新教材同步輔導2023年高中物理第二章氣體固體和液體2.1溫度和溫標課件新人教版選擇性必修第三冊

第二章氣體、固體和液體學習目標1.通過情境探究,知道什么是狀態(tài)參量,什么是平衡態(tài),知道熱平衡,理解熱平衡定律及溫度的意義,知道熱平衡的標志及熱平衡與平衡態(tài)的區(qū)別,體會生活中的熱平衡現(xiàn)象,培養(yǎng)推理、分析與歸納能力.2.知道什么是溫標、熱力學溫標.知道攝氏溫度與熱力學溫度的轉(zhuǎn)換關系,培養(yǎng)應用物理知識解決實際問題的能力.1

溫度和溫標知識點一

狀態(tài)參量與平衡態(tài)1.熱力學系統(tǒng):研究某一容器中氣體的熱學性質(zhì),其研究對象是容器中的大量分子組成的系統(tǒng),這在熱學中叫作一個

,簡稱

.系統(tǒng)之外與系統(tǒng)發(fā)生相互作用的其他物體統(tǒng)稱

.2.狀態(tài)參量:在熱學中,為確定系統(tǒng)的狀態(tài),也需要用到一些物理量,這些物理量叫作系統(tǒng)的

.研究系統(tǒng)內(nèi)氣體時常用到的狀態(tài)參量分別是

、

、

.

熱力學系統(tǒng)系統(tǒng)外界狀態(tài)參量體積V壓強p溫度T3.平衡態(tài):在沒有外界影響的情況下,經(jīng)過足夠長的時間,系統(tǒng)內(nèi)各部分的狀態(tài)參量能夠達到

狀態(tài),即系統(tǒng)內(nèi)的壓強、體積和溫度不再變化,系統(tǒng)達到了

.4.一根長鐵絲,一端插入100℃的熱水中,另一端放入0℃的恒溫源中,經(jīng)過足夠長的時間,溫度沿鐵絲有一定的分布,而且不隨時間變化,這種狀態(tài)是不是平衡態(tài)?答案:這種狀態(tài)不是平衡態(tài),只是一種穩(wěn)定狀態(tài),因為存在外界因素的影響.穩(wěn)定平衡態(tài)知識點二熱平衡與溫度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

就不再變化了,這說明兩個系統(tǒng)達到了

.這種平衡叫作熱平衡.2.熱平衡定律:如果兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)達到

,那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定處于

,這個結論稱為熱平衡定律.狀態(tài)參量平衡熱平衡熱平衡3.從熱平衡方面怎樣理解溫度?答案:當兩個系統(tǒng)A、B處于熱平衡時,它們必定具有某個共同的熱學性質(zhì),我們就把表征這一“共同的熱學性質(zhì)”的物理量叫作溫度.知識點三溫度計與溫標1.溫標:要

地描述溫度,就必須有一套方法,這套方法就是溫標.2.攝氏溫度與熱力學溫度的關系:

.

3.水銀溫度計的測量原理:水銀溫度計是根據(jù)水銀的

的性質(zhì)來測量溫度的.定量T=t+273.15K熱膨脹小試身手判斷下列說法的正誤并和同學交流(正確的打“√”,錯誤的打“×”).1.只要溫度不變且處處相等,系統(tǒng)就一定處于平衡態(tài).()2.兩個系統(tǒng)在接觸時它們的狀態(tài)不發(fā)生變化,這兩個系統(tǒng)原來的溫度是相同的.()3.處于熱平衡的兩個系統(tǒng)的溫度一定相等.()4.溫度變化1℃,也就是溫度變化1K.()5.攝氏溫度與熱力學溫度都可能取負值.()6.平衡態(tài)是一種理想情況.()7.處于熱平衡的兩個系統(tǒng)具有相同的熱量.()8.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.()×√√√×√×√探究一狀態(tài)參量與平衡態(tài)問題情境假如一個容器用擋板K隔開,容器中的氣體被分成A、B兩部分,容器壁以及隔板都是絕熱的,即A、B兩部分氣體之間以及它們與外界之間都沒有能量交換.經(jīng)過足夠長的時間,穩(wěn)定后它們的壓強分別為pA、pB,溫度分別為TA、TB,體積分別為VA、VB,如圖所示.1.以A部分的氣體為研究對象,它可以看成一個熱力學系統(tǒng)嗎?相對A,誰是外界?答案:

A部分的氣體含有大量分子,可以看成一個熱力學系統(tǒng);系統(tǒng)之外與系統(tǒng)發(fā)生相互作用的其他物體統(tǒng)稱外界,相對A來講,容器、容器外大氣、B系統(tǒng)都是外界.2.當A系統(tǒng)的體積、壓強、溫度穩(wěn)定不變時,A處于什么狀態(tài)?處于該狀態(tài)的系統(tǒng)內(nèi)的分子都靜止不動嗎?答案:

A系統(tǒng)內(nèi)各部分的狀態(tài)參量達到穩(wěn)定狀態(tài),這種狀態(tài)叫作平衡態(tài).熱力學的平衡態(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.過程建構1.熱力學系統(tǒng)的狀態(tài)參量.(1)體積V:幾何參量,它可以確定系統(tǒng)的空間范圍.(2)壓強p:力學參量,它可以確定外界與系統(tǒng)之間或系統(tǒng)內(nèi)部各部分之間力的作用.(3)溫度T:熱學參量,它可以確定系統(tǒng)的冷熱程度.2.對平衡態(tài)的理解.(1)熱力學的平衡態(tài)是一種動態(tài)平衡,處于平衡態(tài)的系統(tǒng)內(nèi)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,而力學中的平衡態(tài)是指物體處于靜止或勻速直線運動的狀態(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,由于漲落,仍可能發(fā)生偏離平衡狀態(tài)的微小變化.【典例1】(多選)下列說法正確的是 (

)A.狀態(tài)參量是描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量,當系統(tǒng)的狀態(tài)變化時,其各個狀態(tài)參量都會改變B.若系統(tǒng)不受外界影響,且經(jīng)過足夠長的時間,則其內(nèi)部各部分的狀態(tài)參量將會達到穩(wěn)定C.只有處于平衡態(tài)的系統(tǒng)才有狀態(tài)參量D.兩個物體發(fā)生傳熱時,它們組成的系統(tǒng)處于非平衡態(tài)解析: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,A錯誤.系統(tǒng)處于平衡態(tài)或非平衡態(tài),都有狀態(tài)參量,C錯誤.當系統(tǒng)不受外界影響時,系統(tǒng)總要趨于平衡,其內(nèi)部各部分狀態(tài)參量趨于穩(wěn)定,B正確.兩個物體發(fā)生傳熱時,兩個物體組成的系統(tǒng)內(nèi)部存在溫度差,系統(tǒng)處于非平衡態(tài),D正確.答案:BD探究二熱平衡與溫度問題情境如圖所示,容器被擋板K隔開,且擋板被固定住.容器中的氣體被分成A、B兩部分.容器壁是絕熱的,擋板是導熱的,剛開始時A、B的溫度分別為TA、TB,且TA<TB,A、B兩個系統(tǒng)通過擋板傳遞熱量,經(jīng)過一段時間,A、B兩個系統(tǒng)的溫度都達到了T,各自的狀態(tài)參量就不再變化,兩個系統(tǒng)達到了熱平衡.1.達到熱平衡的A、B系統(tǒng)具備了怎樣的共同特征?請在下圖中大體畫出A、B兩系統(tǒng)的溫度T隨時間t變化的圖像.答案:達到熱平衡的A、B系統(tǒng)具有相同的溫度.T-t圖像如圖所示.2.從微觀角度分析為什么兩個系統(tǒng)達到了熱平衡后各自的狀態(tài)參量就不再變化了.答案:兩系統(tǒng)溫度相同就不再發(fā)生熱交換了,兩系統(tǒng)溫度相等且恒定,各自體積恒定,壓強穩(wěn)定在相應的數(shù)值上.3.熱平衡定律中的核心是什么?平衡態(tài)就是熱平衡嗎?答案:決定系統(tǒng)是否達到熱平衡的狀態(tài)參量是溫度,也就是說只要溫度不再發(fā)生變化,那么這兩個系統(tǒng)就達到了熱平衡.理解熱平衡定律一定要抓住溫度這一狀態(tài)參量.平衡態(tài)不是熱平衡.平衡態(tài)是對某一系統(tǒng)而言的,熱平衡是對兩個或多個相互接觸的系統(tǒng)而言的;分別處于平衡態(tài)的兩個系統(tǒng)在相互接觸時,它們的狀態(tài)可能會發(fā)生變化,當兩系統(tǒng)的溫度相同且不再變化時,兩系統(tǒng)便達到了熱平衡.達到熱平衡的兩個系統(tǒng)都處于平衡態(tài).4.描述一下用同一溫度計可以測量不同物體的溫度的理論依據(jù).答案:依據(jù)熱平衡定律,只要溫度計與所測的系統(tǒng)達到熱平衡了,溫度計與該系統(tǒng)就有相同的溫度.過程建構1.熱平衡.(1)熱平衡的性質(zhì):一切達到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度.(2)理解.①兩個系統(tǒng)達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,那么它們的狀態(tài)不會發(fā)生新的變化.②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.2.熱平衡定律與溫度.(1)對熱平衡定律的理解.決定兩個系統(tǒng)是否達到了熱平衡的狀態(tài)參量是溫度.比較各物體溫度時,不需要將各個物體直接接觸,只需將溫度計分別與各物體接觸,即可比較溫度的高低.(2)對溫度的理解.角度理解宏觀角度溫度表示物體的冷熱程度,這個概念帶有主觀性,因為冷熱是由人體的感覺器官比較得到的,往往是不準確的熱平衡角度溫度的嚴格定義是建立在熱平衡定律基礎上的.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,這樣定義溫度更具有科學性【典例2】(多選)關于平衡態(tài)和熱平衡,下列說法不正確的有(

