水中物理

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  水是非常重要的资源,在日常生活和自然生产中,水起着举足轻重的作用,如果没有水,一切将无法进行。在初中物理的学习中,水的各种物理特性,贯穿在学习的每个阶段,其中物态变化现象的判断,用比热容去分析日常现象对同学们来说都有一定的难度,我们不妨在方法上作一个总结。
  
  一、水的物态变化
  
  水有三态:冰、水、水蒸气。冰是晶体,有一定的熔点和凝固点,熔化时需要不断吸热,但温度保持不变。水蒸气是一种无色无味的气体,空气中存在大量的水蒸气,平常我们无法看见,通常我们看见的“白气”,并不是水蒸气,而是小水珠。
  
  要掌握好物态变化,必须先梳理好六种物态变化的关系:
  在图1中,处于上升的熔化、汽化、升华三种物态变化过程是需要吸热的,而处于下降的液化、凝固、凝华这三种物态变化过程是需要放热的。其次在分析物态变化时最关键的是分清现象中物质的前后状态,再根据概念来判断属于什么物态变化。
  例1 写出下列现象的物态变化和吸热、放热情孔。
  1 睿天,冰雪融化汇成的溪流( )
  2 夏天,冰箱门口飘出的“白汽”( )
  3 秋天,草丛上晶莹的露珠( )
  4 冬天,天上纷纷飘落的雪花( )
  5 和冬的早晨草木上的霜( )
  6 冰冻的衣服变干了( )
  7 湿的衣服变干了( )
  分析:在第1题中,前:冰是固态;后:溪流是液态;物质由固态变成液态,所以是熔化现象,而熔化需要吸热。
  答案:1.熔化,吸热;2.液化,放热;3.液化,放热;4.凝华,放热;5.凝华,放热;6.升华,吸热;7.汽化,吸热
  例2 从冰箱里取出的冰棍周围会漫着‘白汽”;水烧开后水壶嘴会喷出“白汽”。对于‘白汽”的解析,正确的是( )
  (A)冰棍周围的“白汽”是冰熔化成的小水珠
  
  (B)这两种情况的“白汽”都是水蒸气
  (C)壶嘴喷出的“白汽”是壶嘴喷出的水蒸气液化而成的小水珠
  (D)这两种“白汽”都是空气中原来的水蒸气液化而成的小水珠
  答案:(c)。
  例3 夏天,小明到小丽家里去玩,小丽从冰箱里拿出饮料倒进纸杯里请小明喝,不一会,小明发现纸杯上有一些小水珠。
  (1)纸杯上出现的小水珠的现象属于哪种物态变化?
  (2)请简单解释这个现象的形成原因。
  (3)下面事例与(1)中属同一种物态现象的是( )
  (A)加在饮料中的冰块化成水
  (B)夏天,揭开冰棒纸后看见冰棒冒“白汽”
  (C)寒冷的冬天,冰冻的衣服会干
  (D)夏天的清晨,河面上会出现雾气
  分析:分析物态变化最关键的是分清现象中物质的前后状态,再根据概念来判断属于什么物态变化。杯壁上出现的小水珠是液体,是由空气中的水蒸气遇冷液化而成的。冰块化为水属于熔化现象;“白汽”和“白雾”都是小水珠,是空气中的水蒸气遇冷液化而成的;“冰冻的衣服干了”是由于衣服上的冰变成了水蒸气,是升华现象。
  答案:(1)液化;(2)空气中的水蒸气遇到温度较低的杯壁液化形成的小水珠;(3)(B)、(D)。
  
  二、水的密度
  
  1 水不是简单地遵守一般物质遵循的“热胀冷缩”的规律,一定质量的水凝结成冰后体积变大。事实表明,4℃的水的密度最大。温度高于4℃时,随着温度的升高,水的密度越来越小;温度低于4℃时,随着温度的降低,水的密度也越来越小。水凝固成冰时体积变大,密度变小,这就是水的反常膨胀。
  2 密度是物质的一种属性,不同的物质的密度一般不同。对同一种物质,一般来说它的密度是不变的,但是由于水的反常膨胀,使得水和冰的密度不同,冰的密度是900kg/m3,比水的密度要小。
  3 通常情况下,水的密度是1000kg/m3=1g/cm3,表示的意思是1m3的水所含的质量是1000kg。
  例4 1m3的冰熔化成水后的质量是多少?体积又是多少?
  分析:因为质量是物质本身的一种属性,不随物体的形状、状态、位置、温度而改变。所以冰熔化成水后质量是不变的。
  例5 为什么不能将装满饮料的玻璃瓶长时间放进冰箱的冷冻室中?
  答案:因为玻璃瓶遵从“热胀冷缩”的规律,饮料结冰时遵从“热缩冷胀”的规律,饮料结成冰后体积变大,会将玻璃瓶胀裂。
  
  三、水的比热容
  
  1 水的比热容是4.2×103J/(kg·℃),其意义是指质量为1kg的水温度升高(或降低)1℃时所吸收(或放出)的热量是4.2×103J。
  2 在各种物质中水的比热容较大,可以从以下两方面理解:
  (1)一定质量的水与其他比热容小的物质相比,升高(或降低)相同温度时吸收(或放出)的热量多。
  (2)一定质量的水与其他比热容小的物质相比,吸收(或放出)相同热量时,温度的变化小。
  例6 我国北方楼房中都装有“暖气”,用水做介质,把燃料燃烧时产生的热量带到房屋中取暖。用水做输运能量的介质有什么好处?
  答案:因为水的比热容较大。一定质量的水与其他比热容小的物质相比,降低相同温度时放出的热量多。
  例7 在烈日当空的海边玩耍,你会发现沙子烫脚,而海水却是凉凉的。这是为什么?
  答案:因为海水的比热容比沙子的比热容大。一定质量的海水与比热容小的沙子相比,吸收相同热量时,温度的变化比沙子小。
  例8 我们知道,沿海地区的昼夜温差变化比较小,而沙漠地区的昼夜温差变化很大,这是( )的缘故。城市由于工业和交通每天消耗大量燃料,人口过多,高楼林立等原因,城市温度比乡村温度高,这就是人们常说的( )效应。怎样才能有效降低这种效应?请你提一个方案。
  答案:水的比热容大;热岛;城市里多种花草树木,多建人工湖,减少交通工具的使用等。
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