高中 物理 必修第三冊(cè) 第二章 氣體、固體和液體《第1節(jié) 溫度和溫標(biāo)》教學(xué)設(shè)計(jì)

第1節(jié)溫度和溫標(biāo)[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1．知道什么是狀態(tài)參量，知道熱平衡的概念。2．理解熱平衡定律及溫度的意義。3．知道溫度計(jì)的構(gòu)造，會(huì)使用常見溫度計(jì)。4．理解溫標(biāo)、熱力學(xué)溫度的意義，掌握攝氏溫度與熱力學(xué)溫度的區(qū)別與聯(lián)系。知識(shí)點(diǎn)1狀態(tài)參量與平衡態(tài)1．熱力學(xué)系統(tǒng)和外界(1)熱力學(xué)系統(tǒng)：在熱學(xué)中，把某個(gè)范圍內(nèi)大量分子組成的研究對(duì)象叫作一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng)，簡稱系統(tǒng)。(2)外界：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。2．狀態(tài)參量在熱學(xué)中，為確定系統(tǒng)的狀態(tài)用到的物理量。常用的物理量有幾何參量體積V、力學(xué)參量壓強(qiáng)p、熱學(xué)參量溫度T。3．平衡態(tài)沒有外界影響的情況下，系統(tǒng)內(nèi)各部分的狀態(tài)參量都不隨時(shí)間變化的穩(wěn)定狀態(tài)。知識(shí)點(diǎn)2熱平衡與溫度1．熱平衡兩個(gè)相互接觸的熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)參量不再變化。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熱平衡。3．溫度表征熱平衡系統(tǒng)的“共同的熱學(xué)性質(zhì)”的物理量。4．熱平衡的性質(zhì)一切達(dá)到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度。[判一判]1．(1)溫度可以從高溫物體傳遞到低溫物體。()(2)處于熱平衡的幾個(gè)系統(tǒng)的溫度一定相等。()提示：(1)×(2)√知識(shí)點(diǎn)3溫度計(jì)與溫標(biāo)1．溫度計(jì)名稱原理水銀溫度計(jì)根據(jù)水銀的熱膨脹的性質(zhì)來測(cè)量溫度氣體溫度計(jì)根據(jù)氣體壓強(qiáng)隨溫度的變化來測(cè)量溫度2.溫標(biāo)溫度的數(shù)值表示法叫作溫標(biāo)。(1)攝氏溫標(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℃，把玻璃管上0℃刻度與100℃刻度之間均勻分成100等份，每份就是1℃，這種表示溫度的方法即為攝氏溫標(biāo)，表示的溫度叫作攝氏溫度。(2)熱力學(xué)溫標(biāo)：規(guī)定攝氏溫標(biāo)的－273.15℃為零值，這種表示溫度的方法即為熱力學(xué)溫標(biāo)。熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度叫作熱力學(xué)溫度(T)，單位為開爾文(K)。(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(hào)t表示，單位是攝氏度，符號(hào)為℃熱力學(xué)溫度熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度，用符號(hào)T表示，單位是開爾文，符號(hào)為K換算關(guān)系T＝t＋273.15__K[判一判]2．(1)0℃的溫度可以用熱力學(xué)溫度粗略表示為273K。()(2)溫度升高了10℃也就是升高了10K。()(3)在絕對(duì)零度附近分子已停止熱運(yùn)動(dòng)。()提示：(1)√(2)√(3)×1．(狀態(tài)參量與平衡態(tài))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)變得一樣，但體積仍可變化解析：選A。如果一個(gè)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(qiáng)和體積等不再隨時(shí)間發(fā)生變化。溫度達(dá)到穩(wěn)定值，分子仍然是運(yùn)動(dòng)的，不可能達(dá)到所謂的“凝固”狀態(tài)，故A正確。2．(熱平衡與溫度)(多選)下列說法正確的是()A．放在腋下足夠長時(shí)間的水銀體溫計(jì)中的水銀與人體達(dá)到熱平衡B．