2-1温度和温标(人教版2019选择性必修第三册)(解析版)

第1节温度和温标【知识梳理与方法突破】一、状态参量与平衡态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，仍可能发生偏离平衡态的微小变化。3．两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。因此可以说，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。【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【详解】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。【针对训练1】下列各系统处于平衡态的是（）A．放在0℃的房间里的密闭导热容器中的冰水混合物B．静止在沸水中足够长时间的铜块C．刚刚放在教室中的一杯热水和一杯加较多冰块的可乐D．放在恒温房间中很久的密闭导热容器中的84消毒液【答案】ABD【详解】AB．系统处于平衡态时，其状态参量不变，铜块静止在沸水中足够长的时间，密闭导热容器中的冰水混合物处在0℃环境中，其状态参量不再变化，即处于平衡态，AB正确；C．刚刚放在教室中的一杯热水和一杯加较多冰块的可乐，温度未达到稳定状态，则处于非平衡态，C错误；D．放在恒温房间中很久的密闭导热容器中的84消毒液，其温度、体积等状态参量不再变化，处于平衡态，D正确。故选ABD。二、热平衡与温度1．温度(1)宏观上①温度的物理意义：表示物体冷热程度的物理量。②与热平衡的关系：各自处于热平衡状态的两个系统，相互接触时，它们相互之间发生了热量的传递，热量从高温系统传递给低温系统，经过一段时间后两系统温度相同，达到一个新的平衡状态。(2)微观上①反映物体内分子热运动的剧烈程度，是大量分子热运动平均动能的标志。②温度是大量分子热运动的集体表现，是含有统计意义的，对个别分子来说温度是没有意义的。2．热平衡(1)一切达到热平衡的物体都具有相同的温度。(2)若物体与A处于热平衡，它同时也与B达到热平衡，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。3．热平衡定律的意义热平衡定律又叫热力学第零定律，为温度的测量提供了理论依据。因为互为热平衡的物体具有相同的温度，所以比较各物体温度时，不需要将各个物体直接接触，只需将作为标准物体的温度计分别与各物体接触，即可比较温度的高低。4．热平衡与温度理解的两个误区误区1：误认为只要温度不变，系统就处于平衡态产生误区的原因是没有正确理解平衡态的概念，当系统内包括温度在内的所有状态参量都不随时间变化时，系统才处于平衡态。误区2：误认为平衡态就是热平衡产生误区的原因是由于不理解热平衡与平衡态的关系，错误地认为处于平衡态的两个物体之间一定会处于热平衡。其实各自处于平衡态的两个物体温度不一定相同，它们接触后各自的状态会发生变化，直到达到热平衡为止。【例2】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【详解】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。【针对训练2】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【答案】B【详解】A．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；BD．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；C．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。故选B。温度计与温标1．“温度”含义的两种说法宏观角度温度表示物体的冷热程度，这样的定义带有主观性，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，这样的定义更具有科学性2.温度计测量原理一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。使温度计与待测物体接触，达到热平衡，其温度与待测物体的温度相同。3．温标(1)常见的温标有摄氏温标、华氏温标、热力学温标。(2)比较摄氏温标和热力学温标。摄氏温标热力学温标提出者摄尔修斯和施勒默尔英国物理学家开尔文零度的规定一个标准大气压下冰水混合物的温度－273.15℃绝对零度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：T＝t＋273K【例3】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【详解】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。【针对训练3】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【详解】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=373.15K，B正确；C．水从0℃升高到100℃，即从0+273.15K=273.15K升高到100+273.15K=373.15K，C正确；D．从t升高到2t，即从T=t＋273.15K升高到T'=2t＋273.15K，D错误。故选ABC。【巩固提升】1．关于平衡态和热平衡，下列说法正确的是（）A．热平衡就是平衡态B．只要系统的温度不变且处处相等，系统就处于平衡态C．处于热平衡的两个系统内能一定相同D．处于热平衡的两个系统温度一定相同【答案】D【详解】A．平衡态是针对某一系统而言的，热平衡是两个（或多个）系统相互影响的最终结果，A错误；B．一个系统的温度、压强、体积都不变化，系统才处于平衡态，仅仅根据温度不变且处处相等不能得出系统一定处于平衡态的结论，B错误；CD．如果两个系统处于热平衡状态，则它们的温度一定相同，但是内能不定相同，C错误，D正确。故选D。2．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【详解】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。3．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【详解】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。4．关于热力学温度，下列说法中正确的是（）A．热力学温度的零度是，叫做绝对零度B．气体温度趋近绝对零度时其体积为零C．热力学温度的每度大小跟摄氏温度的每度大小相等D．热力学温度的每度大小大于摄氏温度的每度大小【答案】AC【详解】A．热力学温度与摄氏温度的关系是T=t+273.15K当T=0时，则t=−273.15℃，叫绝对零度，A正确；B．热力学温标中的绝对零度是低温的极限，首先绝对零度是理论值，不可能达到，理论上接近0K时，也就是绝对零度时，一切分子都会停止运动，可分子仍有体积，B错误；CD．由T=t+273.15K可知，∆T=∆t，即热力学温标温度的变化总等于摄氏温标温度的变化，即1K与1℃的大小相等，C正确，D错误。故选AC。5．下列关于热平衡定律的理解，说法正确的是（）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两系统也达到热平衡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、丙是处于热平衡的D．热平衡时，两系统的温度相同，压强、体积也一定相同E．温度是决定两个系统是否达到热平衡状态的唯一物理量【答案】ABE【详解】AE．温度是决定两个系统是否达到热平衡状态的物理量，两个达到热平衡的系统具有相同的温度，故AE正确；BC．由热平衡定律知，故B正确，C错误；D．两个系统达到热平衡的标志是它们的温度相同，但压强、体积不一定相同，故D错误。故选ABE。6．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，读出温度计的示数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，即热力学温度4KD．若温度计显示的示数为摄氏温度，即热力学温度277.15K【答案】BD【详解】AB．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，但因隔着冰无法直接读数，把温度计取出来，显示的也不再是原热平衡状态下的温度，A错误B正确；CD．根据，C错误D正确。故选BD。7．有甲、乙、丙三个温度不同的物体，将甲和乙接触一段时间后分开，再将乙和丙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热传递，不接触时与外界没有热传递，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【详解】AB．乙和丙分开后，甲、乙、丙三个物体与外界没有热传递，所以甲、乙、丙三个物体都达到了平衡态，故A正确，B错误；CD．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