1、新人教版高中物理选修33 饱和汽与饱和汽压 物态变化中的能量交换一、汽化、饱和汽与饱和汽压1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 种类 异同蒸发沸腾区别特点只发生在液体表面，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2.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
2、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，和蒸汽中有无其他气体无关。说明1液面上部的蒸汽达到饱和，是一种动态平衡状态。2饱和汽压是由液体的种类和外界的温度共同决定的。判一判1对于同一种液体，饱和汽压随温度升高而增大()2温度不变时，饱和汽压随饱和汽体积的增大而增大()3相同温度下，各种液体的饱和汽压都相同()二、空气的湿度和湿度计1绝对湿度空气中所含水蒸气的压强。2相对湿度空气中水蒸气的压强与同一温度时水的
3、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。说明1人们感觉潮湿(或干燥)受所处环境温度下的相对湿度的影响。2相对湿度与绝对湿度都和温度有关。 填一填在某温度时，水蒸气的实际气压为p200 mmHg，此时的相对湿度为50%，则此时饱和汽压为_。解析：由相对湿度公式B100%，可得ps100%100%400 mmHg。答案：400 mmHg三、熔化热与汽化热1物态变化中的能量交换2熔化热和汽化热(1)熔化热：晶体熔化过程中所需的能量与其质量之比。(2)汽化热：液体汽化成同温度的气体时所需的能量与其质量之比。注意1晶体有固定的熔点，在熔化时有确定的熔化热。2非晶体没有固
4、定的熔点，在熔化时也没有确定的熔化热。 选一选晶体在熔化过程中，吸收热量的作用是()A增加晶体的温度B克服分子间引力，增加分子势能C克服分子间引力，增加分子动能D既增加分子动能，也增加分子势能解析：选B晶体在熔化过程中，温度不变，所以分子平均动能不变，吸收的热量增加分子势能，B正确。1.对动态平衡的理解理解这个问题，要抓住“动态”这个核心，也就是达到平衡时，各量之间还是变化的，只不过变化的速度相同而已，只是从外观上看达到了平衡状态。如果把两个过程分别称为正过程和逆过程，当达到动态平衡时正过程速率等于逆过程速率。(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
5、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。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。典型例题例1.多选关于饱和汽的下列说法正确的是()A一定温度下，饱和汽的密度是一定的B相同温度下，不同液体的饱和
6、汽压是相同的C饱和汽压随温度升高而增大，与体积无关D理想气体定律对饱和汽不适用，而未饱和汽近似遵守理想气体定律解析饱和汽的密度、饱和汽压都是由温度决定的，且随着温度的升高而增大，与体积无关，选项A、C正确；相同温度下，饱和汽压与液体的种类有关，不同液体的饱和汽压一般不同，选项B错误；未饱和汽近似遵守理想气体定律，一旦达到饱和，再继续加压饱和汽将会部分液化，故理想气体定律不再适用，选项D正确。答案ACD点评液面上部饱和汽特点1液面上部的蒸汽达到饱和，是一种动态平衡状态。2在相同时间内从液面飞出去的分子数等于回到液体中的分子数，故这时仍有液体分子从液面飞出。3从整体看来，蒸汽的密度不再增大，液体也
7、不再减少，从宏观上看，蒸发“停止”了。即时巩固1关于饱和汽，下列说法错误的是()A在稳定情况下，密闭容器中若有某种液体存在，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，向容器内注入足够量的空气，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解析：选B汽化与液化达到动态平衡时，液体蒸汽达到饱和，在稳定情况下，密闭容器中若有某种液体存在，其中该液体蒸汽一定是饱和的，故A正确；压强越大，饱和汽压越大，密闭容器中有未饱和水蒸气，向容器内注入足
8、够量的空气，增大气压，水汽不会达到饱和，故B错误；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，故C正确；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，故D正确。 1.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。2相对湿度的计算(1)根据相对湿度，也即B100%，已知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(mm
