八年级物理竞赛专题第2讲 温度、熔化和凝固

八年级物理竞赛专题第2讲温度、熔化和凝固【赛点图解】【技法透析】1．热胀冷缩一般物质在温度升高时体积膨胀，温度降低时体积收缩的现象叫做热胀冷缩，若在温度升高时体积收缩，温度降低时体积膨胀的现象叫做反常膨胀，如0-4℃的水、锑、铋、液态铁等物质都有反常膨胀的性质．对热胀冷缩的固体来说，当温度升高时它的线度（指长、宽度等长度）、表面积、体积都随物体本身和升高的温度的增大而增大，其增量都与升高的温度成正比；线度的增加量与物体原来的线度成正比、表面积的增量与原来的表面积成正比、体积的增量与原来的体积成正比，另外线度、表面积、体积的增量还与物体材料有关．液体和气体的热胀冷缩的性质主要表现为体积的变化、其增量与物质种类，原来的体积和变化的温度有关．用液体的热胀冷缩的性质制成的液体温度计，在升高温度一定的情况下增大温度计中液体的原来的体积，那么液体的体积增大得就多些，液柱面升得就更高些，更易观察，而且指示的温度更准确．液体温度计都是利用在某一温度范围内，液体的体积的增量与升高的温度成正比的原理制成的，但是各国采用的单位不同，导致测量同一物体的温度时数值不相等，但表示的冷热程度应是一样的．不同的温标，采用的温度的单位不同，目前国际上流行使用的温度单位主要有三种：摄氏度、华氏度、开尔文，其中开尔文和摄氏度作单位时温度的分度值是一样的，即升高或降低1℃的温度和升高或降低1K是相同的，但它们的起始点即0点不同，摄氏温度中以1atm下的冰水混合物的温度为0℃，而热力学温度中以绝对零度为OK，绝对零度用摄氏温度表示为-273℃．而华氏温度的分度值和起始点与摄氏温度、热力学温度都不同，它把一定浓度的盐水凝固时的温度规定为0°F，而且1℃是1°F的9/5倍，因为0℃对应的刻度错误或分度值不同，导致刻度均匀的温度计示数不准，这时它和真实温度之间存在的关系是成正比或一次函数，若只是0℃对应的刻度错误，就是成正比；若0℃对应的刻度错误和分度值都不同，就是一次函数．3．热传递热量从一个物体传到另一个物体的现象叫热传递．发生热传递的原因是两物体的温度不等，规律是热从高温物体传递到低温物体，其实质是内能的转移．热传递有三种方式：传导、对流、辐射．①传导：热量沿着物体传递，它发生在一个物体的内部或两相互接触的物体之间，固体之间的热量传递一定是通过传导实现的，它也是其他两种方式发生的前提，不同的物质传热的能力不同，容易传热的物质叫做热的良导体，不容易传热的物质叫做热的不良导体．如空气、羽毛、棉花、塑料、泡沫等物质是热的不良导体，金属都善于传热，其中传热性能最好的是银，其次是铜．②对流：依靠流体（气体或液体）的上下流动来传递热量的方式叫对流，液体或气体受热后体积膨胀，密度减小而上升，周围温度低密度大的流体流到中间来补充，从而使温度不同的流体不断混合，使热量能多条路径传递，提高了传递效率和速度，在太空中流体不能上下流动，所以不能形成对流，而且没有物质，也不能通过传导传热．对流是形成风和洋流的一个原因．③辐射：热沿着直线以可见光和不可见光传递热量的方式叫辐射．传导和对流都必须有传热的介质，而辐射也可以在没有介质的真空中传播．任何物体都向周围辐射热量，辐射能力的强弱与物体的温度、颜色有关，温度越高，颜色越深、表面积越大的物体向外辐射热量的能力越强，物体在向外辐射热量的同时也会吸收外界的热量，温度越低，颜色越深、表面积越大且粗糙的物体从外界吸收热量的能力也越强；当然物体也反射辐射热，物体反射热量的能力越强，它吸收辐射的能力越弱，所以颜色浅、表面光滑的物体反射热量的能力强．4．熔化和凝固规律根据熔化时温度是否发生变化可把固体分成两类，在熔化时吸热温度不变的是晶体，熔化时吸热温度升高的是非晶体．凝固时的规律和熔化时相同，晶体的液体在凝固时放热但温度保持不变，非晶体的液体在凝固时放热温度降低．晶体熔化时的温度叫熔点．在相同的条件下，不同的晶体熔点不同；同种晶体在气压不同或溶解成溶液时熔点也不相同，溶液的熔点还与浓度有关，但同种晶体在相同的条件下，熔点和凝固点是相同的．