知识讲解 气体、能量

1 气体、能量 【学习目标】 1．知道什么是汽化及汽化的两种形式（蒸发和沸腾）． 2．知道什么是饱和汽和饱和汽压． 3．知道空气的湿度．绝对湿度和相对湿度及影响的因素． 4．知道沸点及影响的因素，露点的概念． 5．知道什么是熔化热和汽化热及其应用． 6．学会计算物质熔化和汽化时吸收的热量． 7．从能量转化的角度对物态变代中吸收、放出热量做出正确的判断． 8．知道晶体、非晶体的熔化热，以及熔点具有不同特点的原因． 【要点梳理】 要点一、饱和汽与饱和汽压 1．蒸发与沸腾 （1）汽化 物质从液态变成气态的过程叫做汽化，汽化有两种方式：蒸发和沸腾． （2）蒸发 发生在液体表面，即液体分子由液体表面跑出去的过程。 注意：分子由液面跑出时，需要在表面层中克服液体分子的引力做功，所以跑出去的只能是那些 热运动动能较大的分子．这样，如果不从外界补充能量，蒸发的结果将使留在液体中的分子的平均动 能变小。因而使液体温度降低，故蒸发可以制冷． （3）影响蒸发量的因素主要有三种 ○1 表面积：由于蒸发是发生在液体表面，所以表面积越大，蒸发量越大： ○2 温度：温度越高，液体分子热运动的平均动能越大，能够跑出液体表面的分子数就越多，因而 蒸发越快． ○3 通风：液面上通风情况好，可以促使从液体中跑出来的分子更快地向外扩散，减少它们重新返 回液体的机会，因而蒸发就会加快． （4）沸腾 在一定大气压下，加热液体到某一温度时，在液体表面和内部同时发生的剧烈的汽化现象，相应 的温度叫沸点． 要点诠释：沸点与液面上气体的压强有关，压强越大，沸点越高．沸腾时由于汽化的剧烈进行， 外界供给的热量全部用于液体的汽化上，所以沸腾时温度不再升高，直到液体全部变成气体为止． 2．饱和汽与饱和汽压 （1）饱和汽 在密闭容器中的液体不断地蒸发，液面上的蒸汽也不断地凝结，当这两个同时存在的过程达到动 态平衡时，宏观的蒸发也停止了，这种与液体处于动态平衡的蒸汽叫做饱和汽． 未饱和汽：没有达到饱和状态的蒸汽叫做未饱和汽． （2）饱和汽压 液体的饱和蒸汽所具有的压强，叫做这种液体的饱和汽压，用符号 表示． 物理学中把某种液体的饱和汽所具有的压强叫做这种液体的饱和汽压． 饱和汽所具有的压强，叫做液体的饱和汽压． 在一定温度下，饱和汽的分子数密度是一定的，因而饱和汽的压强也是一定的，这个压强叫做这 种液体的饱和汽压． sp2 要点诠释： ○1 饱和汽压随温度的升高而增大．饱和汽压与蒸汽所占的体积无关，也和这体积中有无其他气体 无关． ○2 液体沸腾的条件就是饱和汽压和外部压强相等．沸点就是饱和汽压等于外部压强时的温度．因 饱和汽压必须增大到和外部压强相等时才能沸腾，所以沸点随外部压强的增大而升高． （3）临界温度 在某个温度上，无论怎样增大压强，都不可能使某种气体液化，这个温度叫做这种气体的临界温 度． 3．空气的湿度 （1）湿度 空气的干湿程度叫做湿度． （2）绝对湿度 空气中所含水蒸气的压强叫做空气的绝对湿度． 通常用水蒸气的压强来间接反映水蒸气的密度，这称为绝对湿度． （3）相对湿度 在某一温度下，水蒸气的压强与同温度下的饱和汽压的比，称为空气的相对湿度． 即： ，也即 。 空气的绝对湿度跟同一温度下水的饱和汽压的百分比，叫做空气的相对湿度． 注意：许多跟湿度有关的现象，如蒸发的快慢、植物的枯萎、动物的感觉等，不是直接跟大气的 绝对湿度有关，而是跟相对湿度有关．绝对湿度相同时，温度越高，离饱和状态越远，越容易蒸发， 感觉越干燥；相反，气温越低，越接近饱和状态，感觉越潮湿． （4）湿度计及工作原理 ○1 空气的相对湿度常用湿度计来测量，常用的湿度计有干湿泡湿度计、毛发湿度计和湿度传感器 等． ○2 干湿泡湿度计的工作原理： 干湿泡湿度计由干球温度计和湿球温度计构成．湿度越大，水的蒸发越慢，湿球温度比干球温度 低得就少，根据两温度计的示数差，结合当时的温度查表即可知道相对湿度． 4．相对湿度的求法 （1）根据 ，也即 ，知道水蒸气的实际压强 和同温下水的饱和汽压，代入公式即求得相对湿度． （ 2 ） 注 意 单 位 的 统 一 ， 水 蒸 气 的 实 际 压 强 和 同 温 下 水 的 饱 和 汽 压 的 单 位 是 毫 米 汞 柱 （ ）． （3）在某一温度下，饱和水汽压是一定值，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． 5．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． 注意：空气的湿度对人的生活有很大影响，医学研究表明，夏季引发中暑有三个临界点． = 水蒸气的实际压强相对湿度 同温下水的饱和汽压 100% s pB p = × = 水蒸气的实际压强相对湿度 同温下水的饱和汽压 100% s pB p = × mmHg3 气温在 ，相对湿度大于 ． 气温超过 ，相对湿度大于 ． 