物理选修33同步课件第9章 固体液体和物态变化 第34节 饱和汽与饱和汽压物态变化中的能量交换.docx

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物理选修33同步课件第9章固体液体和物态变化第34节饱和汽与饱和汽压物态变化中的能量交换

第3、4节

饱和汽与饱和汽压__物态变化中的能量交换

　　　　　　　　　　　　　　1.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。

2．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。

3．在某一温度下，水蒸气的压强与同一温度下水的饱和汽压之比称为空气的相对湿度。

4．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。

5．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，称做这种物质在这个温度下的汽化热。

一、汽化

1．汽化

物质从液态变成气态的过程。

2．汽化的两种方式比较

蒸　发

沸　腾

区

别

特点

只在液体表面进行，在任何温度下都能发生；是一种缓慢的汽化过程

在液面和内部同时发生；只在一定的温度下发生；沸腾时液体温度不变；是一种剧烈的汽化过程

影响因素

液体温度的高低；液体表面积的大小；液体表面处空气流动的快慢

液体表面处大气压的大小，大气压较高时，沸点也比较高

相同点

都是汽化现象，都要吸热

二、饱和汽与饱和汽压

1．动态平衡

在相同时间内，回到水中的分子数等于从水面飞出去的分子数，这时水蒸气的密度不再增大，液体水也不再减少，液体与气体之间达到了平衡状态。

2．饱和汽

与液体处于动态平衡的蒸汽。

3．未饱和汽

没有达到饱和状态的蒸汽。

4．饱和汽压

一定温度下饱和汽的压强。

5．饱和汽压的变化

随温度的升高而增大。

饱和汽压与蒸汽所占的体积无关，和蒸汽体积中有无其他气体无关。

三、空气的湿度和湿度计

1．绝对湿度概念

空气中所含水蒸气的压强。

2．相对湿度概念

空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比。

相对湿度＝

。

3．常用湿度计

干湿泡湿度计、毛发湿度计、传感器湿度计。

四、熔化热与汽化热

1．物态变化中的能量交换

2．熔化热

（1）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。

（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结构，要破坏不同物质的结构，所需的能量也就不同，因此不同晶体的熔化热也不相同。

