高中物理奧賽解題研究全套課件10物態(tài)變化

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容器里裝有少量的水，如果很快地抽出容器里的空氣，由于急劇地蒸發(fā)剩下的水全部凝結成了冰，問冰的質量占原有水質量的百分之幾？（水在0℃時的氣化熱是539cal/g，凝固熱是80cal/g）．（1955年全國高考題，也常見于奧賽輔導資料）由于題設過程是在短時間內完畢的，所以這一物態(tài)變化可以認為是在絕熱條件下進行的.水凝結成冰所放出的熱量等于另一部分水氣化所吸收的熱量．即故原解（1955年高考評分的參考解答）水蒸氣也未始終處于動態(tài)飽和狀態(tài).m1m2設凝固成冰的水的質量為m1，氣化部分水的質量為m2.則水蒸氣沒有對外做功；例1新解V′為質量為m2的水氣化后的體積,設V為質量為m2的水在液態(tài)時的體積,由克拉珀龍方程有而將此兩式以及L、的數據（取國際單位）代入上式便得而原解答的較精確的結果是：百分比的變小意味著，按照新的解答較少的水凝固成冰放出的熱量可供較多的水蒸發(fā)時吸收.在0℃的飽和蒸汽壓（p=6.106×102Pa）.p為水蒸汽故冰的質量占原有水的百分比為則m1m2V、V′若蒸發(fā)和凝固同時進行的過程剛結束水蒸氣達不到飽和狀態(tài)，需要拓展資料什么條件本題才能解？是否蒸發(fā)和凝固同時進行的過程剛結束時水蒸氣必定能達到０℃的飽和狀態(tài)？在什么情況下蒸發(fā)和凝固同時進行的過程剛結束水蒸氣將不能達到飽和狀態(tài)？若蒸發(fā)和凝固同時進行的過程剛結束水蒸氣達不到飽和狀態(tài)，本題還可解嗎？題后思考若蒸發(fā)和凝固同時進行的過程剛結束水蒸氣達不到飽和狀態(tài)，以后將發(fā)生什么現象？參考文獻：姜樂，李衛(wèi)平.對一道經典熱學題目解答的商討.中學物理，2009年第12期.m1m2m1m2真空在密閉的容器中盛有100℃的飽和水氣和少量水，水氣質量為100g,水的質量為1g.試問：（1）要將容器加熱到多少度，才能使容器中的水全部氣化？（2）這個過程要供給容器多少熱量？（設溫度每升高1度，水的飽和氣壓增加3.7×103Pa,水在100℃的氣化熱L=2.26×106J/kg，水氣的等容比熱容cV=1.38J/kg.K）原解如圖，①對加熱前的飽和水蒸氣，由狀態(tài)方程有水剛好蒸發(fā)完時，設容器內的飽和水蒸氣溫度升高，則壓強的增大量②（式中）對此時容器中的飽和水蒸氣，由氣態(tài)方程有③由①、②、③解得T0T0+ΔT例2代入已知數據，算得容器最后的溫度為另一部分是使質量（100g+1g）、溫度100℃的水蒸氣等容升溫0.29K所需的熱量.代入已知數據，算得新解所以所需的熱量可分為兩部分：一部分是使質量1g、溫度100℃的水氣化成100℃的水蒸氣所需的熱量，（1）同原解.注意：在原過程中ΔU=Q吸；任務：設計另一過程達到同樣的末態(tài)（1）便于正確利用“L”作計算；（2）并計算該過程系統的ΔU.能否直接由圖2首先，讓容器從外部緩慢吸熱，活塞緩慢上升，使容器中的飽和水氣保持壓強為、溫度為不變，至容器中的水全部氣化為止，如圖2.外界對系統做功為此過程結束時，容器中的水蒸氣仍為飽和氣．如圖3.接著，固定活塞，讓水蒸氣進一步等容吸熱，使其溫度升高到圖3在此過程中系統吸熱為在此過程中系統吸熱為此過程結束時，容器中水蒸氣變?yōu)槲达柡蜌猓?）計算此過程吸熱設想原容器為圓柱形，容器中的水氣及水被可沿容器無摩擦自由滑動的活塞密封，水氣的壓強可通過增減活塞上疊放的小砝碼進行調控．如圖１．圖1質量為m的水在這一過程中，外部對氣體做功為，與此同時系統吸熱為此過程結束后，系統的內能并不改變.圖4進而緩慢下壓活塞，同時讓容器向外部緩慢放熱，以保持容器中的水蒸氣溫度為T不變，至容器中水蒸氣變?yōu)轱柡蜌鉃橹?，如圖4.蒸氣的壓強變?yōu)榇藭r，水替代過程原過程經過上述設想的三個過程后，系統所處的狀態(tài)與其經過原題所述的過程之后的狀態(tài)是完全相同的，其內能的變化也是相同的.對系統所經歷的設想的三個過程，由熱力學第一定律有對系統所經歷的原題所述的過程，由熱力學第一定律有替代過程原過程所以，系統經歷原題所述的過程需吸收的熱量為繞了這么大一個彎子，設想了這么多的輔助過程，就是為了正確利用水的氣化熱L來進行計算.研究資料上對該題的解答，其錯在何處？你能否設計其他過程來替代原過程從而求得吸熱？題后總結與思考替代過程原過程體積V=6.0×10-3m3的絕熱密封容器內盛有溫度T1=393K的飽和水蒸氣，飽和蒸氣壓p1=1.96×105Pa.今向容器內噴入溫度T′=283K的一定質量的水后，容器內溫度降至T2=373K，而飽和蒸氣壓也降至p2=9.81×104Pa.已知水的比熱c=4.186×103J/(kg.K),水蒸氣的定容摩爾熱容CV,m=3R，T2、p2時的氣化熱L=2.26×106J/kg.試問此過程中有多少質量的原水蒸氣凝結成水？設開始時容器內飽和水蒸氣質量為M，噴進的水質量為m，有質量為ΔM的原水蒸氣凝結為水，解則系統在初、末兩態(tài)時，有氣態(tài)方程又設水在T2的比容為v（近似取為).進一步研究容器中的熱量轉移①②熱力學過程如圖所示.最后容器中的蒸氣質量為（M－ΔM），水的質量為（m+ΔM）.例3一方面，質量為M、溫度為T1的水蒸氣放熱降溫（至T2）最終變?yōu)橘|量為ΔM的水和質量為（M-ΔM）的水蒸氣.另方面，質量為m、溫度為T′的水吸熱:所放出的熱量視為兩部分：質量為M的水蒸氣先等容降溫至T2而放熱：其中質量為ΔM的部分水蒸氣繼而等溫凝結成水而放熱：①式解出M，代入②、③式，再消去m，便可解得 代入已知數據，算得參考文獻：李衛(wèi)平、王志宏、王志紅.應該如何計算溫度變化時的“液——氣”相變吸（放）熱.物理教師.2009（1）.

