8年级上册沪粤版物理 4.2探究汽化和液化的特点 逐字稿-5,217字

  师:今天我们学习中学物理沪粤版八年级上册第四章4.2,探究汽化和液化的特点。航天飞船的基石——火箭发射升空时会产生大量热量,为防止高温烧毁设备,发射塔下面设有大水槽。火箭点燃发射后,短短几秒钟,水槽里的水就会沸腾,由液体变为气体。物理学中,把物质由液态变为气态的现象叫做汽化。比如瓶中装有酒精,拧开瓶塞能闻到酒精味,这表明液态酒精汽化,变成气态酒精扩散到空气中,所以能被闻到。湿衣服晾晒后会慢慢变干,池塘里的水,无论在什么温度下,都存在缓慢汽化成水蒸气的现象。这种只在液体表面进行的汽化现象叫做蒸发。同学们思考一下,影响液体蒸发快慢的因素有哪些?

  活动一:探究影响液体蒸发快慢的因素。

  师:在两个玻璃板上分别滴等量的酒精,其中一个用酒精灯加热。同学们想想,两个玻璃板上的液滴,哪个干得快?

  生:用酒精灯加热的那个干得快。

  师:很好。再在两个玻璃板上分别滴等量的酒精,用小电扇给其中一个吹风,两个玻璃板上的液滴哪个干得快?

  生:用电扇吹风的干得快。

  师:非常好。接着在两个玻璃板上分别滴等量的酒精,改变它们的表面积。两个玻璃板上的液滴哪个干得快?

  生:表面积大的干得快。

  师:大量示例表明,对同种液体而言,影响蒸发快慢有三个因素:一是液体的温度,液体温度越高,蒸发越快;二是液体表面空气流动速度,液体表面空气流动越快,蒸发越快;三是液体的表面积,液体表面积越大,蒸发越快。那么液体蒸发过程中有什么特点呢?我们对一支温度计的液泡喷洒相同温度的酒精,会看到酒精在蒸发过程中,温度计的示数明显下降,这说明酒精蒸发吸热,导致温度降低。像刚从水中出来被风一吹感到特别冷,炎热夏天在地面上洒水会感到凉快,这些都是因为水在蒸发时要吸收热量。综上所述,可以得出液体蒸发的特点是吸热。同学们仔细观察水烧开时的两幅图片。物理学中把液体内部和表面同时进行的剧烈的汽化现象叫做沸腾。液体沸腾过程中有什么特点呢?

  我们以水为例,探究水沸腾时温度变化的特点。同学们思考一下,实验需要哪些器材?如何安装器材?实验过程中要注意什么?观察什么?记录什么?

  实验装置如图所示,实验器材有铁架台、酒精灯、石棉网、烧杯、带孔纸板、温度计、细线、秒表、火柴。大家思考一下,带孔纸板有什么作用?

  生:纸板可以减少热量散失,同时能固定温度计,小孔可以使烧杯内外气压平衡。

  师:非常正确。实验过程中要注意自下而上安装器材,用酒精灯的外焰加热烧杯底部,温度计的液泡要浸没在水中,且不能接触杯底和杯壁。观察事项:一是观察并记录水沸腾前后的温度变化特点;二是观察水沸腾前后气泡的变化情况。

  活动二:探究水沸腾时温度变化的特点。

  师:探究水沸腾时的温度变化规律。在日常生活中,我们把水烧开才能饮用,通常所说的烧开,就是把水烧至有大量气泡产生,这种现象在物理学中叫做沸腾。点燃酒精灯对烧杯进行加热,一段时间后可以看到烧杯底部有少量气泡产生。继续加热,当水温升高至90摄氏度时,我们使用秒表,每隔1分钟记录一次温度,直至水沸腾。