根据晶体的熔化规律可知，晶体熔化的条件有两个：①温度等于熔点，②必须能吸收热量，晶体的液体凝固的条件也有两个：①温度等于凝固点，②必须能放出热量．晶体在熔化时体积也会发生变化，一般的晶体熔化后体积增大．少数反常膨胀的物质在熔化后体积减小．【名题精讲】赛点1热膨胀例1量程相同、最小刻度都是1℃的甲、乙、丙三支酒精温度计，玻璃泡的容积甲稍大一些，乙、丙相同，丙玻璃管的内径稍粗一些，甲和乙相同，由此判断相邻刻度线之间的距离足()A．甲最长B．乙最长C．丙最长D．一样长【切题技巧】三支酒精温度计的最小刻度都是1℃，说明相邻刻度线之间的长度表示的温度相等，当温度升高1℃时，液柱升高的高度就是相邻刻度线之间的距离，根据h＝VS可知，这个高度的大小与酒精膨胀的体积成正比，与玻璃管的截面积成反比．甲和乙比较，甲的玻璃泡容积大，升高相同的温度，甲膨胀的体积大（在其他因素相同时，物体膨胀的体积与物体原来体积成正比），所以在玻璃管的内径时，甲的液柱升得高，即甲相邻刻度线之间的距离大，乙、丙玻璃泡的容积相同，说明升高1℃的温度时，酒精膨胀的体积相等，丙玻璃管的内径稍粗一些，所以乙的液柱升得高，即乙相邻刻度线之间的距离比丙大．【规范解答】A【借题发挥】用长度刻度的测量工具都是在工具上先设定两个客观值，然后将两个值间的长度按照物理量与长度的函数关系刻度．如刻度温度计，先根据热胀冷缩的性质，确定液体膨胀的液柱的高度与温度成正比，然后在冰水混合物和沸水中确定0℃和100℃，最后再100等分0℃和100℃的长度，得到每一个刻度值．在截面积相等的情况下，可用长度表示温度等不同的物理量．在温度这些物理量变化相同时，长度变化的越大，则两条刻度线间的距离越长，我们继续等分这个距离，那么它的分度值就越小，估计读数就越准，当然在选择根据物质的什么性质和用什么物理量来表示测量量时，应最好选择表示性质的物理量和表示测量量的物理量成正比或成一次函数，这样刻度是均匀的，我们刻度时可以均分，也有利于提高读数的精度．所以象量筒、温度计这样的测量工具，横截面积越小，精度越高，【同类拓展】美国有一家工厂要制造一种特殊用途的钢铝罐，即钢罐内表面要压接一层0.25毫米厚的铝片．焊接专家、锻压专家都束手无策，后来，圣迪亚实验室的科学家解决了这一难题．他们先把薄薄的铝片装到钢罐内与内表面相贴，再往钢罐内灌满水，水中插入冷冻管，使水结冰，冷冻后铝膜就与钢罐接牢了，使铝膜与钢罐接牢的原因是()A．铝膜和钢罐之间的水把它们冻牢了B．水结冰时放热使它们焊牢了C．水结冰时膨胀产生的巨大压力使它们压牢了D．铝膜与钢罐发生化学反应例2如图是一金属管的横截面，d1是内径，d2是外径．当对金属管加热时()A．d1变大，d2变小B．d1变大，d2变大C．d1变小，d2变大D．d1不变，d2变大【切题技巧】当固体物质热膨胀时，物体的线度都增大．【规范解答】B【借题发挥】本题也可以用还原法来判断，假设这个金属管是一个圆柱体内截了一个直径为d1的小圆柱体，我们将小圆柱体再插回管中，加热d2增大，小圆柱体的外径d1也应该增大，所以d1、d2都应增大，【同类拓展】如图有一块厚铁板M，冲下圆柱体N（N能很紧密地塞回原孔）．现把铁板和铁柱同时放到炉内加热较长时间，在取出的瞬间()A．N变粗，塞不进原孔．B．原孔变大，N很容易塞进C．原孔变小，N不能塞进．D．N仍能紧密的塞进原孔．赛点2温度计例3某刻度均匀但读数不准的温度计，用它测量冰水混合物的温度时，示数是4℃，当冰熔化后，水温度升高到某一数值时，发现它的示数恰好与真实温度相等，让水温再增加10℃，而温度计的示数只增加了9℃，那么，当用此温度计去测量一个标准大气压下的沸水温度时，示数变为()A．92℃B．94℃C．96℃D．98℃【切题技巧】测量冰水混合物的温度时，示数是4℃，说明这支温度计的真实的0℃在第四条刻度线上；水温再增加10℃，而温度计的示数只增加了9℃，说明这支温度汁的分度值为109℃，所以这支温度计表示100℃需要的格数为100109CC90，再加上0℃在第四条刻度线上，一共应该是94．