第3节 温度和温标（课件PPT）-【新课程学案】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（教科版2019）

第3节　温度和温标 核心素养导学 物理观念 (1)知道系统的状态参量及平衡态的概念。 (2)知道热平衡、热平衡定律。 (3)知道温度的意义，知道温标、摄氏温标和热力学温标的概念。 科学思维 通过学习温度与温标，体会热力学温度与摄氏温度的关系。 科学探究 探究温度计的工作原理。 科学态度与责任 观察生活中的热平衡现象，体会热力学温度的应用。 一、热平衡定律和温度 1．状态参量：在热学中，为确定系统的状态，用到的一些物理量，常用的状态参量有______、______、______等。 2．热平衡：两个相互接触的热力学系统的状态参量不再______。 体积 压强 温度 变化 3．热平衡定律：如果两个系统分别与第三个系统处于________，则这两个系统彼此也必定处于________。 4．温度：处于热平衡的两个系统必定具有某个共同的热学性质，我们把表征这一“共同热学性质”的物理量叫作温度。温度也可理解为物体的冷热程度。 5．热平衡的性质：一切达到热平衡的系统都具有相同的_______。 热平衡 热平衡 温度 二、温标 1．定义：__________的标定方法。 2．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 ____，水的沸点为_______。在0 ℃刻度与100 ℃刻度之间均匀分成_____等份，每份算作1 ℃。 3．热力学温标：现代科学中常用的表示温度的方法，热力学温标也叫“绝对温标”，单位符号是_____。 温度数值 0 ℃ 100 ℃ 100 K 4．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___表示，单位是________，符号为℃ 热力学温度 热力学温标表示的温度，用符号___表示，单位是________，简称开，符号为K 换算关系 T＝____________ t 摄氏度 T 开尔文 t＋273.15 K 若温度升高了1 ℃，也就是升高了1 K，即在表示温度差时，ΔT和Δt在数值上是相等的。　 1.一根长铁丝一端插入100 ℃的沸水中，另一端放入0 ℃的水中，经过足够长的时间，温度随铁丝有一定的分布，而且不随时间变化，这种状态是否为平衡态？ 提示：这种状态不是平衡态，只是一种稳定状态，因为存在外界因素的影响。 2．思考一下，我们通常情况下见到的热源有哪些？它们达到热平衡时温度有什么关系？ 提示：太阳、暖气片、空调、燃气灶、电热器、煤炉等。它们达到热平衡时温度相同。 3．如图所示是伽利略温度计的示意图，利用玻璃管内封闭的气体作为测量物质，当气温升高时，细管内的水柱会升高吗？ 提示：不会。伽利略温度计的测温原理是空气的热胀冷缩，当气温升高时，细管内的水柱会降低。 新知学习(一)|平衡态与热平衡的比较 [任务驱动] 刀剑淬火是制作刀剑的重要过程，如图所示，是刀剑刚入水淬火的瞬间，在这一瞬间，刀剑和水组成的系统是否达到热平衡状态？经过一段时间后，是否达到热平衡状态？达到热平衡状态的标志是什么？ 提示：淬火瞬间由于一部分刀剑在水的外部，一部分处于水的内部，存在热量传递，温度不相同，没有达到热平衡状态。当经过一段时间后，它们的温度相等，达到了热平衡状态。达到热平衡状态的标志是温度相等。　　　　 [重点释解] 1．对平衡态的理解 (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)由于实际中并不存在完全不受外界影响，并且宏观性质绝对保持不变的系统，所以平衡态只是一个理想化的概念，它是在一定条件下对实际情况的抽象和概括。 2．对热平衡的理解 (1)决定系统是否达到热平衡的最主要状态参量是温度，也就是说只要温度不再发生变化，那么这两个系统就达到了热平衡。理解热平衡定律一定要抓住温度这一状态量。 (2)平衡态不是热平衡：平衡态是对某一系统而言的，热平衡是对两个接触的系统而言的；分别处于平衡态的两个系统在相互接触时，它们的状态可能会发生变化，直到温度相同时，两系统便达到了热平衡。达到热平衡的两个系统都处于平衡态。 3．对温度的理解 (1)温度的宏观物理意义：决定一个系统与另一个系统是否达到热平衡状态。 (2)与热平衡的关系：处于热平衡的每个系统内部各部分的温度相同；两系统达到热平衡后，两系统的温度相同。 [针对训练] 1．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内各部分的状态参量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　 2．三个系统A、B、C处于热平衡状态，则关于它们温度的说法正确的是(　 ) A．它们的温度可以有较大的差别 B．它们的温度可以有微小的差别 C．它们的温度一定相同 D．无法判断温度的关系 解析：根据热平衡定律：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必定处于热平衡，所以三个系统A、B、C处于热平衡状态，则它们的温度一定相同，C选项正确。 答案：C　 新知学习(二)|对温度和温标的理解 [任务驱动] 摄氏温标：在1954年以前，标准温度的间隔是用两个定点确定的。它们是水在一个标准大气压下的沸点(汽化点)和冰在一个标准大气压下与空气饱和的水相平衡时的熔点(冰点)。摄氏温标(以前称为百分温标)是由瑞典天文学家A·摄尔修斯设计的。如图所示，以冰点定作0 ℃，汽化点定作100 ℃，因此在这两个固定点之间共为100 ℃，即一百等份，每等份代表1 ℃，用摄氏温标表示的温度叫作摄氏温度。