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2019-2020年高中物理 《飽和蒸汽 空氣的濕度》教案 粵教版選修3-3 (一) 教學(xué)目的 1.理解什么是液體和蒸汽之間的動態(tài)平衡. 2.知道什么是飽和汽. 3.了解飽和汽壓的概念.知道溫度不變時飽和汽壓不隨體積變化. 4．了解空氣濕度的概念，知道絕對濕度和相對濕度 (二) 教具 水銀,水銀槽,長玻璃管,乙醚,彎曲的滴管,裝有水銀的深容器. (三) 教學(xué)過程: ●引入新課 裝在敞口容器里的液體,蒸發(fā)出來的汽分子能夠分散到周圍空間里去,所以過一段時間液體會全部蒸發(fā)完．盛在密閉容器里的液體,即使過很長時間,也不會蒸發(fā)完,這是什么原因呢？要回答這個問題就要先知道什么是飽和汽和什么是未飽和汽. ●進(jìn)行新課 【板書】一、飽和汽和未飽和汽 圖1 啟發(fā)分析: 同學(xué)們已經(jīng)知道,蒸發(fā)是液體分子飛出液面成為汽分子的過程,飛出液面的分子在液面上方做無規(guī)則運(yùn)動時,會有一部分重新撞回液體內(nèi),而被撞回分子的多少,是跟液面上的汽的密度有關(guān)的.同樣,在容器中的液面上同時進(jìn)行著兩種相反的過程：一方面分子從液面飛出來,另一方面液面上的汽分子又撞到液面上,會回到液體中去,如圖1所示.在密閉的容器中,隨著液體的不斷蒸發(fā),液面上汽的密度不斷增大,回到液體中分子數(shù)也逐漸增多．最后,當(dāng)汽分子的密度增大到一定程度時,就會達(dá)到這樣的狀態(tài)：在單位時間內(nèi)回到液體中的分子數(shù)等于從波面飛出去的分子數(shù)．這時汽的密度不再增大,液體不再減少,液體和汽之間達(dá)到了平衡狀態(tài),這種平衡叫做動態(tài)平衡． 【板書】跟液體處于動態(tài)平衡的汽叫做飽和汽,沒有達(dá)到飽和狀態(tài)的汽叫做未飽和汽． 1. 在一定溫度下,飽和汽的密度是一定的,未飽和汽的密度小于飽和汽的密度． 2. 飽和汽的密度隨溫度的升高而增大. 飽和汽的密度要隨溫度改變而改變.由于溫度升高,液體分子平均動能增大,單位時間里從液體飛出的分子數(shù)增多,原來的動態(tài)平衡要被破壞,液體就要繼續(xù)蒸發(fā),汽的密度繼續(xù)增大.直到達(dá)到新的動態(tài)平衡為止. 【板書】二、飽和汽壓 【演示】用如圖2所示的實(shí)驗(yàn)裝置可以測量飽和汽的壓強(qiáng).把兩根裝滿水銀的細(xì)長玻璃管倒立在水銀槽中. a管做氣壓計(jì).用彎曲的滴管向b管中注入一些乙醚,乙醚的密度比水銀小,便浮到水銀面上,并在水銀面上方的真空中蒸發(fā),同時b管中的水銀面開始下降.當(dāng)乙醚的密度達(dá)到飽和時,水銀面上還剩一點(diǎn)乙醚,b管中的水銀面就穩(wěn)定在一定的高度不再下降, a、b兩管中水銀面的高度差h就表示乙醚飽和汽壓的大小. 【板書】飽和汽所具有的壓強(qiáng)叫做這種液體的飽和汽壓. 啟發(fā)思考: 飽和汽壓和哪些因素有關(guān)? 【板書】1. 飽和汽壓和液體的種類有關(guān) 圖2 實(shí)驗(yàn)表明,在相同的溫度下,不同液體的飽和汽壓一般是不同的.揮發(fā)性大的液體,飽和汽壓大.例如 20時,乙醚的飽和汽壓為,水為.水銀的飽和汽壓很小,20時僅為,所以水銀氣壓計(jì)水銀柱上方的空間可以認(rèn)為是真空. 【板書】2. 飽和汽壓和溫度有關(guān) 【演示】用熱毛巾包住有乙醚的玻璃管,水銀柱下降. 實(shí)驗(yàn)表明,飽和汽壓隨溫度的升高而增大.