2024-2025學(xué)年高中物理第七章分子動(dòng)理論4溫度和溫標(biāo)學(xué)案新人教版選修3-31

PAGE8-第四節(jié)溫度和溫標(biāo)【素養(yǎng)目標(biāo)定位】※明確熱平衡與溫度的概念※理解熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系※了解溫度計(jì)的原理【素養(yǎng)思維脈絡(luò)】課前預(yù)習(xí)反饋學(xué)問(wèn)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__組成的探討對(duì)象叫作熱力學(xué)系統(tǒng)，簡(jiǎn)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(xué)性質(zhì)__的物理量，常用物理量有幾何參量__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(méi)有外界影響的狀況下系統(tǒng)全部性質(zhì)都不隨時(shí)間__而變更的穩(wěn)定__的狀態(tài)。學(xué)問(wèn)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__不再變更__。2．熱平衡定律假如兩個(gè)系統(tǒng)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__。學(xué)問(wèn)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)依據(jù)水銀的__熱膨脹__的性質(zhì)來(lái)測(cè)量溫度金屬電阻溫度計(jì)依據(jù)金屬的__電阻__隨溫度的變更來(lái)測(cè)量溫度氣體溫度計(jì)依據(jù)氣體__壓強(qiáng)__隨溫度的變更來(lái)測(cè)量溫度熱電偶溫度計(jì)依據(jù)不同導(dǎo)體因__溫差__產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的大小來(lái)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(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)。表示的溫度叫作熱力學(xué)溫度(T)，單位為開(kāi)爾文(K)。(3)攝氏溫度與熱力學(xué)溫度①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℃②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(kāi)爾文__，符號(hào)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(gè)系統(tǒng)的溫度肯定相等。(√)(3)0℃的溫度可以用熱力學(xué)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(yùn)動(dòng)。(×)(6)物體的溫度由本身確定，數(shù)值與所選溫標(biāo)無(wú)關(guān)。(×)『選一選』(多選)下列關(guān)于熱力學(xué)溫度的說(shuō)法中，正確的是(ABC)A．熱力學(xué)溫度的零度是－273.15℃，叫肯定零度B．熱力學(xué)溫度的每一開(kāi)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(dá)不到D．1℃就是1K解析：熱力學(xué)溫度的零度也叫肯定零度，是－273.15℃，肯定零度只能無(wú)限接近，不能達(dá)到；熱力學(xué)溫度的每一開(kāi)的大小和攝氏溫度每一度的大小是相等的，但不能說(shuō)1℃就是1K，它們的物理意義是不同的，故選ABC?！合胍幌搿惑w溫計(jì)的測(cè)溫原理是什么？量完體溫后為什么必需甩一下？答案：體溫計(jì)利用了熱平衡原理；量完體溫后，水銀不能自動(dòng)回到液泡，必需用力甩回去。課內(nèi)互動(dòng)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(zhǎng)的時(shí)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(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)間變更，表現(xiàn)為系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變更，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)是一種志向狀況，因?yàn)槿魏蜗到y(tǒng)完全不受外界影響是不行能的。系統(tǒng)處于平衡態(tài)時(shí)，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(diǎn)：系統(tǒng)溫度、壓強(qiáng)、體積不發(fā)生變更。由于系統(tǒng)處于平衡態(tài)時(shí)，全部的性質(zhì)都不隨時(shí)間變更，就能比較簡(jiǎn)單地描述這些性質(zhì)，所以中學(xué)階段只描述平衡態(tài)的問(wèn)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)相互影響而分別變更，最終，兩個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)參量將不再變更，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，所以兩個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡的標(biāo)準(zhǔn)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(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。