08讲 熔化和凝固的温度—时间图像、晶体与非晶体、噪声(教师版) 2023年初中物理自主招生讲义68讲

第1 页/ 共33 页 初中物理自主招生讲义08 熔化和凝固的温度—时间图像、晶体与非晶体、噪声 1 — ．熔化和凝固的温度 时间图像 【知识点的认识】要明确知道熔化吸热、凝固放热；分清晶体有一定的熔点（凝固点）熔 化时温度不变，晶体凝固时温度不变；非晶体没有一定的熔点（凝固点）． 凝固、熔化图象： 晶体 非晶体 熔化 凝固 【命题方向】 中考时判断那个图象是熔化那个是凝固图象，且判断那个是晶体的熔化图象那个是非晶体 的熔化图象，或判断那个是晶体的凝固和非晶体的凝固图象时一个重点；在晶体的熔化和 凝固时，像每一段物质所处状态的判断也是一个重点． 例1 ：图中，表示非晶体熔化时温度随时间变化的图象是（ ） ． B． ． D． 分析：首先明确熔化过程是一个吸热的过程．其次要分清晶体与非晶体在熔化（凝固）时 的最大区别，那就是一个有熔点（凝固点），一个没有熔点（凝固点）． 解：、随着时间的沿长，物体的温度在上升，说明物体在吸热，并有一段时间吸热温度不 第1 页/ 共33 页 变，说明这是晶体熔化的图象； B、随着时间的沿长，物体的温度一直在升高，说明这是非晶体熔化的图象； 、随着时间的沿长，物体的温度在下降，说明物体在放热，且有一段时间放热温度不变， 说明这是晶体凝固的图象； D、随着时间的沿长，物体的温度一直在下降，说明这是非晶体凝固的图象；故选B． 点评：解决此题的关键有两点，一是明确熔化吸热、凝固放热；二是分清晶体有一定的熔 点（凝固点），非晶体没有一定的熔点（凝固点）． 例2：图是某种物质物态变化过程中温度随时间变化的图象，该图象反映的可能是 （ ） ．蜡的熔化过程 B ．蜡的凝固过程 ．海波的熔化过程 D．海波的凝固过程 分析：根据原图的曲线走向，可以首先判断出此图是某物体的凝固过程，而只有晶体才有 凝固点，可根据上述分析判断出正确的选项． 解：由图知：温度随时间的增加而降低，所以是凝固过程；在温度变化过程中，有一条平 行于横轴（时间）的线段，说明在此段时间内温度没有发生变化，所以此时间的温度值即 为该物体的凝固点，而只有晶体才有凝固点，可以排除、B、；故选D． 点评：此题不但要根据图象判断出是熔化还是凝固现象，还要了解海波是晶体有凝固点而 蜡是非晶体没有凝固点．在凝固过程中，要注意，当物体的温度达到凝固点时，虽然此过 程仍然是放热过程，但是温度不会发生变化． 【解题方法点拨】要抓住晶体和非晶体熔化和凝固时特点：晶体有一定的熔点（凝固 点），熔化（凝固）时温度不变，继续吸热（放热），学习时要用比较法来记住它们的特 点． 一 — ．熔化和凝固的温度 时间图像（共8 小题） 1 ．某种物质熔化过程中温度随时间变化的图线如图所示，据图可知，该物质（ ） 第1 页/ 共33 页 ．是晶体，熔点是30℃ B．是非晶体，熔点是0℃ ．熔化前，升温比熔化后升温快 D．熔化时，与外界不发生热传递 2 ．如图所示为海波的熔化图象，从图象中获得的信息说法正确的是（ ） ．海波的沸点是48℃ B．海波在B 段吸收了热量 ．海波在D 段是气态 D．6m 时海波已全为液态 3 ．如图所示为冰在加热过程中，温度随时间变化的图象。以下说法中不正确的是（ ） ．冰是一种晶体 B．冰的熔点为0℃ ．从t1到t2，冰处于熔化过程 D．从t1到t2，冰的质量保持不变 4．如图所示，是某种物质熔化时温度随时间变化的图象。