9、Hg)。(3)在某一温度下，水的饱和汽压是一定值，已知绝对湿度可以算出相对湿度；反之，已知相对湿度也能算出绝对湿度。典型例题例2.某同学学习了空气的湿度后，利用温度计和气压计对周围的空气进行实际测量，其测量数据为测量次数123空气温度/313032实际气压/103 Pa2.542.362.59查阅资料得：31 空气的饱和汽压为4.24103 Pa，30 空气的饱和汽压为4.12103 Pa,32 空气的饱和汽压为4.30103 Pa,20 空气的饱和汽压为2.30103 Pa，请计算不同温度下空气的相对湿度。天气预报说夜里的气温要降到20 ，那么，夜间是否有露珠形成？(白天、夜晚水蒸气的压强不
10、变)解析由空气的相对湿度，得在31 时，其相对湿度100%60%在30 时，其相对湿度100%57.3%在32 时，其相对湿度100%60.2%由表格数据可知，白天的实际气压都大于20 时的饱和汽压2.30103 Pa，故夜间有露珠形成。答案见解析点评1夜间是否有露珠形成，关键是看夜间空气中的水蒸气能否达到过饱和。2要判断水蒸气能否达到过饱和，只需比较水蒸气的实际压强与水蒸气的饱和汽压的大小关系。即时巩固2多选家庭中常用干湿泡湿度计，下列关于它的说法正确的是()A它由干泡和湿泡两支完全相同的温 度计组成B干泡温度计测量空气的温度，湿泡温度计测量浸湿棉纱的温度C空气的湿度可以直接从温度计上读出D
11、空气的湿度等于湿泡温度计的示数解析：选AB干泡温度计和湿泡温度计是两支完全相同的温度计，干泡直接测量空气的温度，湿泡测量浸湿棉纱的温度，要用两温度计读数的差值结合湿泡温度计示数确定空气的湿度，湿度要查表得到而不能直接从温度计上读出，更不等于湿泡温度计的示数。综上所述，A、B正确。 1.晶体加热过程中的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液体汽化过程中的做功特点液体汽化时，由于体积明显
12、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气压做功。3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。4固体熔化过程中的温度特点与熔化热(1)晶体熔化过程中，当温度达到熔点时，吸收的热量全部用来增加分子势能，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。(2)由于在不同温度下物质由固态变成液态时吸收的热量不同，而晶体有固定的熔点，因此有固定的熔化热；非晶体没有固定的熔点，也就没有固定的熔化热
13、。典型例题例3.一电炉的功率P200 W，将质量m240 g的固体样品放在电炉内，通电后电炉内的温度变化如图所示，设电能全部转化为热能并全部被样品吸收，试问：该固体样品的熔点和熔化热为多大？解析由题图知，样品的熔点为60 ，熔化时间t2 min，电流做功 WPt。设样品的熔化热为，样品熔化过程中共吸收热量 Qm由WQ，即Ptm得 J/kg1105 J/kg。答案60 1105 J/kg点评1本题由固体样品的熔化图象得熔化过程所用时间是2 min，是解题的关键。2由电炉消耗的电能全部被样品吸收，可得到关系式Ptm，进而求出熔化热。即时巩固3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
14、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、压强有关解析：选C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，不同晶体的熔化热也不相同，故A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正确；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，故C错误；汽化热与温度、压强有关，故D正确。1如图所示，在一个大烧杯A内放一个小烧杯B，杯内都放有水，现对烧杯A的底部加热，则()A烧杯A中的水比烧杯B中的水先沸腾B两烧杯中的水同时沸腾C烧杯A中的水会沸腾，烧
15、杯B中的水不会沸腾D上述三种情况都有可能解析：选C沸腾的条件：(1)达到沸点；(2)能继续吸热。对烧杯A加热到水的沸点后，若继续加热，烧杯A中的水会沸腾。由于沸腾时水的温度保持在沸点不变，烧杯A中的水对烧杯B中的水加热使其也达到沸点，但由于它与烧杯A中的水处于热平衡状态，两者无温度差，无法再从烧杯A的水中吸热，因此烧杯B中的水只能保持在沸点而不会沸腾，故C正确。2多选如图所示为水的饱和汽压图象，由图可知()A饱和汽压与温度有关B饱和汽压随温度升高而增大C饱和汽压随温度升高而减小D未饱和汽的压强一定小于饱和汽的压强解析：选AB题图是水的饱和汽压随温度的变化图线，由图知，水的饱和汽压随温度的升高而
