2-1温度和温标(解析版)

第二章气体、固体和液体第1节温度和温标【核心素养目标】物理观念知道系统的状态参量及平衡态.科学思维明确温度的概念，知道热平衡定律及其与温度的关系.科学探究了解温度计的原理，知道热力学温度与摄氏温度的换算关系．科学态度与责任通过温度和温标知识应用的实例，感受物理中科学技术与社会的紧密联系，体会科学知识的应用价值，进一步增强学生的学习动力和科学意识。知识点一状态参量与平衡态【情境导入】(1)在力学中，为了确定物体运动的状态，我们使用了物体的坐标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)一根长铁丝，一端插入100℃的沸水中，另一端放入0℃恒温源中，经过足够长的时间，温度随铁丝有一定的分布，而且不再随时间变化，这种状态是否为平衡态？答案(1)体积、压强和温度(2)这种状态不是平衡态，只是一种稳定状态，因为存在外在因素的影响．【知识梳理】1．热力学系统和外界(1)热力学系统：由大量分子组成的系统叫作热力学系统，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，用来描述系统状态的物理量．常用的状态参量有体积V、压强p、温度T等．3．平衡态：一个热力学系统，在没有外界影响的情况下，系统内各部分的状态参量达到的稳定状态．【重难诠释】1．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．2．平衡态的理解(1)热力学的平衡态与力学的平衡态的意义不同，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，表现为系统不受外界的影响，系统所有状态参量(压强、体积和温度)都不随时间变化．(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．【典例精析】例1．下列说法中正确的是()A．状态参量是描述系统状态的物理量，故当系统的状态变化时，其各个状态参量都会改变B．当系统不受外界影响，且经过足够长的时间，其内部各部分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．处于平衡态的热力学系统，分子的热运动停止【答案】B【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，选项A错误；系统处于平衡态或非平衡态都存在状态参量，选项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，选项B正确；处于平衡态的热力学系统，分子仍在不停地做无规则热运动，选项D错误．知识点二热平衡与温度【情境导入】(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：两个相互接触的热力学系统，经过一段时间，各自的状态参量不再变化，说明两个系统达到了平衡，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：热平衡中，表征“共同的热学性质”的物理量．4．热平衡的性质：达到热平衡的系统都具有相同的温度．【重难诠释】1．平衡态与热平衡的区别和联系平衡态热平衡区别研究对象一个系统两个接触的系统判断依据系统不受外界影响，状态参量不变两个系统的温度相同联系处于热平衡的两个系统都处于平衡态2.热平衡定律的意义决定两个系统是否达到了热平衡的最主要参量是温度．因为互为热平衡的物体具有相同的温度，所以在比较各物体的温度时，不需要将各物体直接接触，只需将温度计分别与各物体接触，即可比较温度的高低．3．热平衡与温度(1)对温度的理解①宏观上，表示物体的冷热程度．②微观上，反映分子热运动的剧烈程度．③一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．【典例精析】例2．(多选)有甲、乙、丙三个温度不同的物体，将甲和乙充分接触一段时间后分开，再将乙和丙充分接触一段时间后分开(发生了热交换)，假设只有在它们相互接触时有传热，不接触时与外界没有传热，则()A．甲、乙、丙三个物体都达到了平衡态B．只有乙、丙达到了平衡态，甲没有达到平衡态C．乙、丙两物体都和甲达到了热平衡D．乙、丙两物体达到了热平衡【答案】AD【解析】乙和丙分开后，甲、乙、丙三个物体与外界没有传热，所以甲、乙、丙三个物体都达到了平衡态，A正确，B错误；甲和乙接触一段时间后分开，甲和乙达到了热平衡，但乙和丙接触一段时间后，乙的温度又发生了变化，甲和乙的热平衡被破坏，乙和丙两物体达到了热平衡，C错误，D正确．