)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)參量不發(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)的壓強一定相等答案:

ACD解析:一般來說,描述系統(tǒng)的狀態(tài)參量不止一個,根據(jù)平衡態(tài)的概念知,系統(tǒng)的所有狀態(tài)參量都不隨時間變化,系統(tǒng)才處于平衡態(tài),A說法錯誤.根據(jù)熱平衡的概念知,處于熱平衡的兩個系統(tǒng)溫度相同,其他狀態(tài)參量不一定相同,B說法正確,D說法錯誤.平衡態(tài)是針對某一系統(tǒng)而言的,熱平衡是兩個或兩個以上系統(tǒng)相互影響的最終結果,C說法錯誤.處理平衡態(tài)和熱平衡需要注意的問題探究三溫度計與溫標問題情境右圖是一種水銀體溫計.它的上部是一根玻璃管,下端是一個玻璃泡.在玻璃泡和玻璃管的下端裝有純凈的水銀,玻璃管外殼上標有刻度.答案:水銀體溫計是根據(jù)水銀的熱膨脹制成的,并且玻璃管中水銀柱的高度與溫度的關系是線性關系.1.水銀體溫計是根據(jù)水銀的什么特性制成的?2.體溫計使用的是攝氏溫標,結合教材描述攝氏溫標的構建過程.怎樣建立一個溫標?答案:攝氏溫標曾經(jīng)規(guī)定,標準大氣壓下冰的熔點為0℃,水的沸點為100℃,并據(jù)此把玻璃管上0℃刻度與100℃刻度之間均勻分成100等份,每份算作1℃.建立一個溫標的方法:選擇某種具有測溫屬性的物質(zhì);了解測溫物質(zhì)的這種測溫屬性與溫度的函數(shù)關系;確定溫度的零點和分度的方法.3.體溫計能測量人體溫度的依據(jù)是什么?答案:一切互為熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度.體溫計與人體接觸,達到熱平衡時其溫度與人體的溫度相同.4.結合教材描述什么是熱力學溫標.攝氏溫度與熱力學溫度的關系是什么?答案:熱力學溫標是現(xiàn)代科學中常用的表示溫度的方法.熱力學溫標表示的溫度叫熱力學溫度.用符號T表示,單位是開爾文,符號為K.攝氏溫度與熱力學溫度的關系是T=t+273.15K.過程建構1.攝氏溫標與熱力學溫標的比較.項目攝氏溫標熱力學溫標提出者攝爾修斯開爾文零點標準大氣壓下冰的熔點-273.15℃溫度名稱攝氏溫度熱力學溫度溫度符號tT單位名稱攝氏度開爾文單位符號℃K關系T=t+273.15K,粗略表示時T=t+273K注意:(1)熱力學溫度的零度叫絕對零度,它是低溫的極限,可以無限接近但不能達到.(2)熱力學溫度是國際單位制中七個基本物理量之一,因此它的單位屬于基本單位.(3)攝氏溫標的1℃的溫度差與熱力學溫標1K的溫度差是等價的,用熱力學溫標表示的溫度和用攝氏溫標表示的溫度,雖然起點不同,但表示的溫度差是相同的,即ΔT=Δt.(4)T=t+273.15K是解決有關熱力學溫度與攝氏溫度關系問題的基礎.2.溫度計.名稱測溫原理水銀溫度計根據(jù)水銀的熱膨脹的性質(zhì)來測量溫度熱電偶溫度計根據(jù)不同導體因溫差而產(chǎn)生電動勢的大小不同來測量溫度電阻溫度計根據(jù)金屬的電阻率隨溫度的升高而變化的原理來測量溫度壓力表式溫度計根據(jù)氣體壓強隨溫度變化的規(guī)律來測量溫度【典例3】(多選)下列有關溫度的說法正確的是 (