（4）非晶体在不同温度下熔化时吸收的热量是不同的，因此非晶体没有确定的熔化热。

3．汽化热

（1）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，称做这种物质在这个温度下的汽化热。

（2）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。

1．自主思考——判一判

（1）蒸发只发生在液体表面，而且是在一定温度下才能发生。

（×）

（2）物质从液态变成固态的过程是凝固。

（√）

（3）晶体熔化时向外界放出热量，其温度不断降低。

（×）

（4）密闭容器内水蒸气未达到饱和时，只有蒸发，没有凝结。

（×）

（5）密闭容器里的液体和气体达到平衡时蒸发仍在进行。

（√）

（6）密闭容器中有未饱和的水蒸气，向容器中注入足够量的空气，加大气压可使水汽饱和。

（×）

2．合作探究——议一议

（1）为什么盛在敞口容器中的水，经过一段时间后就没有了；而盛在密闭容器中的水经过相当长的时间后仍然跑不掉？

提示：

这是因为盛在敞口容器中的水蒸发掉了，而盛在密闭容器中的水蒸发后能形成一种动态平衡，水蒸气的密度不再变化，液体水也不再减少。

（2）为什么高海拔地区煮东西煮不熟？

提示：

液体沸腾时需要达到的温度叫沸点。

沸点与大气压有关，大气压越大，沸点越高。

而在高海拔地区大气压强小，沸点低，故煮东西煮不熟。

（3）夏日无风的傍晚，人们往往感到闷热潮湿，身上的汗液也蒸发不出去，这是为什么？

人体感觉到的“干爽”和“潮湿”取决于什么？

提示：

（1）这是因为在闷热潮湿的天气里，空气的湿度比较大，汗液的蒸发和周围的空气达到了一种动态平衡状态。

（2）“干爽”和“潮湿”取决于相对湿度。

空气中水蒸气的压强与饱和汽压相差越大，越有利于蒸发，人体感觉到“干爽”；空气中水蒸气的压强与饱和汽压相差越小，越难以蒸发，人体感觉到“潮湿”。

对动态平衡和饱和汽压的理解

1．动态平衡的理解

（1）动态平衡的实质：

①处于动态平衡时，液体的蒸发仍在不断进行；

②处于动态平衡时的蒸汽密度与温度有关，温度越高，达到动态平衡时的蒸汽密度越大；

③在密闭容器中的液体，最后必定与上方的蒸汽处于动态平衡状态中。

（2）动态平衡的条件

外界条件变化时，原来的动态平衡状态被破坏，经过一段时间会达到新的平衡。

2．影响饱和汽压的因素

（1）饱和汽压跟液体的种类有关。

实验表明：

在相同的温度下，不同液体的饱和汽压一般是不同的。

挥发性大的液体，饱和汽压大。

（2）饱和汽压跟温度有关。

微观解释：

饱和汽压随温度的升高而增大。

这是因为温度升高时，液体里能量较大的分子增多，单位时间内从液面飞出的分子也增多，致使饱和汽的密度增大，同时蒸汽分子热运动的平均动能也增大，导致饱和汽压增大。

（3）饱和汽压跟体积无关。

微观解释：

①在温度不变的情况下，饱和汽的压强不随体积而变化。

其原因是，当体积增大时，容器中蒸汽的密度减小，原来的饱和蒸汽变成了未饱和蒸汽，于是液体继续蒸发。

直到未饱和汽成为饱和汽为止，由于温度没有改变，饱和汽的密度跟原来的一样，蒸汽分子热运动的平均动能也跟原来一样，所以压强不改变。

②体积减小时，容器中蒸汽的密度增大，回到液体中的分子数多于从液面飞出的分子数，于是，一部分蒸汽变成液体，直到蒸汽的密度减小到等于该温度下饱和汽的密度为止。

由于温度跟原来相同，饱和汽密度不变，蒸汽分子热运动的平均速率也跟原来相同，所以压强也不改变。

1．（多选）关于饱和汽压，下列说法正确的是（　　）

A．温度相同的不同饱和汽，饱和汽压都相同

B．温度升高时，饱和汽压增大

C．温度升高时，饱和汽压减小

D．饱和汽压与饱和汽的体积无关

解析：

选BD　不同的饱和汽在相同温度下的饱和汽压不同，同种饱和汽其饱和汽压随温度升高而增大，故A、C错误，B正确；饱和汽压与饱和汽的体积无关，故D正确。

2．（多选）下列关于饱和汽与饱和汽压的说法中，正确的是（　　）

A．饱和汽与液体之间的动态平衡，是指汽化和液化同时进行的过程，且进行的速率相等

B．一定温度下的饱和汽的密度为一定值，温度升高，饱和汽的密度增大

C．一定温度下的饱和汽压随饱和汽的体积增大而增大

D．饱和汽压跟绝对温度成正比

解析：

选AB　由动态平衡概念可知A正确；在一定温度下，饱和汽的密度是一定的，它随着温度的升高而增大，所以B正确；一定温度下的饱和汽压与饱和汽的体积无关，所以C错误；理想气体状态方程不适用于饱和汽，饱和汽压和绝对温度的关系不成正比，饱和汽压随温度的升高增大得比线性关系更快，所以D错误。

3．（多选）一个玻璃瓶中装有半瓶液体，拧紧瓶盖经过足够长一段时间后，则（　　）

A．不再有液体分子飞出液面

B．停止蒸发

C．蒸发仍在进行

D．在相同时间内从液体里飞出去的分子数等于返回液体的分子数，液体的饱和汽压达到了动态平衡

解析：

选CD　拧紧瓶盖后，随着液体不断蒸发，经一段时间后，液面上方的蒸汽达到饱和，气体达到饱和后，仍有气体分子从液体中飞出，同时也有气体分子回到液体中，在一定温度下，液体与上方蒸汽最终处于动态平衡，此时从液体里飞出去的分子数等于返回液体的分子数，故C、D对。

对绝对湿度和相对湿度的理解

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。

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：

气温在30℃～31℃，相对湿度大于85%。

气温超过38℃，相对湿度大于50%。

气温超过40℃，相对湿度大于30%。

可以看出，在相对湿度较大时，较低的温度就能引起中暑。

（1）根据相对湿度＝

，也即B＝

×100%，知道了水蒸气的实际压强和同温度水的饱和汽压，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度水的饱和汽压的单位是毫米汞柱（mmHg）。

