第九章 物态变化

THERMO · 热学实验室 · 第 9 / 18 章
🎮 去挑战模式

🌡️ 温度与温度计

第 1 / 5 节
核心概念

温度表示物体的冷热程度，单位为摄氏度（°C）。常用温度计利用液体的热胀冷缩原理测量温度。

0°C = 冰水混合物    100°C = 标准大气压下沸水

🧪 温度计读数实验

点击按钮设置温度，观察温度计读数变化。

✏️ 例题

📌 例题 1：体温计用完后能否直接放入沸水中消毒？为什么？
不能。体温计的量程通常为 35°C~42°C，沸水温度为 100°C，远超量程。水银（或酒精）会因过度膨胀而撑破玻璃泡。
关键：使用前必须确认量程！
📌 例题 2：一支刻度均匀但读数不准确的温度计，在冰水混合物中显示 4°C，在沸水中显示 96°C。当它显示 25°C 时，实际温度是多少？
该温度计 4°C~96°C 对应实际 0°C~100°C，每格 = 100/92 °C。
显示 25°C 时，比 4°C 高 21 格，实际温度 = 21 × (100/92) ≈ 22.8°C。
非标准温度计的校准：先找对应关系，再换算。
📌 例题 3：用扇子扇干燥的温度计，示数会下降吗？用扇子扇沾有酒精的温度计呢？
干燥的温度计：示数不变——没有液体蒸发带走热量。
沾酒精的温度计：示数下降——酒精蒸发吸热，导致玻璃泡温度降低。
蒸发是汽化的一种，发生在液体表面，需要吸热。
🎯 随堂测验
Q1. 摄氏温标规定，标准大气压下沸水的温度为
Q2. 体温计的量程一般是
Q3. 下列哪种做法不能使蒸发加快？

🔥 熔化与凝固

第 2 / 5 节
核心概念

熔化：固态→液态，吸热；凝固：液态→固态，放热。

晶体有固定熔点/凝固点，熔化时温度不变；非晶体没有固定熔点，熔化时温度持续上升。

晶体熔化条件：① 达到熔点 ② 继续吸热

📊 晶体与非晶体对比

性质晶体（如冰、食盐）非晶体（如石蜡、玻璃）
熔点有固定熔点没有固定熔点
熔化过程温度保持不变温度持续上升
图像有水平段（平台）曲线持续上升

🧪 熔化实验

观察晶体与非晶体的熔化温度-时间图像差异。

✏️ 例题

📌 例题 1：把 0°C 的冰和 0°C 的水放入室温为 20°C 的房间，哪个先熔化完？为什么？
0°C 的冰先熔化完。原因：冰是晶体，熔化过程中持续吸热但温度保持 0°C 不变，全部熔化成水后才会升温。而 0°C 的水直接从环境中吸热升温，不需要经历熔化阶段。因此冰在熔化期间吸热更多，反而先完成物态变化。
晶体熔化的特点：吸热但温度不变。
📌 例题 2：如图是某物质熔化时温度随时间变化的图像，判断该物质是晶体还是非晶体，并读出熔点。
该物质是晶体。因为在 5~10 分钟这段时间内，物质持续吸热但温度保持 48°C 不变，这就是晶体的熔化平台（水平段）。熔点为 48°C。
非晶体没有水平段，温度持续上升。
📌 例题 3：北方冬天在菜窖里放几桶水，可以防止菜被冻坏。这是为什么？
水在凝固成冰时会放出热量（凝固放热），使菜窖内温度不会降得太低，从而保护蔬菜不被冻坏。同时，水的比热容较大，温度变化缓慢，起到缓冲作用。
凝固是熔化的逆过程，晶体凝固时温度不变但放热。
🎯 随堂测验
Q1. 下列物质中属于晶体的是
Q2. 晶体在熔化过程中
Q3. 0°C 的水和 0°C 的冰，下列说法正确的是

