3.温度和温标-【金版新学案】2024-2025学年高中物理选择性必修3同步课堂高效讲义配套课件（教科版2019）

3．温度和温标 　　　　 第二章　固体、液体和气体 1.知道状态参量、平衡态、热平衡、温度、摄氏温标、热力学温标 的概念及热平衡定律。 2.理解平衡态及热平衡定律，掌握摄氏温度与热力学温度的关系， 能进行相关的计算。 3.通过对温度计原理的学习来认识生活中形形色色的温度计。 素养目标 知识点一　热平衡定律和温度 1 知识点二　温标 2 课时测评 4 随堂达标演练 3 内容索引 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 知识点一　热平衡定律和温度 返回 自主学习 情境导学　冬天我们感到周围环境很冷，夏天我们感觉周围环境很热，我们是如何定量来描述环境的这种冷热程度的呢？ 提示：用温度来描述。 (阅读教材P39－P40完成下列填空) 1．温度：是处于热平衡系统的微观粒子________强弱的量度，是系统自身分子热运动性质的宏观表现。 2．热接触：在没有外界影响的情况下，让两个原来各自处在一定平衡态的系统互相接触，使它们之间发生热传递，这种接触叫作热接触。 3．热平衡：两个________一段时间后的系统的状态不再变化时，这两个系统对热传递来说已经达到平衡，叫作热平衡。此时两个系统的_______相同。 4．热平衡定律：如果两个系统分别与第三个系统处于热平衡，则这两个系统彼此也必定处于________。 热运动 热接触 温度 热平衡 合作探究 问题探究　如图所示，图像表达了两个系统达到热平衡的过程。 根据图像分析以下问题： (1)达到热平衡之前，A、B系统中哪个系统的温度高？ 提示：B系统。 (2)温度高和低的系统内分子热运动的强弱程度有什么区别？ 提示：温度是分子平均动能的标志，温度高的系统内分子的平均动能大，分子热运动比较强。 (3)A、B两系统达到热平衡的条件是什么？ 提示：具有相同的温度。 关于热平衡，下列说法错误的是 A．两个系统处于热平衡时，它们一定具有相同的热量 B．如果两个系统分别同时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．温度是反映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 例1 √ 温度是反映两个系统是否达到热平衡的唯一物理量，两个系统处于热平衡时，它们一定具有相同的温度，热量是传热过程中传递的能量，是过程量，不能说它们具有相同的热量，A错误，C正确；根据热平衡定律知，当两个系统分别同时和第三个系统达到热平衡时，这两个系统必定处于热平衡，这是温度计的测温原理，B、D正确。 1．平衡态的特点：系统处于平衡态时，系统的状态参量(温度、压强和体积等)都不随时间变化。 2．平衡态的理解 (1)热力学的平衡态与力学平衡态的意义不同，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、体积和温度等)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。 探究归纳 3．对热平衡的理解 决定系统是否达到热平衡的唯一状态参量是温度，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。 探究归纳 针对练1.(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 √ √ 系统处于平衡态时，其状态参量不变，铜块放在沸水中加热足够长的时间、冰水混合物处在0 ℃环境中，二者的温度均不再变化，即处于平衡态，A、B正确；电影院开空调5分钟内放映厅内的气体温度、压强均要变化，故系统不处于平衡态，C错误；突然被压缩的气体，体积(状态参量)会发生变化，故系统不处于平衡态，D错误。 针对练2.(多选)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(发生了热传递)，假设只有在它们相互接触时发生了热传递，不接触时与外界没有发生热传递，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 √ √ 乙和丙分开后，甲、乙、丙三个物体与外界没有发生热传递，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。 