2-1溫度和溫標(biāo)(解析版)

第二章氣體、固體和液體第1節(jié)溫度和溫標(biāo)【核心素養(yǎng)目標(biāo)】物理觀念知道系統(tǒng)的狀態(tài)參量及平衡態(tài).科學(xué)思維明確溫度的概念，知道熱平衡定律及其與溫度的關(guān)系.科學(xué)探究了解溫度計的原理，知道熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的換算關(guān)系．科學(xué)態(tài)度與責(zé)任通過溫度和溫標(biāo)知識應(yīng)用的實例，感受物理中科學(xué)技術(shù)與社會的緊密聯(lián)系，體會科學(xué)知識的應(yīng)用價值，進(jìn)一步增強學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和科學(xué)意識。知識點一狀態(tài)參量與平衡態(tài)【情境導(dǎo)入】(1)在力學(xué)中，為了確定物體運動的狀態(tài)，我們使用了物體的坐標(biāo)和速度這兩個物理量．在熱學(xué)中如果我們要研究一箱氣體的狀態(tài)，需要哪些物理量呢？(2)一根長鐵絲，一端插入100℃的沸水中，另一端放入0℃恒溫源中，經(jīng)過足夠長的時間，溫度隨鐵絲有一定的分布，而且不再隨時間變化，這種狀態(tài)是否為平衡態(tài)？答案(1)體積、壓強和溫度(2)這種狀態(tài)不是平衡態(tài)，只是一種穩(wěn)定狀態(tài)，因為存在外在因素的影響．【知識梳理】1．熱力學(xué)系統(tǒng)和外界(1)熱力學(xué)系統(tǒng)：由大量分子組成的系統(tǒng)叫作熱力學(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，用來描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量．常用的狀態(tài)參量有體積V、壓強p、溫度T等．3．平衡態(tài)：一個熱力學(xué)系統(tǒng)，在沒有外界影響的情況下，系統(tǒng)內(nèi)各部分的狀態(tài)參量達(dá)到的穩(wěn)定狀態(tài)．【重難詮釋】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化，表現(xiàn)為系統(tǒng)不受外界的影響，系統(tǒng)所有狀態(tài)參量(壓強、體積和溫度)都不隨時間變化．(2)平衡態(tài)是一種理想情況，因為任何系統(tǒng)完全不受外界影響是不可能的．【典例精析】例1．下列說法中正確的是()A．狀態(tài)參量是描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量，故當(dāng)系統(tǒng)的狀態(tài)變化時，其各個狀態(tài)參量都會改變B．當(dāng)系統(tǒng)不受外界影響，且經(jīng)過足夠長的時間，其內(nèi)部各部分狀態(tài)參量將會達(dá)到穩(wěn)定C．只有處于平衡態(tài)的系統(tǒng)才有狀態(tài)參量D．處于平衡態(tài)的熱力學(xué)系統(tǒng)，分子的熱運動停止【答案】B【解析】由于描述系統(tǒng)的各種性質(zhì)需要不同的物理量，只要其中某個量變化，系統(tǒng)的狀態(tài)就會發(fā)生變化，不一定各個狀態(tài)參量都發(fā)生變化，選項A錯誤；系統(tǒng)處于平衡態(tài)或非平衡態(tài)都存在狀態(tài)參量，選項C錯誤；當(dāng)系統(tǒng)不受外界影響時，系統(tǒng)總要趨于平衡，其內(nèi)部各部分狀態(tài)參量趨于穩(wěn)定，選項B正確；處于平衡態(tài)的熱力學(xué)系統(tǒng)，分子仍在不停地做無規(guī)則熱運動，選項D錯誤．知識點二熱平衡與溫度【情境導(dǎo)入】(1)用手心握住體溫計玻璃泡，觀察到體溫計的示數(shù)逐漸上升．