2022年高中物理同步讲义(选修性必修3)第05讲-温度和温标(原卷版)

第05讲温度和温标目标导航目标导航课程标准课标解读1.通过实验，了解气体实验定律。知道理想气体模型。2.能用分子动理论和统计观点解释气体压强和气体实验定律。1.知道系统的状态参量及平衡态.2.明确温度的概念，知道热平衡定律及其与温度的关系.3.了解温度计的的原理，知道热力学温度与摄氏温度的换算关系．知识精讲知识精讲知识点01状态参量与平衡态1．热力学系统和外界(1)热力学系统：由大量分子组成的研究对象叫作热力学系统，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：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：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。【知识拓展1】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，状态参量(压强、体积和温度)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。【即学即练1】．下列不是描述气体状态参量的物理量是（）A．压强 B．体积C．质量 D．温度知识点02热平衡与温度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。【知识拓展2】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。【即学即练2】关于物体的内能、温度和分子的平均动能，下列说法正确的是（）A．温度低的物体分子平均动能一定小 B．温度低的物体内能一定小C．外界对物体做功时，物体的内能一定增加 D．同一物体，温度高时，含有的热量多知识点03温度计与温标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。【知识拓展3】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。【即学即练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能力拓展能力拓展考法01温度的概念与分子动能的关系【典例1】新型冠状病毒在世界范围内的肆虐，给人类造成了重大损失。为了减少病毒传播，人们常用乙醇免洗洗手液（主要成分是酒精）洗手消毒，使用免洗洗手液洗手后，手部能够很快变干，下列说法正确的是（）A．手部能够很快变干是酒精分子做布朗运动的结果B．手部能够很快变干是空气对流的结果C．洗手液中的酒精由液体变为同温度的气体的过程中，分子平均动能不变D．洗手液中的酒精由液体变为同温度的气体的过程中，分子势能不变考法02热平衡定律【典例2】下列说法不正确的是（）A．热平衡定律是温度计能够用来测量温度的基本原理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．两个系统处于热平衡时，它们一定具有相同的热量分层提分分层提分题组A基础过关练1．一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．只有个别水分子动能增大C．所有水分子的动能都增大 D．水分子动能不变2．下列热力学温度，最接近于室温的是（）A．100K B．200K C．300K D．400K3．如图，在固定的汽缸A和B中分别用活塞封闭一定质量的理想气体，活塞面积之比为SA：SB＝1：2。两活塞以穿过B的底部的刚性细杆相连，可沿水平方向无摩擦滑动。两个汽缸都不漏气。某状态下系统平衡时，A中气体压强为pA＝1.5p0，p0是汽缸外的大气压强，则此时B中气体压强为（）A．0.75p0 B．0.25p0 C．0.5p0 D．p04．下列关系式中正确的是（）A．室外气温：-2℃＜-5℃ B．某物体的速度：-2m/s＜-12m/sC．物体的重力势能：-2J＜-12J D．电场中某点的电势：-2V＜-5V5．如果两个系统通过相互作用，实现了热平衡，那么这两个系统（）A．一定具有相同的压强 B．一定具有相同的温度C．一定具有相同的体积 D．一定同时具有相同的温度、压强和体积6．下列说法中正确的是（）A．布朗运动实际上就是液体分子的运动B．固体颗粒越大布朗运动越明显C．物体的温度越高，其分子平均动能不一定越大D．温度升高，也就是升高1K7．关于热力学温标和摄氏温标（）A．某物体摄氏温度10℃，即热力学温度10KB．热力学温度升高1K大于摄氏温度升高1℃C．热力学温度升高1K小于摄氏温度升高1℃D．热力学温标中的每1K与摄氏温标中每1℃大小相等8．仿照实验室使用的液体温度计的原理，某同学设计了一个简易的气体温度计，如图所示，瓶中装的是气体，瓶塞密封不漏气，瓶塞上面细弯管中有一段液柱。(1)当温度升高时，液柱将向哪边移动？(2)此温度计如何标上刻度呢？

题组B能力提升练1．当气体温度升高时，下面说法中正确的是（）A．每个分子的速率都增大 B．每个分子的热运动都加剧C．每个分子的动能都增大 D．物体分子的平均动能增大2．0℃的水凝固成0℃的冰时，分子的（）A．平均动能减少，势能减少 B．平均动能不变，势能减少C．平均动能减少，势能不变 D．平均动能减少，势能增大3．下列关于分子热运动的说法中正确的是（）A．扩散现象表明，分子在做永不停息的热运动B．布朗运动就是液体分子的无规则热运动C．温度相同的氢气和氮气，氢气分子和氮气分子的平均速率相同D．微粒越大，液体温度越高，布朗运动就越明显4．如图所示，一定质量的理想气体被质量为m的活塞封闭在竖直放置的导热气缸内（活塞与气缸间的摩擦不计），下列操作可使理想气体压强变大的是（）A．缓慢升高环境温度 B．将整体倒置，气缸开口向下C．用力推气缸，让整体向上加速运动 D．气缸自由下落5．如图所示，一个横截面积为S的内壁光滑圆筒形容器竖直固定放置，容器中静止的金属圆板A的上表面水平，下表面倾斜，下表面与水平面的夹角为。已知圆板质量为M，大气压强为，则容器内气体压强等于（）