16、增大，因此A、B正确，C错误；较高的温度条件下的未饱和汽压，可以大于较低温度条件下的饱和汽压，因此D错误。3多选关于空气湿度，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，空气的相对湿度一定较小C空气的绝对湿度用空气中所含水蒸气的压强表示D空气的相对湿度定义为水的饱和蒸汽压与相同温度时空气中所含水蒸气的压强之比解析：选BC相对湿度越大，人感觉越潮湿，相对湿度大时，绝对湿度不一定大，A错误；相对湿度较小时， 人感觉干燥，B正确；用空气中水蒸气的压强表示的湿度叫做空气的绝对湿度，空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比叫做相对湿度，C正确，D错误。4多选如
17、图所示是水在大气压强为1.01105 Pa下的汽化热与温度的关系图线，则()A大气压强为1.01105 Pa时，水的沸点随温度升高而减小B该图线说明温度越高，单位质量的水汽化时需要的能量越小C由该图线可知水蒸气液化时，放出的热量与温度有关D该图线在100 以后并没有实际意义，因为水已经汽化了解析：选BC液体的沸点与温度无关，大气压强为1.01105 Pa时，水的沸点是100 ，不变，选项A错误；题图所示图线说明温度越高，单位质量的水汽化时需要的能量越小，选项B正确；液化与汽化是相反的过程，汽化热与温度有关，则水蒸气液化放出的热量也与温度有关，选项C正确；题图所示图线在100 以后是水的过热状态
18、，可以理解为水没有来得及汽化，选项D错误。5测得室温为20 时，空气的绝对湿度p0.799 kPa，求此时空气的相对湿度。(已知20 时水的饱和汽压ps2.3 kPa)解析：水蒸气的实际压强等于空气的绝对湿度，已知绝对湿度p0.799 kPa,20 时水的饱和汽压ps2.3 kPa。所以相对湿度为100%100%35%。答案：35%基础练一、选择题1下列属于熔化的是()A糖放在水中后逐渐化成了糖水B夏天放棒冰的杯子外壁有小水珠C露水的形成D棒冰变成了水解析：选D糖放在水中形成糖水，是糖的溶解，放棒冰的杯子外壁的小水珠是液化形成的，露水的形成是液化现象，熔化是由温度造成的固态变液态。综上所述，D
19、正确。2下列关于饱和汽与饱和汽压的说法中，正确的是()A密闭容器中某种蒸汽开始时若是饱和的，保持温度不变，增大容器的体积，蒸汽仍是饱和的B对于同一种液体，饱和汽压随温度升高而增大C温度不变时，饱和汽压随饱和汽体积增大而增大D相同温度下，各种液体的饱和汽压都相同解析：选B密闭容器中某种蒸汽开始时若是饱和的，保持温度不变，增大容器的体积，就会变成不饱和汽，A错误；由饱和汽压随温度的变化知，B正确；温度一定时，同种液体的饱和汽压与饱和汽的体积无关，也与液体上方有无其他气体无关，如100 时饱和水汽压是76 cmHg，C错误；相同温度下，不同液体的饱和汽压是不相同的，D错误。3多选在相对湿度相同的情况
20、下，比较可得()A冬天的绝对湿度大 B夏天的绝对湿度大C冬天的绝对湿度小 D夏天的绝对湿度小解析：选BC因冬天比夏天的气温低，对应的饱和汽压小，又根据相对湿度公式可知，冬天的绝对湿度小，夏天的绝对湿度大，所以B、C正确。4关于同种气体在相同温度下的未饱和汽、饱和汽的性质，下面说法正确的是()A两种汽的压强一样大，饱和汽的密度较大B饱和汽的压强较大，分子的平均动能也较大C两种汽的压强一样大，分子平均动能也一样大D两种汽的平均动能一样大，饱和汽的密度较大解析：选D与液体处于动态平衡的蒸汽叫饱和汽；没有达到饱和状态的蒸汽叫未饱和汽。可见，两种蒸汽在同一温度下的密度是不同的，未饱和汽的较小，饱和汽的较
21、大。由温度是分子平均动能的标志可知这两种汽分子的平均动能相同，而密度不同，则两种汽的压强也不同，所以A、B、C错误，D正确。5如图所示，曲线M、N分别表示晶体和非晶体在一定压强下的熔化过程，图中横轴表示时间t，纵轴表示温度T。从图中可以确定的是()A晶体和非晶体均存在固定的熔点T0B曲线M的bc段表示固液共存状态C曲线M的ab段、曲线N的ef段均表示固态D曲线M的cd段、曲线N的fg段均表示液态解析：选B晶体与非晶体间关键区别在于晶体存在固定的熔点，固液共存态时吸热且温度不变，而非晶体没有固定的熔点，B正确。二、非选择题6人的体温是由下丘脑中特殊神经细胞监察和控制的，这些神经就像一个温度传感器
22、，对人体血液的温度很敏感，当流过下丘脑的血液的温度高于正常值时，它促使人体散热机制活跃起来，使人出汗，轻量级举重运动员参赛前在高温、高湿的环境中通过大量排汗达到减少体重的目的。如果一位体重为50 kg的运动员某次训练的排汗量是500 g，这些汗水仅有80%从运动员身上蒸发掉了，其余汗水流掉了，这将导致运动员的体温降低多少？已知常温下水的汽化热L2.4106 J/kg，水的比热容为c4.2103 J/(kg)，人体的主要成分是水，可以认为人体的比热容和水的比热容相同。解析：人体通过排汗蒸发的热量为：Q80%mL80%0.52.4106 J9.6105 J；又MctQ，则人体降低的温度为：t 4.