（3）在某一温度下，水的饱和汽压是一定值，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。

1．（多选）下列说法中正确的是（　　）

A．在一定温度下，同种液体的饱和汽的密度是一定的

B．饱和汽近似地遵守理想气体定律

C．在潮湿的天气里，空气的相对湿度大，水蒸发得慢，所以洗了衣服不容易晾干

D．在绝对湿度相同的情况下，夏天比冬天的相对湿度大

解析：

选AC　饱和汽的密度仅由温度决定，温度越高，饱和汽的密度越大，饱和汽压越大。

由相对湿度＝

×100%可知，在p1相同的情况下，ps越大，相对湿度越小。

人感觉“潮湿”和“干燥”及蒸发快慢取决于相对湿度。

2．某食堂的厨房内，温度是30℃，绝对湿度p1＝2.1×103Pa，而这时室外温度是19℃，绝对湿度p2＝1.3×103Pa。

那么，厨房内外空气的相对湿度相差多少？

在厨房内感觉潮湿还是在厨房外感觉潮湿？

（30℃时水的饱和汽压为p3＝4.2×103Pa,19℃时水的饱和汽压为p4＝2.2×103Pa）

解析：

厨房内的相对湿度B1＝

＝

＝50%。

厨房外的相对湿度B2＝

＝

＝59%。

厨房内外空气的相对湿度相差ΔB＝B2－B1＝59%－50%＝9%。

所以，厨房外的相对湿度较大，即厨房外感觉潮湿。

答案：

见解析

物态变化中的能量

1．晶体的熔化过程

（1）能量特点

固体分子间的强大作用使固体分子只能在各自的平衡位置附近振动。

对固体加热，在其开始熔化之前，获得的能量主要转化为分子的动能，使物体温度升高，当温度升高到一定程度，一部分分子的能量足以克服其他分子的束缚，从而可以在其他分子间移动，固体开始熔化。

（2）温度特点

晶体熔化过程中，当温度达到熔点时，吸收的热量全部用来破坏空间点阵，增加分子势能，而分子平均动能却保持不变，所以晶体有固定的熔点。

非晶体没有空间点阵，吸收的热量主要转化为分子的动能，不断吸热，温度就不断上升。

（3）熔化热的计算

如果用λ表示物质的熔化热，m表示物质的质量，Q表示熔化时所需要吸收的热量，则：

Q＝λm。

熔化热的单位：

焦耳/千克，即J/kg。

2．液体的汽化过程

（1）能量特点

液体汽化时，由于体积明显增大，吸收热量，一部分用来克服分子间引力做功，另一部分用来克服外界压强做功。

（2）汽化热的计算（通常计算在1个标准大气压时，在沸点下的汽化热）

设某物质在1个标准大气压下，在沸点时的汽化热为L，物质的质量为m，则Q＝Lm。

汽化热的单位：

焦耳/千克，即J/kg。

[典例]　如果已知铜制量热器小筒的质量是150g，里面装着100g16℃的水，放入9g0℃的冰，冰完全熔化后水的温度是9℃，利用这些数据求冰的熔化热是多少？

[铜的比热容c铜＝3.9×102J/（kg·℃）]

[思路点拨]

（1）该过程中量热器小筒和水放热，热量利用Q＝cm（t1－t2）计算。

（2）冰融化吸热，热量为Q＝mλ。

[解析]　9g0℃的冰融化为0℃的水，再升高到9℃，总共吸收的热量

Q吸＝m冰λ＋m冰c水（9℃－0℃）

量热器中的水和量热器小筒从16℃降到9℃放出的热量

Q放＝m水c水（16℃－9℃）＋m筒c铜（16℃－9℃）

因为Q吸＝Q放，所以

m冰λ＋m冰c水（9℃－0℃）＝（m水c水＋m筒c铜）（16℃－9℃）

把数值代入上式，可得λ≈3.3×105J/kg。

[答案]　3.3×105J/kg

物态变化互逆过程的能量特点

（1）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。

（2）一定质量的某种物质，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。

1．火箭在大气中飞行时，它的头部跟空气摩擦发热，温度可达几千摄氏度，在火箭上涂一层特殊材料，这种材料在高温下熔化并且汽化，能起到防止烧坏火箭头部的作用，这是因为（　　）

A．熔化和汽化都放热　　B．熔化和汽化都吸热

C．熔化吸热，汽化放热D．熔化放热，汽化吸热

解析：

选B　物质在熔化和汽化过程中都是吸收热量的，故B选项正确。

2．今有1kg温度为90℃的水，在标准状况下把它变成100℃的水蒸气，共吸收了44.05kJ的热量，求水的汽化热L。

[假设在整个过程中无热量损失，水的比热容为4.2kJ/（kg·℃）]