當(dāng)上升到36℃左右時，為什么不再上升？(2)當(dāng)把它立即放入40℃的水中時，你又看到什么現(xiàn)象？為什么？答案(1)因為體溫計與人體溫度相同，即達(dá)到了熱平衡．(2)體溫計的示數(shù)繼續(xù)上升，因為體溫計玻璃泡的溫度與水的溫度不相同，沒有達(dá)到熱平衡．【知識梳理】1．熱平衡：兩個相互接觸的熱力學(xué)系統(tǒng)，經(jīng)過一段時間，各自的狀態(tài)參量不再變化，說明兩個系統(tǒng)達(dá)到了平衡，這種平衡叫作熱平衡．2．熱平衡定律：如果兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)達(dá)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：熱平衡中，表征“共同的熱學(xué)性質(zhì)”的物理量．4．熱平衡的性質(zhì)：達(dá)到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度．【重難詮釋】1．平衡態(tài)與熱平衡的區(qū)別和聯(lián)系平衡態(tài)熱平衡區(qū)別研究對象一個系統(tǒng)兩個接觸的系統(tǒng)判斷依據(jù)系統(tǒng)不受外界影響，狀態(tài)參量不變兩個系統(tǒng)的溫度相同聯(lián)系處于熱平衡的兩個系統(tǒng)都處于平衡態(tài)2.熱平衡定律的意義決定兩個系統(tǒng)是否達(dá)到了熱平衡的最主要參量是溫度．因為互為熱平衡的物體具有相同的溫度，所以在比較各物體的溫度時，不需要將各物體直接接觸，只需將溫度計分別與各物體接觸，即可比較溫度的高低．3．熱平衡與溫度(1)對溫度的理解①宏觀上，表示物體的冷熱程度．②微觀上，反映分子熱運動的劇烈程度．③一切達(dá)到熱平衡的物體都具有相同的溫度．(2)溫度計的測溫原理若物體與A處于熱平衡，它同時也與B處于熱平衡，則A的溫度等于B的溫度，這就是溫度計用來測量溫度的基本原理．【典例精析】例2．(多選)有甲、乙、丙三個溫度不同的物體，將甲和乙充分接觸一段時間后分開，再將乙和丙充分接觸一段時間后分開(發(fā)生了熱交換)，假設(shè)只有在它們相互接觸時有傳熱，不接觸時與外界沒有傳熱，則()A．甲、乙、丙三個物體都達(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【答案】AD【解析】乙和丙分開后，甲、乙、丙三個物體與外界沒有傳熱，所以甲、乙、丙三個物體都達(dá)到了平衡態(tài)，A正確，B錯誤；甲和乙接觸一段時間后分開，甲和乙達(dá)到了熱平衡，但乙和丙接觸一段時間后，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錯誤，D正確．知識點三溫度計與溫標(biāo)【情境導(dǎo)入】如圖所示，伽利略溫度計是利用玻璃管內(nèi)封閉的氣體作為測溫物質(zhì)制成的，當(dāng)外界溫度越高時，細(xì)管內(nèi)的水柱越高嗎？答案不是．由熱脹冷縮可知，當(dāng)外界溫度越高時，氣體膨脹越厲害，細(xì)管內(nèi)的水柱越低．【知識梳理】1．確定一個溫標(biāo)的方法(1)選擇一種測溫物質(zhì)．(2)了解測溫物質(zhì)用以測溫的某種性質(zhì)．(3)確定溫度的零點和分度的方法．2．熱力學(xué)溫度T與攝氏溫度t(1)攝氏溫標(biāo)：一種常用的表示溫度的方法．規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點為0℃，水的沸點為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．熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度叫熱力學(xué)溫度．用符號T表示，單位是開爾文，符號為K.(3)攝氏溫度與熱力學(xué)溫度的關(guān)系為T＝t＋273.15K.