💨 汽化与液化

第 3 / 5 节
核心概念

汽化：液态→气态，吸热。包括蒸发（表面、任何温度）和沸腾（内部+表面、达到沸点）。

液化：气态→液态，放热。可通过降低温度或压缩体积实现。

沸点与气压有关：气压越高，沸点越高；气压越低，沸点越低。

📊 蒸发与沸腾对比

性质蒸发沸腾
发生位置液体表面液体表面和内部
温度条件任何温度达到沸点
剧烈程度缓慢剧烈（气泡产生）
温度变化有致冷作用温度保持不变

🧪 沸腾实验

观察不同气压下水的沸点变化。

✏️ 例题

📌 例题 1：夏天吹电风扇为什么感到凉爽？电风扇能降低室温吗？
吹电扇感到凉爽：加快皮肤表面的空气流动，加速汗液蒸发，蒸发吸热带走热量，所以感到凉爽。
不能降低室温：电风扇只是促进空气流动和汗液蒸发，并没有从环境中带走热量。室温不会因此下降。
蒸发有致冷作用，但仅限于液体本身及周围局部区域。
📌 例题 2：用高压锅煮食物更容易熟，这是为什么？
高压锅密封好，锅内气压高于标准大气压。气压升高使水的沸点升高（可达 120°C 左右），食物在更高温度下加热，所以更容易煮熟。
相反，在高海拔地区气压低，沸点降低（如西藏约 80°C），煮食物不容易熟。
沸点与气压正相关：↑气压 → ↑沸点
📌 例题 3：冬天，戴眼镜的人从室外进入温暖的室内，镜片上会出现一层"雾气"，过一会儿又消失了。解释这两个现象。
"雾气"形成：室内温暖空气中的水蒸气遇到冷的镜片，温度降低而液化成小水珠附着在镜片上。
"雾气"消失：镜片温度逐渐升高，小水珠吸热蒸发（汽化）变成水蒸气散去。
液化：气→液，放热；汽化：液→气，吸热。互为逆过程。
🎯 随堂测验
Q1. 下列现象中属于液化的是
Q2. 水在标准大气压下的沸点是 100°C，在高山上沸点会
Q3. 医生打针前用酒精棉消毒，皮肤会感到凉凉的，这是因为

❄️ 升华与凝华

第 4 / 5 节
核心概念

升华：固态直接变为气态，吸热。凝华：气态直接变为固态，放热。

常见实例：干冰升华（舞台烟雾）、碘升华、霜的形成（凝华）、雾凇（凝华）

📊 六种物态变化总结

变化初态 → 末态吸/放热实例
熔化固 → 液吸热冰化成水
凝固液 → 固放热水结冰
汽化液 → 气吸热水烧开
液化气 → 液放热露水的形成
升华固 → 气吸热干冰消失
凝华气 → 固放热霜、雪

✏️ 例题

📌 例题 1：舞台上常用干冰制造烟雾效果，干冰是什么物质？"烟雾"是什么？
干冰是固态二氧化碳（CO₂），在常温下不经过液态直接升华为气态二氧化碳，这个过程吸热。
"烟雾"不是二氧化碳气体（无色），而是空气中的水蒸气遇冷（干冰升华吸热使周围温度降低）液化成的小水珠。
升华吸热 → 周围降温 → 水蒸气液化 → 白雾
📌 例题 2：冰箱冷冻室里会结霜，霜是怎么形成的？如何减少结霜？
霜是凝华现象：冷冻室内的水蒸气（来自食物中的水分或开门时进入的潮湿空气）遇到温度极低的蒸发器（约 -18°C），直接由气态凝华成固态的冰晶。
减少结霜的方法：① 减少开门次数 ② 食物冷却后放入冰箱 ③ 定期除霜。
凝华：气→固，放热。温度差越大越容易凝华。
📌 例题 3：灯泡用久了，玻璃内壁会发黑，这是什么物态变化？
灯泡发黑是两次物态变化的结果：
① 灯丝（钨丝）在高温下升华成钨蒸气（固→气，吸热）
② 钨蒸气遇到温度较低的玻璃内壁，凝华成固态钨颗粒附着（气→固，放热）
长期积累使玻璃壁发黑，灯丝变细，最终烧断。
升华 + 凝华的组合在生活中很常见。
🎯 随堂测验
Q1. 下列现象中属于凝华的是
Q2. 干冰升华时
Q3. 舞台上"烟雾"效果的正确解释是

⚡ 物态变化中的热量

第 5 / 5 节
核心概念

熔化热：单位质量的晶体在熔点时完全熔化所需的热量。汽化热：单位质量的液体在沸点时完全汽化所需的热量。

比热容：单位质量的物质温度升高 1°C 所需的热量。水的比热容较大（4.2×10³ J/(kg·°C)），所以常用来做冷却剂或取暖介质。

Q = cmΔt    c = Q/(mΔt)

📊 常见物质比热容

物质比热容 c [J/(kg·°C)]说明
水4.2 × 10³最大，优良的冷却剂/储热介质
酒精2.4 × 10³较小
铝0.88 × 10³金属中较大
铁0.46 × 10³常见金属
铜0.39 × 10³较小

✏️ 例题

📌 例题 1：为什么沿海地区昼夜温差比内陆地区小？
沿海地区水多，内陆地区砂石多。水的比热容比砂石大得多，白天吸收相同热量时，水温升高较少；夜晚放出相同热量时，水温降低也较少。因此沿海地区温度变化缓慢，昼夜温差小。
比热容大的物质，温度变化慢——"缓冲"作用。
📌 例题 2：质量为 2 kg 的水，温度从 20°C 升高到 100°C，需要吸收多少热量？
已知：m = 2 kg, c = 4.2×10³ J/(kg·°C), Δt = 100-20 = 80°C
Q = cmΔt = 4.2×10³ × 2 × 80 = 6.72×10⁵ J
注意：温度变化 Δt 是末温减初温，不是温度本身。
📌 例题 3：相同质量的铝块和铁块，吸收相同热量后，哪个温度升高得多？
由 Q = cmΔt 得 Δt = Q/(cm)。Q 和 m 相同时，Δt 与 c 成反比。
铝的比热容（0.88×10³）大于铁（0.46×10³），所以铁块的温度升高得多。
结论：比热容小的物质，吸收相同热量时升温更快。
c小 → Δt大（升温快）；c大 → Δt小（升温慢）
🎯 随堂测验
Q1. 水的比热容较大，这一特性在生活中应用广泛。下列事例中不是利用这一特性的是
Q2. 质量相同的水和煤油，升高相同温度，吸收热量较多的是
Q3. 根据公式 Q = cmΔt，下列说法正确的是
🎮 进入挑战模式