资源简介

6-3 饱和蒸气 空气的湿度
一、教学目标
1．知道什么是饱和蒸气和未饱和蒸气，知道饱和蒸气压随温度而变化，与体积大小无关。
2．了解绝对湿度和相对湿度的概念，知道二者之间的定量关系，能计算相对湿度。了解湿度计的原理。
3．会用分子动理论来说明饱和蒸气压的特点。
4．能解释与空气的湿度相关的热现象，会从数据表中查出数据进行计算。
5．学习用科学方法去研究自然现象，解释自然现象，提高学生的科学素质。
二、教学重点难点
重点：理解液体和蒸气之间的动态平衡，饱和蒸气和未饱和蒸气的概念。绝对湿度和相对湿度的概念。
难点：对绝对湿度和相对湿度概念的理解。
三、教学器材
光盘。
四、教学建议
教法建议
实验、讲解法。
教学设计方案
（一）引入新课
同学们不知注意到没有，装在敞口容器里的液体，例如我们洗脸盆中的水，经过一段时间会全部蒸发干净；而盛在密闭容器里的液体，例如瓶中的饮料，即使时间很长也很难蒸发，这是什么原因呢 夏天，雷雨前后人的感觉迴然不同：雨前感觉十分闷热，雨后感觉格外清爽，这又是什么原因呢 为什么我们周围的空气里总含有水蒸气
江河里的水在蒸发，动植物的表皮和呼吸也在不断地散发出水蒸气，一定温度和体积的空气中含的水蒸气越多，空气就越潮湿；含的水蒸气越少，空气就越干燥。空气的干湿程度跟我们的生活和生产有密切的关系。空气太潮湿，我们会感到气闷，东西容易发霉；空气太干燥，我们的口腔和鼻腔会感到干燥难受，植物容易枯萎。纺织厂、博物馆等都要求空气保持适当的湿度。那么，什么是空气的湿度呢？空气的湿度如何来表示？这是我们本次课要学习的问题。
（二）引出课程内容
1．饱和蒸气
根据分子动理论，分子的热运动是无规则的，各个分子的运动速度都不一定相同。因此，在任何温度下，由于分子的热运动，液体表面总有一些动能较大的液体分子，能够克服液体对它的束缚，而从液体表面逸出成为蒸气。这些蒸气分子由于热运动和空气的流动，将分散到周围的空间里去，同时也有一部分蒸气分子会返回到液体内。由于单位时间内飞出液面的分子数总是多于回到液体中的分子数，于是敞口容器中的液体就不断地被蒸发掉。如图1所示。
在封闭容器内的液体，由于蒸气分子不能散逸到容器外部，因而蒸发情况就与敞口容器的情况大不相同。如图2所示，最初从液面飞出来的分子数多于返回液体里的分子数时，容器里的蒸气分子数逐渐增多，蒸气的密度逐渐增大，相应地回到液体里的分子数也增多。最后，总会达到这样的状态：单位时间内从液面飞出来的蒸气分子数等于回到液体中的蒸气分子数。这时，液面上部蒸气的密度不再增大，液体不再减少，这样，蒸气和形成蒸气的液体之间就达到了动态平衡，或者说，液面上的蒸气达到饱和状态。形成蒸气的液体处于动态平衡的蒸气叫做饱和蒸气。
图 1 图 2
例如，盛有水、酒精、汽油等密闭容器中液面上部的蒸气一般都是饱和蒸气。
提问：密闭容器中液面上部的蒸气成为饱和蒸气后，液体是否还会蒸发？
教师讲解：汽液之间处于动态平衡状态下，液体表面动能大的分子照样要克服其它液体分子的引力脱离液体成为蒸气，蒸气分子照样也会返回液体成为液体分子，只是单位时间内从液面飞出来的蒸气分子数等于回到液体中的蒸气分子数，从宏观上看，液体不再减少，蒸气不再增加，好像蒸发现象停止了，实际上蒸发在不停地进行着。
如果在一定的空间内，蒸气的密度还可以增大，这时蒸气未达到饱和状态，这样的蒸气叫做未饱和蒸气。
2．饱和蒸气压
（1）饱和蒸气压：饱和蒸气产生的压强叫做饱和蒸气压。
（2）饱和蒸气压与温度的关系：饱和蒸气压随温度的升高而增大。
实验表明，饱和蒸气压随温度的升高而增大。这一现象可以用分子动理论解释。当液体的温度升高时，液体分子的平均动能增大，单位时间内逸出液面的分子数增多，因而饱和蒸气的密度将变大；同时，随着温度的升高，蒸气分子运动的平均速率增大，这样，蒸气分子单位时间内撞击液面和器壁的次数增多，且撞击作用增强，所以，饱和蒸气压随着温度的升高而增大。
如果我们用实验来研究饱和蒸气压与体积的关系。我们会发现，饱和蒸气压与体积无关。
实验：把一个装满水银长玻璃管倒立在水银槽里，向玻璃管里移入一些乙醚，使乙醚蒸发后水银面上还留有少量乙醚。这时管内乙醚的饱和蒸气汽压等于（图3），其中是大气压强。
现把管子往上提高一些，使水银面上乙醚的体积增大（图4），可以看到，水银面上液态乙醚减少了，但是管里水银柱的高度还跟原来一样。这表明，在温度不变的情况下，体积增大时饱和蒸气汽压不改变。
若把管子放下一些，使乙醚汽的体积减小（图5）。这时水银面上液态乙醚增多，但是管里水银柱的高度仍保持不变。这表明，在温度不变的情况下，体积减小时饱和蒸气汽压也不改变。