【重難詮釋】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：兩個處于熱平衡的系統(tǒng)存在一個數(shù)值相等的物理量，這個物理量就是溫度．2．常見溫度計及其原理名稱原理水銀溫度計根據(jù)水銀熱脹冷縮的性質(zhì)來測量溫度金屬電阻溫度計根據(jù)金屬的電阻隨溫度的變化來測量溫度氣體溫度計根據(jù)氣體壓強隨溫度的變化來測量溫度熱電偶溫度計根據(jù)不同導(dǎo)體因溫差產(chǎn)生電動勢的大小來測量溫度3.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(dá)到熱平衡，其溫度與待測物體相同．【典例精析】例3．(多選)伽利略在1593年制造了世界上第一個溫度計——空氣溫度計，如圖所示，一個細(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)液面的變化測出溫度的變化，則()A．該溫度計的測溫物質(zhì)是槽中的液體B．該溫度計的測溫物質(zhì)是細(xì)管中的紅色液體C．該溫度計的測溫物質(zhì)是球形瓶中的空氣D．該溫度計是利用測溫物質(zhì)的熱脹冷縮的性質(zhì)制造的【答案】CD【解析】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，測溫物質(zhì)是球形瓶中封閉的空氣，該溫度計是利用空氣的熱脹冷縮的性質(zhì)制造的，故A、B錯誤，C、D正確．針對訓(xùn)練一、單選題1．關(guān)于物體的溫度與分子動能的關(guān)系，正確的說法是（）A．某種物體的溫度是0℃，說明物體中分子的平均動能為零B．物體溫度降低時，每個分子的動能都減小C．物體溫度升高時速率小的分子數(shù)目減少，速率大的分子數(shù)目增多D．物體的運動速度越快，則物體的溫度越高【答案】C【解析】A．溫度是分子平均動能的標(biāo)志。溫度是0℃，物體中分子的平均動能并非為零，因為分子無規(guī)則運動不會停止，A錯誤；B．溫度降低時分子的平均動能減小，并非每個分子動能都減小，B錯誤；C．物體溫度升高時，分子的平均動能增大，分子的平均速率增大，速率小的分子數(shù)目減少，速率大的分子數(shù)目增多，C正確；D．物體的運動速度增大，宏觀機械能（動能）增大，但物體內(nèi)分子的熱運動不一定加劇，溫度不一定升高，D錯誤。故選C。2．下列說法中正確的是（）A．只要溫度相同，任何物體分子的平均動能都相同B．分子動能指的是由于分子定向運動而具有的能C．10個分子的動能和分子勢能的總和就是這10個分子的內(nèi)能D．溫度高的物體中的每一個分子的運動速率一定大于溫度低的物體中的每一個分子的運動速率【答案】A【解析】A．溫度是分子平均動能的標(biāo)志，溫度相同，物體分子平均動能相同，故A正確；B．分子動能指的是由于分子做無規(guī)則運動而具有的能，B錯誤；C．物體的內(nèi)能是對大量分子而言的，對于10個分子無意義，故C錯誤；D．溫度高的物體分子的平均速率大（相同物質(zhì)），但具體的每一個分子的速率是不確定的，可能大于平均速率，也可能小于平均速率，故D錯誤。故選A。3．如圖所示，玻璃瓶A、B中裝有質(zhì)量相等、溫度分別為60℃的熱水和0℃的冷水，下列說法正確的是（）A．溫度是分子平均動能的標(biāo)志，所以A瓶中水分子的平均動能比B瓶中水分子的平均動能大B．溫度越高，布朗運動越顯著，所以A瓶中水分子的布朗運動比B瓶中水分子的布朗運動更顯著C．因質(zhì)量相等，故A瓶中水的內(nèi)能與B瓶中水的內(nèi)能一樣大D．A瓶中水分子間的平均距離比B瓶中水分子間的平均距離小【答案】A【解析】A．溫度是分子平均動能的標(biāo)志，A瓶中水的溫度高，故A瓶中水分子的平均動能大，故A正確；B．布朗運動是懸浮在液體中固體顆粒的無規(guī)則運動，不是水分子的運動，兩瓶中不存在布朗運動，故B錯誤；C．溫度是分子的平均動能的標(biāo)志，因兩瓶中水的質(zhì)量相等，故A瓶中水分子的平均動能大，A瓶中水的內(nèi)能比B瓶中水的內(nèi)能大，故C錯誤；D．