人教版高中物理選擇性必修第三冊講義2.1《溫度和溫標(biāo)》(含解析)

1、1.溫度和溫標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)：1物理觀念知道狀態(tài)參量、平衡態(tài)、熱平衡、溫度、熱力學(xué)溫度的概念及熱平衡定律。2.科學(xué)思維理解平衡態(tài)及熱平衡定律，掌握攝氏溫標(biāo)與熱力學(xué)溫度的關(guān)系，能進行相關(guān)的計算，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的能力。3.科學(xué)探究會使用常見的溫度計，在使用過程中學(xué)會與他人合作交流，提高動腦、動手能力。4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任學(xué)會使用溫度計時，應(yīng)客觀記錄數(shù)據(jù)，堅持實事求是的科學(xué)態(tài)度，增強學(xué)習(xí)物理的熱情。閱讀本節(jié)教材，回答第19頁“問題”并梳理必要的知識點。教材P19“問題”提示：經(jīng)過一段時間后，容器內(nèi)的氣體會達(dá)到壓強處處相等，溫度處處相同。一、狀態(tài)參量與平衡態(tài)1熱力學(xué)系統(tǒng)：由大量分子組成的系統(tǒng)。2外界：

2、系統(tǒng)之外與系統(tǒng)發(fā)生相互作用的其他物體。3狀態(tài)參量：為確定系統(tǒng)的狀態(tài)所需要的一些量，如：體積、壓強、溫度等。4平衡態(tài)：無外界影響，狀態(tài)參量穩(wěn)定的狀態(tài)。說明：平衡態(tài)是狀態(tài)參量，不是過程量，處于平衡態(tài)的系統(tǒng)，狀態(tài)參量在較長時間內(nèi)不發(fā)生變化。二、熱平衡與溫度1熱平衡：如果兩個系統(tǒng)相互接觸而傳熱，這兩個系統(tǒng)的狀態(tài)參量將會互相影響而分別改變。經(jīng)過一段時間，各自的狀態(tài)參量不再變化了，即這兩個系統(tǒng)達(dá)到了熱平衡。2熱平衡定律：如果兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定處于熱平衡。3溫度：處于熱平衡的系統(tǒng)之間有一“共同熱學(xué)性質(zhì)”，即溫度。這就是溫度計能夠用來測量溫度的基本原理。三、溫度計

3、與溫標(biāo)1溫度計名稱原理水銀溫度計根據(jù)水銀的熱膨脹的性質(zhì)來測量溫度金屬電阻溫度計根據(jù)金屬鉑的電阻隨溫度的變化來測量溫度氣體溫度計根據(jù)氣體壓強隨溫度的變化來測量溫度熱電偶溫度計根據(jù)不同導(dǎo)體因溫差產(chǎn)生電動勢的大小來測量溫度2.溫標(biāo)：定量描述溫度的方法。(1)攝氏溫標(biāo)：一種常用的表示溫度的方法，規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點為0 ，水的沸點為100 。在0 刻度與100 刻度之間均勻分成100等份，每一份算作1 。(2)熱力學(xué)溫標(biāo)：現(xiàn)代科學(xué)中常用的表示溫度的方法，熱力學(xué)溫度。(3)攝氏溫度與熱力學(xué)溫度：攝氏溫度攝氏溫標(biāo)表示的溫度，用符號t表示，單位是攝氏度，符號為熱力學(xué)溫度熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度，用符號T表示

4、，單位是開爾文，符號為K換算關(guān)系Tt273.15 K注意：變化1 與變化1 K是相等的。1思考判斷(正確的打“”，錯誤的打“”)(1)當(dāng)系統(tǒng)處于平衡態(tài)時，系統(tǒng)的溫度、壓強、體積等都不隨時間變化。()(2)平衡態(tài)是一種理想情況。()(3)溫度是決定兩個系統(tǒng)是否達(dá)到熱平衡狀態(tài)的唯一物理量。()(4)處于熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng)內(nèi)的分子仍在不停地做無規(guī)則運動，熱平衡是一種動態(tài)平衡。()2(多選)下列物體中處于非平衡態(tài)的是()A冰水混合物處在1 的環(huán)境中B將一鋁塊放入沸水中加熱較長的時間 C冬天剛打開空調(diào)的教室內(nèi)的氣體D用玻璃杯盛著的開水放在室內(nèi)足夠長時間AC冰水混合物在1 的環(huán)境中要吸收熱量，溫度升高，不是