【规范解答】B【借题发挥】刻度均匀的测量工具的读数都应该是：数据＝分度值×格数．而刻度均匀但读数不准的温度计就是指0始点和分度值不准．所以做这类题就是要找到真实的0点和真实的分度值，特别要强调的是真实的读数还必须从真实的0点开始数格数，不一定是从最下面的刻度线开始数．【同类拓展】用一支刻度均匀、但读数不准的温度计来测量某物体的温度时，测量值偏低1℃，当该物体的温度升高10℃后，再用温度计来测量物体的温度时，测量值却偏高了0.5℃，将该物体的温度继续升高10℃，此时用温度计来测量时，测量值将_______℃(填偏高或偏低多少℃），用这个温度计分别来测量标准大气压下的沸水温度和冰水混合物的温度时，两者的示数差为_______℃．赛点3熔化和凝固图像例4某同学在做萘的熔化实验时，根据记录的数据，画出了如图的曲线，如果记录和作图没有错误，则以下判断中错误的是()A．A在t1时刻刚停止加热，t1时刻又开始加热；B．B在t＝0的时刻显示的温度就是萘的熔点；C．C在0～t1的时间内含有萘的放热过程；D．D在t1～t2的时间内萘在不断地放出热量．【切题技巧】图示应该是晶体的液体凝固和以后的降温过程的图像，0-t1阶段是凝固过程，其中t1-t2阶段是固体降温过程，t2以后温度又升高．晶体在凝固时必须放热，所以0-t1段就必须停止加热，t1-t2阶段要降温也必须放热，t2以后温度又升高，必须加热，故A是错误的．【规范解答】A【借题发挥】对于晶体的温度随时间变化的图像，如图，我们应弄清以下问题：①图像中的过程或点与状态的对应关系AB包括B点为固体；BC为熔化过程，固液共存；CD包括C点全部为液体；DE包括E点全部为液体；EF为凝固过程，固液共存；FG包括G点为固体．从上面的分析可以看出，温度等于熔点或凝固点的物体状态有三种可能：固体、液体、固液共存，②图像中的过程或点与吸、放热的对应关系AD整个过程都吸热，特别BC段虽然温度不变但一定要吸热；DG整个过程都放热，特别EF段虽然温度不变但一定要放热．BC和DG段的吸、放热情况说明，温度不变，仍可能有热传递发生，既可能吸热，也可能放热．③AB和DE倾斜程度不同，说明它们的状态不同时比热容不同，AB和FG、CD和DE倾斜程度相同，说明它们的状态相同时比热容也相同．【同类拓展】现代建筑出现一种新设计：在墙面装饰材料中均匀混入小颗粒状的小球，球内充入一种非晶体．．．材料，当温度升高时，球内材料熔化吸热；当温度降低时，球内材料凝固放热，使建筑内温度基本保持不变．下图5-5的四个图象中，表示球内材料的熔化图象的是()ABCD赛点4熔点和凝固点例5在2008年初的南方冰雪灾害中．为了更快地使路面上坚硬的冰熔化，住冰面上撒盐成为有效的辅助手段，其原因主要是冰与盐混合后，能降低冰的_______，公路上的积水在寒冷的天气里，常会在公路表面形成一层薄冰，这个过程在科学上称为_______．【切题技巧】在冰上撒盐后，冰能在较低的温度下熔化，所以能降低冰的熔点，水变成冰的过程叫做凝固．【规范解答】熔点，凝固【借题发挥】晶体的熔点不仅与晶体的种类、受到的压强有关，还与晶体是否溶有其他物质而形成溶液有关，而且溶液的浓度不同，其熔点也发生变化，但不是两种物质混合后它们的熔点就发生变化，如石头和水混合后，熔点就不变．【同类拓展】大雪过后，会造成路面积雪和积水，危及交通安全．为了尽快消除路面积水，可以通过撒盐和铺设防滑物以及组织扫雪等措施．盐的浓度（%）05101520凝固温度（°C）0-3-7.5-12-17上表反映的是盐的浓度与凝固温度之间的关系，利用这一表格，请你估计当桥面上积水的厚度达到2cm，环境温度为-3℃时，撒盐车应在每平方米的冰面上撒多少盐才能去除桥面上的积水？赛点5热传递例6某密闭隔热容器通过中间的阀门被分为A、B两个部分，现将该容器水平放置，