2024-2025學(xué)年高中物理第七章分子動理論第4節(jié)溫度和溫標學(xué)案含解析新人教版選修3-3

PAGE9-第4節(jié)溫度和溫標1．知道熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)參量及平衡態(tài)。2．明確熱平衡的概念，理解熱平衡定律及熱平衡與溫度的關(guān)系。3．了解溫度計的原理，知道什么是溫標，知道熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的換算關(guān)系。一、狀態(tài)參量與平衡態(tài)1．系統(tǒng)：在熱學(xué)中，把由大量分子組成的eq\o(□,\s\up3(01))探討對象稱為一個熱力學(xué)系統(tǒng)，簡稱系統(tǒng)。2．狀態(tài)參量：熱學(xué)中描述eq\o(□,\s\up3(02))系統(tǒng)狀態(tài)的物理量。常用狀態(tài)參量為eq\o(□,\s\up3(03))壓強、eq\o(□,\s\up3(04))體積、eq\o(□,\s\up3(05))溫度。通常用eq\o(□,\s\up3(06))體積描述它的幾何性質(zhì)，用eq\o(□,\s\up3(07))壓強描述力學(xué)性質(zhì)，用eq\o(□,\s\up3(08))溫度描述熱學(xué)性質(zhì)。3．平衡態(tài)：對于一個不受外界影響的系統(tǒng)，無論其初始狀態(tài)如何，經(jīng)過足夠長的時間后，必定達到一個宏觀性質(zhì)不再隨時間改變的eq\o(□,\s\up3(09))穩(wěn)定狀態(tài)，這種狀態(tài)叫平衡態(tài)。二、熱平衡與溫度1．熱平衡：兩個相互接觸的熱力學(xué)系統(tǒng)的參量eq\o(□,\s\up3(01))不再改變，此時兩個系統(tǒng)達到了熱平衡。2．熱平衡定律：假如兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)達到eq\o(□,\s\up3(02))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：兩個系統(tǒng)處于熱平衡時，它們具有一個“eq\o(□,\s\up3(03))共同性質(zhì)”，我們就把表征這一“eq\o(□,\s\up3(04))共同性質(zhì)”的物理量定義為溫度。一切達到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的eq\o(□,\s\up3(05))溫度。三、溫度計與溫標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eq\o(□,\s\up3(01))溫標；確定一個溫標時首先要選擇一種測溫物質(zhì)，依據(jù)這種物質(zhì)的某個特性來制造溫度計。確定了測溫物質(zhì)和這種物質(zhì)用以測溫的某種性質(zhì)以后，還要確定溫度的eq\o(□,\s\up3(02))零點和eq\o(□,\s\up3(03))分度的方法。2.eq\o(□,\s\up3(04))熱力學(xué)溫標表示的溫度叫做eq\o(□,\s\up3(05))熱力學(xué)溫度，它是國際單位制中七個基本物理量之一，用符號T表示，單位是開爾文，簡稱開，符號為K。3．攝氏溫標與熱力學(xué)溫標的關(guān)系：攝氏溫標由熱力學(xué)溫標導(dǎo)出，攝氏溫標所確定的溫度用t表示，它與熱力學(xué)溫度T的關(guān)系是T＝t＋273.15K。判一判(1)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)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)值與所選溫標無關(guān)。()提示：(1)√(2)√(3)×課堂任務(wù)對狀態(tài)參量、平衡態(tài)與熱平衡的理解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．對平衡態(tài)的理解(1)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改變，表現(xiàn)為系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時間改變，而力學(xué)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，由于漲落，仍可能發(fā)生偏離平衡狀態(tài)的微小改變。