解析：

根据能量守恒得c水mΔt＋mL＝Q，

所以L＝

代入数值得L＝2.05kJ/kg＝2.05×103J/kg。

答案：

2.05×103J/kg

1．下列关于蒸发和沸腾的说法中，正确的是（　　）

A．蒸发和沸腾都可在任何温度下发生

B．蒸发和沸腾只能在一定温度下进行

C．蒸发和沸腾可发生在液体内部和表面

D．蒸发只发生在液体表面，沸腾发生在液体内部和表面

解析：

选D　蒸发和沸腾都是汽化现象。

蒸发在任何温度下都可以发生，只在液体表面进行；沸腾是剧烈的汽化现象，沸腾只在一定温度（沸点）下进行，在液体表面和内部同时发生，故D对。

2．（多选）在高原地区烧水需要使用高压锅。

水烧开后，锅内水面上方充满饱和汽。

停止加热，高压锅在密封状态下缓慢冷却。

在冷却过程中，锅内水蒸气的变化情况为（　　）

A．压强变小　　　　　　B．压强不变

C．一直是饱和汽D．变为未饱和汽

解析：

选AC　高压锅在密封状态下缓慢冷却过程中，锅内水蒸气体积不变，温度降低，则压强变小，但锅内水蒸气发生的是动态变化过程，一定是饱和汽。

故选项A、C正确。

3．我们感到空气很潮湿时，是因为（　　）

A．这时空气中所含水汽较多

B．这时的气温较低

C．这时的绝对湿度较大

D．这时空气中的水汽离饱和状态较近

解析：

选D　影响人们对干爽与潮湿感受的因素，不是空气中水蒸气的绝对数量，也不是气温的高低，而是空气中水蒸气的压强与同一温度下水的饱和汽压的差距，人对湿度的感觉由相对湿度决定，相对湿度越大，人感到越潮湿，故D对。

4．用吹风机的热风吹一支蘸了酒精的温度计时，温度计的示数（　　）

A．先降低后升高B．先升高后降低

C．一直降低D．一直升高

解析：

选A　开始时，温度计上的酒精汽化，带走热量，使温度降低，故示数降低；酒精完全汽化后，温度计在热风作用下温度升高，A正确。

5．一定质量的0℃的冰融化成0℃的水时，其分子动能之和Ek和分子势能之和Ep的变化情况是（　　）

A．Ek变大，Ep变大B．Ek变小，Ep变小

C．Ek不变，Ep变大D．Ek不变，Ep变小

解析：

选C　0℃的冰融化成0℃的水，温度不变，故分子的平均动能不变，分子总数不变，所以Ek不变；冰融化过程中吸热，吸收的热量用来增大分子的势能，所以Ep变大，故C正确。

6．干湿泡湿度计的湿泡温度计与干泡温度计的示数差距越大，表示（　　）

A．空气的绝对湿度越大

B．空气的相对湿度越大

C．空气中的水蒸气的实际压强离饱和程度越近

D．空气中的水蒸气的绝对湿度离饱和程度越远

解析：

选D　示数差距越大，说明湿泡的蒸发越快，空气的相对湿度越小，即水蒸气的实际压强（绝对湿度）与饱和汽压差距大，离饱和程度越远，故D对。

7．在某温度时，水蒸气的实际气压为p＝200mmHg，此时的相对湿度为40%，则此时的绝对湿度为多少？

饱和汽压为多大？

解析：

根据绝对湿度的定义可知：

此时的绝对湿度为200mmHg。

由相对湿度的定义式B＝

，解得ps＝

＝

mmHg＝500mmHg。

答案：

200mmHg　500mmHg

8．从电冰箱中取出质量为50g、温度为－10℃的冰块，放进一杯0℃的水中，若与外界无热交换，则有多少水会冻结到冰块上？

[已知冰的比热容为2.1×103J/（kg·℃），熔化热为3.36×105J/kg]

解析：

从冰箱中取出的冰块温度从－10℃升高到0℃时，吸收的热量Q1＝cmΔt，水凝结成冰放出热量，设有m′的水冻结到冰上，放出热量Q2＝m′λ，根据能量守恒有Q1＝Q2，即cmΔt＝m′λ，代入数据可得m′＝3.125g。

答案：

3.125g