2024-2025學(xué)年新教材高中物理第二章氣體固體和液體1溫度和溫標(biāo)學(xué)案新人教版選擇性必修3

PAGE10-溫度和溫標(biāo)教學(xué)設(shè)計(jì)·高端引領(lǐng)新課導(dǎo)入人體的正常體溫是36.8℃,這種測(cè)溫的方法是以標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰水混合物的溫度為0℃,沸水的溫度為100℃,在這兩溫度之間等分100個(gè)等份,每一等份為1℃,這種標(biāo)注溫度的方法是攝氏溫標(biāo)。在我們的生活中還有其他的標(biāo)注溫度的方法嗎?它們與攝氏溫度有什么關(guān)系呢?教學(xué)建議本節(jié)內(nèi)容在我們的生活中常常用到,但對(duì)于它們的原理并不明確,建議從以下三個(gè)方面進(jìn)行學(xué)習(xí)。(1)通過對(duì)平衡態(tài)和非平衡態(tài)的對(duì)比探究,了解平衡態(tài)是系統(tǒng)不受外界影響的志向的動(dòng)態(tài)平衡。(2)通過學(xué)習(xí)和探討熱平衡定律,明確測(cè)量溫度的理論,依據(jù)溫度計(jì)測(cè)量某物體溫度的原理,了解用不同測(cè)溫物質(zhì)的溫度計(jì)測(cè)量溫度的原理。(3)通過溫標(biāo)的建立,明確用不同溫標(biāo)表示溫度的方法及其關(guān)系,進(jìn)一步相識(shí)用溫度表示物體的冷熱程度的科學(xué)性、精確性及好用性。課程標(biāo)準(zhǔn)素養(yǎng)目標(biāo)1.知道熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)參量。2.了解溫度計(jì)的原理。1.了解系統(tǒng)的狀態(tài)參量以及平衡態(tài)的概念。(物理觀念)2.駕馭熱平衡的概念及熱平衡定律。(物理觀念)3.駕馭溫度與溫標(biāo)的定義以及熱力學(xué)溫標(biāo)的概念。(物理觀念)4.通過學(xué)習(xí)溫度與溫標(biāo),體會(huì)熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系。(科學(xué)思維)5.探究溫度計(jì)的工作原理。(科學(xué)探究)6.視察生活中的熱平衡現(xiàn)象,體會(huì)熱力學(xué)溫度的應(yīng)用。(科學(xué)看法與責(zé)任)必備學(xué)問·素養(yǎng)奠基一、狀態(tài)參量與平衡態(tài)1.系統(tǒng):探討某一容器中氣體的熱學(xué)性質(zhì),其探討對(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)稱系統(tǒng)。用酒精燈加熱容器中的氣體,把氣體作為探討對(duì)象,它就是一個(gè)熱力學(xué)系統(tǒng),而容器和酒精燈就是外界。2.狀態(tài)參量:熱學(xué)中描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量。常用狀態(tài)參量為壓強(qiáng)、體積、溫度。通常用體積描述它的幾何性質(zhì),用壓強(qiáng)描述力學(xué)性質(zhì),用溫度描述熱學(xué)性質(zhì)。3.平衡態(tài):在沒有外界影響的狀況下,只要經(jīng)過足夠長(zhǎng)的時(shí)間,系統(tǒng)內(nèi)各部分的狀態(tài)參量能夠達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),這種狀態(tài)叫作平衡態(tài),否則就是非平衡態(tài)。4.平衡態(tài)的特點(diǎn):系統(tǒng)全部狀態(tài)參量都不隨時(shí)間改變。二、熱平衡與溫度思索兩個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡的標(biāo)記是什么?提示:兩個(gè)系統(tǒng)的溫度相同。1.熱平衡:兩個(gè)相互接觸的熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)參量不再改變,此時(shí)兩個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了熱平衡。2.熱平衡定律:假如兩個(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:熱平衡定律表明,當(dāng)兩個(gè)系統(tǒng)A、B處于熱平衡時(shí),它們必定具有某個(gè)共同的熱學(xué)性質(zhì),我們就把表征這一共同的熱學(xué)性質(zhì)的物理量叫作溫度。一切達(dá)到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度。三、溫度計(jì)與溫標(biāo)1.假如要定量地描述溫度,就必需有一套方法,這套方法就是溫標(biāo);確定一個(gè)溫標(biāo)時(shí)首先要選擇一種測(cè)溫物質(zhì),依據(jù)這種物質(zhì)的某個(gè)特性來制造溫度計(jì)。確定了測(cè)溫物質(zhì)和這種物質(zhì)用以測(cè)溫的某種性質(zhì)以后,還要確定溫度的零點(diǎn)和分度的方法。2.熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度叫作熱力學(xué)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,單位是開爾文,簡(jiǎn)稱開,符號(hào)為K。3.攝氏溫標(biāo)與熱力學(xué)溫標(biāo)的關(guān)系:攝氏溫標(biāo)由熱力學(xué)溫標(biāo)導(dǎo)出,攝氏溫標(biāo)所確定的溫度用t表示,它與熱力學(xué)溫度T的關(guān)系是T=t+273.15__K。