根据图象的特征和信息。以下说 法中错误的是（ ） 第1 页/ 共33 页 ．该物质是晶体 B．该物质的熔点是80℃ ．该物质从开始熔化到完全熔化大约持续了15 分钟的时间 D．该物质在熔化过程中是放热的 5．如图所示是某物质熔化时温度随时间变化的图象，由图象所给信息，下列判断正确的是 （ ） ．该物质的熔点是0℃，在第2m 到第3m 内是固液共存态，其内能增加 B．该物质的熔点是0℃，在第2m 到第3m 内是固液共存状态，其内能不变 ．该物质的熔点是﹣4℃，在第5m 到第6m 内是液态，其内能增加 D．该物质的熔点是0℃，在第5m 到第6m 内是气态，其内能增加 6．（多选）小明利用如图甲所示装置探究某固体物质的熔化特点，他每隔相同时间记录一 次温度计的示数，并观察物质的状态。绘制成图像如图乙所示，下列分析错误的是（ ） ．该物质是晶体，熔点是0℃ B．该物质在B 段的比热容小于D 段的比热容 ．该物质熔化过程持续了15 分钟 D．该物质在熔化过程中吸收热量，但温度不变，所以内能也保持不变 第1 页/ 共33 页 7．如图所示是某物质熔化时其温度随时间变化的图象，根据该图象你能获得哪些有价值的 信息，请写出两条：信息一： 。信息二： 。 8．阅读材料，回答问题 “ ” 盐化冰雪保安全 “ ” 北美、北欧、俄罗斯等地区和国家，比较早的采用了撒盐融化冰雪的方法，以应对城 市交通和公路交通由于下雪造成的困难。使用最早、用量最大的盐是氯化钠（食盐）。 它资源丰富、价格低廉、化冰雪效果好。美国自1930 年开始使用，1950 年以后的用量 “ ” 大增，一段时期美国每年的撒盐数量可达数千万吨，占盐业公司总销量的1/3，而加 拿大每年用到300 500 ﹣ “ ” 万吨。撒盐不仅在保证交通畅通方面发挥了优异功能，而且 “ ” 在保证安全、降低交通事故方面更显示出突出效果。美国有研究统计表明，撒盐可减 少事故发生率达883% “ ，加上经济、资源因素的综合考虑，与其他化冰雪方法相比，撒 ” 盐被认为是最经济、有效、快捷的方法。因此，在很长时期内，对于城市市政、公路 “ ” 管理部门等，撒盐成为主要的、不可缺少的应对冬季下雪的措施。 “ ” 然而，随着时间的推移，撒盐的负面影响也逐渐显露出来，而且越来越显严重。人们 “ ” “ ” 对撒盐的认识也发生变化和产生疑虑。一些国家，由于长期撒盐的结果，已经造成 “ ” “ ” … 了巨大的盐害。盐害主要体现在 问题：（1 “ ” ）上文中提到撒盐能够融化冰雪，请你用学过的物理知识，针对这一现象 的原因提出一个合理的猜想，说出你猜想的理由。 猜想： ；理由： 。 （2）为了验证这一猜想，他将一些盐放入水中，并把溶化后的盐水用容器盛好放入冰 箱的冷冻室，研究盐水的凝固过程。每隔一定时间，小明就观察盐水的状态、测出温 度，并将凝固过程记录的温度数据画成了凝固图象，如图所示。 第1 页/ 共33 页 ①从图象中可以看出盐水从第 m 开始凝固。 ②盐水的凝固点为 ℃．实验验证了小明的猜想，因为与水相比，凝固点变 “ ” “ ” 了（选填高或低）。 （3 “ ” ）去年，我省大部分地区都降了十多年不遇的大雪，撒盐在有效应对积雪带来的 “ ” “ ” 安全隐患时，我们也必须意识到上文中提到的撒盐的负面影响﹣﹣盐害，请根据你 “ ” 的了解，写出盐害的一种表现： 。 2．探究固体熔化时温度的变化规律 【知识点的认识】熔化和凝固的探究实验老师先演示，然后让学生分组到实验室再做实 验．