气温超过 ，相对湿度大于 ． 可以看出，在相对湿度较大时，较低的温度就能引起中暑． 6．露点 当温度降低到水蒸气饱和时，就会有液态水在固体表面凝结出来，这时的温度值称为露点．如果 结露时温度低于零度。露将变为固体，这就是霜． 7．沸点与外界压强的关系 沸腾是在液体的表面和内部同时进行的剧烈的汽化现象，如果某温度时，液体的饱和汽压强等于 外界压强，液体就在该温度时沸腾． 例如，水在 时的饱和汽压强为 个大气压，所以当外界压强为 个大气压时，水的沸点为 ． 要点二、物态变化中的能量交换 1．熔化热 （1）熔化与凝固 熔化：物质从固态变成液态的过程． 凝固：物质从液态变成固态的过程． 温馨提示：熔化是凝固的逆过程． （2）熔化热 某种晶体熔化过程中所需的能量与其质量之比，称做这种晶体的熔化热． 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． 要点诠释： ○1 熔化时吸热，凝固时放热： ○2 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； ○3 不同的晶体有不同的空间点阵，要破坏不同物质的结构，所需的能量就不同．因此不同晶体的 熔化热也不相同； ○4 非晶体液化过程中温度会不断改变，而不同温度下物质由固态变为液态时吸收的热量是不同的， 所以非晶体没有确定的熔化热． 2．汽化热 （1）汽化和液化 汽化：物质从液态变成气态的过程． 液化：物质从气态变成液态的过程． （2）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，称作这种物质在这个温度下的汽化 热． 要点诠释： ○1 液体汽化时，液体分子离开液体表面，要克服其他分子的吸引而做功，因此要吸收能量： ○2 晶体只在达到熔点时熔化，而液体可以在任何温度下汽化，所以提到汽化热时一定要注意是在 什么温度下的汽化热．液体汽化时体积会增大很多，分子吸取的热量不只用于挣脱其他分子的束缚， 还用于膨胀时克服外界气压做功，所以汽化热还与外界气体的压强有关． （3）一定质量的物质，在一定的温度和压强下，汽化时吸收的热量与液化时放出的热量相等． 3．熔化热与汽化热的计算 （1）熔化热的计算 如果用 表示物质的熔化热， 表示物质的质量， 表示熔化时所需要吸收的热量，则： 30 31℃～ ℃ 85％ 38℃ 50％ 40℃ 30％ 100℃ 1 1 100℃ λ m Q4 ． 熔化热的单位是：焦／千克，即 ． （2）汽化热的计算（通常计算在 个大气压时，沸点下的汽化热） 设某物质在一个大气压下，在沸点下的汽化热为 ，物质的质量为 ，则 ． 汽化热的单位为：焦耳／千克，即 ． 4．有关物态变化过程中吸收和放出热量的判断 （1）晶体熔化过程中吸收热量而温度不变，吸收的热量主要用来破坏晶体的物质结构，增加分子 的势能，而分子的平均动能几乎不变，非晶体由于没有固定结构，熔化过程中温度一直升高． （2）物质的汽化热是指单位质量的液体在某一温度、某一压强下汽化成同温度的气体吸收的热量， 通常指物质在 1 个标准大气压下的沸点时的汽化热．不同的温度和不同的气压下沸腾或液化吸收或放 出的热量一般不同． 5．蒸发的制冷作用 [例] 住在非洲沙漠中的居民，由于没有电，夏天无法用冰箱保鲜食物，一位物理教师发明了一 种“沙冰箱”罐中罐，它由内罐和外罐组成，且两罐之间填上潮湿的沙子，如图所示，使用时将食物 和饮料放在内罐，罐口盖上湿布，然后放在干燥通风的地方，并经常在两罐间的沙子上洒些水，这样 就能起到保鲜的作用． 问题：（1）经常在两罐间洒些水的原因是________。 （2）放在干燥通风的地方是为了________。 [解析] （1）经常在两罐间洒些水，就能起到保鲜作用，先联系实际考虑非洲沙漠地区比较热， 食物和饮料在高温环境中易变质，再考虑水蒸发能吸热，所以洒水的原因应为利用水蒸发吸热降低食 物和饮料的温度，便于长期保存；（2）由放在干燥通风的地方很自然想到是为了加快水分蒸发从而吸 收更多的热，使食物和饮料温度不致过高，起到保鲜作用． [答案] （1）有利于水蒸发时吸热 （2）加快水的蒸发 6．晶体、非晶体的熔点和熔化热 晶体具有确定的熔点和熔化热。而非晶体却没有． （1）晶体分子是按一定的规律在空间排列成空间点阵，分子只能在平衡位置附近不停地振动，因 此，它具有动能，在空间点阵中，由于分子间的相互作用，它又同时具有势能． ○1 晶体在开始熔化之前，从热源获得的能量，主要转变为分子的动能，因而使物质温度升高． ○2 在熔化开始后，热源传递给它的能量，使分子有规则的排列发生了变化，分子间的距离增大使 分子离开原来的位置移动．这样加热的能量是用来克服分子力做功，使分子结构涣散而呈现液态。