A． B．C． D．6．如图为一注水的玻璃装置，玻璃管D、E上端与大气相通，利用玻璃管C使A、B两球上部相通，D、C、E三管与两球接口处紧密封接。当A、B、D的水面高度差如图所示时，E管内水相对B中水面的高度差h应等于（）

A．0.6m B．0.8m C．1.2m D．1.5m7．关于温度的概念，下述说法中正确的是（）A．温度升高，物体内所有分子的动能都增大B．温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子平均动能越大C．当某物体的内能增加时，则该物体的温度一定升高D．甲物体的温度比乙物体的温度高，则甲物体分子平均速率比乙物体分子平均速率大8．在温度相同的条件下，下列有关氧气、氮气分子说法正确的是（）A．每一个氧分子和每一个氮分子的动能相同B．1克氧气分子动能之和与1克氮气分子动能之和相等C．1摩尔氧气分子动能总和与1摩尔氮气分子动能总和相等D．1摩尔氧气分子动能总和大于1摩尔氮气分子动能总和9．如图所示为内壁光滑的导热气缸，一质量，表面积的活塞封闭一定质量的理想气体，开始时气缸如图甲放置，之后将其竖直放置（如图乙），大气压强，求：（1）如甲图中放置时，气缸内气体的压强为多少？（2）如乙图中放置时，气缸内气体的压强为多少？10．电压力锅是传统高压锅和电饭锅的升级换代产品，它结合了压力锅和电饭锅的优点，实现了全密封烹调，达到了省时省电的目的。(1)如果某电压力锅的锅内气体的体积为V，气体的摩尔体积为VA，阿伏加德罗常数为NA，则锅内气体分子的个数有多少；(2)如果压力锅正常工作时锅内的温度能保持在117℃，此时室温为27℃，试用热力学温度表示锅内温度和室温，并计算锅内食物升高了多少K。题组C培优拔尖练1．下列说法中正确的是（）A．已知水的摩尔质量和水分子的质量，可以计算出阿伏加德罗常数B．悬浮在液体中的固体微粒越小，在某一瞬间撞击它的液体分子数就越多，布朗运动越明显C．当两个分子的间距从很远处逐渐减小到很难再靠近的过程中，分子间的作用力先减小后增大，分子势能不断增大D．温度升高，分子热运动的平均动能一定增大，并且所有分子的速率都增大2．下图描绘一定质量的氧气分子分别在和两种情况下速率分布情况，符合统计规律的是（）A． B．C． D．3．关于分子动理论，下列说法中正确的是（）A．达到热平衡的两个系统具有相同的温度B．两个邻近分子间不可能同时存在斥力和引力C．布朗运动就是液体或者气体分子的无规则运动D．温度是分子平均速率的标志4．下列有关热平衡的说法，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5．关于分子动理论的规律，下列说法正确的是（）A．布朗运动是液体分子的无规则运动B．压缩气体时气体会表现出抗拒压缩的力，是气体分子间存在斥力的缘故C．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，用来表征它们所具有的“共同热学性质”的物理量是内能D．已知某种气体的密度为ρ（kg/m3），摩尔质量为M（kg/mol），阿伏加德罗常数为NA（mol-1），则该气体分子之间的平均距离可以表示为6．如图所示，竖直圆筒是固定不动的，粗筒直径是细筒的2倍，细筒足够长，粗筒中A、B两轻质活塞（不考虑活塞的重力）间封有气体气柱长L=20cm活塞A上方的水银深H=10cm，两活塞与筒壁间的摩擦不计，用外力向上托住活塞B，使之处于平衡状态，水银面与粗筒上端相平。现使活塞B缓慢上移，直至一半的水银被推入细筒中，若大气压强p0相当于75cm高的水银柱产生的压强。则此时气体的压强为（）A．100cmHg B．95cmHgC．90cmHg D．85cmHg7．若已知大气压强为p0，图中各装置均处于静止状态，液体密度均为ρ，重力加速度为g，下列说法正确的是（）A．甲图中密闭气体的压强大小是p0+ρghB．乙图中密闭气体的压强大小是p0+ρghC．丙图中密闭气体的压强大小是p0－ρghD．丁图中密闭气体的压强大小是p0＋ρgh18．关于分子动理论的相关知识，下列说法正确的是（）A．空气中大量PM2.5的运动是分子热运动B．温度相同的氧气和氢气，分子的平均动能相同C．当分子间距离为r0时，分子势能最大D．某气体的摩尔体积为V，每个分子的体积为V0，则阿伏加德罗常数的数值可表示为9．已知大气压强是由于大气的重力而产生的，某学校兴趣小组的同学，通过查找资料得知：月球半径，月球表面重力加速度。月球表面本来没有空气，为开发月球，某同学设想在月球表面覆盖一层大气，使月球表面附近的大气压达到。已知