我们一般以石蜡和海波为例，来研究晶体和非晶体正在熔化时，它们在硬度、弹性方 面的不同．例如：海波的熔化 （1）把装有海波的试管（高度约3m）放在盛有热水（稍低于熔点，海波的熔点是48℃） 的大烧杯里．试管内装有温度计和搅拌器（玻璃棒），随时搅拌海波，并每半分钟记录一 次温度． （2）等海波的温度接近熔点时，稍减慢加热速度．注意观察海波的变化． 【命题方向】 熔化和凝固的探究实验是中考重点实验考查的课题，尤其在熔化和凝固过程 观察的现象是命题关键：例如海波熔化时的现象：（1）开始加热时，海波物态不变，温度 计示数逐渐增大（2）在一定的温度下（熔点）海波开始融化，熔化过程中吸热，但温度计 示数保持不变，海波处于固液共存态．（3）当海波全部熔化完毕，继续加热，温度计示数 又逐渐增高． “ ” 例：如图甲是探究固体熔化时温度的变化规律的实验装置． 第1 页/ 共33 页 （1 ）把石棉垫在烧杯下，并将试管放在水中加热，是为了使固体粉末受热 均匀 （选 “ ” “ ” 填均匀或不均匀）． （2）将温度计插入试管中时，温度计的玻璃泡要全部插入固体粉末中，不要碰到试管底或 试管壁 ．若某时刻温度计的示数如图乙所示，则此时温度计的读数为 46 ℃． （3）下表是实验中记录的数据． 时间/m 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 温度/℃ 40 42 44 46 48 48 48 48 48 50 53 根据表中数据可知，该物质的熔点是 48 ℃ ；该物质是 晶体 “ ” “ （选填晶体或非晶 ” 体）． （4）能反映上述固体熔化时温度变化规律的是图丙b 中的 ． 分析：（1）探究固体熔化时温度的变化规律实验时，一般都采用水浴法，物体的温度变化 比较均匀，并且变化比较慢，便于记录实验温度． （2）在使用温度计时，玻璃泡要与被测物体充分接触．在进行读数时，要注意其分度值． （3）掌握晶体和非晶体在熔化过程中的区别：晶体在熔化过程中，温度不变；非晶体在熔 化过程中温度不断上升．会分析晶体的熔化图象．知道晶体熔化时的温度为熔点． （4）通过图象判断晶体与非晶体时，重点观察是否有一段时间物质吸热，但温度不再升 高，这说明此时这种物质达到了熔点，正在熔化． 解：（1）将装有固体粉末的试管放入水中加热，这是水浴法，采用水浴法，物体的温度变 化比较均匀，并且变化比较慢，便于记录实验温度． （2）用温度计测量固体粉末的温度时，温度计的玻璃泡要全部浸入固体粉末中，不要碰到 试管底或试管壁．由图知，温度计的分度值为1℃，所以其示数为46℃． （3）由图知，该物质在熔化过程中，温度保持48℃不变，所以该物质为晶体．并且熔点 为48℃． （4）比较图象丙和丁可知，丙物质有一段时间吸热但温度不再升高，而丁物质边吸热、温 度边升高，说明丙是晶体，故能反映上述固体熔化时温度变化规律的是图丙中的． 第1 页/ 共33 页 故答为：（1）均匀；（2）试管壁；46；（3）48；晶体；（4）． 点评：此题探究不同物质在熔化过程中温度的变化特点，主要考查了学生对温度计的使用 和读数．同时考查了有关晶体和非晶体在熔化过程中的区别．此实验还考查了怎样使物质 受热均匀，像实验中的一些细节也是同学们应该注意的问题． 【解题方法点拨】平时要培养好学生做实验的动手能力；为了研究不同固体在熔化时温度 变化的规律，安排两个同时进行的实验，绘制了两个不同的熔化曲线，得出了两种不同的 规律，这是一种比较研究方法． 