也 就是说，在破坏晶体空间点阵的过程中，热源传入的能量主要转变为分子的势能． ○3 分子的动能变化很小，因此物质的温度没有显著变化，所以熔化在一定温度下进行． （2）非晶体在熔化过程中，随温度的升高而逐渐软化，最后全部变为液体，所以熔化过程不与某 一温度对应，而是与某个温度范围对应． Q mλ= J/kg 1 L m Q Lm= J/kg5 ○1 非晶体物质的分子结构跟液体相似，它的分子排列是混乱而没有规则的，即使由于它的粘滞性 很大．能够保持一定的形状，但是实际上它并不具有空间点阵的结构． ○2 传递给非晶体的能量，主要转变为分子动能．在任何情况下，只要有能量输入，它的温度就要 升高，因此它没有一定的熔化温度，并且在熔化过程中，温度不断上升． （3）不同温度下，非晶体由固体变为液体时吸收的热量是不同的，所以非晶体没有确定的熔化热， 晶体的熔化是在一定的温度下进行的，而每种晶体都有自己特定的结构，所以晶体的熔化热是一定 的．而不同的晶体结构不同，所以对应不同的熔化热，这种结构特点又决定了液体凝固时放出的热量 与熔化热相等． 9．知识网络 【典型例题】 类型一、饱和汽与饱和汽压 例 1．如图所示，在一个大烧杯 内放一个小烧杯 ，杯内都放有水，现对 的底部加热，则 （ ）． A．烧杯 中的水比 中的水先沸腾 B．两烧杯中的水同时沸腾 C．烧杯 中的水会沸腾， 中的水不会沸腾 D．上述三种情况都可能 【答案】C 【解析】沸腾的条件是：（1）达到沸点；（2）能继续吸热．对烧杯 加热到水的沸点后，若继 续加热，烧杯 中的水会沸腾．由于沸腾时水的温度保持在沸点不变，即烧杯 中的水也达到沸点， 但由于它与烧杯 中的水处于热平衡状态，两者间无温度差，无法再从烧杯 的水中吸收汽化热，因 此烧杯 中的水只能保持在沸点而不会沸腾． 举一反三: 【变式】如图所示，甲温度计插入酒精中，乙温度计在空气中，则关于甲乙两温度计的示数的说 A B A A B A B A A B A A B 蒸发 沸腾汽化 饱和汽压（饱和汽压是一定的） 饱和汽是一种动态平衡的蒸汽 绝对湿度 相对湿度空气的湿度 饱和汽与饱和汽压 熔化 吸热 凝固 放热熔化热 蒸发 吸热 沸腾 吸热汽化 液化 放热 汽化热 物态变化中的能量交换6 法正确的是（ ）． A． B． C． D．不能判断 【答案】C 【解析】对甲温度计的示数 ，由于甲温度计的温度与酒精的温度相同，而酒精由于蒸发，使酒 精的分子的平均动能变小，温度降低而低于空气温度．而乙温度计的温度与空气的温度相同，故 ． 【总结升华】必须明确温度计测温度时是由于温度计的温度与被测物体的温度相同；还应知道蒸 发时，液体中动能较大的分子离开水面，留在液体中的液体分子的平均动能减小，温度降低。 例 2．（2016 盐城二模）一瓶矿泉水喝完一半之后，把瓶盖拧紧，不久瓶内水的上方形成了 水的饱和汽．当温度变化时，瓶内水的饱和汽压与温度变化关系的图像正确的是（ ） 【答案】B 【解析】与液体处于动态平衡的蒸汽叫饱和蒸汽，反之，称为不饱和蒸汽。饱和蒸汽压强与饱和 蒸汽的体积无关。在一定温度下，饱和蒸汽的分子数密度是一定的，因而其压强也是一定的，这个压 强叫做饱和蒸汽压强。对于同一种液体，饱和汽压随温度的升高而增大，故 B 正确。 举一反三: 【变式】（2015 长沙校级期末）关于饱和汽，正确的说法是（ ）． A．在稳定的情况下，密闭容器中如有某种液体存在，其中该液体蒸汽一定是饱和的 B．密闭容器中有未饱和水蒸气，向容器中注入足量够的空气，增大气压可使水汽饱和 C．随着液体的不断蒸发，当液化和汽化速率相等时液体和蒸汽达到的一种平衡状态叫动态平衡 D．对于某种液体来说，在温度升高时，由于单位时间内从液面汽化的分子数增多，所以其蒸汽 饱和压强增大 【答案】ACD t t=甲 乙 t t甲 乙＞ t t甲 乙＜ t甲 t t甲 乙＜7 【解析】汽化与液化达到动态平衡时气体达到饱和，在稳定情况下，密闭容器中如有某种液体存 在，其中该液体蒸汽一定是饱和的，故 A 正确；压强越大，饱和气压越大，密闭容器中有未饱和水蒸 气，向容器内注入足量够的空气，增大气压，水汽不会达到饱和，故 B 错误；CD 均正确。 例 3．空气的温度是 ，饱和水汽压为 ，此时，水汽的实际压强为 ，求 相对湿度． 【思路点拨】在某一温度下，饱和水汽压为一定值，知道了绝对湿度可以算出相对湿度。 【答案】见解析 【解析】由相对湿度的计算公式可得 相对湿度 【总结升华】在某一温度下，饱和水汽压为一定值，知道了绝对湿度可以算出相对湿度；反之， 知道了相对湿度也可以算出绝对湿度。 举一反三: 【变式】在某温度时，水蒸气的绝对气压为 ，此时的相对湿度为 ，则此时 的绝对湿度为多少？饱和汽压为多大？ 【答案】见解析 【解析】（1）根据绝对湿度的定义可知此时的绝对湿度为 ． （2）由相对湿度公式 ． 可得 ． 【总结升华】解答此题的关键是应明确各物理量的定义，再根据相对湿度的计算公式进行计算。 例 4． 通常情况，冰只能使水冷却，不能使水沸腾，但在特殊条件下，冰能使水沸腾．