4.下列說法正確的是(1)(2)(5)。(1)溫度是確定一個(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)溫度上升了1℃就是上升了1K。(3)物體的溫度由本身確定,數(shù)值與所選溫標(biāo)無關(guān)。(4)攝氏溫度是國(guó)際單位制中七個(gè)基本物理量之一。(5)在國(guó)際單位制中溫度的單位是開爾文,符號(hào)為K。關(guān)鍵實(shí)力·素養(yǎng)形成一平衡態(tài)和熱平衡的比較1.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.對(duì)平衡態(tài)的理解:(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)間改變,表現(xiàn)為系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間改變,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)由于實(shí)際中并不存在完全不受外界影響,并且宏觀性質(zhì)肯定保持不變的系統(tǒng),所以平衡態(tài)只是一個(gè)志向化的概念,它是在肯定條件下對(duì)實(shí)際狀況的抽象和概括。3.對(duì)熱平衡的理解:(1)確定系統(tǒng)是否達(dá)到熱平衡的最主要狀態(tài)參量是溫度,也就是說只要溫度不再發(fā)生改變,那么這兩個(gè)系統(tǒng)就達(dá)到了熱平衡。理解熱平衡定律肯定要抓住溫度這一狀態(tài)量。(2)平衡態(tài)不是熱平衡:平衡態(tài)是對(duì)某一系統(tǒng)而言的,熱平衡是對(duì)兩個(gè)接觸的系統(tǒng)而言的;分別處于平衡態(tài)的兩個(gè)系統(tǒng)在相互接觸時(shí),它們的狀態(tài)可能會(huì)發(fā)生改變,直到溫度相同時(shí),兩系統(tǒng)便達(dá)到了熱平衡。達(dá)到熱平衡的兩個(gè)系統(tǒng)都處于平衡態(tài)。4.對(duì)溫度的理解:(1)溫度的宏觀物理意義:確定一個(gè)系統(tǒng)與另一個(gè)系統(tǒng)是否達(dá)到熱平衡狀態(tài)。(2)與熱平衡的關(guān)系:處于熱平衡的每個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部各部分的溫度相同;兩系統(tǒng)達(dá)到熱平衡后,兩系統(tǒng)的溫度相同?！舅妓鳌ぬ接憽恐灰獪囟炔蛔?系統(tǒng)就處于平衡態(tài)嗎?提示:當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)包括溫度在內(nèi)的全部狀態(tài)參量都不隨時(shí)間改變時(shí),系統(tǒng)才會(huì)處于平衡態(tài)?！镜淅痉丁?多選)關(guān)于平衡態(tài)和熱平衡,下列說法中正確的有 ()A.只要溫度不變且到處相等,系統(tǒng)就肯定處于平衡態(tài)B.兩個(gè)系統(tǒng)在接觸時(shí)它們的狀態(tài)不發(fā)生改變,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)的溫度肯定相等【解析】選B、D。一般來說,描述系統(tǒng)的狀態(tài)參量不止一個(gè),依據(jù)平衡態(tài)的定義可以確定,A錯(cuò)誤;依據(jù)熱平衡的定義可知,B、D正確;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?！菊`區(qū)警示】解決平衡態(tài)問題要留意四點(diǎn):(1)平衡態(tài)與熱平衡不同,平衡態(tài)指的是一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部達(dá)到的一種動(dòng)態(tài)平衡。(2)必需要經(jīng)過較長(zhǎng)一段時(shí)間,直到系統(tǒng)內(nèi)全部性質(zhì)都不隨時(shí)間改變?yōu)橹埂?3)系統(tǒng)與外界沒有能量的交換。(4)達(dá)到熱平衡時(shí),系統(tǒng)肯定具有相同的溫度,其他狀態(tài)參量未必相同?！舅仞B(yǎng)訓(xùn)練】有關(guān)熱平衡的說法正確的是 ()A.假如兩個(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)恒久處于熱平衡狀態(tài)B.熱平衡定律只能探討三個(gè)系統(tǒng)的問題C.假如兩個(gè)系統(tǒng)彼此接觸而不發(fā)生狀態(tài)參量的改變,這兩個(gè)系統(tǒng)又不受外界影響,那么這兩個(gè)系統(tǒng)肯定處于熱平衡狀態(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C。