這是因?yàn)闇囟壬邥r,液體里能量較大的分子增多,單位時間內(nèi)從液面飛出的分子也增多,致使飽和汽的密度增大,同時汽分子熱運(yùn)動的平均動能也增大,這也導(dǎo)致飽和汽壓增大. 【板書】3. 飽和汽壓跟體積無關(guān) 圖 3 【演示】飽和汽壓跟體積無關(guān),實(shí)驗(yàn)裝置如圖3所示. 實(shí)驗(yàn)還表明,在溫度不變的情況下,飽和汽的壓強(qiáng)不隨體積而變化．其原因是,當(dāng)體積增大時,容器中汽的密度減小,原來的飽和汽變成了未飽和汽,于是液體繼續(xù)蒸發(fā),直到未飽和汽成為飽和汽為止．由于溫度沒有改變,飽和汽的密度跟原來的一樣,汽分子熱運(yùn)動的平均動能也跟原來一樣,所以壓強(qiáng)不改變．體積減小時,容器中汽的密度增大,回到液體中的分子數(shù)多于從液面飛出的分子數(shù),于是一部分汽變成液體,直到汽的密度減小到等于該溫度下飽和汽的密度為止．由于溫度跟原來相同,飽和汽密度不變,汽分子熱運(yùn)動的平均速率也跟原來相同,所以壓強(qiáng)也不改變. 【板書】 三、空氣的濕度 所謂空氣的濕度，就是空氣的潮濕程度.通常空氣的濕度又有絕對濕度和相對濕度之分. 【板書】 1. 絕對濕度 空氣的濕度可以用空氣中所含水蒸氣的密度，即單位體積的空氣中所含水蒸氣的質(zhì)量來表示.由于直接測量空氣中水蒸氣的密度比較困難，而水蒸氣的壓強(qiáng)隨水蒸氣的密度的增大而增大，所以通常用空氣中水蒸氣的壓強(qiáng)來表示空氣的濕度，這就是空氣的絕對濕度. 【板書】 空氣中水蒸氣的壓強(qiáng)叫做空氣的絕對濕度. 【板書】 2. 相對濕度 實(shí)際上，水蒸發(fā)的快慢、動物感覺到的干燥或濕潤，不是完全由空氣的絕對濕度的大小決定的，而是跟空氣中的水蒸氣離飽和狀態(tài)的遠(yuǎn)近有關(guān)系.為了表示空氣中水蒸氣離飽和狀態(tài)的遠(yuǎn)近，物理學(xué)中引入了相對濕度的概念. 【板書】 某溫度時空氣的絕對濕度跟同一溫度下水的飽和汽壓的百分比叫做這時空氣的相對濕度. 相對濕度用數(shù)學(xué)式可表示為 【板書】 上式中B表示空氣的相對濕度，p表示空氣的絕對濕度，表示同一溫度下水的飽和汽壓. 空氣的絕對濕度不變時，溫度降低，空氣的相對濕度就增大.因?yàn)樗娘柡推麎弘S溫度的降低而減小.在住人的房間里，相對濕度為60%—70%比較適宜. 【板書】 3、露點(diǎn) 空氣的絕對濕度不變，當(dāng)氣溫降低時，空氣中未飽和的水蒸氣將逐漸接近飽和.當(dāng)氣溫降低到某一溫度時，水蒸氣達(dá)到飽和狀態(tài)，這時水蒸氣將凝結(jié)成水 【板書】 使空氣里的水蒸氣剛好達(dá)到飽和時的溫度叫做露點(diǎn). 露點(diǎn)溫度時水的飽和汽壓就是空氣的絕對濕度，查得當(dāng)時氣溫下的水的飽和汽壓，就可求得當(dāng)時的空氣的相對濕度.因此根據(jù)露點(diǎn)和氣溫的差值，可以大致判斷出空氣的相對濕度. 圖13-22 【板書】露點(diǎn)的測定 露點(diǎn)可以用圖13-22所示的裝置來測定.光亮的不銹鋼杯里裝入半杯水，用泡沫塑料杯蓋蓋嚴(yán).杯蓋上分別插入溫度計(jì)A(溫度計(jì)的下端不與水接觸)和兩根彎曲的玻璃管B、C.管C的一端插在水中，另一端接打氣球.管B是出氣用的.逐漸加入少量的碎冰使水溫慢慢下降，并用打氣球向杯里打氣，水迅速蒸發(fā)，杯子和周圍空氣的溫度降低.當(dāng)降低到某一溫度時，杯子周圍空氣中的水蒸氣達(dá)到飽和，會在光亮的杯壁上出現(xiàn)一層露珠，這時溫度計(jì)指示的溫度就是露點(diǎn). 