23、6 。答案：4.6 提能练一、选择题1有甲、乙、丙三支相同的温度计，其中一支不准确，将甲放在空气中、乙放在密闭的酒精瓶中，将丙放在开口的酒精瓶中，过一段时间，三支温度计的示数都是22 ，则()A甲不准确B乙不准确C丙不准确D不能判断哪支不准确解析：选C蒸发吸热，液体本身的温度要降低，甲温度计上无液体，不存在蒸发现象；乙放在密闭的酒精中，蒸发受阻，不能进行，故温度计的示数与周围环境的温度相同；丙在开口的酒精瓶中，酒精蒸发吸热，酒精温度应降低，应低于22 ，故丙不准确。2空气湿度对人们的生活有很大影响，当湿度与温度搭配得当，通风良好时，人们才会舒适。关于空气湿度，以下结论错误的是()A绝对湿度大相
24、对湿度不一定大，相对湿度大绝对湿度也不一定大，必须指明温度这一条件B相对湿度是100%，表明在当时的温度下，空气中水蒸气已达到饱和状态C在绝对湿度一定的情况下，气温降低时，相对湿度将减小D在绝对湿度一定的情况下，气温升高时，相对湿度将减小解析：选C相对湿度定义式B100%，式中p为空气中所含水蒸气的实际压强，ps为同一温度下水的饱和汽压，ps在不同温度下的值是不同的，温度越高，ps越大，A项正确；相对湿度为100%，说明在当时的温度下，空气中所含水蒸气的实际压强已达到饱和汽压，B项正确；绝对湿度p不变时，气温降低，ps减小，相对湿度增大，气温升高，相对湿度则减小，C项错误，D项正确。3多选干湿
25、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空气的相对湿度越小C空气中的水蒸气的实际压强离饱和汽压越近D空气中的水蒸气的绝对湿度离饱和汽压越远解析：选BD干湿泡湿度计的湿泡温度计的水银泡上包着棉纱，棉纱的下端浸在水中，由于水的蒸发，温度计示数总低于干泡温度计示数，空气越干燥，即相对湿度越小，湿泡温度计上的水蒸发越快，温度计示数降低得越快，与干泡温度计的示数的差距越大，B正确；并且，空气越干燥，即相对湿度越小，由相对湿度的定义公式：相对湿度，可知这时空气中的水蒸气的实际压强即绝对湿度离同温下水的饱和汽压越远，D正确。4火箭在大气中飞行时，它的头部跟空气摩擦发热，
26、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吸收热量，B正确。二、非选择题5气温为10 时，测得空气的绝对湿度p1800 Pa，则此时的相对湿度为多少？如果绝对湿度不变，气温升至20 ，相对湿度又为多少？(已知10 时水汽的饱和汽压为ps1.228103 Pa,20 时水汽的饱和汽压ps2.338103 Pa)解析：由相对湿度公式得此时的相对湿度为B1100%100%65.1%，同理得20 时相对湿度为B2100%
27、100%34.2%。答案：65.1%34.2%6质量为m的0 的冰雹，在空中由静止下落，由于空气阻力的作用，其中1%质量的冰在下落过程中完全融化成0 的水脱离冰雹，若落地时的速度为400 m/s(冰的融化热3.34105 J/kg，g为10 m/s2)，求：(1)冰雹下落的高度；(2)若落地时，动能全部转化成热，能否将冰雹融化。解析：由于存在空气阻力，冰雹下落时将重力势能转化为内能和动能。内能被冰吸收使部分冰发生融化。(1)根据能量守恒定律：mgh(11%)mv2m1%，所以h m8 254 m。(2)假设全部融化，则需满足(11%)mv2m(11%)。而m(11%)v2m(11%)4002 J0.8105m J，(11%)m3.31105m J，显然由动能全部转化成的热不足以满足冰全部融化的需要，故不能将冰雹融化。答案：(1)8 254 m(2)不能