溫度相同的棉花和石頭相接觸，需要經(jīng)過一段時(shí)間才能達(dá)到熱平衡C.若a與b、c分別達(dá)到熱平衡，則b、c之間也達(dá)到了熱平衡D．兩物體溫度相同，可以說兩物體達(dá)到了熱平衡解析：選ACD。當(dāng)溫度計(jì)的液泡與被測(cè)物體緊密接觸時(shí)，如果兩者的溫度有差異，它們之間就會(huì)發(fā)生熱傳遞，高溫物體將向低溫物體傳熱，最終使兩者的溫度相等，即達(dá)到熱平衡，故A、D正確；兩個(gè)物體的溫度相同時(shí)，不會(huì)發(fā)生熱傳遞，已經(jīng)達(dá)到熱平衡，故B錯(cuò)誤；若a與b、c分別達(dá)到熱平衡，三者溫度一定相等，所以b、c之間也達(dá)到了熱平衡，故C正確。3．(溫度和溫標(biāo))(2023·內(nèi)蒙古呼倫貝爾期末)關(guān)于熱力學(xué)溫度與攝氏溫度，下列說法正確的是()A．0℃與0K表示同一溫度B．＋273℃與0K表示同一溫度C．＋27℃與300K表示同一溫度D．－27℃與300K表示同一溫度答案：C探究一平衡態(tài)與熱平衡1．平衡態(tài)(1)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)的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化，而力學(xué)中的平衡態(tài)是指物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。(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。由于系統(tǒng)處于平衡態(tài)時(shí)，所有的性質(zhì)都不隨時(shí)間變化，就能比較容易地描述這些性質(zhì)，所以中學(xué)階段只描述平衡態(tài)的問題。2．熱平衡相互接觸的兩個(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，我們就說兩個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了熱平衡。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)論稱為熱平衡定律。4．熱平衡的特征(1)熱平衡的特征方面：溫度是決定一個(gè)系統(tǒng)與另一個(gè)系統(tǒng)是否達(dá)到熱平衡狀態(tài)的物理量。(2)熱平衡的條件方面：達(dá)到熱平衡的兩個(gè)系統(tǒng)一定具有相同的溫度。(3)熱平衡是一種動(dòng)態(tài)平衡?！纠?】(2021·北師大貴安新區(qū)附中高二月考)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(gè)系統(tǒng)在接觸時(shí)，它們的狀態(tài)不發(fā)生變化，說明這兩個(gè)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(gè)系統(tǒng)的壓強(qiáng)一定相等[解析]根據(jù)平衡態(tài)的定義知系統(tǒng)溫度長時(shí)間內(nèi)都不隨時(shí)間變化，系統(tǒng)才處于平衡態(tài)，A錯(cuò)誤；根據(jù)熱平衡的定義知，處于熱平衡的兩個(gè)系統(tǒng)溫度相同，B正確，D錯(cuò)誤；平衡態(tài)是針對(duì)某一系統(tǒng)而言的，熱平衡是兩個(gè)系統(tǒng)相互影響的最終結(jié)果，C錯(cuò)誤。[答案]B【例2】(多選)下列說法正確的是()A．兩個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡時(shí)，它們一定具有相同的熱量B．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)也必定處于熱平衡C．溫度是決定兩個(gè)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(jì)能夠用來測(cè)量溫度的基本原理[解析]熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的狀態(tài)參量——溫度，故A錯(cuò)誤，C正確；由熱平衡定律，若物體與系統(tǒng)A處于熱平衡，它同時(shí)也與系統(tǒng)B達(dá)到熱平衡，則系統(tǒng)A的溫度便等于系統(tǒng)B的溫度，這也是溫度計(jì)用來測(cè)量溫度的基本原理，故B、D正確。[答案]BCD[針對(duì)訓(xùn)練1](多選)下列各系統(tǒng)處于平衡態(tài)的是()A．冬天剛打開空調(diào)的教室內(nèi)的氣體B．用玻璃杯盛著的開水放在室內(nèi)足夠長時(shí)間C．