2023年八年級物理競賽專題第講溫度熔化和凝固

八年級物理競賽專題第2講溫度、熔化和凝固【賽點圖解】【技法透析】1．熱脹冷縮一般物質(zhì)在溫度升高時體積膨脹，溫度減少時體積收縮的現(xiàn)象叫做熱脹冷縮，若在溫度升高時體積收縮，溫度減少時體積膨脹的現(xiàn)象叫做反常膨脹，如0-4℃對熱脹冷縮的固體來說，當(dāng)溫度升高時它的線度（指長、寬度等長度）、表面積、體積都隨物體自身和升高的溫度的增大而增大，其增量都與升高的溫度成正比；線度的增長量與物體本來的線度成正比、表面積的增量與本來的表面積成正比、體積的增量與本來的體積成正比，此外線度、表面積、體積的增量還與物體材料有關(guān)．液體和氣體的熱脹冷縮的性質(zhì)重要表現(xiàn)為體積的變化、其增量與物質(zhì)種類，本來的體積和變化的溫度有關(guān)．用液體的熱脹冷縮的性質(zhì)制成的液體溫度計，在升高溫度一定的情況下增大溫度計中液體的本來的體積，那么液體的體積增大得就多些，液柱面升得就更高些，更易觀測，并且指示的溫度更準(zhǔn)確．液體溫度計都是運用在某一溫度范圍內(nèi)，液體的體積的增量與升高的溫度成正比的原理制成的，但是各國采用的單位不同，導(dǎo)致測量同一物體的溫度時數(shù)值不相等，但表達(dá)的冷熱限度應(yīng)是同樣的．不同的溫標(biāo)，采用的溫度的單位不同，目前國際上流行使用的溫度單位重要有三種：攝氏度、華氏度、開爾文，其中開爾文和攝氏度作單位時溫度的分度值是同樣的，即升高或減少1℃的溫度和升高或減少1K是相同的，但它們的起始點即0點不同，攝氏溫度中以1atm下的冰水混合物的溫度為0℃，而熱力學(xué)溫度中以絕對零度為OK，絕對零度用攝氏溫度表達(dá)為-273℃．而華氏溫度的分度值和起始點與攝氏溫度、熱力學(xué)溫度都不同，它把一定濃度的鹽水凝固時的溫度規(guī)定為0°F，并且1由于0℃相應(yīng)的刻度錯誤或分度值不同，導(dǎo)致刻度均勻的溫度計示數(shù)不準(zhǔn)，這時它和真實溫度之間存在的關(guān)系是成正比或一次函數(shù)，若只是0℃相應(yīng)的刻度錯誤，就是成正比；若0℃3．熱傳遞熱量從一個物體傳到另一個物體的現(xiàn)象叫熱傳遞．發(fā)生熱傳遞的因素是兩物體的溫度不等，規(guī)律是熱從高溫物體傳遞到低溫物體，其實質(zhì)是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移．熱傳遞有三種方式：傳導(dǎo)、對流、輻射．①傳導(dǎo)：熱量沿著物體傳遞，它發(fā)生在一個物體的內(nèi)部或兩互相接觸的物體之間，固體之間的熱量傳遞一定是通過傳導(dǎo)實現(xiàn)的，它也是其他兩種方式發(fā)生的前提，不同的物質(zhì)傳熱的能力不同，容易傳熱的物質(zhì)叫做熱的良導(dǎo)體，不容易傳熱的物質(zhì)叫做熱的不良導(dǎo)體．如空氣、羽毛、棉花、塑料、泡沫等物質(zhì)是熱的不良導(dǎo)體，金屬都善于傳熱，其中傳熱性能最佳的是銀，另一方面是銅．②對流：依靠流體（氣體或液體）的上下流動來傳遞熱量的方式叫對流，液體或氣體受熱后體積膨脹，密度減小而上升，周邊溫度低密度大的流體流到中間來補充，從而使溫度不同的流體不斷混合，使熱量能多條途徑傳遞，提高了傳遞效率和速度，在太空中流體不能上下流動，所以不能形成對流，并且沒有物質(zhì)，也不能通過傳導(dǎo)傳熱．對流是形成風(fēng)和洋流的一個因素．③輻射：熱沿著直線以可見光和不可見光傳遞熱量的方式叫輻射．