3．對熱平衡的理解(1)熱平衡定律即熱力學(xué)第零定律，確定系統(tǒng)是否達到熱平衡的最主要參量是溫度，也就是說只要溫度不再發(fā)生改變，那么這兩個系統(tǒng)就達到了熱平衡。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)是對某一系統(tǒng)而言的，熱平衡是對兩個接觸的系統(tǒng)而言的；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)生改變，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．對溫度的理解(1)溫度的宏觀物理意義：確定一個系統(tǒng)與另一個系統(tǒng)是否達到熱平衡狀態(tài)。(2)與熱平衡的關(guān)系：處于熱平衡的每個系統(tǒng)內(nèi)部各部分的溫度相同；兩系統(tǒng)達到熱平衡后，兩系統(tǒng)的溫度相同。例1“在測定銅塊的比熱容時，先把質(zhì)量已知的銅塊放入沸水中加熱，經(jīng)過一段時間后把它快速放入質(zhì)量已知、溫度已知的水中，并用溫度計測量水的溫度。當水溫不再上升時，這時的水溫就是銅塊與水的共同溫度。依據(jù)試驗數(shù)據(jù)就可以計算銅塊的比熱容?！币陨线@段敘述中，哪個地方涉及了“平衡態(tài)”和“熱平衡”的概念？[規(guī)范解答]區(qū)分“平衡態(tài)”和“熱平衡”的關(guān)鍵在于：熱平衡是對于兩個或兩個以上系統(tǒng)而言，而平衡態(tài)是指一個系統(tǒng)所處的狀態(tài)。銅塊放入沸水中加熱，經(jīng)過一段時間后，銅塊就和沸水達到“熱平衡”，銅塊的溫度就等于此時沸水的溫度。銅塊、溫度計放入另一已知質(zhì)量和溫度的水中，當溫度計的溫度不再上升時，水、溫度計、銅塊三個系統(tǒng)此時又達到了“熱平衡”，三者的溫度相同，此時溫度計的示數(shù)就是水和銅塊的共同溫度。把銅塊從沸水中取出到快速放入已知溫度和質(zhì)量的水中，此過程中可認為銅塊處于“平衡態(tài)”，備用水處于“平衡態(tài)”。[完備答案]見規(guī)范解答1.解決平衡態(tài)問題三要點1平衡態(tài)與熱平衡不同，平衡態(tài)指的是一個系統(tǒng)內(nèi)部達到的一種動態(tài)平衡。2必須要經(jīng)過較長一段時間，直到系統(tǒng)內(nèi)全部性質(zhì)都不隨時間改變?yōu)橹埂?系統(tǒng)與外界沒有能量的交換。2.處理熱平衡問題時應(yīng)把握的兩點,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，其他狀態(tài)參量未必相同。eq\a\vs4\al([變式訓(xùn)練1])有關(guān)熱平衡的說法正確的是()A．假如兩個系統(tǒng)在某時刻處于熱平衡狀態(tài)，則這兩個系統(tǒng)恒久處于熱平衡狀態(tài)B．熱平衡定律只能探討三個系統(tǒng)的問題C．假如兩個系統(tǒng)彼此接觸而不發(fā)生狀態(tài)參量的改變，這兩個系統(tǒng)又不受外界影響，那么這兩個系統(tǒng)肯定處于熱平衡狀態(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C解析本題考查的學(xué)問點是熱平衡。處于熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，假如受到外界的影響，狀態(tài)參量會隨之改變，溫度也會改變，故A錯誤；熱平衡定律對多個系統(tǒng)也適用，故B錯誤；由熱平衡的意義知，C正確；溫度相同是熱平衡的標記，必需相同，故D錯誤。課堂任務(wù)溫度計與溫標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．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，其溫度與待測物體相同。3．攝氏溫標與熱力學(xué)溫標的比較(1)熱力學(xué)溫度的零度叫肯定零度，它是低溫的極限，可以無限接近但不能到達。