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第二章 探究熔化和凝固的条件
【探究目标】
1.知识与技能 知道物质的固态和液态之间是可以相互转化的;知道晶体、非晶体熔化与凝固规律.
2.过程与方法 知道区分晶体、非晶体的一般方法;了解图像是表示物理过程的一种方法.
3.情感、态度与价值观 能乐于探索自然现象;善于观察、实验与交流.
【探究指导】
物理宫殿
1.熔化(melting)与凝固(solidification)物质由固态变为液态的过程,称为熔化;物质由液态变为固态的过程,称为凝固.
说明 熔化与溶化不同,前者表示物质从固态到液态,后者表示物质溶化在溶剂中的过程.
2.物质的熔化、凝固规律
固体物质分类 晶体 非晶体
吸热与放热 熔化吸热凝固放热 熔化吸热凝固放热
温度变化规律 熔化、凝固的过程温度不变 熔化、凝固时温度也在变化
熔化图像
凝固图像
3.常见的晶体有金属、海波、冰、固态酒精、固态氧、固态氢、固态氮等,常见的非晶体有蜂蜡、沥青、松香、玻璃等
【例1】 如图1.3-1所示是海波的熔化图像,根据该图像能够获得的合理信息有:
图1.3-1
信息一:海波的初温为25℃;
信息二: ;
信息三: .
思路与技巧 此题考查熔化图像的知识.分析图像可知,海波的熔化有一定的熔化温度(有一段平行于时间轴的线段),所以海波是晶体,其熔化时的温度即熔点是48℃.
答案 海波是晶体 海波的熔点是48℃.
说明 (1)图像法是处理实验数据的一种方法;
(2)画图像应知道横坐标、纵坐标表示什么物理量;
(3)图像中每一点代表的物理意义.
【例2】 冬天穿棉衣可以有效阻止人体热量向外散发,使人感到暖和,而棉衣自身并不发热.据说法国准备生产一种夹克,其衣料纤维中添加了一种微胶囊,这种胶囊所含物质在常温下呈液态,温度降低时会结晶,人们穿上它,气温较高时感到凉爽,气温降低时感到温暖.这种服装能够调节温度的原因是什么?
思路与技巧 在环境温度变化时,胶囊内的材料经历了熔化吸热和凝固放热两个过程,从而使人体的温度没有发生较大变化.
答案 衣服内胶囊中的物质,在温度升高时熔化吸热,使人的温度不致升得太高;在温度降低时凝固放热,使人的温度不致降得太多,从而起到调节人体温度的作用.
【例 3】 固体熔化为什么要吸热?
思路与技巧 在固体中,分子间的联系非常紧密,整块固体的分子就像一个整体,每个分子只能在自己的固有位置附近振动,如图1.3-2.加热时,晶体吸收热量,使分子振动得越来越快.当能量足够大时,有些分子运动剧烈,以致脱离开它的固有位置,而在整体中运动.这时,熔化就开始了.
答案 固体分子吸热后,分子运动加快,以致脱离开它的固有位置,运动到其他分子间,从而使固体熔化成液体.
图1.3-2
4.熔点(melting point)与凝固点
晶体物质熔化不变的温度叫熔点.晶体溶液凝固不变的温度叫凝固点.
说明 (1)同种晶体其熔点与凝固点相同;
(2)熔点是区分晶体与非晶体的重要参数;
(3)晶体的熔点跟晶体的纯度、加在晶体上的压强有关;
(4)晶体能否熔化决定两个要素:一是吸热;二是温度应上升到熔点.
【例 4】 如图 1.3-3所示,烧杯与试管中均放有冰块,用酒精灯加热烧杯底部,在烧杯内冰块逐渐熔化成水的过程中( )
图1.3-3
A.试管内冰块不会熔化 B.试管内冰块会熔化一部分
C.烧杯内水温保持0℃ D.烧杯内水温高于0℃
思路与技巧 冰块熔化要同时满足两个条件:吸热且温度达到0℃,这两个条件缺一不可.当烧杯底被加热后,其温度高于冰块温度,杯底部冰块将吸热并开始熔化,烧杯中出现冰水混合状态,但其温度仍保持0℃.因试管中冰块温度也为0℃,它们之间不存在温度差,无热传递发生.所以试管中冰块不会熔化.
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