二．探究固体熔化时温度的变化规律（共5 小题） 9 ．如图是探究冰熔化特点的装置图，该实验中没有使用酒精灯加热的原因是（ ） ．冰在熔化过程中要放出热 B．冰的熔点比实验时的气温低许多，冰从周围空气吸热 ．一部分冰升华放热使其余的冰熔化 D．冰可以在任意温度下熔化 10．小刚在探究海波和蜂蜡的熔化规律时，记录实验数据如下表所示，请回答下列问题。 加热时间/m 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 蜂蜡的温度/℃ 40 41 42 44 46 47 48 49 51 52 54 海波的温度/℃ 40 42 44 46 48 48 48 48 48 50 53 根据表中的实验数据可以判断： （1）蜂蜡属于 “ ” “ ” （选填晶体或非晶体）；（2）海波的熔点为 ℃。 11．如图甲所示是萘的熔化实验装置 （1 ）将装有萘的试管放在盛水的烧杯中加热而不是直接加热的目的是 ； （2）图乙是小明绘制的萘熔化的图象，其中B 段物体处于 态，整个熔化过程用 时约 分钟；由图象可以推断，萘是 “ ” “ ” （选填晶体或非晶体）。 （3 ）图丙是某一时刻读取温度计时的情景，温度计的读数方法正确的是 （选 第1 页/ 共33 页 “” “ 填 、B” “” 或 ），此时的温度为 ℃。 12．如图甲所示，是萘的熔化实验装置。 （1）将装有萘的试管放在盛水的烧杯中加热而不是直接加热的目的是： ； （2）图乙是小明绘制的萘熔化的图像，其中B 段物体处于 “ ” “ （选填固态、液 ” “ ” 态、固液共存态），整个熔化过程用时约 分钟。 （3）由图乙可知，萘固态时的比热容 “ ” “ ” “ ” （选填大于、小于或等于）液态时 的比热容。 13．寒冷的冬天，某兴趣小组发现，一根两端拴有重物的细金属丝，挂在一个粗大的冰块 上。一段时间后，出现了如下有趣的现象：细金属丝割穿了冰块，而冰块保持完整。 他们对此现象进行了讨论，认为这是由于冰的熔化和凝固引起的。关于冰熔化的原因。 他们提出了以下三种猜想：猜想1：冰块的厚度小。猜想2：金属丝的温度低。 猜想3：金属丝对冰块的压强大。 （1）根据所学知识，他们经过讨论，断定猜想2 是错误的。你认为他们判断的依据是 。 第1 页/ 共33 页 （2）为了验证猜想1 是否正确，只改变冰块的厚度进行实验，金属丝都能割穿冰块。 这说明猜想1 是 的。 （3）请设计一个简单实验，验证猜想3 是否正确，简述你的实验方。 简要做法： ； 如何判断： 。 3．熔点和凝固点的概念 【知识点的认识】 熔点与凝固点是物质在其气压下液态﹣固态达到平衡时的温度称为熔点或凝固点（凝固点 指的是物体由液态转变为固态的临界温度值，熔点指的是物体由固态转变为液态的临界温 度值）．这是由于固体中原子或离子的有规则排列因温度上升，热运动变得杂乱而活化， 形成不规则排列的液体的一种现象，相反的过程即为凝固．对于液体变为固体时的温度常 称为凝固点或冰点，与熔点不同之处在于放出热量而不是吸收热量．其实物质的熔点和凝 固点是一致的． ℃ 附：部分物质的熔点（单位： ，在标准大气压下） 钨 3410 铝 650 固态水银 39 ﹣ 纯铁 1535 铅 328 固态甲苯 95 ﹣ 钢 1515 锡 232 固态酒精 117 ﹣ 灰铸铁 1177 萘 805 固态氮 210 ﹣ 铜 1083 海波 48 固态氧 218 ﹣ 金 1064 冰 0 固态氢 259 ﹣ 【命题方向】 液体的凝固点和南极最低气温之间的关系选择合适的温度计测量，利用凝固和熔化时的条 件解决生活实际问题，是中考热点． 