高中物理第七章分子动理论4温度和温标学案

PAGEPAGE44温度和温标[学习目标]1.知道平衡态及系统的状态参量.2.明确温度的概念，知道热平衡定律及其与温度的关系.3.了解温度计的原理，知道热力学温度与摄氏温度的换算关系．一、状态参量与平衡态[导学探究](1)在力学中，为了确定物体运动的状态，我们使用了物体的位移和速度这两个物理量．在热学中如果我们要研究一箱气体的状态，需要哪些物理量呢？(2)如果系统与外界没有能量交换，该系统就达到平衡态了吗？答案(1)体积、压强和温度．(2)不是．[知识梳理]1．热力学系统：由大量分子组成的一个研究对象．2．热力学系统的状态参量(1)体积V：系统的几何参量，它可以确定系统的空间范围．(2)压强p：系统的力学参量，它可以描述系统的力学性质．(3)温度T：系统的热学参量，它可以确定系统的冷热程度．3．对平衡态的理解(1)在没有外界影响的情况下，系统内的各部分的状态参量达到稳定，即达到平衡态．(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．二、热平衡与温度[导学探究](1)用手心握住体温计玻璃泡，观察到体温计的示数逐渐上升．当上升到36℃左右时，为什么不再上升？(2)当把它立即放入40℃的水中时，你又看到什么现象？为什么？答案(1)因为体温计与人体温度相同，即达到了热平衡．(2)体温计的示数继续上升，因为体温计玻璃泡的温度与水的温度不相同，没有达到热平衡．[知识梳理]1．热平衡：两个系统相互接触而传热，它们的状态参量将改变．但是经过一段时间以后，状态参量就不再变化了，这说明两个系统对于传热来说已经达到了平衡，这种平衡叫做热平衡．2．热平衡定律：如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡，这个结论称为热平衡定律．3．热平衡与温度(1)一切达到热平衡的物体都具有相同的温度．(2)温度计的测温原理若物体与A处于热平衡，它同时也与B处于热平衡，则A的温度等于B的温度，这就是温度计用来测量温度的基本原理．三、温度计与温标[导学探究](1)如图1所示，伽利略温度计是利用玻璃管内封闭的气体作为测量物质制成的，当外界温度越高时，细管内的水柱越高吗？图1(2)如果气体的温度是1℃，也可以说气体的温度是多少K？如果气体的温度升高了1℃，也可以说气体的温度升高了多少K?答案(1)不是．由热胀冷缩可知，当外界温度越高时，气体膨胀越厉害，细管内的水柱越低．(2)274.15K1K[知识梳理]1．确定一个温标的方法(1)选择某种具有测温属性的物质．(2)了解测温物质随温度变化的函数关系．(3)确定温度的零点和分度的方法．2．热力学温度T与摄氏温度t(1)摄氏温标：一种常用的表示温度的方法，规定标准大气压下冰的熔点为0℃，水的沸点为100℃，在0℃和100℃之间均匀分成100等份，每份算做1℃.(2)热力学温标：现代科学中常用的表示温度的方法，热力学温标也叫绝对温标．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.(3)摄氏温度与热力学温度的关系为T＝t＋273.15K.(4)注意：摄氏温标的1℃的分格与热力学温标1K的分格是等价的，故用热力学温标表示的温度和摄氏温标表示的温度，虽然起点不同，但表示温度的温度差是相同的，即ΔT＝Δt.一、平衡态与热平衡例1下列说法正确的是()A．只有处于平衡态的系统才有状态参量B．状态参量是描述系统状态的物理量，故当系统状态变化时，其各个状态参量都会改变C．若a与b、c分别达到热平衡，则b、c之间也达到了热平衡D．两物体温度相同，可以说两物体达到了热平衡答案ACD解析当温度计的液泡与被测物体紧密接触时，如果两者的温度有差异，它们之间就会发生热传递，高温物体将向低温物体传热，最终使二者的温度达到相等，即达到热平衡，故A、D正确；两个物体的温度相同时，不会发生热传递，故B错；若a与b、c分别达到热平衡，三者温度一定相等，所以b、c之间也达到了热平衡，故C正确．3．(温度计与温标)严冬，湖面上结了厚厚的冰，但冰下鱼儿仍在游动．为了测出冰下水的温度，徐强同学在冰上打了一个洞，拿来一支实验室温度计，用下列四种方法测水温，正确的做法是()A．用线将温度计拴牢从洞中放入水里，待较长时间后从水中提出，读出示数B．取一空的塑料饮水瓶，将温度计悬吊在瓶中，再将瓶拴住从洞中放入水里，水灌满瓶后待较长时间，然后将瓶提出，立即读出温度计的示数C．若温度计显示的示数为摄氏温度4℃，即热力学温度4KD．若温度计显示的示数为摄氏温度4℃，即热力学温度277.15K答案BD解析要测量冰下水的温度，必须使温度计与冰下的水达到热平衡时，再读出温度计的示数，可隔着冰又没法直接读数，把温度计取出来，显示的又不是原热平衡状态下的温度，所以选项A错误，B正确．