傳導(dǎo)和對流都必須有傳熱的介質(zhì)，而輻射也可以在沒有介質(zhì)的真空中傳播．任何物體都向周邊輻射熱量，輻射能力的強弱與物體的溫度、顏色有關(guān)，溫度越高，顏色越深、表面積越大的物體向外輻射熱量的能力越強，物體在向外輻射熱量的同時也會吸取外界的熱量，溫度越低，顏色越深、表面積越大且粗糙的物體從外界吸取熱量的能力也越強；當(dāng)然物體也反射輻射熱，物體反射熱量的能力越強，它吸取輻射的能力越弱，所以顏色淺、表面光滑的物體反射熱量的能力強．4．熔化和凝固規(guī)律根據(jù)熔化時溫度是否發(fā)生變化可把固體提成兩類，在熔化時吸熱溫度不變的是晶體，熔化時吸熱溫度升高的是非晶體．凝固時的規(guī)律和熔化時相同，晶體的液體在凝固時放熱但溫度保持不變，非晶體的液體在凝固時放熱溫度減少．晶體熔化時的溫度叫熔點．在相同的條件下，不同的晶體熔點不同；同種晶體在氣壓不同或溶解成溶液時熔點也不相同，溶液的熔點還與濃度有關(guān)，但同種晶體在相同的條件下，熔點和凝固點是相同的．根據(jù)晶體的熔化規(guī)律可知，晶體熔化的條件有兩個：①溫度等于熔點，②必須能吸取熱量，晶體的液體凝固的條件也有兩個：①溫度等于凝固點，②必須能放出熱量．晶體在熔化時體積也會發(fā)生變化，一般的晶體熔化后體積增大．少數(shù)反常膨脹的物質(zhì)在熔化后體積減?。久}精講】賽點1熱膨脹例1量程相同、最小刻度都是1℃的甲、乙、丙三支酒精溫度計，玻璃泡的容積甲稍大一些，乙、丙相同，丙玻璃管的內(nèi)徑稍粗一些，甲和乙相同，由此判斷相鄰刻度線之間的距離足A．甲最長 B．乙最長 C．丙最長 D．同樣長【切題技巧】三支酒精溫度計的最小刻度都是1℃，說明相鄰刻度線之間的長度表達(dá)的溫度相等，當(dāng)溫度升高1℃時，液柱升高的高度就是相鄰刻度線之間的距離，根據(jù)h＝可知，這個高度的大小與酒精膨脹的體積成正比，與玻璃管的截面積成反比．甲和乙比較，甲的玻璃泡容積大，升高相同的溫度，甲膨脹的體積大（在其他因素相同時，物體膨脹的體積與物體本來體積成正比），所以在玻璃管的內(nèi)徑時，甲的液柱升得高，即甲相鄰刻度線之間的距離大，乙、丙玻璃泡的容積相同，說明升高1【規(guī)范解答】A【借題發(fā)揮】用長度刻度的測量工具都是在工具上先設(shè)定兩個客觀值，然后將兩個值間的長度按照物理量與長度的函數(shù)關(guān)系刻度．如刻度溫度計，先根據(jù)熱脹冷縮的性質(zhì)，擬定液體膨脹的液柱的高度與溫度成正比，然后在冰水混合物和沸水中擬定0℃和100℃，最后再100等分0℃和在截面積相等的情況下，可用長度表達(dá)溫度等不同的物理量．在溫度這些物理量變化相同時，長度變化的越大，則兩條刻度線間的距離越長，我們繼續(xù)等分這個距離，那么它的分度值就越小，估計讀數(shù)就越準(zhǔn)，當(dāng)然在選擇根據(jù)物質(zhì)的什么性質(zhì)和用什么物理量來表達(dá)測量量時，應(yīng)最佳選擇表達(dá)性質(zhì)的物理量和表達(dá)測量量的物理量成正比或成一次函數(shù)，這樣刻度是均勻的，我們刻度時可以均分，也有助于提高讀數(shù)的精度．所以象量筒、溫度計這樣的測量工具，橫截面積越小，精度越高，【同類拓展】美國有一家工廠要制造一種特殊用途的鋼鋁罐，即鋼罐內(nèi)表面要壓接一層0.25毫米厚的鋁片．焊接專家、鍛壓專家都束手無策，后來，圣迪亞實驗室的科學(xué)家解決了這一難題．