(2)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)生變更，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．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，這個(gè)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(cè)量供應(yīng)了理論依據(jù)。因?yàn)榛闊崞胶獾奈矬w具有相同的溫度，所以比較各物體溫度時(shí)，不須要將各個(gè)物體干脆接觸，只需將作為標(biāo)準(zhǔn)物體的溫度計(jì)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(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)肯定具有相同的溫度。┃┃典例剖析__■典例1(多選)下列說(shuō)法正確的是(BCD)A．兩個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡時(shí)，它們肯定具有相同的熱量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．熱平衡定律是溫度計(jì)能夠用來(lái)測(cè)量溫度的基本原理解題指導(dǎo)：處理熱平衡問(wèn)題時(shí)，應(yīng)把握以下兩點(diǎn)：(1)發(fā)生熱交換時(shí)，高溫物體放出的熱量等于低溫物體汲取的熱量；(2)達(dá)到熱平衡時(shí)，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(xiàng)錯(cuò)誤，C項(xiàng)正確；由熱平衡定律，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(lái)測(cè)量溫度的基本原理，故B、D項(xiàng)也正確。┃┃對(duì)點(diǎn)訓(xùn)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(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)，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)處于熱平衡態(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)、體積都不再變更，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)氣體的溫度上升，壓強(qiáng)變大，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，溫度、體積均要變更，故其不是平衡態(tài)，D錯(cuò)。探究溫度與溫標(biāo)┃┃思索探討2__■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。某市某天的天氣預(yù)報(bào)如下：今日天氣多云，溫度29℃～19℃。天氣預(yù)報(bào)中所說(shuō)的溫度用熱力學(xué)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(shuō)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?yàn)槔錈崾怯扇梭w的感覺(jué)器官比較得到的，往往是不精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)；其次，了解測(cè)溫物質(zhì)隨溫度變更的函數(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)提出者攝氏薩斯和施勒默爾英國(guó)物理學(xué)家開(kāi)爾文零度的規(guī)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰水混合物的溫度－273.15℃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(kāi)爾文單位符號(hào)℃K關(guān)系(1)T＝t＋273.15K，粗略表示：T＝t＋273K(2)每一開(kāi)爾文的大小與每一攝氏度的大小相等特殊提示(1)溫度計(jì)的熱容量必需很小，與待測(cè)物體接觸時(shí)，幾乎不變更待測(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。┃┃典例剖析__■典例2(多選)下列關(guān)于熱力學(xué)溫度的說(shuō)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(xué)溫度與攝氏溫度換算的基礎(chǔ)；就分度而言，1℃和1K相當(dāng)，即ΔT＝Δt。解析：熱力學(xué)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(diǎn)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(cuò)誤。┃┃對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練__■2．