  我们将记录的数据绘制成折线图,可以看到当水沸腾后,酒精灯持续加热,水的温度始终维持在100摄氏度。移开酒精灯观察现象,可以看到原本沸腾的水很快就停止沸腾,温度也逐渐降低。在该实验中我们发现,加热一段时间后,杯底产生少量气泡,温度持续上升,当水温上升至100摄氏度,水开始沸腾,这时大量的气泡不断上升变大,到水面破裂开来,里面的水蒸气散发到空气中,持续加热,由于水在不断吸热,所以继续保持沸腾状态,但此时水温保持不变,当停止加热后,水才会停止沸腾。

  根据表格中的实验数据,我们以时间轴为横轴,以温度轴为纵轴,建立直角坐标系,通过描点法绘制温度与时间的变化图像。从图像中我们能直观地得出,沸腾前水吸热温度不断升高,沸腾时水吸热温度保持不变。液体沸腾时的温度叫做沸点,不同的液体沸点不同,液体沸点会随液体表面气压的增大而升高。水在一个标准大气压下,沸点是100摄氏度。沸腾前气泡在上升的过程中不断减小,到达液面时气泡消失。沸腾时气泡在上升的过程中越来越大,到达液面,气泡破裂开来。同学们思考一下,为何水沸腾前后气泡的现象如此不同呢?

  生:沸腾前上层水温低,气泡上升过程中,气泡中的水蒸气遇冷液化成水,体积由大变小;沸腾时水温处处相同,上升过程中更多的水汽化成水蒸气,同时水压减小,导致气泡体积由小变大。

  师:回答得很准确。通过水的沸腾实验数据和现象可以得出,液体沸腾必须满足两个条件:一是达到沸点,二是继续吸热。思考一下,用纸锅煮熟食物,纸锅为何不会燃烧?

  生:锅内的水加热到沸腾时,继续吸热,水温保持不变,水的沸点始终低于纸的着火点,所以纸锅不会燃烧。

  师:非常好。物理学中把物质由气态变为液态的过程叫做液化。“银河昨夜降醍醐,满地荷花捧珍珠”,露珠是空气中的水蒸气遇冷放热液化形成的小水珠。夏天从冰箱里取出冷饮放在空气中,很快就会“出汗”,这也是空气中的水蒸气遇到冷的玻璃杯放热液化形成的小水珠。水烧开时,大量的水蒸气从壶嘴口喷出,水蒸气是无色透明不可见的,水蒸气遇到外界冷空气放热液化形成的小水珠悬浮在空气中,形成所谓的“白气”,这些现象都表明气体液化的特点是放热。不仅水蒸气遇冷会液化,所有气体,在温度降到足够低时都会液化。除降温外,在一定温度下压缩气体的体积也能使之液化,例如压缩乙醚蒸汽使其液化。

  气体液化的方式有两种:一是降低温度,二是压缩体积。常温下将石油气压缩,可以使它液化,变成液体装在钢瓶里,这就是我们日常生活中使用的液化石油气。气体液化成液体的优点是使气体体积缩小,便于储藏和运输。接下来看看汽化液化在生活中的应用。

  一、电冰箱。

  师:电冰箱的工作原理其实和空调制冷原理差不多,都是利用制冷剂的蒸发与液化来进行降温。那么冰箱内部是怎么实现的呢?在标准大气压下,水被加热至100摄氏度时会沸腾,而后马上蒸发,由液态转变成气态。然而把水放进高压锅来加热,此时水却可以达到150摄氏度而不沸腾,水还是液态。如果我们把这锅水“转移”到另一个150度的高压锅内,它不会发生任何相变。但是,如果我们把这锅水“转移”到一个150度的低压锅中,此时150摄氏度的水在低压环境中是不能保持液态的,它会瞬间汽化。

  接下来奇迹就出现了,为了维持这个汽化过程,它会吸收周围空气中的热量。当汽化完成后,这个低压锅内的温度就会重新回到100摄氏度。所以只需要利用化学知识找一个能在30摄氏度就能蒸发的液体来代替水,我们就能把这个30摄氏度的高压液体导入到正常气压环境,从而实现制冷降温。比如降低50度,环境温度就能够达到零下20度了。

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