剛剛放在教室中2min的一杯熱水和一杯加較多冰塊的可樂D．一瓶放在房間中很久的84消毒液答案：BD[針對(duì)訓(xùn)練2](多選)下列有關(guān)熱平衡的說法，不正確的是()A．如果兩個(gè)系統(tǒng)在某時(shí)刻處于熱平衡狀態(tài)，則這兩個(gè)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(gè)系統(tǒng)的問題C．如果兩個(gè)系統(tǒng)彼此接觸而不發(fā)生狀態(tài)參量的變化，這兩個(gè)系統(tǒng)又不受外界影響，那么這兩個(gè)系統(tǒng)一定處于熱平衡狀態(tài)D．兩個(gè)處于熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，溫度可以有微小的差別解析：選ABD。本題考查的知識(shí)是熱平衡。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(huì)隨之變化，溫度也會(huì)變化，故A錯(cuò)誤；熱平衡定律對(duì)多個(gè)系統(tǒng)也適用，故B錯(cuò)誤；由熱平衡的意義可知，C正確；溫度相同是熱平衡的標(biāo)志，故D錯(cuò)誤。探究二溫度和溫標(biāo)1．“溫度”含義的兩種說法(1)宏觀角度：表示物體的冷熱程度。(2)熱平衡角度：兩個(gè)處于熱平衡的系統(tǒng)存在一個(gè)數(shù)值相等的物理量，這個(gè)物理量就是溫度。2．常見溫度計(jì)及其原理名稱原理水銀溫度計(jì)根據(jù)水銀熱脹冷縮的性質(zhì)來測(cè)量溫度金屬電阻溫度計(jì)根據(jù)金屬的電阻隨溫度的變化來測(cè)量溫度氣體溫度計(jì)根據(jù)氣體壓強(qiáng)隨溫度的變化來測(cè)量溫度熱電偶溫度計(jì)根據(jù)不同導(dǎo)體因溫差產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的大小來測(cè)量溫度3.溫度計(jì)測(cè)溫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)物體相同。4．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)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)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)溫度的兩種數(shù)值表示法：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)零度的規(guī)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點(diǎn)－273.15℃溫度名稱攝氏溫度熱力學(xué)溫度溫度符號(hào)tT單位名稱攝氏度開爾文單位符號(hào)℃K關(guān)系①T＝t＋273.15K，粗略表示：T＝t＋273K②每一開爾文的大小與每一攝氏度的大小相等【例3】(多選)當(dāng)氫氣和氧氣的質(zhì)量和溫度都相同時(shí)，下列說法中正確的是()A．兩種氣體分子的平均動(dòng)能相等B．氫氣分子的平均速率大于氧氣分子的平均速率C．氫氣分子的平均動(dòng)能大于氧氣分子的平均動(dòng)能D．兩種氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的總動(dòng)能不相等[解析]溫度相同，兩種氣體分子的平均動(dòng)能相等，故A正確，C錯(cuò)誤；因兩種氣體分子的質(zhì)量不同，而分子的平均動(dòng)能相等，所以分子質(zhì)量大的(氧氣)分子平均速率小，故B正確；由于兩種氣體的摩爾質(zhì)量不同，物質(zhì)的量不同(質(zhì)量相同)，分子數(shù)目就不等，故總動(dòng)能不相等，故D正確。[答案]ABD【例4】下列熱力學(xué)溫度，最接近于室溫的是()A．100K B．300KC．500K D．700K[解析]當(dāng)室溫為20℃時(shí)，對(duì)應(yīng)的熱力學(xué)溫度為T＝(20＋273)K＝293K，所以4個(gè)選項(xiàng)中最接近室溫的是300K。[答案]B[針對(duì)訓(xùn)練3]關(guān)于溫度與溫標(biāo)，下列說法正確的是()A．溫度與溫標(biāo)是一回事，所以熱力學(xué)溫標(biāo)也稱為熱力學(xué)溫度B．?dāng)z氏溫度與熱力學(xué)溫度都可以取負(fù)值C．?dāng)z氏溫度升高3℃，在熱力學(xué)溫標(biāo)中溫度升高276.15KD．熱力學(xué)溫度每一度的大小與攝氏溫度每一度的大小相等解析：選D。