高中物理(新教材)選修三課件3：2-1-溫度和溫標(biāo) 人教版

2.1溫度和溫標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo)

1.知道平衡態(tài)及系統(tǒng)的狀態(tài)參量。2.明確溫度的概念，知道熱平衡定律及其與溫度的關(guān)系。3.了解溫度計(jì)的原理，知道熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的換算關(guān)系。一、狀態(tài)參量與平衡態(tài)1.熱力學(xué)系統(tǒng)：研究某一容器中氣體的熱學(xué)性質(zhì)，其研究對(duì)象是容器中的大量分子組成的系統(tǒng)，這在熱學(xué)中叫作一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)

。2.外界：系統(tǒng)之外與系統(tǒng)發(fā)生

的其他物體統(tǒng)稱(chēng)外界。3.狀態(tài)參量：在熱學(xué)中，為確定系統(tǒng)的狀態(tài)所需要用到的物理量叫作系統(tǒng)的狀態(tài)參量。常用的狀態(tài)參量有：幾何參量

、力學(xué)參量

、熱學(xué)參量

。4.平衡態(tài)：在沒(méi)有外界影響的情況下，只要經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，系統(tǒng)內(nèi)各部分的狀態(tài)參量能夠達(dá)到

狀態(tài)，這種狀態(tài)叫作

。壓強(qiáng)p相互作用體積V系統(tǒng)平衡態(tài)穩(wěn)定溫度T知識(shí)梳理二、熱平衡與溫度1.熱平衡：兩個(gè)相互接觸而傳熱的熱力學(xué)系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間以后，這兩個(gè)系統(tǒng)的

都不再變化，我們說(shuō)這兩個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了熱平衡。達(dá)到熱平衡的兩個(gè)系統(tǒng)具有相同的

。2.熱平衡定律：如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，那么這兩個(gè)系統(tǒng)彼此之間也必定處于

，這個(gè)結(jié)論稱(chēng)為熱平衡定律，它又叫熱力學(xué)第零定律。三、溫度計(jì)與溫標(biāo)1.溫度計(jì)：選擇一種測(cè)量物質(zhì)，根據(jù)這種物質(zhì)隨

變化而變化的某個(gè)特性來(lái)制造溫度計(jì)。熱平衡溫度溫度狀態(tài)參量名稱(chēng)原理水銀溫度計(jì)根據(jù)水銀的熱脹冷縮的性質(zhì)來(lái)測(cè)量溫度金屬電阻溫度計(jì)根據(jù)金屬的電阻率隨溫度的變化而變化來(lái)測(cè)量溫度氣體溫度計(jì)根據(jù)氣體的壓強(qiáng)隨溫度的變化而變化來(lái)測(cè)量溫度熱電偶溫度計(jì)根據(jù)不同導(dǎo)體因溫差而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的大小不同來(lái)測(cè)量溫度2.常見(jiàn)溫度計(jì)的測(cè)溫原理3.溫標(biāo)(1)定義：定量地描述溫度的方法稱(chēng)為溫標(biāo)。(2)兩種溫標(biāo)①攝氏溫標(biāo)：一種常用的表示溫度的方法，這種溫標(biāo)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點(diǎn)為0℃，水的沸點(diǎn)為100℃。在0℃和100℃之間均勻分成100等份，每份算作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，規(guī)定攝氏溫度的