(2024·湖北省部分重點(diǎn)中學(xué)高二下學(xué)期期中)下列說(shuō)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(biāo)無(wú)關(guān)B．溫度上升了1℃就是上升了1KC．?dāng)z氏溫度與熱力學(xué)溫度都可以取負(fù)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(biāo)下，數(shù)值不同，故A錯(cuò)誤；熱力學(xué)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(xué)溫度變更1K，故B正確；熱力學(xué)溫度只能在零度以上，故C錯(cuò)誤；D．熱力學(xué)溫度T與攝氏溫度t的關(guān)系是T＝273.15＋t當(dāng)t＝－33℃時(shí)，T＝240.15K，故D錯(cuò)誤。核心素養(yǎng)提升溫度計(jì)的運(yùn)用1．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)物體的溫度相同。2．幾種常見(jiàn)溫度計(jì)的測(cè)溫原理(1)水銀溫度計(jì)是依據(jù)液體熱脹冷縮的性質(zhì)來(lái)測(cè)量溫度的。(2)金屬電阻溫度計(jì)是利用金屬的電阻與溫度的關(guān)系來(lái)測(cè)量溫度的。(3)氣體溫度計(jì)是依據(jù)氣體壓強(qiáng)與溫度的關(guān)系來(lái)測(cè)量溫度的。(4)電偶溫度計(jì)是依據(jù)不同導(dǎo)體因溫差產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的大小不同來(lái)測(cè)量溫度的。案例小麗測(cè)量燒杯中熱水的溫度時(shí)，將熱水倒入另一燒杯中很少一部分，然后象圖中那樣去測(cè)量和讀數(shù)，她這樣做被小寧發(fā)覺(jué)了，小寧指出她的錯(cuò)誤如下。你認(rèn)為小寧找錯(cuò)的是(D)A．不應(yīng)倒入另一個(gè)燒杯中，這會(huì)使溫度降低B．水倒的太少，溫度計(jì)玻璃泡不能完全浸沒(méi)C．讀數(shù)時(shí)，視線應(yīng)當(dāng)與刻度線相平，而不應(yīng)斜視D．應(yīng)當(dāng)將溫度計(jì)取出讀數(shù)，而不應(yīng)當(dāng)放在水里讀解析：題中將少量水倒入另一燒杯，測(cè)量有兩處錯(cuò)誤：其一，少量水不能完全浸沒(méi)溫度計(jì)玻璃泡，達(dá)熱平衡時(shí)測(cè)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(dá)到一個(gè)熱平衡，溫度已變更，再用溫度計(jì)測(cè)量時(shí)，測(cè)出的是這個(gè)熱平衡狀態(tài)的溫度，而不是待測(cè)水的溫度了。所以小寧A、B找對(duì)了。題中C項(xiàng)讀數(shù)小寧找得對(duì)，但小寧在D選項(xiàng)中要把溫度計(jì)取出來(lái)讀數(shù)就不對(duì)了，當(dāng)把溫度計(jì)取出時(shí)，在空氣中它與空氣間存在溫度差，有熱交換會(huì)失去原來(lái)的熱平衡，示數(shù)變更。課堂鞏固達(dá)標(biāo)1．(2024·河北省張家口市一中高二上學(xué)期期中)關(guān)于熱力學(xué)溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)(A)A．熱力學(xué)溫標(biāo)中的每1K與攝氏溫標(biāo)中每1℃大小相等B．熱力學(xué)溫度上升1K大于攝氏溫度上升1℃C．熱力學(xué)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(xué)溫度10K解析：熱力學(xué)溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)的起點(diǎn)是不同的，但是熱力學(xué)溫標(biāo)中的每1K與攝氏溫標(biāo)中每1℃大小相等，故熱力學(xué)溫度上升1K等于攝氏溫度上升1℃，故A正確，B、C錯(cuò)誤；某物體攝氏溫度10℃，即熱力學(xué)溫度(273＋10)K＝283K，故D錯(cuò)誤。2．(多選)(2024·廣東省梅縣區(qū)校級(jí)月考)關(guān)于熱平衡，下列說(shuō)法不正確的是(AB)A．熱平衡就是平衡態(tài)B．標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下冰水混合物與0℃的水未達(dá)到熱平衡C．系統(tǒng)甲與系統(tǒng)乙達(dá)到熱平衡就是它們的溫度達(dá)到相同的數(shù)值D．量體溫時(shí)溫度計(jì)需和身體接觸非常鐘左右是為了讓溫度計(jì)跟身體達(dá)到熱平衡解析：一般來(lái)說(shuō)，平衡態(tài)是針對(duì)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(gè)，還與體積壓強(qiáng)有關(guān)；而依據(jù)熱平衡的定義：假如熱力學(xué)系統(tǒng)中的每一個(gè)都與第三個(gè)熱力學(xué)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(gè)系統(tǒng)相互影響的最終結(jié)果，故A錯(cuò)誤；標(biāo)準(zhǔn)狀況下，冰水混合物與0℃的水的溫度相同，則已達(dá)到熱平衡，故B錯(cuò)誤；依據(jù)熱平衡的定義：假如熱力學(xué)系統(tǒng)中的每一個(gè)都與第三個(gè)熱力學(xué)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