师:今天我们复习热现象内容,先来看一道题。我们先来听一位同学的解答过程。在选项中,固态变为液态是熔化,需吸热,所以a排除,因乙固态需吸热变为丙固态。b选项中,液态变为固态是凝固,需放热,所以b也排除,丙物态需吸热变回甲物态。d选项中,气态变为液态是液化,需放热,所以d也排除,这一题选c。
看来这位同学对固液气三态之间的相互转化以及吸热放热的情况了解得非常清楚。我们在解答这道题时,对这个知识点必须掌握清晰。如果觉得这一幅图复杂难记,可以尝试将固液气三态的微观特性以及宏观特性结合起来记忆,这样能简化解题过程。还有其他解答这道题的方法吗?
生:乙物态吸热变成丙物态,丙物态吸热变成甲物态,因为固体吸热变成液体,再吸热变成气体,所以甲乙丙分别是气态、固态和液态。
师:下面我们来看第2题。第一小题问哪幅示意图反映了温度计示数随时间变化的情况?请写出判断过程。请一位同学来说说。
生:我选b选项,因为冰水混合物的温度较低,将温度计放入杯中后,示数要下降。
师:你同意他的说法吗?你认为他的判断科学全面吗?为解答这道题,我们先来仔细读题,看看题目给出了哪些有用信息。将温度计放入一杯冰水混合物中,冰是晶体,这表明此时冰水混合物的温度与冰的熔点相同,那能否就此判断温度计的示数会下降呢?不能,温度计示数是否下降,首先要看温度计的初温。从左图可知,一开始温度计示数为25摄氏度,高于冰水混合物的温度,所以温度计示数会下降。由于冰是晶体,之前学过,晶体在熔化过程中,特点是吸热,但温度保持不变,所以当温度计示数与冰水混合物温度一致后,会有一段时间温度保持不变。题目说放入时间足够长,意思是冰会完全熔化,那之后温度还会变化吗?这要看环境温度。由温度计原来的示数可知,周围环境温度也为25摄氏度,高于水的温度,所以水会吸热,温度上升,直至与室温相同。这个过程听懂了吗?请一位同学来总结一下。
生:温度计初始温度为25摄氏度,插入冰水混合物后,温度开始下降至冰的熔点。由于冰是晶体,冰熔化过程中温度保持不变,至完全熔化后继续吸热,水的温度上升,与室温相同时,温度便再次保持不变。因此温度计示数应先下降,保持不变,上升,再不变,应当选a。
师:我换个角度提问,根据温度计示数的变化,请分析温度计内液体的体积随时间的变化。来看一下同学的答案。
生:我觉得液体体积应保持不变,温度计内部是密封的,无论温度如何变化,温度计内液体所含物质的量没有改变,因此其体积不变。
师:刚才这位同学分析过程中提到了物体所含物质的多少,回忆一下,这句话指的是哪个物理量呢?对,指的是质量。但仔细读题,问的是温度计内液体的体积随时间的变化。该如何分析呢?先回忆一下温度计的工作原理是热胀冷缩,“热”指温度升高,“胀”指体积增大,也就是说,当温度计示数升高时,温度计液体体积会变大,反之会减小。刚才我们已经分析了温度计示数的变化,结合温度计工作原理,不难得出结果。温度计示数开始降低,所以温度计内液体体积随之减小,接着温度不变,温度计内液体体积也保持不变,后续上升再到不变,那么温度计液体体积也是先减小,再保持不变,然后上升,最后不变。
回答对了吗?在同样情景下,再来做一道题目。问t40克杯中物质的内能与t30克物质的内能相比较,是大于、等于还是小于呢?什么是内能呢?结合分子动理论重温一下内能的概念。常见物质由大量分子、原子构成。构成物质的分子在不停地做热运动,所以分子具有分子动能。温度越高,分子热运动越剧烈,分子动能越大,所以分子动能大小与温度有关。分子之间存在引力和斥力,所以分子具有分子势能。
那到底什么是内能呢?内能指构成物体的所有分子,其热运动的动能与分子势能的总和。运用这个概念来分析这道题。对比T4与T3时刻,它们状态一样,T4时刻温度比T3时刻高,也就是T4时刻分子动能较大。在其他条件相同的情况下,T4时刻水的内能较大,因此这个空填大于。再考考你,T2时刻杯中物质的内能与T1时刻比,怎么比较呢?仔细分析这组数据,会发现T2时刻与T1时刻温度相同,温度相同,内能大小就相同吗?回到内能概念,内能指构成物质的所有分子,其热运动的动能与分子势能的总和。刚才说两个时刻温度相同,只是决定了分子动能一样,可分子势能运用初中现有知识较难讨论其大小变化。
那怎么办?怎么讨论这个内能呢?刚才复习了物态变化,都知道冰熔化过程需要吸热,所以这道题可利用能量守恒求解。冰熔化过程不断吸热,根据能量守恒,在不计热量损失的情况下,冰水混合物吸收热量后,内能增大。所以解题时,可以通过不同途径解决问题。