在烧瓶内 灌半瓶水，放在火上加热，待水沸腾后将烧瓶从火上取下并用塞子将瓶口塞住，这时沸腾停止了，把 瓶倒过来在瓶底上放一些碎冰时，立刻看到水又重新沸腾起来，试解释其原因． 【答案】见解析 【解析】原来，当我们把瓶口塞住时。瓶中的空气几乎全被水蒸气赶跑了，液面上只有蒸汽压强， 没有空气压强．在瓶底放上碎冰后，瓶底冷却使水蒸气凝结为水滴，因此水面上的压强降低，沸点也 降低，所以水又重新沸腾起来． 8℃ 8.05 mmHg 6 mmHg 6 100% 74.5%8.05 = × = 200 mmHgp = 50％ 200 mmHg 100% s pB p = × 100%s pp B = × 200mmHg 100% 400 mmHg50% = × =8 举一反三: 【变式 1】一瓶矿泉水喝了一半后，把瓶盖盖紧，不久瓶内水的上方就形成了水的饱和蒸汽．当 温度降低时，瓶内饱和蒸汽的密度会减小，请分析饱和蒸汽密度减小的过程． 【答案】见解析 【解析】温度降低时，液体分子的平均动能减小，单位时间里从液面飞出的分子数减少，回到液 体的分子数大于从液体中飞出的分子数，气态水分子密度减小，直到达到新的动态平衡，故当温度降 低时，饱和蒸汽密度减小． 【总结升华】空气的绝对湿度不变，当气湿降低时，空气中的未饱和水蒸气将逐渐接近饱和，当 气温降至某一温度时，水蒸气达到饱和状态，这时水蒸气将凝结成水。 【变式 2】在温度不变时，饱和汽压不随体积变化．试分析其中的原因． 【答案】见解析 【解析】温度不变时，饱和汽压不随体积变化，这是饱和汽区别于未饱和汽及通常气体的一个重 要特征．因为体积增大时，容器中蒸汽的密度减小，原来的饱和汽变成了未饱和汽，于是液体继续蒸 发，直到未饱和汽成为饱和汽为止．当温度不变时，饱和汽的密度跟原来的一样，所以压强不改变． 类型二、物态变化中的能量交换 例 5．一定质量的 的冰熔化成 的水时，其分子动能之和 和分子势能之和 的变化情 况是（ ）． A． 变大， 变大 B． 变小， 变小 C． 不变， 变大 D． 不变， 变小 【思路点拨】 的冰熔化成水，温度不变，故分子的平均动能不变。 【答案】C 【解析】 的冰熔化成水，温度不变，故分子的平均动能不变．而分子总数不变， 不变；冰 熔化过程中吸收的热量用来增大分子的势能，故 C 正确． 【总结升华】 的冰熔化成水，温度不变，故分子的平均动能不变，而分子总数不变， 不变； 冰熔化过程中吸收的热量用来增大分子的热能，故 C 正确。 举一反三: 【变式】下列说法不正确的是（ ）． A．不同晶体的熔化热不相同 B．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 C．不同非晶体的熔化热不相同 D．汽化热与温度、压强有关 【答案】C 0℃ 0℃ kE pE kE pE kE pE kE pE kE pE 0℃ 0℃ kE 0℃ kE9 【解析】不同的晶体有不同的结构，要破坏不同物质的结构，所需的能量也不同．因此，不同晶 体的熔化热不相同，故 A 项正确；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，故 B 项正确；非晶体在液化过程中温度会不断改变，而不同温度下物质由固态变为液态时吸收的热量是 不同的，所以非晶体没有确定的熔化热．故 C 项不正确；汽化热与温度、压强有关，故 D 项正确． 例 6．阅读下面材料，并回答热管的导热原理是什么？ 热管是 20 世纪 80 年代研制出来的一种导热本领非常大的装置，如图所示，它比铜的导热本领大 上千倍，管内壁附了一层多孔的材料，叫做吸收芯，吸收芯中充有酒精或其他易汽化的液体，当管的 一端受热时，热量会很快传到另一端． 【思路点拨】“易汽化的液体”，那么易汽化就易液化。 【答案】见解析 【解析】“热管”的一端受热时，这一端吸收芯中的液体因吸热而汽化，蒸气沿管子由受热一端跑 到另一端，另一端由于未受热，温度低，蒸气就在另一端放热并液化，冷凝的液体被吸收芯吸附，通 过毛细作用又回到了受热的一端，如此循环往复，热管里的液体不断地汽化和液化，把热量从一端传 到另一端． 【总结升华】从题目可知，热管中有“易汽化的液体”，那么易汽化就易液化，汽化吸热，液化放 热，故液体从加热端吸热，沿管子运动到另一端遇冷放热，使得热量传递出去。 例 7．绝热容器里盛有少量温度是 的水，从容器里迅速往外抽气的时候，部分水急剧地蒸发， 而其余的水都结成 的冰，则结成的冰的质量是原有水质量的多少？已知 时水的汽化热 ，冰的熔化热 ． 【答案】见解析 【解析】水蒸发时需要的汽化热，在题中条件下，这些热量只能由其余的水结成冰所减少的内能 所提供． 设蒸发的水的质量是 ，结成冰的质量是 ． 蒸发所需吸收的热量 ， 水结成冰所放出的热量 ． 由于容器与外界不发生热交换，则 0℃ 0℃ 0℃ 62.49 10 J/kgL = × 53.34 10 J kgλ = × ／ 1m 2m 1 1Q m L= 2 2Q m λ=10 ， 即 ， 得 ． 