例1：在严寒的冬天，需要排尽汽车水箱里的水并注入防冻剂．与水相比，防冻剂不易冰 冻也不易开锅（沸腾），这是因为（ ） ．防冻剂的凝固点比水的凝固点高，沸点比水的沸点低 B．防冻剂的凝固点比水的凝固点高，沸点比水的沸点高 ．防冻剂的凝固点比水的凝固点低，沸点比水的沸点低 D．防冻剂的凝固点比水的凝固点低，沸点比水的沸点高 分析：（1）液体的凝固点跟液体的种类、气压、杂质有关．种类不同凝固点不同；气压增 第1 页/ 共33 页 大，凝固点降低；有杂质掺入凝固点降低． （2）液体的沸点跟液体的种类、气压、杂质有关．种类不同沸点不同；气压增大，沸点升 高；有杂质掺入沸点升高． 解：防冻液中掺入了很多的其他的杂质，凝固点降低，沸点升高．故选D． 点评：掌握熔点和凝固点、沸点高低的影响因素． 【解题方法点拨】 同种晶体熔点和凝固点相同，不同晶体熔点不同，晶体熔化的条件：达到熔点，继续吸收 热量．凝固的条件：达到凝固点，继续放热，利用这些特点才能解题． 三．熔点和凝固点的概念（共2 小题） 14．在北方的冬天，汽车驾驶员常用水和酒精的混合物作为汽车冷却系统的冷却剂，这是 由于这种混合液具有（ ） ．较低的沸点 B．较高的熔点 ．较低的凝固点 D．较好的冷却效果 15．车的危害主要表现在路况的改变。路面积雪经车辆压实后，车轮与路面的摩擦力减 小，汽车易左右滑摆。同时，汽车的制动距离也难以控制，一旦车速过快、转弯太急， 都可能发生交通事故。专家研究表明，气温不同，积雪的厚薄不同，对汽车的危害也不 一样。当积雪厚度在5 15m ﹣ ，气温在0℃左右时，汽车最容易发生事故。因为在这种 “ ” 条件下，路面上的冰雪常会呈夜冻昼化状态。此时，护路工人常在路面上撒大量的 “ ” 盐，以避免夜冻昼化现象，即在相同气温条件下，融化了的冰雪不再结冰，从而减少 交通事故的发生。 提出问题：在相同气温条件下，为什么水不再结冰了？ 猜想与假设：请你用学过的物理知识，针对这一现象产生原因提出一个合理的猜想，并 说出你猜想的理由。猜想： 。理由： 。 分析与交流：除了在路面上撒盐外，你还有什么常用的办法，可以避免减少交通事故， 这样做的道理是什么？方法： 。道理： 。 4．晶体与非晶体熔化和凝固的温度曲线 【知识点的认识】 第1 页/ 共33 页 对B、B、D、DE、EF、FG 各段的状态、吸放热情况都应能从图象中分析出： B 段：表示固态晶体随着时间的延长吸热温度升高． B 段：表示晶体熔化过程，随着时间的延长，固态物质越来越少，液态物质越来越多，熔 化过程中物质处于固液共存状态，此过程吸热，但温度不变，此时对应的温度为该晶体的 熔点，B 点为固态，还未熔化；点为液态，晶体完全熔化． D 段：表示液态（固态晶体全部转化成液态）随时间延长而吸热，温度升高． DE 段：表示液态、放热、降温． EF 段：表示凝固过程，放出热量，温度保持不变，物质处于固液共存状态．从图象上看， 越接近F 点固态物质越多，液态物质越少．此时的温度叫凝固点，与熔点相同．E 点全为 液体，还未来得及凝固；F 点全为固体，液体已完全凝固． FG 段：表示凝固过程完成后，固态晶体放热、降温． 【命题方向】晶体的熔化和凝固图象分成的B 段，B 段