他們先把薄薄的鋁片裝到鋼罐內(nèi)與內(nèi)表面相貼，再往鋼罐內(nèi)灌滿水，水中插入冷凍管，使水結(jié)冰，冷凍后鋁膜就與鋼罐接牢了，使鋁膜與鋼罐接牢的因素是()A．鋁膜和鋼罐之間的水把它們凍牢了B．水結(jié)冰時放熱使它們焊牢了C．水結(jié)冰時膨脹產(chǎn)生的巨大壓力使它們壓牢了D．鋁膜與鋼罐發(fā)生化學(xué)反映例2如圖是一金屬管的橫截面，d1是內(nèi)徑，d2是外徑．當(dāng)對金屬管加熱時()A．d1變大，d2變小B．d1變大，d2變大C．d1變小，d2變大D．d1不變，d2變大【切題技巧】當(dāng)固體物質(zhì)熱膨脹時，物體的線度都增大．【規(guī)范解答】B【借題發(fā)揮】本題也可以用還原法來判斷，假設(shè)這個金屬管是一個圓柱體內(nèi)截了一個直徑為d1的小圓柱體，我們將小圓柱體再插回管中，加熱d2增大，小圓柱體的外徑d1也應(yīng)當(dāng)增大，所以d1、d2都應(yīng)增大，【同類拓展】如圖有一塊厚鐵板M，沖下圓柱體N（N能很緊密地塞回原孔）．現(xiàn)把鐵板和鐵柱同時放到爐內(nèi)加熱較長時間，在取出的瞬間()A．N變粗，塞不進(jìn)原孔．B．原孔變大，N很容易塞進(jìn)C．原孔變小，N不能塞進(jìn)．D．N仍能緊密的塞進(jìn)原孔．賽點2溫度計例3某刻度均勻但讀數(shù)不準(zhǔn)的溫度計，用它測量冰水混合物的溫度時，示數(shù)是4℃，當(dāng)冰熔化后，水溫度升高到某一數(shù)值時，發(fā)現(xiàn)它的示數(shù)恰好與真實溫度相等，讓水溫再增長10℃，而溫度計的示數(shù)只增長了9A．92℃ B．94℃ C．96℃ 【切題技巧】測量冰水混合物的溫度時，示數(shù)是4℃，說明這支溫度計的真實的0℃在第四條刻度線上；水溫再增長10℃，而溫度計的示數(shù)只增長了9℃，說明這支溫度汁的分度值為℃，所以這支溫度計表達(dá)100℃需要的格數(shù)為90，再加上0【規(guī)范解答】B【借題發(fā)揮】刻度均勻的測量工具的讀數(shù)都應(yīng)當(dāng)是：數(shù)據(jù)＝分度值×格數(shù)．而刻度均勻但讀數(shù)不準(zhǔn)的溫度計就是指0始點和分度值不準(zhǔn)．所以做這類題就是要找到真實的0點和真實的分度值，特別要強調(diào)的是真實的讀數(shù)還必須從真實的0點開始數(shù)格數(shù)，不一定是從最下面的刻度線開始數(shù)．【同類拓展】用一支刻度均勻、但讀數(shù)不準(zhǔn)的溫度計來測量某物體的溫度時，測量值偏低1℃，當(dāng)該物體的溫度升高10℃后，再用溫度計來測量物體的溫度時，測量值卻偏高了0.5℃，將該物體的溫度繼續(xù)升高10℃，此時用溫度計來測量時，測量值將_______℃(填偏高或偏低多少℃賽點3熔化和凝固圖像例4某同學(xué)在做萘的熔化實驗時，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)，畫出了如圖的曲線，假如記錄和作圖沒有錯誤，則以下判斷中錯誤的是()A．A在t1時刻剛停止加熱，t1時刻又開始加熱；B．B在t＝0的時刻顯示的溫度就是萘的熔點；C．C在0～t1的時間內(nèi)具有萘的放熱過程；D．D在t1～t2的時間內(nèi)萘在不斷地放出熱量．【切題技巧】圖示應(yīng)當(dāng)是晶體的液體凝固和以后的降溫過程的圖像，0-t1階段是凝固過程，其中t1-t2階段是固體降溫過程，t2以后溫度又升高．