2024-2025學年高中物理第七章分子動理論4溫度和溫標學案新人教版選修3-31

PAGE8-第四節(jié)溫度和溫標【素養(yǎng)目標定位】※明確熱平衡與溫度的概念※理解熱力學溫度與攝氏溫度的關(guān)系※了解溫度計的原理【素養(yǎng)思維脈絡(luò)】課前預(yù)習反饋學問點1狀態(tài)參量與平衡態(tài)1．熱力學系統(tǒng)和外界(1)熱力學系統(tǒng)：在熱學中，把某個范圍內(nèi)__大量分子__組成的探討對象叫作熱力學系統(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)稱為外界。2．狀態(tài)參量描述系統(tǒng)__熱學性質(zhì)__的物理量，常用物理量有幾何參量__體積V__、力學參量__壓強p__、熱學參量__溫度T__。3．平衡態(tài)沒有外界影響的狀況下系統(tǒng)全部性質(zhì)都不隨時間__而變更的穩(wěn)定__的狀態(tài)。學問點2熱平衡與溫度1．熱平衡兩個相互接觸的熱力學系統(tǒng)的狀態(tài)參量__不再變更__。2．熱平衡定律假如兩個系統(tǒng)與第三個系統(tǒng)達到__熱平衡__，那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定處于__熱平衡__。3．溫度表征熱平衡系統(tǒng)的“__共同性質(zhì)__”的物理量。4．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__。學問點3溫度計與溫標1．溫度計名稱原理水銀溫度計依據(jù)水銀的__熱膨脹__的性質(zhì)來測量溫度金屬電阻溫度計依據(jù)金屬的__電阻__隨溫度的變更來測量溫度氣體溫度計依據(jù)氣體__壓強__隨溫度的變更來測量溫度熱電偶溫度計依據(jù)不同導(dǎo)體因__溫差__產(chǎn)生電動勢的大小來測量溫度2.溫標溫度的數(shù)值表示法叫作溫標。(1)攝氏溫標：規(guī)定標準大氣壓下__冰水混合物__的溫度為0℃，__沸水__的溫度為100℃，在0和100之間分成100等份，每一等份就是1℃，這種表示溫度的方法即為攝氏溫標，表示的溫度叫作__攝氏溫度__。(2)熱力學溫標：規(guī)定攝氏溫標的__－273.15__℃為零值，這種表示溫度的方法即為熱力學溫標。表示的溫度叫作熱力學溫度(T)，單位為開爾文(K)。(3)攝氏溫度與熱力學溫度①攝氏溫度攝氏溫標表示的溫度，用符號__t__表示，單位是__攝氏度__，符號為℃②熱力學溫度熱力學溫標表示的溫度，用符號__T__表示，單位是__開爾文__，符號為K③換算關(guān)系T＝__t＋273.15_K__辨析思索『判一判』(1)溫度可以從高溫物體傳遞到低溫物體。(×)(2)處于熱平衡的幾個系統(tǒng)的溫度肯定相等。(√)(3)0℃的溫度可以用熱力學溫度粗略表示為273K。(√)(4)溫度上升了10℃也就是上升了10K。(√)(5)在肯定零度旁邊分子已停止熱運動。(×)(6)物體的溫度由本身確定，數(shù)值與所選溫標無關(guān)。(×)『選一選』(多選)下列關(guān)于熱力學溫度的說法中，正確的是(ABC)A．熱力學溫度的零度是－273.15℃，叫肯定零度B．熱力學溫度的每一開的大小和攝氏溫度的每一度的大小是相同的C．肯定零度是低溫的極限，恒久達不到D．1℃就是1K解析：熱力學溫度的零度也叫肯定零度，是－273.15℃，肯定零度只能無限接近，不能達到；熱力學溫度的每一開的大小和攝氏溫度每一度的大小是相等的，但不能說1℃就是1K，它們的物理意義是不同的，故選ABC。『想一想』體溫計的測溫原理是什么？量完體溫后為什么必需甩一下？答案：體溫計利用了熱平衡原理；量完體溫后，水銀不能自動回到液泡，必需用力甩回去。課內(nèi)互動探究探究平衡態(tài)與熱平衡┃┃思索探討1__■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：處于平衡態(tài)。┃┃歸納總結(jié)__■1．平衡態(tài)(1)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更，表現(xiàn)為系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時間變更，而力學中的平衡態(tài)是指物體的運動狀態(tài)處于靜止或勻速直線運動的狀態(tài)。(2)平衡態(tài)是一種志向狀況，因為任何系統(tǒng)完全不受外界影響是不行能的。系統(tǒng)處于平衡態(tài)時，由外界影響，仍可能發(fā)生偏離平衡狀態(tài)的微小變更。(3)平衡態(tài)的特點：系統(tǒng)溫度、壓強、體積不發(fā)生變更。由于系統(tǒng)處于平衡態(tài)時，全部的性質(zhì)都不隨時間變更，就能比較簡單地描述這些性質(zhì)，所以中學階段只描述平衡態(tài)的問題。2．