所以结成冰的质量与原有水的质量之比为 ， 即 ． 举一反三: 【高清课堂：热力学定律和理想气体的内能 例 1】 【变式 1】一杯 的水和一盆 的水，下列说法中正确的是 A．一盆水的热量比一杯水的热量多 B．一盆水的内能比一杯水的内能多 C．它们的分子平均动能相同 D．若它们降低同样的温度，一盆水的内能减少得多 【答案】BCD 【变式 2】在压强为 时，使 的 水全部汽化，需要吸收的热量是多少？ 【答案】见解析 【解析】查表知在压强为 时，水在达到沸点时的汽化热为 ．要使 的 水全部汽化，应先使水温上升到 ，则需吸收的热量总共为 ． 【变式 3】 的水与 的水蒸气相比较，下列说法中正确的是（ ）． A．分子的平均动能与分子的总动能都相同 B．分子的平均动能相同，分子的总动能不同 C．内能相同 D． 的水的内能小于 的水蒸气的内能 1 2Q Q= 1 2m L m λ= 2 1 m L m λ= 6 2 5 6 1 2 2.49 10 0.883.34 10 2.49 10 m L m m Lλ ×= = =+ + × + × 88%m m =冰 水 10℃ 10℃ 51.01 10 Pa× 20％ 10 kg 51.01 10 Pa× 2260 kJ/kg 20％ 100℃ 3 3 7 · 4.2 10 10 (100 20) J 10 2260 10 J 2.6 10 J Q cm t m L= ∆ + = × × × + × × = × － 1 g 100℃ 1 g 100℃ 1 g 100℃ 1 g 100℃11 【答案】A、D 【解析】温度是分子平均动能的标志，因而在相同的温度下，分子的平均动能相同，又 水与 水蒸气的分子数相同，因而分子的总动能相同，A 正确；从 的水变成 的水蒸气的过程中， 分子间的距离变大，要克服分子引力做功，因而分子势能增加．所以 的水的内能小于 的水蒸气的内能。D 正确． 【总结升华】解决本题的关键是从宏观和微观两个角度搞清与物体的内能有关的因素。 例 8．用同一热源加热某种物质，使其从固态变成液态，直至沸腾。整个过程物质的温度与时间 关系图象如图所示，下列判断正确的是（ ） A．t1 与 t2 相比，物质的内能相同．因为温度相同 B．从 t2 到 t3 到 t4，物质都处在沸腾的过程中 C．在 t1 和 t2 之间物质处于固液共存态 D．物质达到熔点后不需要再吸收热量仍能熔化 【答案】C 【解析】从 t 1 到 t2 的时间段，物体要吸收热量，内能就会增加，所以 t2 这段时刻，内能较大．故 A 错误；B 由图可知，从 t3 到 t4，物质都处在沸腾的过程中，t2 还在熔化过程中，故 B 错误；由图可 知，此物质是晶体，因此在 t1 和 t2 之间物质处于熔化状态，是固液共存态，故 C 正确；因为物质熔化 和沸腾都需要吸热，故 D 错误．故选 C． 举一反三: 【变式 1】 的冰和 的水蒸气混合后． （1）若冰刚好全部熔化，则冰和水蒸气的质量比是多少？ （ 2 ） 若 得 到 的 水 ， 则 冰 和 水 蒸 气 的 质 量 比 是 多 少 ？ （ 已 知 水 在 的 汽 化 热 是 ，冰的熔化热是 ） 【答案】见解析 【解析】（1）设冰的质量为 ，水蒸气的质量为 ，则有 ， 所以 。 1 g 1 g 100℃ 100℃ 1 g 100℃ 1 g 100℃ 0℃ 100℃ 50％ 100℃ 62.25 10 J/kgL = × 53.34 10 J/kgλ = × 1m 2m 1 2 2m m L cm tλ = + ∆ 6 3 1 5 2 2.25 10 4.2 10 100 83.34 10 m L c t m λ + ∆ × + × ×= = =×12 （2）同（1）可得方程式如下： ， 即 。 【总结升华】解答本题应明确 的水蒸气变成 的水时要放出汽化热， 的水降到 的水时也要放出热量； 的冰熔化成 的水时，要吸收热量。而要清楚物理过程才能正确列 出方程求解。 例 9．“和平号 0 空间站已于 2001 年 3 月 23 日成功地坠落在南太平洋海域，坠落过程可简化为从 一个近圆轨道（可近似看做圆轨道）开始，经过与大气摩擦，空间站的大部分经过升温、熔化、最后 汽化而销毁，剩下的残片坠人大海，此过程中，空间站原来的机械能中除一部分用于销毁和一部分被 残片带走外，还有一部分能量 通过其他方式散失（不考虑坠落过程中化学反应的能量）．（1）试导 出用下列各物理量的符号表示散失能量 的公式；（2）算出 的数值（结果保留两位有效数字）． 坠落开始时空间站的质量为 ； 轨道离地面的高度为 ； 地球半径为 ； 坠落空间范围内重力速度可看做 ； 海残片的质量 ； 入海残片的温度升高了 ； 入海残片的入海速度为声速 ； 空间站材料每 升温 平均所需能量 ； 每销毁 材料平均所需能量 ． 