守恒法在科学解题中的应用

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  守恒方法,就是利用试题中涉及的守恒定律或物理状态变化过程中的守恒关系来求解的方法.如能量守恒、质量守恒、电荷守恒、质量差守恒、质量分数守恒等.
  守恒方法主要适用于一些选择题和填空题的解答,运用这种方法能较快、较准地找到答案.选择化学过程或物理状态变化过程中某两数始终保持相等,或几个连续化学反应前后的某种粒子的量保持不变或某一温度下溶质的质量分数不变作为依据进行解题,有助于把握科学过程的本质,提高解题准确率.
  一、质量守恒
  运用物体在状态、位置、化学过程等发生变化中,物质质量不变的原理解答科学问题的方法,叫质量守恒法.
  例1 下列关于物体的质量和物质的密度的说法中正确的是().
  A.一块冰全部融化成水后,质量变小,密度不变
  B.把铜块放在不同的地方,质量和密度均不变
  C.把铁球加热,质量变大,密度变小
  D.某种物质的密度与它的质量成正比,而与它体积成反比
  思路点拨:依据同一物体的质量不随状态、位置、温度的变化而改变的原理(质量守恒原理)判断各选项是否正确.一块冰全部融化成水后,质量不变,体积变小,其密度变大,故A错;铜块放在不同的地方,质量、体积不会变化所以密度不变,故B正确;铁球加热后质量不变,体积变大,密度变小,所以C错;物质的密度是物质的一种特性与质量和体积无关,所以D错.
  二、能量守恒
  运用能量转化和守恒定律,判断物理状态变化过程中能量增减,或由于能量变化而引起某些相关能量变化等问题的方法,叫能量守恒.
  例2 用一个重锤从相同高度落下,敲击质量和温度都相同的钢块和铅块,重锤打在钢块上时会跳起,打在铅块上没有弹起,这时钢块和铅块的温度().
  A.钢块温度高 B.铅块温度高
  C.一样高D.无法判断
  思路点拨:根据能的转化与守恒定律,重锤在相同高度说明其机械能相同,打击钢块后弹起说明打击钢块后还剩余有一部分机械能,而在打击铅块后没有弹起说明机械能已经完全消失,也就是说重锤在打击铅块时损失的机械能多,这部分机械能转化成了内能.
  答案为B.
  三、原子守恒
  化学反应是原子重新组合的过程,化学反应前后原子的种类不会改变,原子的数目也没有增减,利用该规律解题的方法叫原子守恒法.
  例3 在一个密闭容器中,充入a个CO分子和b个O2分子,在一定条件下充分反应后容器内碳原子数和氧原子数之比为多少?
  思路点拨:本题粗看需判断反应是否完全,但由于反应是在密闭容器中进行,不论CO和O2是否恰好完全反应,容器内的原子种类和数目始终是守恒的,所以碳原子数仍为a,氧原子数为a 2b,所以原子数比为a∶(a 2b).
  四、电荷守恒
  电荷既不能创生,也不能消灭,它只能从一个物体转移到另一个物体上,或从物体的一个部分转移到另一部分,这就是电荷守恒.我们运用这一守恒解决科学问题的方法,叫电荷守恒法.
  例4 毛皮摩擦过的橡胶棒,接近原来不带电的验电器时,验电器的金属箔将().
  A.张开,此时两金属箔和金属球都带负电
  B.保持原来自由下垂状态,因为带电的橡胶棒并没有接触验电器
  C.张开,此时两金属箔带正电,金属球都带负电
  D.张开,此时两金属箔带负电,金属球都带正电
  思路点拨:橡胶棒被毛皮摩擦后带负电,但胶棒与验电器接近并不接触,电荷不可能从胶棒直接转移到验电器上,当带负电的胶棒靠近不带电的验电器金属球时,验电器中的自由电子就会受到胶棒上负电荷的排斥,跑到离胶棒远的那一端即金属箔上,结果金属箔上有了多余的电子而带上了负电荷,离胶棒近的那端即金属球因缺少电子而带上正电.两金属箔因同时带上负电而张开.这里由于带负电的胶棒接近不带电的验电器,使验电器上的电子重新分布即电子从同一物体的一部分转移到了另一部分,但在电子发生重新分布前后的整个过程中,验电器上所带电荷的总和依然是守恒的.
  答案为D.
  总之,解题中的守恒思想其实质是整体思维的应用.运用守恒思想解题的关键是要从把握命题的整体出发,在审题过程中确定命题的始态和终态,根据题意确定过程的“守恒因子”,建立等量关系,就可迅速而准确地求出结果.
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