熱平衡相互接觸的兩個系統(tǒng)，各自的狀態(tài)參量將會相互影響而分別變更，最終，兩個系統(tǒng)的狀態(tài)參量將不再變更，我們就說兩個系統(tǒng)達到了熱平衡，一切達到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度，所以兩個系統(tǒng)達到熱平衡的標準是系統(tǒng)具有相同的溫度。3．平衡態(tài)與熱平衡概念的區(qū)分(1)平衡態(tài)不是熱平衡，平衡態(tài)是對某一系統(tǒng)而言的，熱平衡是對兩個接觸的系統(tǒng)而言的。(2)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)生變更，直到溫度相同時，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．熱平衡定律假如兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)達到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定處于熱平衡，這個結(jié)論稱為熱平衡定律。5．熱平衡的意義熱平衡定律為溫度的測量供應(yīng)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，不須要將各個物體干脆接觸，只需將作為標準物體的溫度計分別與各物體接觸，即可比較溫度的凹凸。特殊提示(1)熱平衡的特征方面：溫度是確定一個系統(tǒng)與另一個系統(tǒng)是否達到熱平衡狀態(tài)的物理量。(2)熱平衡的條件方面：達到熱平衡的兩個系統(tǒng)肯定具有相同的溫度。┃┃典例剖析__■典例1(多選)下列說法正確的是(BCD)A．兩個系統(tǒng)處于熱平衡時，它們肯定具有相同的熱量B．假如兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)達到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)也必定處于熱平衡C．溫度是確定兩個系統(tǒng)是否達到熱平衡狀態(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解題指導(dǎo)：處理熱平衡問題時，應(yīng)把握以下兩點：(1)發(fā)生熱交換時，高溫物體放出的熱量等于低溫物體汲取的熱量；(2)達到熱平衡時，系統(tǒng)肯定具有相同的溫度，其他參量未必相同。解析：熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的狀態(tài)參量——溫度，故A項錯誤，C項正確；由熱平衡定律，若物體與A處于熱平衡，它同時也與B達到熱平衡，則A的溫度便等于B的溫度，這也是溫度計用來測量溫度的基本原理，故B、D項也正確。┃┃對點訓練__■1．(多選)下列狀態(tài)處于熱平衡態(tài)的是(AB)A．將一金屬塊放在沸水中加熱足夠長的時間B．冰水混合物處在0℃環(huán)境中C．一個裝有氣體的密閉絕熱容器勻速運動，容器突然停止運動，容器內(nèi)的氣體D．開空調(diào)2分鐘內(nèi)教室內(nèi)的氣體解析：系統(tǒng)處于熱平衡態(tài)時，其狀態(tài)參量穩(wěn)定不變，金屬塊放在沸水中加熱足夠長的時間，冰水混合物在0℃環(huán)境中，其溫度、壓強、體積都不再變更，是平衡態(tài)，故A、B對；一個裝有氣體的密閉絕熱容器勻速運動突然停止時，容器內(nèi)氣體的溫度上升，壓強變大，故其不是平衡態(tài)，C錯；開空調(diào)2分鐘內(nèi)教室內(nèi)的氣體，溫度、體積均要變更，故其不是平衡態(tài)，D錯。探究溫度與溫標┃┃思索探討2__■四季變換，陰晴冷暖，我們每天都會關(guān)注天氣預(yù)報，適當增減衣物。某市某天的天氣預(yù)報如下：今日天氣多云，溫度29℃～19℃。天氣預(yù)報中所說的溫度用熱力學溫度表示是多少呢？提示：302K～292K┃┃歸納總結(jié)__■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，往往是不精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(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。溫度計與待測物體接觸，達到熱平衡，其溫度與待測物體的溫度相同。3．溫標(1)常見的溫標有攝氏溫標、華氏溫標、熱力學溫標。(2)溫標要素：第一，選擇某種具有測溫屬性的測溫物質(zhì)；其次，了解測溫物質(zhì)隨溫度變更的函數(shù)關(guān)系；第三，確定溫度零點和分度的方法。(3)溫度的兩種數(shù)值表示法：攝氏溫標和熱力學溫標攝氏溫標熱力學溫標提出者攝氏薩斯和施勒默爾英國物理學家開爾文零度的規(guī)定一個標準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(1)T＝t＋273.15K，粗略表示：T＝t＋273K(2)每一開爾文的大小與每一攝氏度的大小相等特殊提示(1)溫度計的熱容量必需很小，與待測物體接觸時，幾乎不變更待測物體狀態(tài)。