知识点三温度计与温标【情境导入】如图所示，伽利略温度计是利用玻璃管内封闭的气体作为测温物质制成的，当外界温度越高时，细管内的水柱越高吗？答案不是．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．【知识梳理】1．确定一个温标的方法(1)选择一种测温物质．(2)了解测温物质用以测温的某种性质．(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，每份算作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.【重难诠释】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．【典例精析】例3．(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的性质制造的【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，该温度计是利用空气的热胀冷缩的性质制造的，故A、B错误，C、D正确．针对训练一、单选题1．关于物体的温度与分子动能的关系，正确的说法是（）A．某种物体的温度是0℃，说明物体中分子的平均动能为零B．物体温度降低时，每个分子的动能都减小C．物体温度升高时速率小的分子数目减少，速率大的分子数目增多D．物体的运动速度越快，则物体的温度越高【答案】C【解析】A．温度是分子平均动能的标志。温度是0℃，物体中分子的平均动能并非为零，因为分子无规则运动不会停止，A错误；B．温度降低时分子的平均动能减小，并非每个分子动能都减小，B错误；C．物体温度升高时，分子的平均动能增大，分子的平均速率增大，速率小的分子数目减少，速率大的分子数目增多，C正确；D．物体的运动速度增大，宏观机械能（动能）增大，但物体内分子的热运动不一定加剧，温度不一定升高，D错误。故选C。2．下列说法中正确的是（）A．只要温度相同，任何物体分子的平均动能都相同B．分子动能指的是由于分子定向运动而具有的能C．10个分子的动能和分子势能的总和就是这10个分子的内能D．温度高的物体中的每一个分子的运动速率一定大于温度低的物体中的每一个分子的运动速率【答案】A【解析】A．温度是分子平均动能的标志，温度相同，物体分子平均动能相同，故A正确；B．分子动能指的是由于分子做无规则运动而具有的能，B错误；C．物体的内能是对大量分子而言的，对于10个分子无意义，故C错误；D．温度高的物体分子的平均速率大（相同物质），但具体的每一个分子的速率是不确定的，可能大于平均速率，也可能小于平均速率，故D错误。故选A。3．如图所示，玻璃瓶A、B中装有质量相等、温度分别为60℃的热水和0℃的冷水，下列说法正确的是（）A．温度是分子平均动能的标志，所以A瓶中水分子的平均动能比B瓶中水分子的平均动能大B．温度越高，布朗运动越显著，所以A瓶中水分子的布朗运动比B瓶中水分子的布朗运动更显著C．因质量相等，故A瓶中水的内能与B瓶中水的内能一样大D．A瓶中水分子间的平均距离比B瓶中水分子间的平均距离小【答案】A【解析】A．温度是分子平均动能的标志，A瓶中水的温度高，故A瓶中水分子的平均动能大，故A正确；B．布朗运动是悬浮在液体中固体颗粒的无规则运动，不是水分子的运动，两瓶中不存在布朗运动，故B错误；C．温度是分子的平均动能的标志，因两瓶中水的质量相等，故A瓶中水分子的平均动能大，A瓶中水的内能比B瓶中水的内能大，故C错误；D．质量相等的60℃的热水和0℃的冷水相比，60℃的热水体积比较大，所以A瓶中水分子间的平均距离比B瓶中水分子间的平均距离大，故D错误。故选A。4．下列说法中正确的是（）A．状态参量是描述系统状态的物理量，故当系统的状态变化时，其各个状态参量都会改变B．当系统不受外界影响，且经过足够长的时间，其内部各部分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．处于平衡态的热力学系统，分子的热运动停止【答案】B【解析】A．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；B．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；C．系统处于平衡态或非平衡态，只是状态参量有无变化，状态参量无论是否变化都一直存在，C错误；D．处于平衡态的热力学系统，分子仍在不停地做无规则热运动，D错误。故选B。5．一杯水含有大量的水分子，若杯中水的温度升高，则（）A．水分子的平均动能增大B．只有个别水分子的动能增大C．所有水分子的动能都增大D．