【学习方法】
物理学习,很多人一看教材全会,一做题就错。
除了对概念掌握不准确外,重要的是不懂得分析,不知道为什么,很多人也是告诉孩子知道是什么就行、记住就行。数理化语史地生政那么多课程,需要记忆的知识那么多,如果都是记,孩子能够记得过来吗?
如只是告诉孩子“壶嘴冒出的白气是水蒸气液化的小水滴、蜡烛熄灭的白烟是石蜡蒸气凝华的石蜡固态小颗粒”,至于为什么蜡烛熄灭的白烟不是石蜡蒸气液化的小水滴不去做分析。
其实用现有掌握的知识完全能力去分析。如做饭盖盖为什么熟的快些、蒸馒头是上层熟的快还是下层熟得快。
【思路过程】
在学习物态变化这个章节,碰到固液气三种物质状态的变化,涉及很多概念,自己要把这些概念归纳总结到一张表格中,尤其是对比分析。
下面也是告诉你怎么物理分析,不仅仅告诉你这些知识点。
一、在学习固液的熔化概念时,有:
1、熔点,不是所有的物质都有熔点,非晶体没有熔点。记住教材中提到的晶体、非晶体。
2、熔化(吸热过程)时温度的变化,晶体在固液共存时温度不变,非晶体温度一直上升。
此时,就该注意其他物态变化是不是也有以上两种情况。
二、在学习液气的汽化时,有:
1、汽化的两种形式:蒸发和沸腾
2、蒸发只在液体表面发生,任何温度下都有蒸发发生。
3、沸腾在液体表面和内部都能发生,任何液体都有沸点。液体达到沸点必须继续吸热才能保持沸腾,且液体温度不升高。
4、沸腾的过程有蒸发相伴。
5、水烧开会冒出大量气泡,这个气泡就是水汽化形成的水蒸气,是气态的水,不是水蒸汽,也不是水中空气加热跑出,是纯净物,不是混合物。或许有人说水中溶解有氧等各种气体,要不鱼在水中不能生存。加热后,气体也会变成小气泡跑出,所以这里的气泡是各种气体和水蒸气的混合物。注意,物理出题是考察你对概念的理解,这种题型大不可过度认真、求全。
6、水烧开壶嘴冒出的“白气”不是水蒸气,水蒸气无色无味。而是汽化形成的水蒸气遇到冷空气液化为微小的液态小水珠漂浮在空中。液态水虽然是无色无味,但是由于是圆形,会发生光学现象,我们看到是白色的。所以“白气”是纯净物。
7、水烧开壶嘴冒出的“白气”,离壶嘴近的地方和远的地方,哪里的“白气”浓些?水蒸气液化需要遇到冷空气且整个过程放热,近的地方由于不断放热周围空气温度较高,所以冷空气少且放热不能迅速释放散发出去。所以远处“白气”浓些。漂浮的液态小水珠会不断合并聚集,形成大的水珠落到地上、墙上。
8、水烧开后,壶内压力大甚至把壶盖顶开,从壶嘴快速喷出且壶嘴周边温度高,不能液化,所以壶嘴处几乎没有“白气”,“白气”总是离开壶嘴一段距离。
9、水烧开后,微小的液态小水珠漂浮在空中,即使壶嘴朝斜下方,“白气”仍然向上飘。那么“白气”为什么向上飘?空气的密度比水小,我们在空气中行走感觉不到浮力,在水中却能浮在水面。这时就不能用密度解释了。水蒸气液化是放热过程,把周边的空气加热,空气热胀冷缩、密度减小,热空气上升形成气流。这气流带着“白气”上升。
三、升华和凝华
1、升华和凝华有没有固定的温度,即如沸点一样的恒定的升华(凝华)点,教材中没有提到。
(1)从熔点和凝固点分析
教材(人教版)中熔点是这样描述:
有些固体在熔化过程中尽管不断吸热,温度却保持不变,有固定的熔化温度,例如冰、海波、奈、食盐、各种金属等,这类固体叫做晶体,晶体熔化时的温度叫做熔点。有些固体在熔化过程中,只要不断地吸热,温度就不断地上升,没有固定的熔化温度,例如蜡、松香、玻璃等,这类固体叫做非晶体。
理解“熔化过程”:让你讲述登山过程,肯定是从山脚到山顶的的过程,而不包括你从家到山脚的过程。同理,冰的熔点是0℃。一块零下20℃冰加热熔化成水,冰从-20℃到0℃的过程不是熔化过程,只有达到0℃且继续加热,此时保持固液共存且温度保持在0℃,直到完全成为水且温度0℃才是熔化过程,后面的水温升高大于0℃不是熔化过程。
晶体熔化过程中,温度恒定不变,这个恒定的温度叫熔点。非晶体熔化过程中没有恒定的温度,所以说非晶体没有固定的熔化温度(教材中提到“液体凝固形成非晶体时没有固定的凝固温度”)。这里的固定,其实理解成恒定最好。
液体凝固形成非晶体时没有固定的凝固温度,并不等于说任何温度凝固都能发生。-20℃的石蜡加热肯定不会熔化,只有加热到一定温度才会开始熔化。
理解“熔化时”:同理,冰从-20℃到0℃,只有达到0℃这个温度节点才能叫熔化时。
综上,不论晶体还是非晶体,融化过程都是固液共存,都需要一个开始熔化的初始温度,只是晶体熔化过程中温度恒定我们叫做熔点,非晶体熔化过程中温度不恒定我们说“没有固定的熔化温度”。
综上,不论晶体还是非晶体,融化过程都是固液共存,都需要一个开始熔化的初始温度,只是晶体熔化过程中温度恒定我们叫做熔点,非晶体熔化过程中温度不恒定我们说“没有固定的熔化温度”。
有人会说,现实中一大堆雪,会不会存在外面的雪已经成水达到0℃甚至高于0℃,可是中心的温度还是0℃以下。肯定有这种情况,比如突然用火烤雪堆。这是受热不均造成的。
注意,物理研究的是理想状态,所以教材中研究熔化试验时要水浴加热(把固体放入试管,然后放入水中。加热水,通过热水加热固体),保证受热均匀。
(2)液化和汽化
汽化有蒸发和沸腾两种形式,蒸发任何温度都能发生且发生在液体表面,沸腾在液体内部和表面都能发生,各种液体沸腾时都有确定的温度,这个温度叫做沸点。
物理很奇妙,熔化时用“固定”,汽化时“确定”,其实都可以理解成恒定,水达到沸点无论如何加热水温都不会超过100℃
教材中提到“所有气体在温度降到足够低时都能液化”,也就是说气体并不是在所有温度都能发生液化。那么液化会不会也有跟沸点一样的“液化点”或者跟汽化一样有蒸发和沸腾的几种形式呢?教材没提到,没必要细究。
注意,或许现有的物理解释会被后人推翻,我们现在学习的是基础的物理知识,只有掌握了基础的才能进一步地学习。所以,学习物理千万不要超标,不属于教材范围内的叙述千万不要去考虑,否则学习物理会迷茫。比如学习了浮力、密度,飞机的密度比空气大,你不可能去解释飞机为什么会在天上飞,那属于空气动力学的范畴,要到高中才能学到或者在学习压强时才涉及。
你不可能用初中的物理课程去解释所有的物理现象,高中、大学也就没必要设置物理课程了。
所以,不要脱离教材。网络上有些解释超出孩子的知识范围,尽量不要去看。平时出现错题或不理解的地方,一定要翻看教材,细细一字一字的研读、理解。教材描述是相当严谨的。