【板書】 4、 濕度計(jì) 空氣的濕度可以用濕度計(jì)來測量.實(shí)驗(yàn)室、家庭常用的濕度計(jì)是干濕泡濕度計(jì)，它是由兩只完全相同的溫度計(jì)構(gòu)成的，其中一只溫度計(jì)感溫泡裸露在空氣中用于測氣溫，另一只溫度計(jì)的感溫泡上包著棉紗，棉紗的下端浸在水中.由于水的蒸發(fā)濕泡溫度計(jì)的溫度總是低于氣溫，根據(jù)兩只溫度計(jì)的讀數(shù)，從表或曲線上很快就可以得出空氣的相對濕度. ●鞏固練習(xí) 用露點(diǎn)計(jì)測得露點(diǎn)為17℃，求空氣的絕對濕度？若當(dāng)時的氣溫為25℃，那么空氣的相對濕度是多少？ 由課本101頁的表中可查得17℃時水的飽和汽壓為1.937Pa，表明空氣中水蒸氣的壓強(qiáng)為，即空氣的絕對濕度為p=1.937Pa. 又從該表中查得25℃時水的飽和汽壓為3.167Pa，則： B=100%=100%=61%, 即空氣的相對濕度是61%. 引導(dǎo)學(xué)生小結(jié): 在有液體存在時,只要液體和汽的溫度不變,無論飽和汽的體積增加還是減小,飽和汽的壓強(qiáng)并不改變.即某種液體的飽和汽壓只和溫度有關(guān),和它的體積無關(guān). 教師總結(jié):1. 飽和汽不遵守氣體的實(shí)驗(yàn)定律. 飽和汽的壓強(qiáng)跟體積沒有關(guān)系,飽和汽的壓強(qiáng)與溫度的關(guān)系也不是線性的.可見飽和汽不遵守氣體的實(shí)驗(yàn)定律,也就是說,理想氣體定律對飽和汽完全不適用. 2. 當(dāng)飽和汽體積變化時,汽的質(zhì)量是要變化的. 3. 飽和汽壓的大小不因有其它氣體存在而有所改變. 4. 未飽和汽近似地遵守理想氣體定律． ●鞏固練習(xí) 解釋下面的現(xiàn)象:密閉容器中裝有少量乙醚,當(dāng)容器的溫度升高時,液態(tài)乙醚逐漸減少;容器升高到一定溫度時,液態(tài)乙醚消失;容器冷卻時,容器中又重新出現(xiàn)液態(tài)乙醚. ● 作業(yè) 1. 復(fù)習(xí)本節(jié)課文. 2. 試回答下列問題: (1) 什么叫飽和汽? (2) 什么叫未飽和汽? (3) 飽和汽壓跟溫度有什么關(guān)系?跟體積有什么關(guān)系? (四) 說明 1. 飽和汽的知識是理解空氣濕度和露點(diǎn)等知識的基礎(chǔ).在引導(dǎo)學(xué)生理解飽和汽的概念時,關(guān)鍵在于使學(xué)生正確理解動態(tài)平衡的含義.要注意糾正那種認(rèn)為“汽和液達(dá)到動態(tài)平衡時,液體就不再蒸發(fā)了,所以液體才不再減少,液面上方汽的密度液不再增加”的錯誤認(rèn)識. 2. 關(guān)于飽和汽壓及影響飽和汽壓大小的因素,最好由實(shí)驗(yàn)得出,增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識. (五) 參考資料 過飽和汽 在通常的情況下,當(dāng)溫度降低到使未飽和汽變?yōu)轱柡推麜r蒸氣就要凝結(jié)為液體.這是因?yàn)橐话阏羝卸己袎m埃和雜質(zhì),成為蒸氣凝結(jié)的凝結(jié)核.對于純凈的蒸氣,即使溫度降低到使它超過飽和的程度.蒸氣液不會凝結(jié)為液體,這種超過飽和汽密度而仍不液化的蒸氣,叫做過飽和汽.過飽和汽液是不穩(wěn)定,如果其中有凝結(jié)核出現(xiàn),就會發(fā)生凝結(jié),使蒸氣回到飽和狀態(tài).在原子核物理研究中觀測微觀粒子徑跡的儀器“威爾遜云室”就利用了過飽和汽.