思考研究錯在何處，請分析；做出正確解答.③所以有①②又是一個判斷移動情況的問題！與以往的有些不同哦！假定水銀柱不動，看上、下氣體的壓強變化誰大誰小？解研究下方的氣體：設溫度升至（T0+ΔT）時，壓強為p1，①則兩端封閉、粗細均勻的石英管豎直放置，如圖.管內有一段水銀柱，水銀柱下方為空氣，上方為一種可分解的雙原子分子氣體.此種雙原子分子氣體的性質為：當T>T0時，它的分子開始分解為單原子分子,用N0表示T0時的雙原子分子數，ΔN表示(T0+ΔT)時分解了的雙原子分子數.其分解規(guī)律為當ΔT很小時，有如下的關系：已知初始溫度為T0,此時下方的氣柱長為2l0,上方的氣柱長為l0,水銀柱產生的壓強為下方氣體的壓強p0的α倍（0<α<1）,忽略石英管和水銀柱體積隨溫度的變化，試問當溫度由T0稍稍增大時，水銀柱是上升還是下降？例1疑難題解答研究研究上方的氣體：溫度為T0時雙原子理想氣體的壓強為.設此時雙原子氣體的摩爾數為，則由克拉伯龍方程有②設溫度上升至(T0+ΔT)時，單、雙原子氣體摩爾數分別為則有于是得由克拉伯龍方程知此時壓強為p2滿足③即由②/③消去V0、，解出①上方氣體質量未變，能否用狀態(tài)方程計算上方氣體末態(tài)的壓強？上方氣體與水銀柱的壓強的總和為④研究將①④代入，得可做出如下判斷：

題后總結與思考分子的分解與蒸發(fā)的處理類似.最終結果與上、下氣柱的長度為何無關？①考察水銀柱下端的薄片的受力情況：考慮到解設t27=27℃時水的飽和氣壓為p飽，如圖，設容器長度為L0，當活塞下降至氣柱長度為L時水氣剛開始凝結.對管內的水氣，由混合理想氣體的狀態(tài)方程有由以上兩式得（1）如圖所示，有一個一端開口一端封閉的長圓柱形導熱容器，將其開口端向上豎直放置.在氣溫為27℃，氣壓為760×1.33×102Pa，相對濕度為75%時，用一質量可不計的光滑輕薄活塞將開口端封住.、已知水的飽和氣壓在27℃時為26.7×1.33×102Pa,在0℃為4.58×1.33×102Pa.（1）若保持溫度不變，想通過在活塞上注入水銀增加壓強的辦法使管內開始有水珠出現，那么容器至少應為多長？（2）若在水蒸氣剛開始凝結時固定活塞，降低容器溫度，當溫度降至0℃時，容器內氣體的壓強為多少？的壓強依題設為則未注水銀時管內水氣例2

思考下面研究要通過注入水銀的方式來下壓活塞（水銀不溢出），管至少多長的問題.起初時在什么情況下緩緩注入少量水銀才不至于使水銀溢出管外？如果管子較長