(2)熱力學(xué)溫度是國際單位制中七個基本物理量之一，因此它的單位屬基本單位。例2(多選)有關(guān)溫標的說法正確的是()A．溫標不同，測量時得到同一系統(tǒng)的溫度數(shù)值可能是不同的B．不同溫標表示的溫度數(shù)值不同，則說明溫度不同C．溫標的規(guī)定都是人為的，沒有什么理論依據(jù)D．熱力學(xué)溫標是從理論上規(guī)定的[規(guī)范解答]相同的冷熱程度，溫度相同，用不同溫標表示的數(shù)值可以是不同的，A正確，B錯誤；熱力學(xué)溫標是從理論上作出的規(guī)定，故C錯誤，D正確。[完備答案]AD熱力學(xué)溫度與攝氏溫度對于熱力學(xué)溫度和攝氏溫度的關(guān)系，易出現(xiàn)以下兩點錯誤：(1)單位混淆。(2)錯用公式T＝t＋273.15K，把物體的溫度和物體上升的溫度混淆，認為攝氏溫度上升1℃，熱力學(xué)溫度上升ΔT＝Δt＋273.15K從而出錯。弄清二者關(guān)系一要強調(diào)二者的單位，二要明確熱力學(xué)溫標和攝氏溫標表示的溫差相同，即ΔT＝Δt。eq\a\vs4\al([變式訓(xùn)練2])(多選)關(guān)于熱力學(xué)溫度，下列說法中正確的是()A．－33℃相當于240KB．溫度改變1℃，也就是溫度改變1KC．攝氏溫度與熱力學(xué)溫度都可能取負值D．溫度由t℃升至2t℃，對應(yīng)的熱力學(xué)溫度上升了273K＋t答案AB解析熱力學(xué)溫標和攝氏溫標是溫度的兩種不同的表示方法，對同一溫度來說，用不同的溫標表示數(shù)值不同，這是因為它們零值的選取不同，但兩種溫標表示的溫差肯定相同。由T＝t＋273K知A正確；由ΔT＝Δt知B正確；攝氏溫度可取負值，但熱力學(xué)溫度沒有負值，C錯誤；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錯誤。A組：合格性水平訓(xùn)練1．(狀態(tài)參量)(多選)在熱學(xué)中，要描述肯定氣體的宏觀狀態(tài)，須要確定下列哪些物理量()A．每個氣體分子的運動速率B．壓強C．體積D．溫度答案BCD解析描述系統(tǒng)的宏觀狀態(tài)，其參量是宏觀量，每個氣體分子的運動速率是微觀量，不是氣體的宏觀狀態(tài)參量。氣體的壓強、體積、溫度分別是從力學(xué)、幾何、熱學(xué)三個角度對氣體的性質(zhì)進行的宏觀描述，是確定氣體宏觀狀態(tài)的三個狀態(tài)參量。明顯B、C、D正確。2．(熱平衡狀態(tài)、熱平衡定律)(多選)下列說法正確的是()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答案BCD解析熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的狀態(tài)參量——溫度，故A錯誤，C正確；由熱平衡定律可知，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正確。3．(熱平衡狀態(tài))(多選)關(guān)于平衡態(tài)和熱平衡，下列說法中正確的是()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．兩個系統(tǒng)在接觸時它們的狀態(tài)不發(fā)生改變，說明這兩個系統(tǒng)原來的溫度是相等的C．熱平衡就是平衡態(tài)D．處于熱平衡的幾個系統(tǒng)的溫度肯定相等答案BD解析一般來說，描述系統(tǒng)的狀態(tài)參量不止一個，僅僅依據(jù)溫度不變且到處相等不能得出系統(tǒng)肯定處于平衡態(tài)的結(jié)論，A錯誤。依據(jù)熱平衡的定義可知B和D是正確的。平衡態(tài)是針對某一系統(tǒng)而言的，熱平衡是兩個系統(tǒng)相互影響的最終結(jié)果，可見C錯誤。4．(熱力學(xué)溫度和攝氏溫度)(多選)下列關(guān)于熱力學(xué)溫度的說法正確的是()A．熱力學(xué)溫度的零點是－273.15℃B．－136℃比136K溫度高C．0℃等于273.15KD．1℃就是1K答案ABC解析熱力學(xué)溫度的零點是－273.15℃，A正確；由熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系T＝273.15K＋t可知，－136℃等于137.15K,0℃等于273.15K,1℃就是274.15K，故B、C正確，D錯誤。