高中 物理 必修第三册 第二章 气体、固体和液体《第1节 温度和温标》教学设计

第1节温度和温标[学习目标]1．知道什么是状态参量，知道热平衡的概念。2．理解热平衡定律及温度的意义。3．知道温度计的构造，会使用常见温度计。4．理解温标、热力学温度的意义，掌握摄氏温度与热力学温度的区别与联系。知识点1状态参量与平衡态1．热力学系统和外界(1)热力学系统：在热学中，把某个范围内大量分子组成的研究对象叫作一个热力学系统，简称系统。(2)外界：系统之外与系统发生相互作用的其他物体统称外界。2．状态参量在热学中，为确定系统的状态用到的物理量。常用的物理量有几何参量体积V、力学参量压强p、热学参量温度T。3．平衡态没有外界影响的情况下，系统内各部分的状态参量都不随时间变化的稳定状态。知识点2热平衡与温度1．热平衡两个相互接触的热力学系统的状态参量不再变化。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。3．温度表征热平衡系统的“共同的热学性质”的物理量。4．热平衡的性质一切达到热平衡的系统都具有相同的温度。[判一判]1．(1)温度可以从高温物体传递到低温物体。()(2)处于热平衡的几个系统的温度一定相等。()提示：(1)×(2)√知识点3温度计与温标1．温度计名称原理水银温度计根据水银的热膨胀的性质来测量温度气体温度计根据气体压强随温度的变化来测量温度2.温标温度的数值表示法叫作温标。(1)摄氏温标：规定标准大气压下冰的熔点为0℃，水的沸点为100℃，把玻璃管上0℃刻度与100℃刻度之间均匀分成100等份，每份就是1℃，这种表示温度的方法即为摄氏温标，表示的温度叫作摄氏温度。(2)热力学温标：规定摄氏温标的－273.15℃为零值，这种表示温度的方法即为热力学温标。热力学温标表示的温度叫作热力学温度(T)，单位为开尔文(K)。(3)摄氏温度与热力学温度摄氏温度摄氏温标表示的温度，用符号t表示，单位是摄氏度，符号为℃热力学温度热力学温标表示的温度，用符号T表示，单位是开尔文，符号为K换算关系T＝t＋273.15__K[判一判]2．(1)0℃的温度可以用热力学温度粗略表示为273K。()(2)温度升高了10℃也就是升高了10K。()(3)在绝对零度附近分子已停止热运动。()提示：(1)√(2)√(3)×1．(状态参量与平衡态)如果一个系统达到了平衡态，那么这个系统各处的()A．温度、压强、体积都一定达到了稳定的状态不再变化B．温度一定达到了某一稳定值，但压强和体积仍是可以变化的C．温度一定达到了某一稳定值，并且分子不再运动，达到了“凝固”状态D．温度、压强变得一样，但体积仍可变化解析：选A。如果一个系统达到了平衡态，系统内各部分的状态参量如温度、压强和体积等不再随时间发生变化。温度达到稳定值，分子仍然是运动的，不可能达到所谓的“凝固”状态，故A正确。2．(热平衡与温度)(多选)下列说法正确的是()A．放在腋下足够长时间的水银体温计中的水银与人体达到热平衡B．温度相同的棉花和石头相接触，需要经过一段时间才能达到热平衡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解析：选ACD。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，最终使两者的温度相等，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，已经达到热平衡，故B错误；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．(温度和温标)(2023·内蒙古呼伦贝尔期末)关于热力学温度与摄氏温度，下列说法正确的是()A．0℃与0K表示同一温度B．＋273℃与0K表示同一温度C．＋27℃与300K表示同一温度D．－27℃与300K表示同一温度答案：C探究一平衡态与热平衡1．平衡态(1)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，而力学中的平衡态是指物体的运动状态处于静止或匀速直线运动的状态。(2)平衡态的特点：系统温度、压强、体积不发生变化。由于系统处于平衡态时，所有的性质都不随时间变化，就能比较容易地描述这些性质，所以中学阶段只描述平衡态的问题。2．热平衡相互接触的两个系统，各自的状态参量将会相互影响而分别改变，最后，两个系统的状态参量将不再变化，我们就说两个系统达到了热平衡。3．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。4．热平衡的特征(1)热平衡的特征方面：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。(2)热平衡的条件方面：达到热平衡的两个系统一定具有相同的温度。(3)热平衡是一种动态平衡。【例1】(2021·北师大贵安新区附中高二月考)关于平衡态和热平衡，下列说法中正确的有()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[解析]根据平衡态的定义知系统温度长时间内都不随时间变化，系统才处于平衡态，A错误；根据热平衡的定义知，处于热平衡的两个系统温度相同，B正确，D错误；平衡态是针对某一系统而言的，热平衡是两个系统相互影响的最终结果，C错误。[答案]B【例2】(多选)下列说法正确的是()A．两个系统处于热平衡时，它们一定具有相同的热量B．如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统也必定处于热平衡C．温度是决定两个系统是否达到热平衡状态的唯一物理量D．热平衡定律是温度计能够用来测量温度的基本原理[解析]热平衡的系统都具有相同的状态参量——温度，故A错误，C正确；由热平衡定律，若物体与系统A处于热平衡，它同时也与系统B达到热平衡，则系统A的温度便等于系统B的温度，这也是温度计用来测量温度的基本原理，故B、D正确。[答案]BCD[针对训练1](多选)下列各系统处于平衡态的是()A．