T＝t＋273.15K＝277.15K，选项C错误，D正确．4．(温度计与温标)下列关于温度的说法正确的是()A．水银温度计是根据水银的热膨胀与温度的线性关系制造的B．水的沸点为100℃，用热力学温度表示即为373.15KC．水从0℃升高到100℃，用热力学温度表示即为从273.15K升高到373.15KD．水从0℃升高到100℃，用热力学温度表示就是升高了373.15K答案ABC解析水银温度计是根据水银的热膨胀与温度的线性关系制造的，A正确；根据T＝t＋273.15K可知，100℃相当于热力学温标373.15K，水从0℃升高到100℃升高了100K，B、C正确，D错误．题组一对状态参量与平衡态的理解1．热力学系统的平衡态是一种()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答案BD解析热力学系统的平衡是大量分子的平均效果，是动态平衡．2．在热学中，要描述一定气体的宏观状态，需要确定下列哪些物理量()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，其参量是宏观量，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、体积和温度分别是从力学、几何学、热学三个角度对气体的性质进行的宏观描述，是确定气体宏观状态的三个状态参量．故正确答案为B、C、D.题组二对热平衡与温度概念的理解3．甲、乙两物体接触时，甲向乙传递热量的原因是()A．甲的质量比乙大B．甲的比热容比乙大C．甲的热量比乙多D．甲的温度比乙高答案D4．关于平衡态和热平衡，下列说法中正确的是()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不发生变化，这两个系统原来的温度是相等的C．热平衡就是平衡态D．处于热平衡的两个系统的温度不一定相等答案B解析平衡态是针对某一系统而言的，描述系统状态的参量不只温度一个，还有体积、压强，当温度不变时，系统不一定处于平衡态，故A错误；根据热平衡的定义可知，系统在接触时它们的状态不发生变化，这两个系统的温度是相等的，故B正确，D错误；据以上分析可知，平衡态和热平衡两者是不同的，故C错误．题组三温度计的使用和两种温标的关系5．关于热力学温度和摄氏温度，以下说法正确的是()A．热力学温度的单位“K”是国际单位制中的基本单位B．温度升高了1℃就是升高了1KC．某物体摄氏温度10℃，即热力学温度10KD．0℃的温度可用热力学温度粗略地表示为273K答案ABD6．伽利略在1593年制造了世界上第一个温度计——空气温度计，如图1所示，一个细长颈的球形瓶倒插在装有红色液体的槽中，细管中的液面清晰可见，如果不考虑外界大气压的变化，就能根据液面的变化测出温度的变化，则()图1A．该温度计的测温物质是槽中的液体B．该温度计的测温物质是细管中的红色液体C．该温度计的测温物质是球形瓶中的空气D．该温度计是利用测温物质的热胀冷缩性质制造的答案CD解析细管中的红色液体是用来显示球形瓶中空气的体积随温度变化情况的，测温物质是球形瓶中封闭的空气，该温度计是利用测温物质的热胀冷缩的性质制造的，故A、B错，C、D正确．7．实际应用中，常用到一种双金属温度计，它是利用铜片与铁片铆合在一起的双金属片的弯曲程度随温度变化的原理制成的，如图2所示，已知甲图中双金属片被加热时，其弯曲程度会增大，则下列各种相关叙述中正确的有()图2A．该温度计的测温物质是铜、铁两种热膨胀系数不同的金属B．双金属温度计是利用测温物质热胀冷缩的性质来工作的C．由甲图可知，铜的热膨胀系数大于铁的热膨胀系数D．由乙图可知，其双金属片的内层一定为铜，外层一定为铁答案ABC解析双金属温度计是利用热膨胀系数不同的铜、铁两种金属制成的双金属片的弯曲程度随温度变化的原理来工作的，A、B选项正确；由题图知，加热时双金属片弯曲程度增大，即进一步向上弯曲，说明双金属片下层热膨胀系数较大，即铜的热膨胀系数较大，C选项正确；由题图知，温度计示数是顺时针方向增大，说明当温度升高时温度计指针顺时针方向转动，则其双金属片的弯曲程度在增大，故可以推知双金属片的内层一定是铁，外层一定是铜，D选项错误．8．2016年8月6日是第31届里约奥运会开幕的日子，中央电视台播报天气预报，里约的最高气温是38℃，它是K．中国在研究超导问题方面走在世界前列，中国科学家发现某种超导材料的临界温度是90K，它是℃.答案311.15－183.159．家用温度计经常标有摄氏温度和华氏温度，摄氏温度是把冰点的温度定为0℃，水沸点的温度