℃為零值。(3)攝氏溫度與熱力學(xué)溫度。①攝氏溫度：用攝氏溫標(biāo)表示的溫度，用符號(hào)t表示，單位是

，用符號(hào)℃表示。②熱力學(xué)溫度：用

溫標(biāo)表示的溫度，它是國(guó)際單位制中七個(gè)基本物理量之一，用符號(hào)T表示，單位是

，簡(jiǎn)稱(chēng)開(kāi)，符號(hào)為

。③換算關(guān)系：T=

。

-273.15

攝氏度熱力學(xué)開(kāi)爾文Kt+273.15K1.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(zhǎng)的時(shí)間，雞蛋處于平衡態(tài)嗎?要點(diǎn)提示：處于平衡態(tài)。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(shí)間變化時(shí)，系統(tǒng)處于平衡態(tài)。課堂探究知識(shí)歸納11.熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)參量(1)體積V：系統(tǒng)的幾何參量，它可以確定系統(tǒng)的空間范圍。(2)壓強(qiáng)p：系統(tǒng)的力學(xué)參量，它可以描述系統(tǒng)的力學(xué)性質(zhì)。(3)溫度T：系統(tǒng)的熱學(xué)參量，它可以確定系統(tǒng)的冷熱程度。2.平衡態(tài)的理解(1)熱力學(xué)的平衡態(tài)與力學(xué)的平衡態(tài)的意義不同，熱力學(xué)的平衡態(tài)是一種動(dòng)態(tài)平衡，組成系統(tǒng)的分子仍在不停地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，只是分子運(yùn)動(dòng)的平均效果不隨時(shí)間變化，表現(xiàn)為系統(tǒng)的宏觀(guān)性質(zhì)不隨時(shí)間變化。(2)平衡態(tài)的特點(diǎn)：系統(tǒng)溫度、壓強(qiáng)、體積不發(fā)生變化。系統(tǒng)處于平衡態(tài)時(shí)，所有的狀態(tài)參量都不隨時(shí)間變化，我們就能比較準(zhǔn)確容易地描述系統(tǒng)的狀態(tài)，中學(xué)階段我們主要處理平衡態(tài)的問(wèn)題。(2)平衡態(tài)的特點(diǎn)：系統(tǒng)溫度、壓強(qiáng)、體積不發(fā)生變化。系統(tǒng)處于平衡態(tài)時(shí)，所有的狀態(tài)參量都不隨時(shí)間變化，我們就能比較準(zhǔn)確容易地描述系統(tǒng)的狀態(tài)，中學(xué)階段我們主要處理平衡態(tài)的問(wèn)題。例1(多選)下列系統(tǒng)處于平衡態(tài)的是(

)A.將一金屬塊放在沸水中加熱足夠長(zhǎng)的時(shí)間B.冰水混合物處在0℃環(huán)境中C.一個(gè)裝有氣體的密閉絕熱容器勻速運(yùn)動(dòng)，容器突然停止運(yùn)動(dòng)，此時(shí)容器內(nèi)的氣體D.開(kāi)空調(diào)2分鐘內(nèi)教室內(nèi)的氣體解析：系統(tǒng)處于平衡態(tài)時(shí)，其狀態(tài)參量穩(wěn)定不變，金屬塊放在沸水中加熱足夠長(zhǎng)的時(shí)間，冰水混合物在0℃環(huán)境中，其溫度、壓強(qiáng)、體積都不再變化，是平衡態(tài)，故A、B對(duì)；一個(gè)裝有氣體的密閉絕熱容器勻速運(yùn)動(dòng)突然停止時(shí)，容器內(nèi)氣體的溫度升高，故其不是平衡態(tài)，C錯(cuò)；開(kāi)空調(diào)2分鐘內(nèi)教室內(nèi)的氣體的溫度會(huì)變化，故其不是平衡態(tài)，D錯(cuò)。AB規(guī)律方法兩步法判斷熱力學(xué)系統(tǒng)是否處于平衡態(tài)1.判斷熱力學(xué)系統(tǒng)是否受到外界的影響。2.判斷系統(tǒng)的狀態(tài)參量(壓強(qiáng)、體積和溫度)是否發(fā)生變化。如果系統(tǒng)不受外界的影響，且狀態(tài)參量不發(fā)生變化，系統(tǒng)就處于平衡態(tài)，否則就是非平衡態(tài)。2.熱平衡與溫度四季變換，陰晴冷暖，我們每天都會(huì)關(guān)注天氣預(yù)報(bào)，適當(dāng)增減衣物。如圖是某天的天氣預(yù)報(bào)的截屏，預(yù)報(bào)概要如下：今日天氣多云，溫度14℃~26℃。在24小時(shí)的時(shí)間內(nèi)，隨著氣溫的變化測(cè)量氣溫的溫度計(jì)示數(shù)也會(huì)變化，那么，在較

短的時(shí)間里，溫度計(jì)與大氣達(dá)到熱平衡了嗎?提示：達(dá)到熱平衡了。因?yàn)樵谳^短的時(shí)間里兩個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)不發(fā)生變化。課堂探究2.如圖所示是伽利略溫度計(jì)的示意圖，利用玻璃管內(nèi)封閉的氣體作為測(cè)量物質(zhì)，當(dāng)氣溫升高時(shí)，細(xì)管內(nèi)的水柱越高嗎?

