高中物理选修第四节 温度和温标教学设计

第四节温度和温标新课标要求知识与技能过程与方法情感、态度和价值观1、了解系统的状态参量以及平衡态的概念。2．掌握热平衡的概念及热平衡定律3．掌握温度与温标的定义以及热力学温度的表示。通过学习温度与温标，体会热力学温度与摄氏温度的关系体会生活中的热平衡现象，感应热力学温度的应用教材分析与方法教学重点教学难点教学方法教学用具热平衡的定义及热平衡定律的内容有关热力学温度的计算讲练法、举例法、阅读法投影仪、投影片复习预习教师活动学生活动（1）什么是系统的状态参量？并举例说明。（2）举例说明，什么平衡态？引入：在初中我们已学过了测量温度时常用的一种单位，叫“摄氏度”。大家都知道：它是以冰水混合物的温度为0度，以一个大气压下沸水的温度为100度，在这两温度之间等分100个等份，每一等份为1个温度单位，叫“摄氏度”。这种以冰水混合物的温度为零度的测温方法叫摄氏温标，以摄氏温标表示的温度叫摄氏温度。今天我们将要进一步学习有关温度和温标的知识。知识探究过程一、平衡态与状态参量1.系统：在物理学中，通常把所研究的称为系统。2.状态参量：用描述它的几何性质，用描述力学性质，用描述热学性质……这些描述系统状态的物理量，叫做系统的状态参量。3.平衡态：在没有外界影响的情况下，只要经过足够长的时间，系统内各部分的状态参量会达到，我们把这一状态叫平衡态。二、热平衡与温度阅读课本，回答问题（1）什么是热平衡？（2）怎样理解“热平衡概念也适用于两个原来没有发生过作用的系统”？（3）怎样判断“两个系统原来是处于热平衡的”？（4）热平衡定律的内容是什么？（5）温度是如何定义的？其物理意义是什么？分析：（1）对于两个相互作用的系统，如果它们之间没有隔热材料，它们相互接触，或者通过导热性能很好的材料接触，这两个系统的状态参量将会互相影响而分别改变。最后，两个系统的状态参量不再变化，说明两个系统已经具有了某个“共同性质”，此时我们说两个系统达到了热平衡。（2）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，它们的状态不会发生新的变化。因此，热平衡概念也适用于两个原来没有发生过作用的系统。（3）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。（4）实验表明：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。（5）两个系统处于热平衡时，它们具有一个“共同性质”，我们就把表征这一“共同性质”的物理量定义为温度。也就是说，温度是决定一个系统与另一个系统是否达到热平衡状态的物理量，它的特征就是“一切达到热平衡的系统都具有相同的温度”。三、温度计与温标阅读课本，回答问题（1）什么是温标？（2）如何来确定一个温标？并以“摄氏温标”的确定为例加以说明。（3）什么是热力学温标和热力学温度？热力学温度的单位是什么？热力学温度与摄氏温度的换算关系怎样？分析：（1）如果要定量地描述温度，就必须有一套方法，这套方法就是温标。（2）确定一个温标时首先要选择一种测温的物质，根据这种物质的某个特性来制造温度计。例如，可以根据水银的热膨胀来制造水银温度计，这时我们规定细管中水银柱的高度与温度的关系是线性关系；也可以根据铂的电阻随温度的变化来制造金属电阻温度计，这时我们现定铂的电阻与温度的关系是线性关系。同样的道理，还可以根据气体压强随温度的变化来制造气体温度计，根据不同导体因温差产生电动势的大小来制造热电偶温度计，等等。确定了测温物质和这种物质用以测温的某种性质之后，还要确定温度的零点和分度的方法。例如，早期的摄氏温标规定，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（3）以-273.15℃（在高中阶段可简单粗略地记成-273热力学温度与摄氏温度的换算关系是：T=t+273.15K说明：热力学温度的每一度大小与摄氏温度每一度大小相同。热力学温度的零度即0K，叫绝对零度，它是宇宙中只能无限接近，但不可能达到的低温的极限。能力创新思维例、细心观察可以发现，常见液体温度计的下部的玻璃泡较大，壁也比较薄，上部的管均匀而且很细，想一想，温度计为什么要做成这样呢？解析：这样做的目的都是为了使测量更准确、更方便。下部较大而上部很细，这样下部储存的液体就比较多，当液体膨胀收缩时，膨胀或收缩不大的体积，在细管中的液面就有较大的变化，可以使测量更精确；下部的壁很薄，可以使玻璃泡内的测温物质的温度较快地与待测物质的温度一致；细管的粗细是均匀的，是为了使刻度均匀，更便于读数。能力提升训练课堂练习１．两个物体放在一起彼此接触，它们若不发生热传递，其原因是()A．它们的内能相同B．它们的比热相同C．它们的分子总动能相同D．它们的温度相同２．下列关于热力学温度的说法中，不正确的是()A．热力学温度的零度是－273。15B．热力学温度的每一度的大小和摄氏温度是相同的C．绝对零度是低温的极限，永远达不到D．1℃３．冬天，北方的气温最低可达-40℃，为了测量那里的气温应选用（）水银温度计