【答案】见解析 【解析】（1）根据题目所给条件，从近圆轨道到地面的空间中重力加速度 ；若以地面 为零势能面，坠落过程开始时空间站在近圆轨道的势能为 　　 ． 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 ① 以 表示空间站在近圆轨道上的速度，根据引力提供向心力，由牛顿运动定律得 　　 ． 　　　　　　　　　　　　　　　　 ② 1 1 2 2' 'm m c t m L cm tλ + ∆ = + ∆ 6 3 1 5 3 2 ' 2.25 10 4.2 10 50 4.5' 3.34 10 4.2 10 50 m L c t m c tλ + ∆ × + × ×= = =+ ∆ × + × × 100℃ 100℃ 100℃ 0℃ 0℃ 0℃ 'E 'E 'E 51.17 10 kgM = × 146 kmh = 66.4 10 mR = × 210m/sg = 41.2 10 kgm = × 3000 KT∆ = 340m/sv = 1 kg 1 K 31.0 10 Jc = × 1 kg 71.0 10 Jµ = × 210m/sg = pE Mgh= 0v 2 0vMg M R h = +13 由②式可得空间站在近圆轨道上的动能为 　　 ． 　　　　　　　　　　　　　　 ③ 由①、③得，在近圆轨道上空间站的机械能 　　 ． 　　　　　　　　　 ④ 在坠落过程中，用于一部分销毁所需的能量为 　　 ． 　　　　　　　　　 　 ⑤ 用于残片升温所需的能量为 　　 ． 　　　　　　　　　　 　　 ⑥ 残片入海时的动能为 　　 ． 　　　　　　　　　　　 　 ⑦ 以 表示其他方式散失的能量，则由能量守恒得 ． ⑧ 将④⑤⑥⑦式代入⑧式整理得 ⑨ （2）将题目所给的数据代入⑨式可解得 ． 1 ( )2kE Mg R h= + 3 2 2 RE Mg h = +   ( )Q M m µ=汽 － Q cm T= ∆残 21 2E mv=残 'E 'E Q E Q E= + + +汽 残 残 ' 21 3 1( )2 2 2E Mg R h M m mv cm Tµ = + − − − − ∆   ' 122.9 10 JE = ×14 【巩固练习】 一、选择题 1．（2015 东莞期末）关于空气湿度，下列说法正确的是（ ）． A．当人们感到潮湿时，空气的绝对湿度一定较大 B．当人们感到干燥时，空气的绝对湿度一定较小 C．水的饱和汽压随温度的升高而增大，与体积无关 D．理想气体定律对饱和汽同样适用 2．在气温 20℃时测得水蒸气的压强即绝对湿度 p=1.1×10 3 Pa，查表知 20℃时水的饱和汽压 ps=2.3×103 Pa，求这时空气的相对湿度． 3．某兴趣小组用相同的烧杯盛等量的水，用相同的热源同时加热，甲杯为隔水加热，乙杯为隔油 加热，丙杯为隔沙加热，加热一段时间后，测得烧杯外物质的温度分别为水温 100℃、油温 300℃、沙 温 600℃，且观察到乙、丙两烧杯中的水呈沸腾状态，则三杯水的温度高低顺序为（ ）． A．甲＞乙＞丙 B．甲＜乙＜丙 C．甲＜乙=丙 D．甲=乙=丙 4．高压锅又叫压力锅，用它可以将被蒸煮的食物加热到 100℃以上，所以食物容易被煮熟，且高 压锅煮食物比普通锅煮食物省时间省燃料，尤其做出的米饭也香软可口，很受人们欢迎．下表是 AS22-5-80 高压锅的铭牌，对此下列解释正确的是（ ）． AS22-5-80 容量 5 升 净重 8.92 公斤 锅帽重 89.0 g 气压 2.11 atm 水的温度 121℃ A．食品受到的压强大而易熟 B．高压锅保温性能好，热量损失少而易熟 C．锅内温度能达到 100℃以上，食品因高温而易熟 D．高压锅的密封性好，减少水的蒸发而易熟 5．（2016 湖南校级二模）下列对饱和汽、未饱和汽、饱和汽压以及湿度的认识，正确的是（ ） A．液体的饱和汽压只与液体的性质和温度有关，而与体积无关 B．增大压强，一定可以使未饱和汽变成饱和汽 C．降低温度，一定可以使未饱和汽变成饱和汽 D．空气中所含水蒸气的压强越大，空气的湿度越大 E．干湿温度计的示数差别越小，空气的湿度越大 6．水的凝固点是 0℃，如果把 0℃的冰放到 0℃的房间里，则（ ）． A．冰一定会熔化 B．冰一定不会熔化 C．冰可能熔化，也可能不熔化 D．冰将全部熔化15 7．下列现象中与毛细现象有关的是（ ）． A．植物根部的养分，能升到植物上部的枝叶中去 B．按动自来水笔的贮水胶囊，将墨水吸入囊中 C．锄松地表附近的土壤，能更好地保持地下水分供给植物根的吸收 D．粉笔把纸上的墨水吸干 8．同一种液体，滴在固体 A 的表面时，出现如图甲所示的情况；当把毛细管 B 插入这种液体时， 液面又出现图乙所示的情况，若 A 固体和 B 毛细管都很干净，则（ ）． A．A 固体和 B 管可能是同种材料 B．