5、平衡態(tài)，A正確；當(dāng)鋁塊放在沸水中足夠長的時間，鋁塊各部分的溫度與沸水的溫度相同，達(dá)到平衡態(tài)，B錯誤；同理可知D錯誤；冬天剛打開空調(diào)的教室內(nèi)的氣體各部分溫度不同，不是平衡態(tài)，C正確。3(多選)兩個處于熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，由于受外界影響，狀態(tài)參量發(fā)生了變化，下列關(guān)于它們后來是否能處于熱平衡狀態(tài)的說法，正確的是()A不能B可能C要看它們后來的溫度是否相同D取決于其他狀態(tài)參量是否相同BC只要兩個系統(tǒng)的溫度相同，兩個系統(tǒng)就處于熱平衡狀態(tài)，而與其他參量是否相同無關(guān)，故B、C正確。狀態(tài)參量與平衡態(tài)如圖，將雞蛋放在沸水中加熱足夠長的時間，雞蛋處于平衡態(tài)嗎？提示：雞蛋放在沸水中加熱足夠長的時間其溫度、壓強、體積都

6、不再變化，是平衡狀態(tài)。1熱力學(xué)的平衡態(tài)是一種動態(tài)平衡，組成系統(tǒng)的分子仍在不停地做無規(guī)則運動，只是分子運動的平均效果不隨時間變化，表現(xiàn)為系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時間變化，而力學(xué)中的平衡態(tài)是指物體的運動狀態(tài)處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)。2平衡態(tài)是一種理想情況，因為任何系統(tǒng)完全不受外界影響是不可能的。系統(tǒng)處于平衡態(tài)時，仍可能發(fā)生偏離平衡態(tài)的微小變化。3兩個系統(tǒng)達(dá)到熱平衡后再把它們分開，如果分開后它們都不受外界影響，再把它們重新接觸，它們的狀態(tài)不會發(fā)生新的變化。因此，熱平衡概念也適用于兩個原來沒有發(fā)生過作用的系統(tǒng)。因此可以說，只要兩個系統(tǒng)在接觸時它們的狀態(tài)不發(fā)生變化，我們就說這兩個系統(tǒng)原來是處于熱平衡的。【例

7、1】(多選)下列說法中正確的是()A狀態(tài)參量是描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量，故當(dāng)系統(tǒng)的狀態(tài)變化時，其各個狀態(tài)參量都會改變B當(dāng)系統(tǒng)不受外界影響，且經(jīng)過足夠長的時間，其內(nèi)部各部分狀態(tài)參量將會達(dá)到穩(wěn)定C只有處于平衡態(tài)的系統(tǒng)才有狀態(tài)參量D兩個物體間發(fā)生熱傳遞時，它們組成的系統(tǒng)處于非平衡態(tài)思路點撥：(1)各個系統(tǒng)都有狀態(tài)參量。(2)當(dāng)處于平衡態(tài)時，狀態(tài)參量不再變化，非平衡時，狀態(tài)參量要變化。BD由于描述系統(tǒng)的各種性質(zhì)需要不同的物理量，只要其中某個量變化，系統(tǒng)的狀態(tài)就會發(fā)生變化，不一定各個狀態(tài)參量都發(fā)生變化，選項A錯誤；系統(tǒng)處于平衡態(tài)或非平衡態(tài)，只是狀態(tài)參量有無變化，選項C錯誤；當(dāng)系統(tǒng)不受外界影響時，系統(tǒng)總要趨于