處于熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng),假如受到外界的影響,狀態(tài)參量會(huì)隨之改變,溫度也會(huì)改變,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;由熱平衡的意義知,C正確;溫度相同是熱平衡的標(biāo)記,必需相同,故D錯(cuò)誤。【補(bǔ)償訓(xùn)練】假如一個(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)、體積都必需達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)不再改變B.溫度肯定達(dá)到了某一穩(wěn)定值,但壓強(qiáng)和體積仍是可以改變的C.溫度肯定達(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)就會(huì)變得一樣,但體積仍可改變【解析】選A。假如一個(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)生改變。溫度達(dá)到穩(wěn)定值,分子仍舊是運(yùn)動(dòng)的,不行能達(dá)到所謂的“凝固”狀態(tài)。綜上所述,A正確。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.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。3.攝氏溫標(biāo)與熱力學(xué)溫標(biāo)的比較:攝氏溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)零度的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰水混合物的溫度-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類型常用單位國(guó)際單位的基本單位單位符號(hào)℃K關(guān)系(1)T=t+273.15K(2)ΔT=Δt【思索·探討】攝氏溫標(biāo):在1954年以前,標(biāo)準(zhǔn)溫度的間隔是用兩個(gè)定點(diǎn)確定的。它們是水在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的沸點(diǎn)(汽化點(diǎn))和冰在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下與空氣飽和的水相平衡時(shí)的熔點(diǎn)(冰點(diǎn))。攝氏溫標(biāo)(以前稱為百分溫標(biāo))是由瑞典天文學(xué)家A·攝爾修斯設(shè)計(jì)的。如圖所示,以冰點(diǎn)定作0℃,汽化點(diǎn)定作100℃,因此在這兩個(gè)固定點(diǎn)之間共為100℃,即一百等份,每等份代表1℃,用攝氏溫標(biāo)表示的溫度叫作攝氏溫度。攝氏溫標(biāo)用℃作單位,常用t表示。熱力學(xué)溫標(biāo)由英國(guó)科學(xué)家開爾文創(chuàng)立,把-273.15℃作為零度的溫標(biāo),叫作熱力學(xué)溫標(biāo)(或肯定溫標(biāo))。熱力學(xué)溫標(biāo)用K表示單位,常用T表示。試思索:(1)熱力學(xué)溫度的肯定零度與攝氏溫度的零攝氏度表示的冷熱程度一樣嗎?提示:不一樣,熱力學(xué)溫度的肯定零度對(duì)應(yīng)的攝氏溫度為-273.15℃。(2)物體的溫度上升1℃,用熱力學(xué)溫標(biāo)表示,物體的溫度上升了多少?提示:由T=t+273.15K,則可得ΔT=Δt。即物體溫度上升了1℃與上升了1K是等效的?！镜淅痉丁?多選)下列有關(guān)溫度的說法正確的是 ()A.用攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)表示溫度是兩種不同的表示方法B.用兩種溫標(biāo)表示溫度的改變時(shí),兩者的數(shù)值相等C.1K就是1℃D.當(dāng)溫度改變1℃時(shí),也可以說成溫度改變274K【解析】選A、B。溫標(biāo)是用來定量描述溫度的方法,常用的溫標(biāo)有攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo),A正確;兩種溫標(biāo)表示同一溫度時(shí),數(shù)值不同,但在表示同一溫度改變時(shí),數(shù)值是相同的,B正確;若物體的溫度上升1K,也可以說物體的溫度上升1℃,但在表示物體的溫度時(shí),物體的溫度為1K,而不能說成物體的溫度為1℃,C、D錯(cuò)誤?！菊`區(qū)警示】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)系問題的基礎(chǔ)。(2)攝氏溫度改變1℃與熱力學(xué)溫度改變1K是等效的,即ΔT=Δt,而不是ΔT=Δt+273.15K。(3)肯定零度是低溫的極限,只能接近,恒久達(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。【素養(yǎng)訓(xùn)練】1.小碩用一種特別材料制成了一個(gè)新的溫度計(jì),他將標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點(diǎn)與水的沸點(diǎn)之間的溫度等分為200格,且將冰的熔點(diǎn)的溫度定為50m,今小碩測(cè)量一杯水的溫度為200m,則該溫度用攝氏溫度表示為 ()A.60℃ B.50℃C.75℃ D.100℃【解析】選C。