質(zhì)量相等的60℃的熱水和0℃的冷水相比，60℃的熱水體積比較大，所以A瓶中水分子間的平均距離比B瓶中水分子間的平均距離大，故D錯誤。故選A。4．下列說法中正確的是（）A．狀態(tài)參量是描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量，故當(dāng)系統(tǒng)的狀態(tài)變化時，其各個狀態(tài)參量都會改變B．當(dāng)系統(tǒng)不受外界影響，且經(jīng)過足夠長的時間，其內(nèi)部各部分狀態(tài)參量將會達(dá)到穩(wěn)定C．只有處于平衡態(tài)的系統(tǒng)才有狀態(tài)參量D．處于平衡態(tài)的熱力學(xué)系統(tǒng)，分子的熱運動停止【答案】B【解析】A．由于描述系統(tǒng)的各種性質(zhì)需要不同的物理量，只要其中某個量變化，系統(tǒng)的狀態(tài)就會發(fā)生變化，不一定各個狀態(tài)參量都發(fā)生變化，A錯誤；B．當(dāng)系統(tǒng)不受外界影響時，系統(tǒng)總要趨于平衡，其內(nèi)部各部分狀態(tài)參量趨于穩(wěn)定，B正確；C．系統(tǒng)處于平衡態(tài)或非平衡態(tài)，只是狀態(tài)參量有無變化，狀態(tài)參量無論是否變化都一直存在，C錯誤；D．處于平衡態(tài)的熱力學(xué)系統(tǒng)，分子仍在不停地做無規(guī)則熱運動，D錯誤。故選B。5．一杯水含有大量的水分子，若杯中水的溫度升高，則（）A．水分子的平均動能增大B．只有個別水分子的動能增大C．所有水分子的動能都增大D．每個水分子的動能改變量均相同【答案】A【解析】水的溫度升高，水分子的熱運動加劇，水分子的平均動能變大，即其內(nèi)能增加，這是統(tǒng)計規(guī)律，不適用于研究少量分子。故A正確，B、C、D錯誤。故選A。6．從微觀角度分析宏觀現(xiàn)象是學(xué)習(xí)和認(rèn)識熱現(xiàn)象的重要方法，下列關(guān)于熱現(xiàn)象的微觀本質(zhì)分析正確的是（）A．分子間距離增大時，分子間作用力先增大再減小B．溫度升高，物體內(nèi)所有分子的動能都增大C．布朗運動說明懸浮在液體中的固體顆粒內(nèi)的分子在做無規(guī)則運動D．溫度升高，物體內(nèi)分子的平均動能增大【答案】D【解析】A．由于不知道起始時分子間的距離，所以分子間距離增大時無法確定分子間作用力大小的變化情況，故A錯誤；BD．溫度是分子熱運動的平均動能的標(biāo)志，溫度升高，物體內(nèi)分子的平均動能增大，而不是所有分子的動能都增大，故B錯誤，D正確；C．布朗運動反映的是液體分子的無規(guī)則運動，故C錯誤。故選D。7．關(guān)于熱平衡，下列說法錯誤的是（）A．用溫度計測量溫度是根據(jù)熱平衡的原理B．溫度相同的棉花和石頭相接觸，需要經(jīng)過一段時間才能達(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【答案】B【解析】AD．當(dāng)溫度計的液泡與被測物體緊密接觸時，如果兩者的溫度有差異，它們之間就會發(fā)生熱傳遞，高溫物體將向低溫物體傳熱，最終使二者的溫度達(dá)到相同，即達(dá)到熱平衡，AD正確，不符合題意；B．兩個物體的溫度相同時，不會發(fā)生熱傳遞，B錯誤，符合題意；C．若a與b、c分別達(dá)到熱平衡，三者溫度一定相同，則b、c之間也達(dá)到了熱平衡，C正確，不符合題意。故選B。8．下列關(guān)于物體內(nèi)能的說法正確的是（）A．同一個物體，運動時比靜止時的內(nèi)能大B．一定質(zhì)量的0℃的水的內(nèi)能比相同質(zhì)量的0℃的冰的內(nèi)能大C．靜止的物體的分子平均動能為零D．物體被舉得越高，其分子勢能越大【答案】B【解析】A．物體的內(nèi)能與宏觀狀態(tài)的機械能無關(guān)，A錯誤；B．0℃的冰熔化成同溫度的水要吸收熱量，則一定質(zhì)量的0℃的水的內(nèi)能比相同質(zhì)量的0℃的冰的內(nèi)能大，B正確；C．