8、平衡，其內(nèi)部各部分狀態(tài)參量趨于穩(wěn)定，選項B正確；兩個物體間發(fā)生熱傳遞時，兩個物體組成的系統(tǒng)內(nèi)部仍存在溫差，故系統(tǒng)處于非平衡態(tài)，選項D正確。處理平衡態(tài)的問題要注意以下三點(1)平衡態(tài)與熱平衡不同，平衡態(tài)指的是一個系統(tǒng)內(nèi)部達(dá)到的一種動態(tài)平衡。(2)必須要經(jīng)過較長一段時間，直到系統(tǒng)內(nèi)所有性質(zhì)都不隨時間變化為止。(3)系統(tǒng)與外界沒有能量的交換。跟進訓(xùn)練1下列關(guān)于系統(tǒng)是否處于平衡態(tài)的說法正確的是()A開空調(diào)2min內(nèi)教室內(nèi)的氣體處于平衡態(tài)B兩個溫度不同的物體相互接觸，這兩個物體組成的系統(tǒng)處于非平衡態(tài)C0 的冰水混合物放入1 的環(huán)境中，冰水混合物處于平衡態(tài)D壓縮密閉容器中的空氣，空氣處于平衡態(tài)B開空調(diào)2m

9、in內(nèi)教室內(nèi)的氣體溫度要變化，故不是平衡狀態(tài)，A錯誤；兩物體溫度不同，接觸后高溫物體會向低溫物體傳熱，是非平衡態(tài)，B正確；0 的冰水混合物放入1 的環(huán)境中，周圍環(huán)境會向冰水混合物傳熱，不是平衡態(tài)，C錯誤；壓縮密閉容器中的空氣，要對空氣做功，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，不是平衡態(tài)，D錯誤。本題選B。熱平衡與溫度某工人在拿鐵棒和木頭時感覺到鐵棒明顯比木頭涼，由于表示物體冷熱程度的是溫度，于是這位工人得出當(dāng)時“鐵棒比木頭溫度低”的結(jié)論，你認(rèn)為他的結(jié)論對嗎？請說明理由。提示：不對。由于鐵棒和木頭都與周圍的環(huán)境達(dá)到熱平衡，故它們的溫度是一樣的。之所以感覺到鐵棒特別涼，是因為這位工人在單位時間內(nèi)傳遞給鐵棒的熱量比較

10、多。1溫度(1)宏觀上溫度的物理意義：表示物體冷熱程度的物理量。與熱平衡的關(guān)系：各自處于熱平衡狀態(tài)的兩個系統(tǒng)，相互接觸時，它們相互之間發(fā)生了熱量的傳遞，熱量從高溫系統(tǒng)傳遞給低溫系統(tǒng)，經(jīng)過一段時間后兩系統(tǒng)溫度相同，達(dá)到一個新的平衡狀態(tài)。(2)微觀上反映物體內(nèi)分子熱運動的劇烈程度，是大量分子熱運動平均動能的標(biāo)志。溫度是大量分子熱運動的集體表現(xiàn)，是含有統(tǒng)計意義的，對個別分子來說溫度是沒有意義的。2熱平衡(1)一切達(dá)到熱平衡的物體都具有相同的溫度。(2)若物體與A處于熱平衡，它同時也與B達(dá)到熱平衡，則A的溫度等于B的溫度，這就是溫度計用來測量溫度的基本原理。3熱平衡定律的意義熱平衡定律又叫熱力學(xué)第零定

11、律，為溫度的測量提供了理論依據(jù)。因為互為熱平衡的物體具有相同的溫度，所以比較各物體溫度時，不需要將各個物體直接接觸，只需將作為標(biāo)準(zhǔn)物體的溫度計分別與各物體接觸，即可比較溫度的高低?！纠?】關(guān)于平衡態(tài)和熱平衡，下列說法中正確的有 ()A只要溫度不變且處處相等，系統(tǒng)就一定處于平衡態(tài)B兩個系統(tǒng)在接觸時，它們的狀態(tài)不發(fā)生變化，說明這兩個系統(tǒng)原來的溫度是相等的C熱平衡就是平衡態(tài)D處于熱平衡的幾個系統(tǒng)的壓強一定相等思路點撥：(1)平衡態(tài)的各個參量都不變化。(2)熱平衡時必有相等的溫度。B一般來說，描述系統(tǒng)的狀態(tài)參量不只一個，根據(jù)平衡態(tài)的定義知所有性質(zhì)都不隨時間變化，系統(tǒng)才處于平衡態(tài)，A錯誤；根據(jù)熱平衡的定