晶體在凝固時必須放熱，所以0-t1段就必須停止加熱，t1-t2階段要降溫也必須放熱，t2以后溫度又升高，必須加熱，故A是錯誤的．【規(guī)范解答】A【借題發(fā)揮】對于晶體的溫度隨時間變化的圖像，如圖，我們應(yīng)弄清以下問題：①圖像中的過程或點與狀態(tài)的相應(yīng)關(guān)系A(chǔ)B涉及B點為固體；BC為熔化過程，固液共存；CD涉及C點所有為液體；DE涉及E點所有為液體；EF為凝固過程，固液共存；FG涉及G點為固體．從上面的分析可以看出，溫度等于熔點或凝固點的物體狀態(tài)有三種也許：固體、液體、固液共存，②圖像中的過程或點與吸、放熱的相應(yīng)關(guān)系A(chǔ)D整個過程都吸熱，特別BC段雖然溫度不變但一定要吸熱；DG整個過程都放熱，特別EF段雖然溫度不變但一定要放熱．BC和DG段的吸、放熱情況說明，溫度不變，仍也許有熱傳遞發(fā)生，既也許吸熱，也也許放熱．③AB和DE傾斜限度不同，說明它們的狀態(tài)不同時比熱容不同，AB和FG、CD和DE傾斜限度相同，說明它們的狀態(tài)相同時比熱容也相同．【同類拓展】現(xiàn)代建筑出現(xiàn)一種新設(shè)計：在墻面裝飾材料中均勻混入小顆粒狀的小球，球內(nèi)充入一種非晶體材料，當(dāng)溫度升高時，球內(nèi)材料熔化吸熱；當(dāng)溫度減少時，球內(nèi)材料凝固放熱，使建筑內(nèi)溫度基本保持不變．下圖5-5的四個圖象中，表達(dá)球內(nèi)材料的熔化圖象的是()ABCD賽點4熔點和凝固點例5在2023年初的南方冰雪災(zāi)害中．為了更快地使路面上堅硬的冰熔化，住冰面上撒鹽成為有效的輔助手段，其因素重要是冰與鹽混合后，能減少冰的_______，公路上的積水在寒冷的天氣里，常會在公路表面形成一層薄冰，這個過程在科學(xué)上稱為_______．【切題技巧】在冰上撒鹽后，冰能在較低的溫度下熔化，所以能減少冰的熔點，水變成冰的過程叫做凝固．【規(guī)范解答】熔點，凝固【借題發(fā)揮】晶體的熔點不僅與晶體的種類、受到的壓強有關(guān)，還與晶體是否溶有其他物質(zhì)而形成溶液有關(guān)，并且溶液的濃度不同，其熔點也發(fā)生變化，但不是兩種物質(zhì)混合后它們的熔點就發(fā)生變化，如石頭和水混合后，熔點就不變．【同類拓展】大雪過后，會導(dǎo)致路面積雪和積水，危及交通安全．為了盡快消除路面積水，可以通過撒鹽和鋪設(shè)防滑物以及組織掃雪等措施．鹽的濃度（%）05101520凝固溫度（°C）0-3-7.5-12-17上表反映的是鹽的濃度與凝固溫度之間的關(guān)系，運用這一表格，請你估計當(dāng)橋面上積水的厚度達(dá)成2cm，環(huán)境溫度為-3℃賽點5熱傳遞例6某密閉隔熱容器通過中間的閥門被分為A、B兩個部分，現(xiàn)將該容器水平放置，并在A、B中分別裝滿冷水和熱水，如圖，當(dāng)打開中間的閥門后，要使A、B兩容器中的水溫相等，最快的辦法是()A．豎直放置，且A在上方，B．豎直放置，且B在上方，C．如圖保持原有的水平狀態(tài)，D．上述三種情況下，所需時間相同．【切題技巧】熱傳遞有三種方式，對流體來說尚有對流這種特殊的傳熱方式，并且它傳熱比傳導(dǎo)和輻射傳熱更快，所認(rèn)為了使冷熱水的溫度最快的相等，應(yīng)使冷水和熱水對流起來，將密度大的液體放在上面，密度小的物體放在下面．【規(guī)范解答】A【借題發(fā)揮】形成對流的因素是液體受到重力，體積相等時越重的液體越會在它自身重力作用下自動流到下方，所以