叫做该种液体的汽化热。 如果用g表 示汽化热，m表示液体汽化的质量，Q表示汽化时液体由外界吸收的热量，那么 Q=gm 汽化热的单位：焦耳每千克，符号是J/kg。 实验证明，在相同条件下，单

13、位质量的气体凝结成液体时放出的热量等于它的气化热。 提问：液体汽化的温度是多少？ 液体汽化没有一定的温度，汽化在任何温度下都可发生。同种液体在不同温度下汽化时，所需的汽化热也不同。其主要原因是，温度升高，液体的体积膨胀，分子间距离增大，分子间引力变小，所以，液体分子脱离液体汽化时需要做的功也减小，汽化热随温度的升高而减小。液体的汽化热除与物质的性质有关外，还与外部压强有关。表6-2给出了在101 325 Pa压强下几种物质的沸点和汽化热。（教师介绍讲解） 表6-3给出了水在101 325 Pa压强下几种不同温度时汽化热。（教师介绍讲解） 液晶 （教师适当介绍液晶的特点及应用） 早在1888年，

14、德国物理学家列曼和奥地利植物学家莱尼茨就已经发现了某些有机化合物被加热时，在一定的温度范围内，出现了一种介于固态与液态之间特殊的过渡性物质状态。实验结果发现，在这种状态下，它既具有流体的流动性又具有晶体的各向异性等特点，这种过渡状态的特殊物质称为液态晶体，简称为液晶。 液晶对外界因素如声、光、热、力、电磁以及化学试剂等极为敏感，只需很小的能量就能使它的排列发生明显的变化，因而被广泛应用于电子、航空、生命科学等现代科学技术中。例如，利用液晶具有优异的光电效应而将其作为一种新型的显示材料，在数字与图像显示技术上开创了新的方法。目前，我们使用的电子手表，电子计算器，笔记本电脑等仪器中，均采用了液晶显

15、示。液晶显示具有耗能少、体积小、视觉明显等优点。因而大大拓宽了电子显示技术的应用范围。20世纪80年代开发的液晶电视，现已能像画匾一样方便地挂在墙壁上收看了，而液晶立体电视也已获得了极大的成功。又如，利用液晶灵敏的温度效应制作的温度探测器，在医学上可用来检查肿瘤，肿瘤部分温度与正常组织温度的差别通过液晶温度探测器可以清楚地显示出来。科学家们还发现，生命过程中的很多生物反应都是在液晶环境中进行的，因此对生物系统中液晶态的研究将使与生命有关的许多奇妙而又复杂的问题得到更深刻的了解。 4例题讲解 例题 在地球大气层上垂直于太阳光的平面上，每平方米每秒可接收到1.3510J的太阳能。这些能量平均大约只

16、有15%能到达地球表面。已知地球表面水域占全球面积的71%，设平均气化热g=2.47106J/kg，试求每秒进入大气的平均水蒸发量m。 解 地球大气层垂直于太阳光的每平方米面积上每秒接收的太阳能 3 I=1.35103W/m2，称为太阳常层垂直于太阳光的面积约为数，地球大气A=pR2=3.141014m2。地球表面水域每秒吸收的太阳能约为Q=0.15I0.71A 因此，每秒平均蒸发量为 0.151.351030.713.141014m=kg 6g2.4710Q =1.831010kg （三）小结 1.固体分类：晶体（单晶体、多晶体）、非晶体、准晶体。 晶体与非晶体的区别源于内部结构的根本不同，

17、构成晶体的微粒在空间排列有序，导致单晶体各向异性，有规则的几何外形，有确定的熔点。所以表现在熔化过程中有无固定的熔化温度。 2.液体、其微观结构比较接近于固体，与非晶体很相似。具有一定的体积，不易被压缩。分子间距很小，相互作用较大。 3.气体、分子间距比液体增加很多，分子间作用力几乎为零，分子间热运动起决定性作用。没有一定的体积和形状。 4.从能量的角度表述：物态变化的物理概念及物理量。 （四）作业布置 1 P162 、 6、题 2技术物理练习册（第二版）相关习题 （五）教学说明 学生在解释热现象时经常会考虑不到物态变化时存在的潜热而出错。教学中应在复习初中所学的有关物态变化知识的基础上，通过分析物理现象，引出物态变化时的潜热。在复习分子力和物体内能的基础上引导学生说明物态变化过程中的微观机理。 物态变化及应用 物态变化 练习 物态变化复习教案 物态变化复习教案 物态变化教学设计 物态变化单元教案 物态变化中理化教案 1.1、物态变化 温度教案 物态变化复习课教学设计 初中物理物态变化蒸发教案