5．(熱力學(xué)溫度和攝氏溫度)(多選)物體的溫度從27℃降低到0℃，用熱力學(xué)溫度表示，以下說法正確的是()A．物體的溫度降低了27KB．物體的溫度降低了300KC．物體的溫度降低到273KD．物體的溫度降低到0K答案AC解析由T＝t＋273K知0℃時對應(yīng)的熱力學(xué)溫度為273K，溫度降低27℃，對應(yīng)的熱力學(xué)溫度降低27K。故A、C正確。6．(熱力學(xué)溫標)(多選)下列關(guān)于熱力學(xué)溫標的說法正確的是()A．熱力學(xué)溫標是一種更為科學(xué)的溫標B．熱力學(xué)溫標的零度為－273.15℃，叫肯定零度C．氣體溫度趨近于肯定零度時其體積為零D．在肯定零度旁邊氣體已液化答案ABD解析熱力學(xué)溫標在科學(xué)計算中，特殊是在熱力學(xué)方程中，使方程更簡潔、更科學(xué)，故A正確；B項是熱力學(xué)溫標的常識，故正確；氣體趨近于肯定零度時，已液化，但有體積，C錯誤，D正確。7．(溫度計)(多選)如圖所示，一個有瘦長管的球形瓶倒插在裝有紅色液體的槽中，細管中的液面清楚可見，假如不考慮外界大氣壓的改變，就能依據(jù)液面的改變測出溫度的改變，則()A．該溫度計的測溫物質(zhì)是槽中的紅色液體B．該溫度計的測溫物質(zhì)是細管中的紅色液體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)的熱脹冷縮性質(zhì)制造的答案CD解析細管中的紅色液體用來顯示球形瓶中空氣的體積隨溫度的改變狀況，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。B組：等級性水平訓(xùn)練8．(熱平衡狀態(tài))(多選)兩個原來處于熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng)分開后，由于外界的影響，其中一個系統(tǒng)的溫度上升了5K，另一個系統(tǒng)溫度上升了5℃，則下列說法正確的是()A．兩個系統(tǒng)不再是熱平衡系統(tǒng)了B．兩個系統(tǒng)此時仍是熱平衡狀態(tài)C．兩個系統(tǒng)的狀態(tài)都發(fā)生了改變D．兩個系統(tǒng)的狀態(tài)沒有改變答案BC解析兩個系統(tǒng)原來溫度相同而處于熱平衡狀態(tài)，分開后，由于上升的溫度相同，兩者仍處于熱平衡狀態(tài)，新的熱平衡狀態(tài)下溫度比以前上升了，兩個系統(tǒng)的狀態(tài)都發(fā)生了改變。B、C正確。9．(溫度計和溫標)溫度計是生活、生產(chǎn)中常用的測溫裝置，如圖所示為一個簡易溫度計，一根裝有一小段有色水柱的細玻璃管穿過橡皮塞插入燒瓶內(nèi)，封閉肯定質(zhì)量的氣體。當外界溫度發(fā)生改變時，水柱位置將上下改變。已知A、D間的測量范圍為20～80℃，A、D間刻度勻稱分布。由圖可知，A、D及有色水柱下端所示溫度分別為()A．20℃、80℃、64℃B．20℃、80℃、68℃C．80℃、20℃、32℃D．80℃、20℃、34℃答案C解析由熱脹冷縮原理可知A點為80℃，D點為20℃，由題意可知，每小格表示4℃，則有色水柱下端表示32℃，選C。10．(熱平衡定律)(多選)關(guān)于熱平衡定律，下列理解正確的是()A．兩系統(tǒng)的溫度相同時，才能達到熱平衡B．A、B兩系統(tǒng)分別與C系統(tǒng)達到熱平衡，則A、B兩系統(tǒng)處于熱平衡C．甲、乙、丙物體溫度不相等，先把甲、乙接觸，最終達到熱平衡，再將丙與乙接觸，最終也達到熱平衡，則甲、丙是熱平衡的D．熱平衡時，系統(tǒng)的溫度相同答案ABD解析乙與丙達到新的熱平衡時，其各狀態(tài)參量發(fā)生了改變，不再與甲熱平衡，C錯誤；由熱平衡含義可知A、B、D均正確。11．(溫度計)(多選)實際應(yīng)用中，常用到一種雙金屬溫度計，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改變的原理制成的，如圖所示。已知圖甲中雙金屬片被加熱時，其彎曲程度會增大，則下列各種相關(guān)敘述中正確的有()A．該溫度計的測溫物質(zhì)是銅、鐵兩種熱膨脹系數(shù)不同的金屬B．雙金屬溫度計是利用測溫物質(zhì)熱脹冷縮的性質(zhì)來工作的C．由圖甲可知，銅的熱膨脹系數(shù)大于鐵的熱膨脹系數(shù)D．由圖乙可知，其雙金屬片的內(nèi)層