)A.攝氏溫標和熱力學溫標是表示溫度的兩種不同方法B.用兩種溫標表示溫度的變化時,二者的數(shù)值相等C.1K就是1℃D.溫度變化1℃,也可以說溫度變化274K解析:溫標是用來定量描述溫度的方法,常用的溫標有攝氏溫標和熱力學溫標,A正確.兩種溫標表示同一溫度時,數(shù)值不同,但在表示同一溫度變化時,數(shù)值是相同的,B正確.若物體的溫度升高1K,也可以說物體的溫度升高1℃,但在表示物體的溫度時,物體的溫度為1K不能說成物體的溫度為1℃,C、D錯誤.答案:AB課堂評價1.(多選)在熱學中,要描述一定質(zhì)量的氣體的宏觀狀態(tài),需要確定的物理量有 (

)A.每個氣體分子的運動速率B.壓強C.體積D.溫度答案:BCD解析:描述系統(tǒng)的宏觀狀態(tài)時,狀態(tài)參量是宏觀量,每個氣體分子的運動速率是微觀量,不是氣體的宏觀狀態(tài)參量.氣體的壓強、體積、溫度分別從力學、幾何、熱學三個角度描述氣體的性質(zhì),是確定氣體宏觀狀態(tài)的三個狀態(tài)參量.B、C、D正確.2.(多選)熱力學系統(tǒng)的平衡態(tài)的特點是 (

)A.定態(tài)平衡B.動態(tài)平衡C.分子已經(jīng)不動D.分子仍做無規(guī)則運動解析:熱平衡是一種動態(tài)平衡,是大量分子運動的平均效果,處于熱平衡的系統(tǒng),分子仍在做無規(guī)則運動.答案:BD3.(多選)下列對熱平衡定律的理解正確的是(

)A.兩系統(tǒng)的溫度相同時,才能達到熱平衡B.A、B兩系統(tǒng)分別與C系統(tǒng)達到熱平衡,則A、B兩系統(tǒng)熱平衡C.甲、乙、丙物體溫度不相等,先把甲、乙接觸,最終達到熱平衡,再將丙與乙接觸最終也達到熱平衡,則甲、丙也處于熱平衡D.熱平衡時,兩系統(tǒng)的溫度相同,壓強、體積也一定相同解析:兩個系統(tǒng)熱平衡的標志是它們的溫度相同,但它們的壓強、體積不一定相同,A、B正確,C、D錯誤.答案:AB4.下列關于溫度和熱平衡的說法不正確的是(

)A.溫度宏觀上反映物體的冷熱程度,我們感覺冷的物體溫度低B.當A、B兩物體分別與C物體達到熱平衡時,A物體與B物體之間也處于熱平衡狀態(tài)C.