12、義知，處于熱平衡的兩個系統(tǒng)溫度相同，B正確，D錯誤；平衡態(tài)是針對某一系統(tǒng)而言的，熱平衡是兩個系統(tǒng)相互影響的最終結(jié)果，C錯誤。熱平衡與溫度理解的兩個誤區(qū)誤區(qū)1：誤認(rèn)為只要溫度不變，系統(tǒng)就處于平衡態(tài)產(chǎn)生誤區(qū)的原因是沒有正確理解平衡態(tài)的概念，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)包括溫度在內(nèi)的所有狀態(tài)參量都不隨時間變化時，系統(tǒng)才處于平衡態(tài)。誤區(qū)2：誤認(rèn)為平衡態(tài)就是熱平衡產(chǎn)生誤區(qū)的原因是由于不理解熱平衡與平衡態(tài)的關(guān)系，錯誤地認(rèn)為處于平衡態(tài)的兩個物體之間一定會處于熱平衡。其實各自處于平衡態(tài)的兩個物體溫度不一定相同，它們接觸后各自的狀態(tài)會發(fā)生變化，直到達(dá)到熱平衡為止。跟進訓(xùn)練2下列有關(guān)熱平衡的說法，正確的是()A如果兩個系統(tǒng)在某時刻處

13、于熱平衡狀態(tài)，則這兩個系統(tǒng)永遠(yuǎn)處于熱平衡狀態(tài)B熱平衡定律只能研究三個系統(tǒng)的問題C如果兩個系統(tǒng)彼此接觸而不發(fā)生狀態(tài)參量的變化，這兩個系統(tǒng)又不受外界影響，那么這兩個系統(tǒng)一定處于熱平衡狀態(tài)D兩個處于熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，溫度可以有微小的差別C處于熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，如果受到外界的影響，狀態(tài)參量會隨之變化，溫度也會變化，故A錯誤；熱平衡定律對多個系統(tǒng)也適用，故B錯誤；由熱平衡的意義，故C正確；溫度相同是熱平衡的標(biāo)志，必須相同，故D錯誤。溫度計與溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)(以前稱為百分溫標(biāo))是由瑞典天文學(xué)家攝爾修斯設(shè)計的。如圖所示，在一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，把冰點定為0 ，汽化點定為100 ，因此在這兩個固定點之間共為100 ，即

14、100等份，每等份代表1攝氏度，用1 表示，用標(biāo)表示的溫度叫作攝氏溫度，常用t表示。攝氏溫標(biāo)用攝氏度做單位。熱力學(xué)溫標(biāo)由英國科學(xué)家威廉湯姆孫(開爾文)創(chuàng)立，它表示的溫度叫熱力學(xué)溫度，常用T表示，用K做單位。試探究：1熱力學(xué)溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)之間的關(guān)系是什么？2如果可以粗略地取273 為絕對零度，在一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰的熔點是多少攝氏度，為多少開？水的沸點又是多少攝氏度，為多少開?提示：1關(guān)系式為Tt273.15 K2冰的熔點為0 ，為273 K；水的沸點為100 ，即373 K。1“溫度”含義的兩種說法宏觀角度溫度表示物體的冷熱程度，這樣的定義帶有主觀性，因為冷熱是由人體的感覺器官比較得到的，往往是

15、不準(zhǔn)確的熱平衡角度溫度的嚴(yán)格定義是建立在熱平衡定律基礎(chǔ)上的。熱平衡定律指出，兩個系統(tǒng)相互處于熱平衡時，存在一個數(shù)值相等的物理量，這個物理量就是溫度，這樣的定義更具有科學(xué)性2.溫度計測量原理一切互為熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度。使溫度計與待測物體接觸，達(dá)到熱平衡，其溫度與待測物體的溫度相同。3溫標(biāo)(1)常見的溫標(biāo)有攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)。(2)比較攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)。攝氏溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)提出者攝爾修斯和施勒默爾英國物理學(xué)家開爾文零度的規(guī)定一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰水混合物的溫度273.15 絕對零度溫度名稱攝氏溫度熱力學(xué)溫度溫度符號tT單位名稱攝氏度開爾文單位符號K關(guān)系Tt273.15 K粗略表

