新教材同步辅导2023年高中物理第二章气体固体和液体2.1温度和温标课件新人教版选择性必修第三册

第二章气体、固体和液体学习目标1.通过情境探究,知道什么是状态参量,什么是平衡态,知道热平衡,理解热平衡定律及温度的意义,知道热平衡的标志及热平衡与平衡态的区别,体会生活中的热平衡现象,培养推理、分析与归纳能力.2.知道什么是温标、热力学温标.知道摄氏温度与热力学温度的转换关系,培养应用物理知识解决实际问题的能力.1

温度和温标知识点一

状态参量与平衡态1.热力学系统:研究某一容器中气体的热学性质,其研究对象是容器中的大量分子组成的系统,这在热学中叫作一个

,简称

.系统之外与系统发生相互作用的其他物体统称

.2.状态参量:在热学中,为确定系统的状态,也需要用到一些物理量,这些物理量叫作系统的

.研究系统内气体时常用到的状态参量分别是

、

、

.

热力学系统系统外界状态参量体积V压强p温度T3.平衡态:在没有外界影响的情况下,经过足够长的时间,系统内各部分的状态参量能够达到

状态,即系统内的压强、体积和温度不再变化,系统达到了

.4.一根长铁丝,一端插入100℃的热水中,另一端放入0℃的恒温源中,经过足够长的时间,温度沿铁丝有一定的分布,而且不随时间变化,这种状态是不是平衡态?答案:这种状态不是平衡态,只是一种稳定状态,因为存在外界因素的影响.稳定平衡态知识点二热平衡与温度1.热平衡:如果两个系统相互接触而传热,这两个系统的状态参量将会互相影响而分别改变.经过一段时间,各自的

就不再变化了,这说明两个系统达到了

.这种平衡叫作热平衡.2.热平衡定律:如果两个系统分别与第三个系统达到

,那么这两个系统彼此之间也必定处于

,这个结论称为热平衡定律.状态参量平衡热平衡热平衡3.从热平衡方面怎样理解温度?答案:当两个系统A、B处于热平衡时,它们必定具有某个共同的热学性质,我们就把表征这一“共同的热学性质”的物理量叫作温度.知识点三温度计与温标1.温标:要

地描述温度,就必须有一套方法,这套方法就是温标.2.摄氏温度与热力学温度的关系:

.

3.水银温度计的测量原理:水银温度计是根据水银的

的性质来测量温度的.定量T=t+273.15K热膨胀小试身手判断下列说法的正误并和同学交流(正确的打“√”,错误的打“×”).1.只要温度不变且处处相等,系统就一定处于平衡态.()2.两个系统在接触时它们的状态不发生变化,这两个系统原来的温度是相同的.()3.处于热平衡的两个系统的温度一定相等.()4.温度变化1℃,也就是温度变化1K.()5.摄氏温度与热力学温度都可能取负值.()6.平衡态是一种理想情况.()7.处于热平衡的两个系统具有相同的热量.()8.处于热平衡状态的系统内的分子仍在不停地做无规则运动,热平衡是一种动态平衡.()×√√√×√×√探究一状态参量与平衡态问题情境假如一个容器用挡板K隔开,容器中的气体被分成A、B两部分,容器壁以及隔板都是绝热的,即A、B两部分气体之间以及它们与外界之间都没有能量交换.经过足够长的时间,稳定后它们的压强分别为pA、pB,温度分别为TA、TB,体积分别为VA、VB,如图所示.1.以A部分的气体为研究对象,它可以看成一个热力学系统吗?相对A,谁是外界?答案:

A部分的气体含有大量分子,可以看成一个热力学系统;系统之外与系统发生相互作用的其他物体统称外界,相对A来讲,容器、容器外大气、B系统都是外界.2.当A系统的体积、压强、温度稳定不变时,A处于什么状态?处于该状态的系统内的分子都静止不动吗?答案:

A系统内各部分的状态参量达到稳定状态,这种状态叫作平衡态.热力学的平衡态是一种动态平衡,组成系统的分子仍在不停地做无规则运动,只是分子运动的平均效果不随时间变化,表现为系统的宏观性质不随时间变化.过程建构1.热力学系统的状态参量.(1)体积V:几何参量,它可以确定系统的空间范围.(2)压强p:力学参量,它可以确定外界与系统之间或系统内部各部分之间力的作用.(3)温度T:热学参量,它可以确定系统的冷热程度.2.对平衡态的理解.(1)热力学的平衡态是一种动态平衡,处于平衡态的系统内的分子仍在不停地做无规则运动,只是分子运动的平均效果不随时间变化,表现为系统的宏观性质不随时间变化,而力学中的平衡态是指物体处于静止或匀速直线运动的状态.(2)平衡态是一种理想情况,因为任何系统完全不受外界影响是不可能的.系统处于平衡态时,由于涨落,仍可能发生偏离平衡状态的微小变化.【典例1】(多选)下列说法正确的是 (