A 固体和 B 管一定不是同种材料 C．固体 A 的分子对液体附着层内的分子的引力比 B 管的分子对液体附着层内的分子的引力小些 D．液体对 B 毛细管发生浸润现象 9．两个完全相同的空心玻璃球壳，其中一个盛有一半体积的水，另一个盛有一半体积的水银，将 它们封闭起来，用航天飞机送到绕地球做匀速圆周运动的空间实验站中去，在图所示的两个图中（图 中箭头指向地球中心）： （1）水在玻璃球壳中分布的情况，可能是（ ）： （2）水银在玻璃球壳中分布的情况，可能是（ ）． 10．（2015 周口校级期中）下列关于物质的熔化和凝固的说法中正确的是（ ）． A．各种固体都有一定的熔点，不同的固体熔点不同 B．晶体熔化时的温度叫熔点，不同的晶体熔点不同 C．同种晶体的熔点高于它的凝固点 D．晶体熔化过程要吸热，且温度不断升高 11．洗涤剂能除去衣服上的污垢，其原因是（ ）． A．降低了水的表面张力，使水和洗涤剂容易进入被洗物质的纤维和附着的污垢粒子之间 B．增加了水的表面张力，使水和洗涤剂容易进入被洗物质的纤维和附着的污垢粒子之间 C．洗涤剂分子的吸引力将污垢粒子吸入水中 D．洗涤剂的分子斥力将污垢粒子推离衣服纤维表面 12．在如图所示的四个图象中，属于晶体凝固图象的是（ ）．16 二、填空题 13．（2016 贵州校级期末）利用干湿泡湿度计测量空气的相对湿度时，湿泡所示的温度 （选填“高于”、“低于”、“等于”）干泡所示的温度。水银 （选填“浸润”、“不浸润”）铅板。 14．（1）如图是萘晶体的熔化曲线，由图可知，萘的熔点是________，熔化时间为________。 （2）若已知萘的质量为 m，固态时比热容为 c1，液态时比热容为 c2，熔化热为 ，试计算在 0～ 1， 1～ 2 和 2～ 3 这三个时间间隔中吸收的热量分别为 Q1=________、Q2=________、Q3=________． 三、解答题 15．食盐晶体由钠离子和氯离子组成，这两种离子在空间中三个互相垂直的方向上都是等距离交 错排列着的，如图 9-10 所示．已知氯化钠晶体的密度 =2.16×103 kg／m3．钠原子的摩尔质量为 2.3× 10－2 kg／mol，氯原子的摩尔质量为 3.55×10－2 kg／mol，求晶体点阵中相邻原子的间距． 16．冬季某天，日间气温 6℃时的相对湿度是 55％，如果夜间最低气温是－3℃，会不会出现霜冻 现象?设绝对湿度不变． 17．质量为 m 的 0℃的冰雹，在空中由静止自由下落，由于空气阻力的作用，其中 1％质量的冰在 下落过程中完全熔化成 0℃的水脱离冰雹，若落地时的速度为 400 m／s，求： （1）冰雹下落的高度． （2）若落地时，动能全部转化成热，问能否将冰雹熔化？ （设冰的熔化热 =3.4×106 J／kg，g 为 10 m／s2） 【答案与解析】 一、选择题 1．【答案】C 【解析】当人们感到潮湿时，空气的相对湿度一定较大，绝对湿度不一定较大，当人们感到干燥 时，空气的相对湿度一定较小，绝对湿度不一定小，故 AB 错误；水的饱和汽压随温度的升高而增大， 与体积无关，故 C 正确；理想气体定律是对理想气体来说的，对于饱和汽不再适用，故 D 错误。 2．【答案】 ． λ τ τ τ τ τ ρ λ 3 3 1.1 10100% 100% 48%2.3 10s pB p ×= × = × =×17 3．【答案】D 【解析】甲杯外水温为 100℃，所以甲杯中的水温也为 100℃，乙、丙两烧杯外的物质温度虽分别 达到了 300℃和 600℃，但由于两烧杯中的水呈沸腾状态，所以两烧杯中的水温也同为 100℃．故选 D． 4．【答案】C 【解析】普通锅虽然有锅盖，但因密封不好，锅内是与大气相通的．烧饭时，锅内水面上方的气 压就是大气压强．此时永沸腾的温度与不盖锅盖时是相同的．那么为什么煮食物时总要盖上锅盖呢?这 是因为盖上锅盖可以阻碍水蒸气与外界的对流，从而减少了热损失，用较弱的火就可以维持水的沸腾 了，这样可以节约能源．另外，如果是蒸食物，不加盖，食物就暴露在空气中了，食物吸收的热量又 很快跑掉，达不到较高的温度，食物就不容易熟． 使用高压锅蒸煮食物时．高压锅盖上锅盖后就是一个密封的容器了．加热时锅内水温不断升高， 水的蒸发不断加快．由于锅是密封的。锅内水面上方的水蒸气就越来越多，锅内水蒸气的压强就越来 越大，直到将气压阀顶起为止，锅内气压才不再增大．此时锅内的气压一般接近 1.2 个大气压．在这 样的气压下，水的沸点接近 120℃，食物由生变熟是个升温过程，温度越高熟的越快，高压锅中的食 物可以被加热到的温度比普通的高了约 20℃，自然就容易熟了．本题的正确选项是 C 项． 5．