冬天刚打开空调的教室内的气体B．用玻璃杯盛着的开水放在室内足够长时间C．刚刚放在教室中2min的一杯热水和一杯加较多冰块的可乐D．一瓶放在房间中很久的84消毒液答案：BD[针对训练2](多选)下列有关热平衡的说法，不正确的是()A．如果两个系统在某时刻处于热平衡状态，则这两个系统永远处于热平衡状态B．热平衡定律只能研究三个系统的问题C．如果两个系统彼此接触而不发生状态参量的变化，这两个系统又不受外界影响，那么这两个系统一定处于热平衡状态D．两个处于热平衡状态的系统，温度可以有微小的差别解析：选ABD。本题考查的知识是热平衡。处于热平衡状态的系统，如果受到外界的影响，状态参量会随之变化，温度也会变化，故A错误；热平衡定律对多个系统也适用，故B错误；由热平衡的意义可知，C正确；温度相同是热平衡的标志，故D错误。探究二温度和温标1．“温度”含义的两种说法(1)宏观角度：表示物体的冷热程度。(2)热平衡角度：两个处于热平衡的系统存在一个数值相等的物理量，这个物理量就是温度。2．常见温度计及其原理名称原理水银温度计根据水银热胀冷缩的性质来测量温度金属电阻温度计根据金属的电阻随温度的变化来测量温度气体温度计根据气体压强随温度的变化来测量温度热电偶温度计根据不同导体因温差产生电动势的大小来测量温度3.温度计测温原理一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。温度计与待测物体接触，达到热平衡，其温度与待测物体相同。4．温标(1)常见的温标有摄氏温标、华氏温标、热力学温标。(2)温标要素：第一，选择某种具有测温属性的测温物质；第二，了解测温物质随温度变化的函数关系；第三，确定温度零点和分度的方法。(3)温度的两种数值表示法：摄氏温标和热力学温标。摄氏温标热力学温标零度的规定一个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①T＝t＋273.15K，粗略表示：T＝t＋273K②每一开尔文的大小与每一摄氏度的大小相等【例3】(多选)当氢气和氧气的质量和温度都相同时，下列说法中正确的是()A．两种气体分子的平均动能相等B．氢气分子的平均速率大于氧气分子的平均速率C．氢气分子的平均动能大于氧气分子的平均动能D．两种气体分子热运动的总动能不相等[解析]温度相同，两种气体分子的平均动能相等，故A正确，C错误；因两种气体分子的质量不同，而分子的平均动能相等，所以分子质量大的(氧气)分子平均速率小，故B正确；由于两种气体的摩尔质量不同，物质的量不同(质量相同)，分子数目就不等，故总动能不相等，故D正确。[答案]ABD【例4】下列热力学温度，最接近于室温的是()A．100K B．300KC．500K D．700K[解析]当室温为20℃时，对应的热力学温度为T＝(20＋273)K＝293K，所以4个选项中最接近室温的是300K。[答案]B[针对训练3]关于温度与温标，下列说法正确的是()A．温度与温标是一回事，所以热力学温标也称为热力学温度B．摄氏温度与热力学温度都可以取负值C．摄氏温度升高3℃，在热力学温标中温度升高276.15KD．热力学温度每一度的大小与摄氏温度每一度的大小相等解析：选D。温标是温度数值的表示方法，所以温度与温标是不同的概念，用热力学温标表示的温度称为热力学温度，A错误；摄氏温度可以取负值，但是热力学温度不能取负值，因为热力学温度的零点是低温的极限，B错误；摄氏温度的每一度与热力学温度的每一度的大小相等，D正确；摄氏温度升高3℃，热力学温度升高3K，C错误。1．当物体的温度升高时，物体分子的平均动能()A．一定变大 B．一定变小C．一定不变 D．如何变化无法确定解析：选A。温度是分子平均动能的标志，则当物体的温度升高时，物体分子的平均动能一定变大。2．两个温度不同的物体相互接触，达到热平衡后，它们具有的相同的物理量是()A．质量B．密度C．温度D．重力解析：选C。由热平衡的定义可知，C正确。3．下列说法正确的是()A．－33℃与240.15K表示不同的温度B．摄氏温度与热力学温度都可能取负值C．温度变化1℃，也就是温度变化1KD．温度由t升至2t，对应的热力学温度升高了273.15K＋t答案：C4．(多选)下列各个系统处于平衡态的是()A．放在0℃的房间里的冰水混合物B．放在沸水中加热足够长时间的铜块C．电影院开空调5分钟内放映厅内的气体D．突然被压缩的气体答案：AB5．(多选)两个处于热平衡状态的系统，由于受外界影响，状态参量发生了变化，下列关于它们后来是否能处于热平衡状态的说法，正确的是()A．不能B．可能C．要看它们后来的温度是否相同D．取决于其他状态参量是否相同解析：选BC。只要两个系统的温度相同，两个系统就处于热平衡状态，与其他参量是否相同无关。6．(多选)两个原来处于热平衡状态的系统，分开后，由于受外界的影响，其中一个系统的温度升高了5K，另一个系统的温度升高了5℃，则下列说法正确的是()A．两个系统不再是热平衡状态B．两个系统此时仍是热平衡状态C．两个系统的状态都发生了变化D．两个系统的状态都没有发生变化解析：选BC。由于两个系统原来处于热平衡状态，温度相同，当温度分别升高5℃和5K后，温度仍相同，两个系统仍为热平衡状态，故A错误，B正确；由于温度发生了变化，系统的状态也发生了变化，故C正确，D错误。7．(多选)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()A．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解析：选CD。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，该温度计是利用它的热胀冷缩的性质制造的，故A、B错误，C、D正确。8．(多选)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()A．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