每个水分子的动能改变量均相同【答案】A【解析】水的温度升高，水分子的热运动加剧，水分子的平均动能变大，即其内能增加，这是统计规律，不适用于研究少量分子。故A正确，B、C、D错误。故选A。6．从微观角度分析宏观现象是学习和认识热现象的重要方法，下列关于热现象的微观本质分析正确的是（）A．分子间距离增大时，分子间作用力先增大再减小B．温度升高，物体内所有分子的动能都增大C．布朗运动说明悬浮在液体中的固体颗粒内的分子在做无规则运动D．温度升高，物体内分子的平均动能增大【答案】D【解析】A．由于不知道起始时分子间的距离，所以分子间距离增大时无法确定分子间作用力大小的变化情况，故A错误；BD．温度是分子热运动的平均动能的标志，温度升高，物体内分子的平均动能增大，而不是所有分子的动能都增大，故B错误，D正确；C．布朗运动反映的是液体分子的无规则运动，故C错误。故选D。7．关于热平衡，下列说法错误的是（）A．用温度计测量温度是根据热平衡的原理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【答案】B【解析】AD．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同，即达到热平衡，AD正确，不符合题意；B．两个物体的温度相同时，不会发生热传递，B错误，符合题意；C．若a与b、c分别达到热平衡，三者温度一定相同，则b、c之间也达到了热平衡，C正确，不符合题意。故选B。8．下列关于物体内能的说法正确的是（）A．同一个物体，运动时比静止时的内能大B．一定质量的0℃的水的内能比相同质量的0℃的冰的内能大C．静止的物体的分子平均动能为零D．物体被举得越高，其分子势能越大【答案】B【解析】A．物体的内能与宏观状态的机械能无关，A错误；B．0℃的冰熔化成同温度的水要吸收热量，则一定质量的0℃的水的内能比相同质量的0℃的冰的内能大，B正确；C．分子做永不停息的无规则的运动，所以静止的物体其分子的平均动能不为零，C错误；D．物体被举得越高，其重力势能越大，与微观的分子势能无关，D错误。故选B。9．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°C，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【答案】D【解析】A．温标，温度的“标尺”--依据温标就是测量一定的标准划分的温度标志，就象测量物体的长度要用长度标尺—“长标”一样，是一种人为的规定，或者叫做一种单位制。分华氏温标、绝对温标、摄氏温标。而温度表示的是物体的冷热程度，所以温度与温标不是一回事，A错误；B．热力学温度不可以取负值，B错误；C．根据所以温度升高，在热力学温标升高3K，C错误；D．热力学温标的分度与摄氏温标的分度是相等的，即热力学温度每一度的大小与摄氏温度每一度的大小相等，D正确。故选D。10．气体初始温度为27℃，升高了20℃。用热力学温标表示，气体初始温度为（

）A．27K，升高了20K B．300K，升高了20KC．27K，升高了293K D．300K，升高了293K【答案】B【解析】用热力学温标表示，气体初始温度为升高了故ACD错误，B正确。故选B。二、多选题11．下列关于温度的说法正确的是（）A．水银温度计是根据水银热胀冷缩的性质制造的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．温度由摄氏t升至2t，对应的热力学温度由T升到2T【答案】ABC【解析】A．水银温度计是根据水银热胀冷缩的性质制造的，A正确；B．根据T=t＋273.15K可知，100℃相当于热力学温度100+273.15K=373.15KB正确；C．水从0℃升高到100℃，即从0+273.15K=273.15K升高到100+273.15K=373.15KC正确；D．从t升高到2t，即从T=t＋273.15K升高到T'=2t＋273.15KD错误。故选ABC。12．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【答案】ABD【解析】A．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，符合题意；B．热平衡定律对多个系统也适用，故B错误，符合题意；C．由热平衡的意义可知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，故C正确，不符合题意；D．温度相同是热平衡的标志，故D错误，符合题意。故选ABD。13．如图所示，内径均匀、两端开口的“V”形管，B支管竖直插入水银槽中，A支管与B支管之间的夹角为，A支管