分子做永不停息的無規(guī)則的運動，所以靜止的物體其分子的平均動能不為零，C錯誤；D．物體被舉得越高，其重力勢能越大，與微觀的分子勢能無關(guān)，D錯誤。故選B。9．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°C，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【答案】D【解析】A．溫標(biāo)，溫度的“標(biāo)尺”--依據(jù)溫標(biāo)就是測量一定的標(biāo)準(zhǔn)劃分的溫度標(biāo)志，就象測量物體的長度要用長度標(biāo)尺—“長標(biāo)”一樣，是一種人為的規(guī)定，或者叫做一種單位制。分華氏溫標(biāo)、絕對溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)。而溫度表示的是物體的冷熱程度，所以溫度與溫標(biāo)不是一回事，A錯誤；B．熱力學(xué)溫度不可以取負(fù)值，B錯誤；C．根據(jù)所以溫度升高，在熱力學(xué)溫標(biāo)升高3K，C錯誤；D．熱力學(xué)溫標(biāo)的分度與攝氏溫標(biāo)的分度是相等的，即熱力學(xué)溫度每一度的大小與攝氏溫度每一度的大小相等，D正確。故選D。10．氣體初始溫度為27℃，升高了20℃。用熱力學(xué)溫標(biāo)表示，氣體初始溫度為（

）A．27K，升高了20K B．300K，升高了20KC．27K，升高了293K D．300K，升高了293K【答案】B【解析】用熱力學(xué)溫標(biāo)表示，氣體初始溫度為升高了故ACD錯誤，B正確。故選B。二、多選題11．下列關(guān)于溫度的說法正確的是（）A．水銀溫度計是根據(jù)水銀熱脹冷縮的性質(zhì)制造的B．水的沸點為100℃，用熱力學(xué)溫度表示即為373.15KC．水從0℃升高到100℃，用熱力學(xué)溫度表示即為從273.15K升高到373.15KD．溫度由攝氏t升至2t，對應(yīng)的熱力學(xué)溫度由T升到2T【答案】ABC【解析】A．水銀溫度計是根據(jù)水銀熱脹冷縮的性質(zhì)制造的，A正確；B．根據(jù)T=t＋273.15K可知，100℃相當(dāng)于熱力學(xué)溫度100+273.15K=373.15KB正確；C．水從0℃升高到100℃，即從0+273.15K=273.15K升高到100+273.15K=373.15KC正確；D．從t升高到2t，即從T=t＋273.15K升高到T'=2t＋273.15KD錯誤。故選ABC。12．下列有關(guān)熱平衡的說法，不正確的是（）A．如果兩個系統(tǒng)在某時刻處于熱平衡狀態(tài)，則這兩個系統(tǒng)永遠(yuǎn)處于熱平衡狀態(tài)B．熱平衡定律只能研究三個系統(tǒng)的問題C．如果兩個系統(tǒng)彼此接觸而不發(fā)生狀態(tài)參量的變化，這兩個系統(tǒng)又不受外界影響，那么這兩個系統(tǒng)一定處于熱平衡狀態(tài)D．兩個處于熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，溫度可以有微小的差別【答案】ABD【解析】A．處于熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，如果受到外界的影響，狀態(tài)參量會隨之變化，溫度也會變化，故A錯誤，符合題意；B．熱平衡定律對多個系統(tǒng)也適用，故B錯誤，符合題意；C．由熱平衡的意義可知如果兩個系統(tǒng)彼此接觸而不發(fā)生狀態(tài)參量的變化，這兩個系統(tǒng)又不受外界影響，那么這兩個系統(tǒng)一定處于熱平衡狀態(tài)，故C正確，不符合題意；D．溫度相同是熱平衡的標(biāo)志，故D錯誤，符合題意。故選ABD。13．如圖所示，內(nèi)徑均勻、兩端開口的“V”形管，B支管豎直插入水銀槽中，A支管與B支管之間的夾角為，A支管