（3）饱和蒸气压与体积的关系：在一定的温度下，饱和蒸气压与蒸气的体积无关。
实验现象可以这样来解释：当水银面上方蒸气的体积增大时，管里蒸气分子的密度将减小，这时管里的蒸气将由饱和状态变为未饱和状态，于是液体继续蒸发，直到未饱和蒸气成为饱和蒸气为止；由于温度不变，饱和蒸气的密度跟原来的一样，所以压强不变。当水银面
图3 图4 图5
上方蒸气的体积减小时，管里蒸气分子的密度将增大，回到液体中的分子数多于从液面飞出的分子数，于是一部分蒸气变成液体，直到蒸气的密度减小到等于该温度下饱和蒸气的密度为止；同样由于温度不变，饱和蒸气的密度跟原来的一样，所以压强也不变。
3．空气的湿度
空气的湿度可用空气中水蒸气的密度，即每立方米空气中水蒸气的质量来表示。由于直接测量空气中水蒸气的密度比较困难，而水蒸气的压强随水蒸气密度的增大而增大，所以通常用空气中水蒸气所产生的压强来表示空气的湿度，叫做空气的绝对湿度。
（1）绝对湿度：空气中水蒸气所产生的压强叫做空气的绝对湿度。
绝对湿度常用 百帕（hPa）为单位。例如：空气中水蒸气的压强是2.0×103 Pa，空气的绝对湿度就是20 hPa。
许多跟湿度有关的现象并不只决定于空气的绝对湿度，主要是看空气中的水蒸气离饱和状态远近的程度。表6-6是不同温度下水的饱和蒸气压强表。（教师介绍讲解）
例如夏日中午的气温较高，设为29 ℃，如果空气的绝对湿度为21 hPa，这时人们会感到干燥，查表6-6可知，29 ℃时的饱和蒸气压是40.04 hPa，说明这时的绝对湿度离饱和状态较远。到了夜间，假若气温降到20 ℃，它所对应的饱和水蒸气压强为23.38 hPa，这时若绝对湿度不变，但因离饱和状态较近，人们感到湿润。所以，在研究空气的湿度时，单用绝对湿度是不够的，还需要引入一个能表示空气中水蒸气离饱和状态远近的物理量——相对湿度：某温度时空气的绝对湿度跟同一温度时饱和水蒸气压强的百分比，叫做该温度时空气的相对湿度。
（2）相对湿度：某温度时空气的绝对湿度跟同一温度时饱和水蒸气压强的百分比，叫做该温度时空气的相对湿度。相对湿度常简称为湿度。
如果在某温度下，空气的水蒸气压强用p表示，同一温度时饱和蒸气压强用p饱和 表示，相对湿度用B表示，那么
例题1 当夏日中午的气温为30 ℃时，如果空气的绝对湿度为21 hPa，到了夜间，假若气温降到20 ℃，空气的绝对湿度不变，求中午、夜间的相对湿度。
解 由表7-1查得，气温为30 ℃、20 ℃时，水的饱和蒸气压强分别为p饱和1=42.41 hPa，
p饱和2=26.43 hPa，则中午、夜间的相对湿度分别为
不同温度下的水的饱和蒸气压强可以从表6-3得到。这样，如果知道了空气的绝对湿度，利用上面的公式就可以求出空气的相对湿度。反过来，如果知道了空气的相对湿度，也可算出空气的绝对湿度。
在住人的房间里，空气的相对湿度为40%～70%时，人的感觉比较舒适。水稻在抽穗扬花期，最适宜的相对湿度是70%～80%。
*4.露点
使空气中未饱和水蒸气变成饱和水蒸气的温度叫露点。
露珠的形成：空气中含有一定的水蒸气，在夜晚温度下降到空气的露点或露点以下时，水蒸气分子就会凝结在草木上面形成露珠。
*5.湿度的测量
(1）干湿球湿度计
干湿球湿度计测量结果较准确，但受气温的影响较大，结冰期间不能用。
(2）毛发湿度计
这种湿度计读数方便，且不受气温的影响，结冰期间也可使用，缺点是精密度较差。
（三）小结
本节学习了饱和蒸气和未饱和蒸气的概念，学习了饱和蒸气压的概念、饱和汽压与温度、体积的关系。还学习了绝对湿度和相对湿度的概念，相对湿度的计算。学习了湿度计的原理。重点要掌握绝对湿度和相对湿度的概念，学会从数据表中查找数据，再通过公式计算出相对湿度。
（四）作业布置
1．p168 6、*7题 2．《技术物理练习册》（第3版）相关习题
（五）教学说明
1.饱和蒸气、饱和气压的概念比较抽象，教学中可通过对敞口容器和密闭容器中液体的汽化现象的分析引入汽液动态平衡的概念，建立饱和气、饱和气压的概念。通过动画片显示动态平衡的微观景象，使抽象的分析变成直观的图样。
2.学生容易把饱和气当成理想气体去处理，教学中注意引导学生加以区别。
3．对绝对湿度和相对湿度概念的理解，应讲清为什么要用空气中水蒸气所产生的压强来表示空气的湿度；要通过举例分析，引导学生从数据表中查找数据，计算出相对湿度。
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