(3)升华和凝华有没有固定的温度,即升华点、凝固点,教材中没有提到,所以千万不要去细究。但是有一点是要懂得的。水蒸气遇凉会成露水,遇冷空气会成霜,教材中提到“所有气体在温度降到足够低时都能液化”,同理,水蒸气在温度降到足够低时才能凝华。
“降到足够低时”:比如壶中的水沸腾,水蒸气的温度是100℃,水蒸气遇到零下10-90℃(假设,教材没有提到)冷空气会液化,遇到-10℃以下的冷空气会凝华。水蒸气“降到足够低时”才液化,水蒸气降到至少90℃才会液化,天上的水蒸气降到20℃也会液化(只要在区间就行)。注意,不要混淆冷空气的温度和水蒸气的温度。冷空气是个相当于换热工具,假设水蒸气温度降到90℃会液化,降到-10℃会凝华。这里的90℃、-10℃分别就是升华和凝华需要的最低温度(足够低或高)。
教材中碘加热(加的是热水)才升华,遇冷(加冷水)凝华,所以升华和凝华的发生都需要到一定的温度,至于是不是跟沸点一样保持恒定就没有必要细究了、教材没提到。冬天衣服上的冰,在-10℃、-20℃都能发生升华,但是到了0℃就会熔化。
2、燃烧的蜡烛吹灭会看到一股白烟,把燃烧的火柴放在白烟上方,蜡烛会重新燃烧。
首先能够确定白烟成分肯定不是水,肯定是蜡烛成分。是蜡烛气体、还是蜡烛固体或液体?
(1)、物理中,白气是指液态小水珠,白烟是指固态小颗粒。
(2)、用火柴点燃灯芯,灯芯上粘有石蜡,石蜡受热熔化为液体,液体被灯芯吸附加热再汽化成的气体。蜡烛的火焰就是石蜡的蒸气在燃烧。这个好理解,石蜡的固体、液体都不能直接燃烧,只有液体被灯芯吸附过来再次加热,液体受热只能汽化(包括沸腾和蒸发)为气体(石蜡蒸气)。
那么蜡烛熄灭后的白烟就是石蜡蒸气了。也不是,石蜡蒸气跟水蒸气一样,无色的。我们观察到,蜡烛熄灭后过很短时间才会冒出白烟,说明石蜡蒸气遇冷空气发生了状态变化。白烟是石蜡蒸气遇冷空气凝华为固体小颗粒漂浮。
为什么是白烟不是白气呢?
是因为我们的空气温度还没达到石蜡蒸气液化的温度。水在0℃以下是固态,0-100℃是液态,100℃以上是气态。蜡烛在夏天很容易变软但也没有成液体,说明蜡烛估计在50℃以下是固态。蜡烛燃烧时灯芯周边有液体,说明蜡烛估计在50℃以上是液态。蜡烛要成为气态需要更高的温度,如假设150℃以上。我们平时的温度是40℃以下,所以蜡烛蒸气遇冷只能凝华为固体小颗粒,而不是液态小水珠。
教材中提到固态碘的熔点是114℃,沸点是184℃。“同一种物质的熔点和凝固点相同”,所以碘的凝固点也是114℃。我们平时的温度是40℃以下,所以教材中碘加热试验,只能是固气状态变化。
空气中的水蒸气遇到凉空气会液化为露水,遇到冷空气会凝华为霜。有人这样理解,水蒸气成霜也会经历露水然后霜的过程,只是空气太冷了,气体瞬间成霜,我们把这种现象称为凝华。这样理解是错误的。“物质从固态直接变成气态的过程叫做升华”,这里的关键词是“直接”。
(3)、燃烧的蜡烛吹灭会看到的是一股白烟,不能说成白气。
(4)、在燃烧的蜡烛火焰中心插入一个导管,也会冒出白烟,这里的白烟跟熄灭的白烟一样,都是遇冷凝华成的悬浮的白蜡固体小颗粒。
四、一定要借助辅导材料、做题,来进一步理解这些概念。