(2)熱力學溫度單位(開爾文)是國際單位制中七個基本單位之一。┃┃典例剖析__■典例2(多選)下列關(guān)于熱力學溫度的說法中，正確的是(AB)A．－136℃比136K溫度高B．0℃等于273.15KC．1℃就是1KD．上升1℃就是上升273.15K解題指導(dǎo)：嫻熟應(yīng)用T＝t＋273.15K是解決有關(guān)熱力學溫度與攝氏溫度換算的基礎(chǔ)；就分度而言，1℃和1K相當，即ΔT＝Δt。解析：熱力學溫度和攝氏溫度是表示溫度的不同方法，它們最大的區(qū)分就是規(guī)定的零點不同，但每一度的大小是一樣的。依據(jù)T＝t＋273.15K可知－136℃＝137.15K，0℃等于273.15K，A、B正確；由ΔT＝Δt推斷C、D錯誤。┃┃對點訓練__■2．(2024·湖北省部分重點中學高二下學期期中)下列說法中正確的有(B)A．物體的溫度由本身確定，數(shù)值與所選溫標無關(guān)B．溫度上升了1℃就是上升了1KC．攝氏溫度與熱力學溫度都可以取負值D．－33℃與240.15K表示不同的溫度解析：同一溫度，在不同的溫標下，數(shù)值不同，故A錯誤；熱力學溫度T與攝氏溫度t的關(guān)系是T＝273.15＋t可知：攝氏溫度變更1℃，熱力學溫度變更1K，故B正確；熱力學溫度只能在零度以上，故C錯誤；D．熱力學溫度T與攝氏溫度t的關(guān)系是T＝273.15＋t當t＝－33℃時，T＝240.15K，故D錯誤。核心素養(yǎng)提升溫度計的運用1．溫度計測溫原理一切互為熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度。溫度計與待測物體接觸，達到熱平衡，其溫度與待測物體的溫度相同。2．幾種常見溫度計的測溫原理(1)水銀溫度計是依據(jù)液體熱脹冷縮的性質(zhì)來測量溫度的。(2)金屬電阻溫度計是利用金屬的電阻與溫度的關(guān)系來測量溫度的。(3)氣體溫度計是依據(jù)氣體壓強與溫度的關(guān)系來測量溫度的。(4)電偶溫度計是依據(jù)不同導(dǎo)體因溫差產(chǎn)生電動勢的大小不同來測量溫度的。案例小麗測量燒杯中熱水的溫度時，將熱水倒入另一燒杯中很少一部分，然后象圖中那樣去測量和讀數(shù)，她這樣做被小寧發(fā)覺了，小寧指出她的錯誤如下。你認為小寧找錯的是(D)A．不應(yīng)倒入另一個燒杯中，這會使溫度降低B．水倒的太少，溫度計玻璃泡不能完全浸沒C．讀數(shù)時，視線應(yīng)當與刻度線相平，而不應(yīng)斜視D．應(yīng)當將溫度計取出讀數(shù)，而不應(yīng)當放在水里讀解析：題中將少量水倒入另一燒杯，測量有兩處錯誤：其一，少量水不能完全浸沒溫度計玻璃泡，達熱平衡時測量的不是水的溫度；其二，少量水倒入另一燒杯，這少量水與另一燒杯又達到一個熱平衡，溫度已變更，再用溫度計測量時，測出的是這個熱平衡狀態(tài)的溫度，而不是待測水的溫度了。所以小寧A、B找對了。題中C項讀數(shù)小寧找得對，但小寧在D選項中要把溫度計取出來讀數(shù)就不對了，當把溫度計取出時，在空氣中它與空氣間存在溫度差，有熱交換會失去原來的熱平衡，示數(shù)變更。課堂鞏固達標1．(2024·河北省張家口市一中高二上學期期中)關(guān)于熱力學溫標和攝氏溫標(A)A．熱力學溫標中的每1K與攝氏溫標中每1℃大小相等B．熱力學溫度上升1K大于攝氏溫度上升1℃C．熱力學溫度上升1K小于攝氏溫度上升1℃D．某物體攝氏溫度10℃，即熱力學溫度10K解析：熱力學溫標和攝氏溫標的起點是不同的，但是熱力學溫標中的每1K與攝氏溫標中每1℃大小相等，故熱力學溫度上升1K等于攝氏溫度上升1℃，故A正確，B、C錯誤；某物體攝氏溫度10℃，即熱力學溫度(273＋10)K＝283K，故D錯誤。2．(多選)(2024·廣東省梅縣區(qū)校級月考)關(guān)于熱平衡，下列說法不正確的是(AB)A．熱平衡就是平衡態(tài)B．標準狀態(tài)下冰水混合物與0℃的水未達到熱平衡C．系統(tǒng)甲與系統(tǒng)乙達到熱平衡就是它們的溫度達到相同的數(shù)值D．量體溫時溫度計需和身體接觸非常鐘左右是為了讓溫度計跟身體達到熱平衡解析：一般來說，平衡態(tài)是針對某一系統(tǒng)而言的，描述系統(tǒng)狀態(tài)的參量不只溫度一個，還與體積壓強有關(guān)；而依據(jù)熱平衡的定義：假如熱力學系統(tǒng)中的每一個都與第三個熱力學系統(tǒng)處于熱平衡(溫度相同)，則它們彼此也必定處于熱平衡，因此熱平衡是兩個系統(tǒng)相互影響的最終結(jié)果，故A錯誤；標準狀況下，冰水混合物與0℃的水的溫度相同，則已達到熱平衡，故B錯誤；依據(jù)熱平衡的定義：假如熱力學系統(tǒng)中的每一個都與第三個熱力學系統(tǒng)處于熱平衡(溫度相同)，則它們彼此也必定處于熱平衡，故系統(tǒng)甲與