【答案】AE 【解析】饱和蒸气压是液体的一个重要性质，它的大小取决于液体的性质和温度，而与体积、压 强无关，降低温度可能但不一定可以使未饱和汽变成饱和汽，故 A 正确，BC 错误；空气的湿度是指 相对湿度，空气中所含水蒸气的压强越大，空气的绝对湿度越大，但相对湿度不一定越大，故 D 错误； 干湿泡温度计是示数差别越大，说明空气越干燥，相对湿度越小，反之，干湿泡温度计是示数差别越 小，相对湿度越大，故 E 正确。 6．【答案】B 【解析】冰是晶体，它的熔化需满足两个条件：一是温度要达到熔点 0℃，二是要继续吸收热 量．0℃的冰不能从 0℃的环境里吸收热量。故不能熔化． 7．【答案】A、C、D 8．【答案】B、C、D 【解析】由所给现象可知该液体对固体 A 不浸润，对固体 B 浸润；毛细现象是浸润和不浸润及表 面张力共同作用的结果． 9．【答案】（1）A （2）B 【解析】①绕地球做匀速圆周运动的空间实验站中，球壳和其中的水、水银均处于完全失重的状 态，②水浸润玻璃，附着层有扩大的趋势；水银不浸润玻璃，附着层有收缩的趋势．③水和水银跟气 体（空气或其他气体）接触的表面层都有收缩（使表面积最小）的趋势．综合上述三点，故（1）选 A，（2）选 B． 10．【答案】B 【解析】非晶体没有一定的熔点，也没有一定得凝固点，故 A 错误；晶体在熔化过程中要吸热， 但温度不变，这个温度叫做晶体的熔点，不同晶体熔点不同，故 B 正确；同一种晶体的熔化温度和它 的凝固温度是相同的，故 C 错误；晶体在熔化过程中，尽管不断吸热，但温度不变，故 D 错误。 11．【答案】A、C18 12．【答案】C 【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．再次分清熔化是从固态到液态，达到熔点前是吸收热量且温度 升高的，而凝固过程则恰好相反，故 C 对． 二、填空题 13．【答案】大 【解析】汽车发动机工作时产生大量的热，因此利用水的比热容大的特点（相同质量的水和其他 物质比较，升高相同的温度，水吸收的热量多）把这些热迅速吸收，使发动机的温度不致升得太高 14．【答案】（1）t2 2－ 1 （2）见解析 【解析】（1）略 （2）固态时，主要增加粒子的平均动能，Q1=c1m(t2－t1)； 固液共存时，完全用于增加粒子的势能，Q2= ·m； 液态时，大部分用于增加粒子的平均动能，Q3=c2m(t3－t2)． 三、解答题 15．【答案】见解析 【解析】晶体点阵中相邻原子间的距离，就是四个氯离子和四个钠离子所组成的小立方体的边长， 如图所示． 由钠和氯的摩尔质量及阿伏加德罗常数即可求出钠原子和氯原子的质量分别为 ． ． 设单位体积中钠原子和氯原子的个数均为 n，由其密度 =n(mNa+mCl）， 得 ． 单位体积中的原子数为 N=2n，因此每一个原子所占的体积为 。 把每一个原子所占的体积看成一个小立方体。其边长设为 ，这也就是点阵中相邻原子的间距， 即 ． τ τ λ 2 26 Na 23 2.3 10 kg 3.82 10 kg6.02 10m − −×= = ×× 2 26 Cl 23 3.55 10 kg 5.90 10 kg6.02 10m − −×= = ×× ρ 3 3 26 Na Cl 2.16 10 m(3.82 5.90) 10n m m ρ − − ×= =+ + × 3 0 1 mVV N N = = l 103 0 3 3 3 28 1 1 1 m 2.82 10 m 2 2 2.22 10 l V N n −= = = = = × × ×19 【提示】组成晶体的物质微粒可以有离子、原子、分子等．由离子组成的点阵，叫离子点阵，如 岩盐晶体，它们是依靠离子间的静电力结合的．由原子组成的点阵，叫原子点阵，如金刚石晶体，它 是靠共有电子产生的力而结合的．由中性分子组成的点阵，叫分子点阵，如萘晶体，是依靠分子间的 引力结合的．金属所特有的空间点阵叫金属点阵，是依靠自由电子和阳离子间的吸引力结合的． 16．【答案】见解析 【解析】查表得 6℃时水汽的饱和汽压是 ps=9.34×102 Pa，由相对湿度公式得空气的绝对湿度： p=psB=9.34×102 Pa×55％=5.137×102 Pa． 再查表知，即 5.137×102 Pa 的饱和水汽压对应的温度为－2℃，即霜点为－2℃，所以当夜间气温 降至－3℃时会有霜冻出现． 17．【答案】见解析 （1）设冰雹下落的高度为 h，根据题意有： ， ∴ 。 （2）假设能全部熔化，则需满足 。 而 ， (1－1%) ≈3.37×106 J。 显然由动能全部转化成的热不足以满足冰全部熔化的需要，故不能。 21 (1 1%) 1%2mgh mv m λ− − = × 211% (1 1%)2m mv h mg λ× + − = 6 213.4 10 1% (1 1%) 4002 11320m10 m × × + × − × = = 21 (1 1%) (1 1%)2 mv m λ− ≥ − 2 2 41 1(1 1%) (1 1%) 400 J 7.92 10 J2 2v− = × − × = × λ