)A.状态参量是描述系统状态的物理量,当系统的状态变化时,其各个状态参量都会改变B.若系统不受外界影响,且经过足够长的时间,则其内部各部分的状态参量将会达到稳定C.只有处于平衡态的系统才有状态参量D.两个物体发生传热时,它们组成的系统处于非平衡态解析:由于描述系统的各种性质需要不同的物理量,只要其中某个量变化,系统的状态就会发生变化,不一定各个状态参量都发生变化,A错误.系统处于平衡态或非平衡态,都有状态参量,C错误.当系统不受外界影响时,系统总要趋于平衡,其内部各部分状态参量趋于稳定,B正确.两个物体发生传热时,两个物体组成的系统内部存在温度差,系统处于非平衡态,D正确.答案:BD探究二热平衡与温度问题情境如图所示,容器被挡板K隔开,且挡板被固定住.容器中的气体被分成A、B两部分.容器壁是绝热的,挡板是导热的,刚开始时A、B的温度分别为TA、TB,且TA<TB,A、B两个系统通过挡板传递热量,经过一段时间,A、B两个系统的温度都达到了T,各自的状态参量就不再变化,两个系统达到了热平衡.1.达到热平衡的A、B系统具备了怎样的共同特征?请在下图中大体画出A、B两系统的温度T随时间t变化的图像.答案:达到热平衡的A、B系统具有相同的温度.T-t图像如图所示.2.从微观角度分析为什么两个系统达到了热平衡后各自的状态参量就不再变化了.答案:两系统温度相同就不再发生热交换了,两系统温度相等且恒定,各自体积恒定,压强稳定在相应的数值上.3.热平衡定律中的核心是什么?平衡态就是热平衡吗?答案:决定系统是否达到热平衡的状态参量是温度,也就是说只要温度不再发生变化,那么这两个系统就达到了热平衡.理解热平衡定律一定要抓住温度这一状态参量.平衡态不是热平衡.平衡态是对某一系统而言的,热平衡是对两个或多个相互接触的系统而言的;分别处于平衡态的两个系统在相互接触时,它们的状态可能会发生变化,当两系统的温度相同且不再变化时,两系统便达到了热平衡.达到热平衡的两个系统都处于平衡态.4.描述一下用同一温度计可以测量不同物体的温度的理论依据.答案:依据热平衡定律,只要温度计与所测的系统达到热平衡了,温度计与该系统就有相同的温度.过程建构1.热平衡.(1)热平衡的性质:一切达到热平衡的系统都具有相同的温度.(2)理解.①两个系统达到热平衡后再把它们分开,如果分开后它们都不受外界影响,再把它们重新接触,那么它们的状态不会发生新的变化.②只要两个系统在接触时它们的状态不发生变化,我们就说这两个系统原来是处于热平衡的.2.热平衡定律与温度.(1)对热平衡定律的理解.决定两个系统是否达到了热平衡的状态参量是温度.比较各物体温度时,不需要将各个物体直接接触,只需将温度计分别与各物体接触,即可比较温度的高低.(2)对温度的理解.角度理解宏观角度温度表示物体的冷热程度,这个概念带有主观性,因为冷热是由人体的感觉器官比较得到的,往往是不准确的热平衡角度温度的严格定义是建立在热平衡定律基础上的.热平衡定律指出,两个系统相互处于热平衡时,存在一个数值相等的物理量,这个物理量就是温度,这样定义温度更具有科学性【典例2】(多选)关于平衡态和热平衡,下列说法不正确的有(

)A.只要温度不变且处处相等,系统就一定处于平衡态B.两个系统在接触时它们的状态参量不发生变化,说明这两个系统原来的温度是相等的C.热平衡就是平衡态D.处于热平衡的几个系统的压强一定相等答案:

ACD解析:一般来说,描述系统的状态参量不止一个,根据平衡态的概念知,系统的所有状态参量都不随时间变化,系统才处于平衡态,A说法错误.根据热平衡的概念知,处于热平衡的两个系统温度相同,其他状态参量不一定相同,B说法正确,D说法错误.平衡态是针对某一系统而言的,热平衡是两个或两个以上系统相互影响的最终结果,C说法错误.处理平衡态和热平衡需要注意的问题探究三温度计与温标问题情境右图是一种水银体温计.它的上部是一根玻璃管,下端是一个玻璃泡.在玻璃泡和玻璃管的下端装有纯净的水银,玻璃管外壳上标有刻度.答案:水银体温计是根据水银的热膨胀制成的,并且玻璃管中水银柱的高度与温度的关系是线性关系.1.水银体温计是根据水银的什么特性制成的?2.体温计使用的是摄氏温标,结合教材描述摄氏温标的构建过程.怎样建立一个温标?答案:摄氏温标曾经规定,标准大气压下冰的熔点为0℃,水的沸点为100℃,并据此把玻璃管上0℃刻度与100℃刻度之间均匀分成100等份,每份算作1℃.建立一个温标的方法:选择某种具有测温属性的物质;了解测温物质的这种测温属性与温度的函数关系;确定温度的零点和分度的方法.3.体温计能测量人体温度的依据是什么?答案:一切互为热平衡的系统都具有相同的温度.体温计与人体接触,达到热平衡时其温度与人体的温度相同.4.结合教材描述什么是热力学温标.摄氏温度与热力学温度的关系是什么?答案:热力学温标是现代科学中常用的表示温度的方法.热力学温标表示的温度叫热力学温度.用符号T表示,单位是开尔文,符号为K.摄氏温度与热力学温度的关系是T=t+273.15K.过程建构1.摄氏温标与热力学温标的比较.项目摄氏温标热力学温标提出者摄尔修斯开尔文零点标准大气压下冰的熔点-273.15℃温度名称摄氏温度热力学温度温度符号tT单位名称摄氏度开尔文单位符号℃K关系T=t+273.15K,粗略表示时T=t+273K注意:(1)热力学温度的零度叫绝对零度,它是低温的极限,可以无限接近但不能达到.(2)热力学温度是国际单位制中七个基本物理量之一,因此它的单位属于基本单位.(3)摄氏温标的1℃的温度差与热力学温标1K的温度差是等价的,用热力学温标表示的温度和用摄氏温标表示的温度,虽然起点不同,但表示的温度差是相同的,即ΔT=Δt.(4)T=t+273.15K是解决有关热力学温度与摄氏温度关系问题的基础.2.温度计.名称测温原理水银温度计根据水银的热膨胀的性质来测量温度热电偶温度计根据不同导体因温差而产生电动势的大小不同来测量温度电阻温度计根据金属的电阻率随温度的升高而变化的原理来测量温度压力表式温度计根据气体压强随温度变化的规律来测量温度【典例3】(多选)下列有关温度的说法正确的是 (

)A.摄氏温标和热力学温标是表示温度的两种不同方法B.用两种温标表示温度的变化时,二者的数值相等C.1K就是1℃D.温度变化1℃,也可以说温度变化274K解析:温标是用来定量描述温度的方法,常用的温标有摄氏温标和热力学温标,A正确.两种温标表示同一温度时,数值不同,但在表示同一温度变化时,数值是相同的,B正确.若物体的温度升高1K,也可以说物体的温度升高1℃,但在表示物体的温度时,物体的温度为1K不能说成物体的温度为1℃,C、D错误.答案:AB课堂评价1.(多选)在热学中,要描述一定质量的气体的宏观状态,需要确定的物理量有 (

)A.每个气体分子的运动速率B.压强C.体积D.温度答案:BCD解析:描述系统的宏观状态时,状态参量是宏观量,每个气体分子的运动速率是微观量,不是气体的宏观状态参量.气体的压强、体积、温度分别从力学、几何、热学三个角度描述气体的性质,是确定气体宏观状态的三个状态参量.B、C、D正确.2.(多选)热力学系统的平衡态的特点是 (

)A.定态平衡B.动态平衡C.分子已经不动D.分子仍做无规则运动解析:热平衡是一种动态平衡,是大量分子运动的平均效果,处于热平衡的系统,分子仍在做无规则运动.答案:BD3.(多选)下列对热平衡定律的理解正确的是(

)A.两系统的温度相同时,才能达到热平衡B.A、B两系统分别与C系统达到热平衡,则A、B两系统热平衡C.甲、乙、丙物体温度不相等,先把甲、乙接触,最终达到热平衡,再将丙与乙接触最终也达到热平衡,则甲、丙也处于热平衡D.热平衡时,两系统的温度相同,压强、体积也一定相同解析:两个系统热平衡的标志是它们的温度相同,但它们的压强、体积不一定相同,A、B正确,C、D错误.答案:AB4.下列关于温度和热平衡的说法不正确的是(

)A.温度宏观上反映物体的冷热程度,我们感觉冷的物体温度低B.当A、B两物体分别与C物体达到热平衡时,A物体与B物体之间也处于热平衡状态C.