每格表示的攝氏度為℃=0.5℃,比冰的熔點(diǎn)高出的溫度為(200-50)×0.5℃=752.有關(guān)溫標(biāo)的說法正確的是 ()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,則說明溫度不同C.溫標(biāo)的規(guī)定都是人為的,沒有什么理論依據(jù)D.熱力學(xué)溫標(biāo)規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點(diǎn)為0K【解析】選A。相同的冷熱程度,溫度相同,用不同溫標(biāo)表示的數(shù)值可以是不同的,A正確,B錯(cuò)誤;熱力學(xué)溫標(biāo)是從理論上作出的規(guī)定,故C錯(cuò)誤,熱力學(xué)溫標(biāo)規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點(diǎn)為273.15K,D錯(cuò)誤?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】(多選)關(guān)于熱力學(xué)溫度,下列說法中正確的是 ()A.27℃相當(dāng)于300.15KB.攝氏溫度與熱力學(xué)溫度都可能取負(fù)值C.溫度改變1℃,也就是溫度改變1KD.溫度由t升至2t,對(duì)應(yīng)的熱力學(xué)溫度上升了273.15K+t【解析】選A、C。熱力學(xué)溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)是溫度的兩種不同的表示方法,對(duì)同一溫度來說,用不同的溫標(biāo)表示數(shù)值不同,這是因?yàn)樗鼈兞阒档倪x取不同,但兩種溫標(biāo)表示的溫差肯定相同,由T=t+273.15K知A正確;攝氏溫度可取負(fù)值,但熱力學(xué)溫度沒有負(fù)值,B錯(cuò)誤;由ΔT=Δt知C正確;溫度由t上升到2t,攝氏溫度上升了t,熱力學(xué)溫度也上升了t,D錯(cuò)誤?！就卣估}】熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系【典例】已知某物理量x與熱力學(xué)溫度T成正比,它們的圖像關(guān)系如圖所示,試用圖像表示某物理量x與攝氏溫度t的關(guān)系?！窘馕觥繌膱D像看,物理量x與熱力學(xué)溫度成正比關(guān)系,用k表示比例系數(shù),有x=kT。由于t=T-273.15℃,因此x與t的關(guān)系圖像如圖所示。答案:見解析圖【課堂回眸】課堂檢測(cè)·素養(yǎng)達(dá)標(biāo)1.下列說法不正確的是 ()A.熱平衡定律是溫度計(jì)能夠用來測(cè)量溫度的基本原理B.假如兩個(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.溫度是確定兩個(gè)系統(tǒng)是否達(dá)到熱平衡狀態(tài)的唯一物理量D.兩個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡時(shí),它們肯定具有相同的熱量【解析】選D。由熱平衡定律可知,若物體與A處于熱平衡,它同時(shí)也與B達(dá)到熱平衡,則A的溫度便等于B的溫度,這也是溫度計(jì)用來測(cè)量溫度的基本原理,故A、B項(xiàng)正確;熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的狀態(tài)參量——溫度,故D項(xiàng)錯(cuò)誤,C項(xiàng)正確。2.下列狀態(tài)中處于平衡態(tài)的是 ()A.將一金屬銅塊放在沸水中加熱足夠長(zhǎng)的時(shí)間B.冰水混合物處在0.1℃的環(huán)境中C.突然被壓縮的氣體D.開空調(diào)1min內(nèi)教室內(nèi)的氣體【解析】選A。系統(tǒng)處于平衡態(tài)時(shí),其狀態(tài)參量穩(wěn)定不變,金屬銅塊放在沸水中加熱足夠長(zhǎng)的時(shí)間,溫度、壓強(qiáng)、體積都不再改變,是平衡態(tài),故A項(xiàng)正確;冰水混合物在0.1℃環(huán)境中兩個(gè)系統(tǒng)之間有溫度差,不是平衡態(tài),B項(xiàng)錯(cuò)誤;突然被壓縮的氣體溫度上升,壓強(qiáng)變大,故其不是平衡態(tài),C項(xiàng)錯(cuò);開空調(diào)1min內(nèi)教室內(nèi)的氣體,溫度有改變,故其不是平衡態(tài),D項(xiàng)錯(cuò)。3.在青藏高原上,愛好小組的同學(xué)想用試驗(yàn)的方法測(cè)量水沸騰時(shí)的溫度究竟是多少,它應(yīng)選用 ()A.水銀溫度計(jì)B.酒精溫度計(jì)C.以上兩種溫度計(jì)都可以D.以上兩種溫度計(jì)都不行【解析】選A。不能選用酒精溫度計(jì),在青藏高原上水的沸點(diǎn)在80攝氏度左右,而酒精的沸點(diǎn)更低,也就是70攝氏度左右。故選A?！狙a(bǔ)償訓(xùn)練】下列關(guān)于熱力學(xué)溫度的說法中,錯(cuò)誤的是 ()A.熱力學(xué)溫度的零值等于-273.15℃B.熱力學(xué)溫度的1K的大