16、示：Tt273 K【例3】仿照實驗室使用的液體溫度計的原理，某同學(xué)設(shè)計了一個簡易的氣體溫度計，如圖所示，瓶中裝的是氣體，瓶塞密封不漏氣，瓶塞上面細(xì)彎管中有一段液柱。(1)當(dāng)溫度升高時，液柱將向哪邊移動？(2)此溫度計如何標(biāo)上刻度呢？思路點撥：(1)此溫度計是根據(jù)氣體熱脹冷縮原理制成的。(2)必定是左邊溫度高，右邊溫度低。解析(1)當(dāng)溫度升高時，瓶內(nèi)的氣體受熱膨脹擠壓上方的液柱，液柱就會向左移動；(2)將此裝置放在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的冰水混合物中，在液柱正中間處標(biāo)上0 ，將它放在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的沸水中，在液柱正中間處標(biāo)上100 ，然后將以上兩個刻度之間的部分進行100等分，標(biāo)上刻度就成了一個溫度

17、計。答案見解析(1)熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系是Tt273.15 K，因此對于同一溫度來說，用不同的溫標(biāo)表示，數(shù)值不同，這是因為零值選取不同。(2)在熱力學(xué)溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)中，熱力學(xué)溫度升高(或降低)1 K，則攝氏溫度也升高(或降低)1 。【一題多變】(1)你能說出這個溫度計的測溫原理嗎？(2)為了提高此溫度計的靈敏度，便于讀數(shù)，可采取什么措施？解析(1)這個溫度計的測溫原理是測溫氣體的熱脹冷縮。(2)細(xì)彎管再細(xì)一些，瓶子再大一些且氣體再多些，細(xì)彎管內(nèi)的液體盡可能少些等，都可以提高靈敏度。答案見解析跟進訓(xùn)練3(多選)關(guān)于熱力學(xué)溫度，下列說法中正確的是()A33 240 KB溫度變化1 ，也就是溫

18、度變化1 KC攝氏溫度與熱力學(xué)溫度都可能取負(fù)值D溫度由t 升至2t ，對應(yīng)的熱力學(xué)溫度升高了273 KtABT273 Kt，由此可知：33 240 K，A正確，同時B正確；D中初態(tài)熱力學(xué)溫度為273 Kt，末態(tài)為273 K2t，溫度變化t K，D錯誤；攝氏溫度可取負(fù)值，但因絕對零度達(dá)不到，故熱力學(xué)溫度不可能取負(fù)值，C錯誤。1物理觀念：狀態(tài)參量、平衡態(tài)、熱平衡、熱力學(xué)溫度。2科學(xué)思維：熱平衡定律的理解及Tt273.15_K的理解和應(yīng)用。3科學(xué)方法：理想模型法、圖像法、定義法、比較法。1(多選)下列說法正確的是()A兩個系統(tǒng)處于熱平衡時，它們一定具有相同的熱量B如果兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)達(dá)到熱平

19、衡，那么這兩個系統(tǒng)也必定處于熱平衡C溫度是決定兩個系統(tǒng)是否達(dá)到熱平衡狀態(tài)的唯一物理量D熱平衡定律是溫度計能夠用來測量溫度的基本原理BCD熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的狀態(tài)參量溫度，故選項A錯誤，C正確；由熱平衡定律可知，若物體與A處于熱平衡，它同時也與B達(dá)到熱平衡，則A的溫度等于B的溫度，這也是溫度計用來測量溫度的基本原理，故選項B、D也正確。2如果一個系統(tǒng)達(dá)到了平衡態(tài)，那么這個系統(tǒng)各處的()A溫度、壓強、體積都必須達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)不再變化B溫度一定達(dá)到了某一穩(wěn)定值，但壓強和體積仍是可以變化的C溫度一定達(dá)到了某一穩(wěn)定值，并且分子不再運動，達(dá)到了“凝固”狀態(tài)D溫度、壓強就會變得一樣，但體積仍可變化A如果一個系統(tǒng)達(dá)到了平衡態(tài)，系統(tǒng)內(nèi)各部分的狀態(tài)參量，如溫度、壓強和體積等不再隨時間發(fā)生變化。溫度達(dá)到穩(wěn)定值，分子仍然是運動的，不可能達(dá)到所謂的“凝固”狀態(tài)。故A正確。3(多選)下列物體中處于熱平衡狀態(tài)的是()A冰水混合物處在0 的環(huán)境中B將一鋁塊放入沸水中加熱足夠長的時間C冬天剛打開空調(diào)的教室內(nèi)的空氣D一個裝有氣體的密閉絕熱容器勻速運動，容