摄氏温标用℃作单位，常用t表示。 热力学温标由英国科学家开尔文创立，把－273.15 ℃作为零度的温标，叫作热力学温标(或绝对温标)。热力学温标用K表示单位，常用T表示。 试思考： (1)热力学温度的绝对零度与摄氏温度的零摄氏度表示的冷热程度一样吗？ 提示：不一样，热力学温度的绝对零度对应的摄氏温度为－273.15 ℃。 (2)物体的温度升高1 ℃，用热力学温标表示，物体的温度升高了多少？ 提示：由T＝t＋273.15 K，则可得ΔT＝Δt。即物体温度升高了1 ℃与升高了1 K是等效的。　　　　 [重点释解] 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．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、热力学温标、华氏温标。 (2)比较摄氏温标和热力学温标。 比较项目 摄氏温标 热力学温标 零度的规定 一个标准大气压下冰水混合物的温度 －273.15 ℃ 温度名称 摄氏温度 热力学温度 温度符号 t T 单位名称 摄氏度 开尔文 单位符号 ℃ K 关系 ①T＝t＋273.15 K，粗略表示：T＝t＋273 K ②1 K的大小与1 ℃的大小相等 [典例体验] [典例]　(多选)下列关于热力学温度的说法中正确的是 (　 ) A．－33 ℃＝240 K B．温度变化1 ℃，也就是温度变化1 K C．摄氏温度与热力学温度都可能取负值 D．温度由t ℃升至2t ℃，对应的热力学温度升高了t＋273 K [解析]　由T＝t＋273 K可知，－33 ℃相当于240 K，A正确；由T＝t＋273 K可知ΔT＝Δt，即热力学温标温度的变化总等于摄氏温标温度的变化，温度变化1 ℃，也就是温度变化1 K，B正确；因为绝对零度不能达到，故热力学温度不可能取负值，而摄氏温度可以取负值，C错误；初态温度为t＋273 K，末态温度为2t＋273 K，热力学温度也升高了t，D错误。 [答案]　AB /方法技巧/ 对热力学温度与摄氏温度关系的理解 (1)T＝t＋273.15 K是解决有关热力学温度与摄氏温度关系的问题的基础。 (2)摄氏温度变化1 ℃与热力学温度变化1 K是等效的，即ΔT＝Δt，而不是ΔT＝Δt＋273.15 K。 (3)绝对零度是低温的极限，只能接近，永远达不到，故热力学温度不能出现负值，但摄氏温度可以出现负值。 [针对训练] 1．关于温标，下列说法正确的是 (　 ) A．温标不同，测量时得到同一系统的温度数值可能是不同的 B．不同温标表示的温度数值不同，则说明温度不同 C．温标的规定都是人为的，没有什么理论依据 D．热力学温标和摄氏温标是两种不同的温度表示方法，表示的温度数值没有关系 解析：温标不同，测量同一系统的温度数值一般不同，但所表示的温度是相同的，A正确，B错误；每一种温标的规定都有一定意义，如摄氏温标的0 ℃表示标准大气压下冰的熔点，100 ℃为标准大气压下水的沸点，C错误；热力学温标和摄氏温标在数值上有T＝t＋273.15 K的关系，D错误。 答案：A　 2．小硕用一种特殊材料制成了一个新的温度计，他将标准大气压下冰的熔点与水的沸点之间的温度等分为200格，且将冰的熔点的温度定为50 m，今小硕测量一杯水的温度为200 m，则该温度用摄氏温度表示为 (　 ) A．60 ℃ B．50 ℃ C．75 ℃ D．100 ℃ 答案：C　 一、好素材分享——看其他教材如何落实核心素养 物理观念——热力学温度和摄氏温度 1．(选自人教版教材课后练习)天气预报某地某日的最高气温是27 ℃，它是多少开尔文？进行低温物理的研究时，热力学温度是2.5 K，它是多少摄氏度？ 解析：根据T＝t＋273.15 K 27 ℃＝(27＋273.15) K＝300.15 K 2．5 K＝(2.5－273.15) ℃＝－270.65 ℃。 答案：300.15 K　－270.65 ℃ 科学探究——电阻温度计 2．(选自人教版教材课后练习)图甲表示某金属丝的电阻R随摄氏温度t变化的情况。把这段金属丝与电池、电流表串联起来(图乙)，用这段金属丝做测温探头，把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简单的电阻温度计。请判断：如果电池的电动势和内阻都是不变的，电流表上代表t1、t2的两点，哪个应该标在电流比较大的刻度上？ 提示：t1点。由R-t图像可知，电阻R随温度t的升高而变大。因为t1点时电阻较小，由于电路的电动势和内阻不变，根据闭合电路的欧姆定律，电流较大。 二、新题目精选——品立意深处所蕴含的核心价值 1．根据下图判断，人们选择的温度计中的测量物质及其依据是(　 ) A．水，水的密度小 B．水，水的密度出现异常现象 C．汞，汞的密度大 D．汞，汞的密度与温度呈规则的线性关系 解析：由于水的密度和温度的关系图线是不规则曲线，如果选水为测温物质，则温度计刻度不均匀；汞的密度与温度呈规则的线性关系，选汞为测温物质，温度计刻度均匀，使人们读取温度时更加方便，故D正确。 答案：D　 2．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，阿伏伽德罗常量为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? 解析：每格表示的摄氏度为 ℃＝0.5 ℃，比冰的熔点高出的温度为(200－50)×0.5 ℃＝75 ℃，选项C正确，A、B、D错误。 解析：(1)分子个数N＝nNA＝NA。 (2)根据热力学温度和摄氏温度的关系，锅内温度 T1＝t1＋273 K＝390 K 室温T2＝t2＋273 K＝300 K 升高的温度ΔT＝T1－T2＝90 K。 答案：(1)NA (2)390 K　300 K　90 K $$