提示：不是。伽利略溫度計(jì)的物理原理是空氣的熱脹冷縮，當(dāng)氣溫升高時(shí)，細(xì)管內(nèi)的水柱降低。知識(shí)歸納21.平衡態(tài)與熱平衡的區(qū)別和聯(lián)系狀態(tài)平衡態(tài)熱平衡區(qū)別研究對(duì)象一個(gè)系統(tǒng)兩個(gè)接觸的系統(tǒng)判斷依據(jù)系統(tǒng)不受外界影響，狀態(tài)參量不變兩個(gè)系統(tǒng)的溫度相同聯(lián)系處于熱平衡的兩個(gè)系統(tǒng)都處于平衡態(tài)知識(shí)歸納21.平衡態(tài)與熱平衡的區(qū)別和聯(lián)系狀態(tài)平衡態(tài)熱平衡區(qū)別研究對(duì)象一個(gè)系統(tǒng)兩個(gè)接觸的系統(tǒng)判斷依據(jù)系統(tǒng)不受外界影響，狀態(tài)參量不變兩個(gè)系統(tǒng)的溫度相同聯(lián)系處于熱平衡的兩個(gè)系統(tǒng)都處于平衡態(tài)2.熱平衡相互接觸而傳熱的兩個(gè)系統(tǒng)，各自的狀態(tài)參量將會(huì)相互影響而分別改變，最后，兩個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)參量將不再變化，我們就說(shuō)兩個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了熱平衡，一切達(dá)到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度，所以?xún)蓚€(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡的標(biāo)志是系統(tǒng)具有相同的溫度。3.熱平衡定律如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，那么這兩個(gè)系統(tǒng)彼此之間也必定處于熱平衡，這個(gè)結(jié)論稱(chēng)為熱平衡定律。4.溫度與熱平衡(1)溫度在宏觀(guān)上，表示物體的冷熱程度。(2)溫度在微觀(guān)上，反映分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。(3)一切達(dá)到熱平衡的物體都具有相同的溫度。例2(多選)有甲、乙、丙三個(gè)溫度不同的物體，將甲和乙接觸很長(zhǎng)一段時(shí)間后分開(kāi)，再將乙和丙接觸很長(zhǎng)一段時(shí)間后分開(kāi)(發(fā)生了熱交換)，假設(shè)只有在它們相互接觸時(shí)有熱傳遞，不接觸時(shí)與外界沒(méi)有熱傳遞，則(

)A.甲、乙、丙三個(gè)物體都達(dá)到了平衡態(tài)B.只有乙、丙達(dá)到了平衡態(tài)，甲沒(méi)有達(dá)到平衡態(tài)C.乙、丙兩物體都和甲達(dá)到了熱平衡D.乙、丙兩物體達(dá)到了熱平衡AD解析：甲、乙、丙三個(gè)物體與外界沒(méi)有熱傳遞，所以甲、乙、丙三個(gè)物體都達(dá)到了平衡態(tài)，A正確，B錯(cuò)誤；甲和乙接觸一段時(shí)間后分開(kāi)，甲和乙達(dá)到了熱平衡，但乙和丙接觸一段時(shí)間后，乙的溫度又發(fā)生了變化，甲和乙的熱平衡被破壞，乙和丙兩物體達(dá)到了熱平衡，C錯(cuò)誤，D正確。3.溫度計(jì)與溫標(biāo)海明威在短篇小說(shuō)《一天的等待》中有這樣一段對(duì)話(huà)：爸爸：“人發(fā)燒到一百零二度是不會(huì)死的，你真是在說(shuō)傻話(huà)?！眱鹤樱骸拔抑罆?huì)的。在法國(guó)上學(xué)的時(shí)候，同學(xué)們告訴我，發(fā)燒到四十度就活不了了。我已經(jīng)一百零二度了?！逼渲械?02度是指的華氏溫度，40度是指的攝氏溫度，同學(xué)們可以查閱資料，進(jìn)一步了解它們之間的關(guān)系，并把40℃換算成熱力學(xué)溫度。要點(diǎn)提示：40℃換算成熱力學(xué)溫度為313.15K。課堂探究知識(shí)歸納31.“溫度”含義的兩種說(shuō)法宏觀(guān)角度溫度表示物體的冷熱程度，這樣的定義帶有主觀(guān)性，因?yàn)槔錈崾怯扇梭w的感覺(jué)器官比較得到的，往往是不準(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(gè)系統(tǒng)相互處于熱平衡時(shí)，存在一個(gè)數(shù)值相等的物理量，這個(gè)物理量就是溫度，這樣的定義更具有科學(xué)性2.溫度計(jì)測(cè)量原理一切互為熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度。溫度計(jì)與待測(cè)物體接觸，達(dá)到熱平衡，其溫度與待測(cè)物體的溫度相同。3.溫標(biāo)(1)常見(jiàn)的溫標(biāo)有攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)。(2)溫標(biāo)要素：第一，選擇某種具有測(cè)溫屬性的測(cè)溫物質(zhì)；第二，了解測(cè)溫物質(zhì)的測(cè)溫屬性隨溫度變化的函數(shù)關(guān)系；第三，確定溫度零點(diǎn)和分度的方法。(3)攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)

溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)零度的規(guī)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰水混合物的溫度-273.15℃(絕對(duì)零度)溫度名稱(chēng)攝氏溫度熱力學(xué)溫度溫度符號(hào)tT單位名稱(chēng)攝氏度開(kāi)爾文單位符號(hào)℃K關(guān)系(1)T=t+273.15K，粗略表示為T(mén)=t+273K(2)每一開(kāi)爾文的大小與每一攝氏度的大小相等特別提醒：(1)溫度計(jì)的熱容量必須很小，與待測(cè)物體接觸時(shí)，幾乎不改變待測(cè)物體狀態(tài)。(2)熱力學(xué)溫度單位(開(kāi)爾文)是國(guó)際單位制中七個(gè)基本單位之一。例3(多選)關(guān)于熱力學(xué)溫度和攝氏溫度，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A.某物體攝氏溫度為10℃，即熱力學(xué)溫度為10KB.熱力學(xué)溫度升高1K等于攝氏溫度升高1℃C.攝氏溫度升高10℃，對(duì)應(yīng)熱力學(xué)溫度升高283KD.熱力學(xué)溫度和攝氏溫度的溫標(biāo)不同，兩者表示的溫度無(wú)法比較解析：熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系T=t+273.15K，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤；對(duì)于T=t+273.15K，有許多同學(xué)錯(cuò)誤地認(rèn)為可變形為ΔT=Δt+273.15K，而認(rèn)為C選項(xiàng)正確，實(shí)際上ΔT=T2-T1=t2-t1=Δt，即用攝氏溫度表示的溫差等于用熱力學(xué)溫度表示的溫差，所以選項(xiàng)B正確，選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。ACD熱力學(xué)溫度與攝氏溫度關(guān)系的理解1.T=t+273.15K是解決有關(guān)熱力學(xué)溫度與攝氏溫度關(guān)系問(wèn)題的基礎(chǔ)。2.攝氏溫度變化1℃與熱力學(xué)溫度變化1K是等效的，即ΔT=Δt，而不ΔT=Δt+273.15K。3.絕對(duì)零度是低溫的極限，只能接近，永遠(yuǎn)達(dá)不到，故熱力學(xué)溫度不能出現(xiàn)負(fù)值，但攝氏溫度可以出現(xiàn)負(fù)值。1.如果一個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了平衡態(tài)，那么這個(gè)系統(tǒng)各處的(

)A.溫度、壓強(qiáng)、體積都一定達(dá)到了穩(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(qiáng)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(yùn)動(dòng)，達(dá)到了“凝固”狀態(tài)D.溫度、壓強(qiáng)不再變化，但體積仍可變化A課堂檢測(cè)2.有關(guān)溫標(biāo)的說(shuō)法正確的是(

)A.溫標(biāo)不同，測(cè)量時(shí)得到同一系統(tǒng)的溫度數(shù)值可能是不同的B.不同溫標(biāo)表示的溫度數(shù)值不同，則說(shuō)明溫度不同C.溫標(biāo)的規(guī)定都是人為的，沒(méi)有什么理論依據(jù)D.熱力學(xué)溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)是兩種不同的溫度表示方法，表示的溫度數(shù)值沒(méi)有關(guān)系A(chǔ)3(多選)關(guān)于熱力學(xué)溫度下列說(shuō)法中正確的是(

)A.-33℃=240KB.溫度變化1℃，也就是溫度變化1KC.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(duì)應(yīng)的熱力學(xué)溫度升高了t+273KE.-136℃比136K溫度高ABE

備用工具&資料3(多選)關(guān)于熱力學(xué)溫度下列說(shuō)法中正確的是(

)A.-33℃=240KB.溫度變化1℃，也就是溫度變化1KC.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(duì)應(yīng)的熱力學(xué)溫度升高了t+273KE.-136℃比136K溫度高ABE1.如果一個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了平衡態(tài)，那么這個(gè)系統(tǒng)各處的(

)A.溫度、壓強(qiáng)、體積都一定達(dá)到了穩(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(qiáng)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(yùn)動(dòng)，達(dá)到了“凝固”狀態(tài)D.溫度、壓強(qiáng)不再變化，但體積仍可變化A課堂檢測(cè)一、狀態(tài)參量與平衡態(tài)1.熱力學(xué)系統(tǒng)：研究某一容器中氣體的熱學(xué)性質(zhì)，其研究對(duì)象是容器中的大量分子組成的系統(tǒng)，這在熱學(xué)中叫作一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱(chēng)

。2.外界：系統(tǒng)之外與系統(tǒng)發(fā)生

的其他物體統(tǒng)稱(chēng)外界。3.狀態(tài)參量：在熱學(xué)中，為確定系統(tǒng)的狀態(tài)所需要用到的物理量叫作系統(tǒng)的狀態(tài)參量。常用的狀態(tài)參量有：幾何參量

、力學(xué)參量

、熱學(xué)參量

。4.平衡態(tài)：在沒(méi)有外界影響的情況下，只要經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，系統(tǒng)內(nèi)各部分的狀態(tài)參量能夠達(dá)到

狀態(tài)，這種狀態(tài)叫作

。壓強(qiáng)p相互作用體積V系統(tǒng)平衡態(tài)穩(wěn)定溫度T知識(shí)梳理名