溫標(biāo)是溫度數(shù)值的表示方法，所以溫度與溫標(biāo)是不同的概念，用熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度稱為熱力學(xué)溫度，A錯(cuò)誤；攝氏溫度可以取負(fù)值，但是熱力學(xué)溫度不能取負(fù)值，因?yàn)闊崃W(xué)溫度的零點(diǎn)是低溫的極限，B錯(cuò)誤；攝氏溫度的每一度與熱力學(xué)溫度的每一度的大小相等，D正確；攝氏溫度升高3℃，熱力學(xué)溫度升高3K，C錯(cuò)誤。1．當(dāng)物體的溫度升高時(shí)，物體分子的平均動(dòng)能()A．一定變大 B．一定變小C．一定不變 D．如何變化無法確定解析：選A。溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，則當(dāng)物體的溫度升高時(shí)，物體分子的平均動(dòng)能一定變大。2．兩個(gè)溫度不同的物體相互接觸，達(dá)到熱平衡后，它們具有的相同的物理量是()A．質(zhì)量B．密度C．溫度D．重力解析：選C。由熱平衡的定義可知，C正確。3．下列說法正確的是()A．－33℃與240.15K表示不同的溫度B．?dāng)z氏溫度與熱力學(xué)溫度都可能取負(fù)值C．溫度變化1℃，也就是溫度變化1KD．溫度由t升至2t，對(duì)應(yīng)的熱力學(xué)溫度升高了273.15K＋t答案：C4．(多選)下列各個(gè)系統(tǒng)處于平衡態(tài)的是()A．放在0℃的房間里的冰水混合物B．放在沸水中加熱足夠長時(shí)間的銅塊C．電影院開空調(diào)5分鐘內(nèi)放映廳內(nèi)的氣體D．突然被壓縮的氣體答案：AB5．(多選)兩個(gè)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)參量是否相同解析：選BC。只要兩個(gè)系統(tǒng)的溫度相同，兩個(gè)系統(tǒng)就處于熱平衡狀態(tài)，與其他參量是否相同無關(guān)。6．(多選)兩個(gè)原來處于熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，分開后，由于受外界的影響，其中一個(gè)系統(tǒng)的溫度升高了5K，另一個(gè)系統(tǒng)的溫度升高了5℃，則下列說法正確的是()A．兩個(gè)系統(tǒng)不再是熱平衡狀態(tài)B．兩個(gè)系統(tǒng)此時(shí)仍是熱平衡狀態(tài)C．兩個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)都發(fā)生了變化D．兩個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)都沒有發(fā)生變化解析：選BC。由于兩個(gè)系統(tǒng)原來處于熱平衡狀態(tài)，溫度相同，當(dāng)溫度分別升高5℃和5K后，溫度仍相同，兩個(gè)系統(tǒng)仍為熱平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)誤，B正確；由于溫度發(fā)生了變化，系統(tǒng)的狀態(tài)也發(fā)生了變化，故C正確，D錯(cuò)誤。7．(多選)伽利略在1593年，制造了世界上第一個(gè)溫度計(jì)——空氣溫度計(jì)，如圖所示一個(gè)細(xì)長頸的球形瓶倒插在裝有紅色液體的槽中，細(xì)管中的液面清晰可見，如果不考慮外界大氣壓的變化，就能根據(jù)液面的變化測(cè)出溫度的變化，則()A．該溫度計(jì)的測(cè)溫物質(zhì)是槽中的液體B．該溫度計(jì)的測(cè)溫物質(zhì)是細(xì)管中的紅色液體C．該溫度計(jì)的測(cè)溫物質(zhì)是球形瓶中的空氣D．該溫度計(jì)是利用測(cè)溫物質(zhì)的熱脹冷縮性質(zhì)制造的解析：選CD。細(xì)管中的紅色液體是用來顯示球形瓶中空氣的體積隨溫度變化情況的，測(cè)溫物質(zhì)是球形瓶中封閉的空氣，該溫度計(jì)是利用它的熱脹冷縮的性質(zhì)制造的，故A、B錯(cuò)誤，C、D正確。8．(多選)實(shí)際應(yīng)用中，常用到一種雙金屬溫度計(jì)。它是利用銅片與鐵片鉚合在一起的雙金屬片的彎曲程度隨溫度變化的原理制成的。如圖所示，已知甲圖中雙金屬片被加熱時(shí)，其彎曲程度會(huì)增大，則下列各種相關(guān)敘述中正確的有()A．該溫度計(jì)的測(cè)溫物質(zhì)是銅、鐵兩種熱膨脹系數(shù)不同的金屬B．雙金屬溫度計(jì)是利用測(cè)溫物質(zhì)熱脹冷縮的性質(zhì)來工作的C．由甲圖可知，銅的熱膨脹系數(shù)大于鐵的熱膨脹系數(shù)D．由乙圖可