返回 知识点二　温标 返回 自主学习 情境导学　有这样一段对话： 爸爸：“人发烧到一百零二度是不会死的，你真是在说傻话。” 儿子：“我知道会的。在法国上学的时候，同学们告诉我，发烧到四十度就活不了了。我已经一百零二度了。” 你知道“爸爸”和“儿子”所用的单位“度”有什么区别吗？ 提示：爸爸说的102度是指的华氏温度，儿子说的40度是指的摄氏温度。 (阅读教材P41完成下列填空) 1．定义：温度数值的标定方法。 2．分类 (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__________ ______为0 ℃，______________为100 ℃，在0 ℃和100 ℃之间均匀分成_____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，也叫绝对温标。由它所确定的温度叫作____________或__________。用符号____表示，单位是________，简称开，符号为____。 (3)摄氏温度与热力学温度的关系为t/℃＝_____________。 冰的正常 熔点 水的正常沸点 100 热力学温度 绝对温度 T 开尔文 K T/K－273.15 合作探究 问题探究　摄氏温标(以前称为百分温标)是由瑞典天文学家摄尔修斯确定的。如图所示，在标准大气压下，把冰的熔点定为0 ℃，水的沸点定为100 ℃，因此在这两个固定点之间共为100 ℃，即100等份，每等份代表1摄氏度，用1 ℃表示，用摄氏温标确定的温度叫作摄氏温度，常用t表示。摄氏温度用℃作单位。热力学温标由英国物理学家开尔文建立，它表示的温度叫作热力学温度，常用T表示，用K作单位。试探究： (1)热力学温度与摄氏温度之间的关系是什么？ 提示：关系式为T/K＝t/℃＋273.15。 (2)如果可以粗略地取－273 ℃为绝对零度，在一标准大 气压下，冰的熔点是多少摄氏度？为多少开尔文？水的 沸点又是多少摄氏度？为多少开尔文？ 提示：冰的熔点为0 ℃，即273 K；水的沸点为100 ℃， 即373 K。 (多选)下列关于热力学温度的说法，正确的是 A．热力学温度的零值等于－273.15 ℃ B．热力学温度变化1 K和摄氏温度变化1 ℃，变化量的大小是相等的 C．绝对零度是低温的极限，永远达不到 D．1 ℃就是1 K 例2 √ √ √ 根据热力学温标零值的规定可知，A正确；热力学温度变化1 K和摄氏温度变化1 ℃的变化量大小是相等的，但1 ℃不是1 K，B正确，D错误；绝对零度是低温的极限，只能无限接近而永远不可能达到，C正确。 1.温度计测温原理 一切达到热平衡的系统都具有相同的温度。温度计与待测物体接 触，达到热平衡时，其温度与待测物体的温度相同。 探究归纳 2．摄氏温标和热力学温标的比较 温标 摄氏温标 热力学温标 提出者 摄尔修斯 开尔文 零度的规定 冰的正常熔点 －273.15 ℃ 温度名称 摄氏温度 热力学温度 温度符号 t T 探究归纳 单位名称 摄氏度 开尔文 单位符号 ℃ K 关系 (1)t/℃＝T/K－273.15，粗略表示为t/℃＝T/K－273 (2)摄氏温度的变化量与开尔文温度的变化量在数值上相等 探究归纳 针对练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 √ 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理论依据，有一定意义，如摄氏温标中0 ℃表示冰的正常熔点，100 ℃为水的正常沸点，C错误；热力学温度和摄氏温度在数值上的关系为T/K＝t/℃＋273.15，D错误。 针对练2.温度计是生活、生产中常用的测温装置。如图为一个简易温度计，一根装有一小段有色水柱的细玻璃管穿过橡皮塞插入烧瓶内，封闭一定质量的气体。当外界温度发生变化时，水柱位置将上下变化。已知A、D间的测量范围为20～80 ℃，A、D间刻度均匀分布。由图可知，A、D及有色水柱下端所示温度分别为 A．20 ℃、80 ℃、64 ℃ B．20 ℃、80 ℃、68 ℃ C．80 ℃、20 ℃、32 ℃ D．80 ℃、20 ℃、34 ℃ √ 返回 随堂达标演练 返回 √ 1．强子对撞机加速器工作时，需要注入约1万吨液氮对电路进行冷却，冷却的最低温度可达到零下271 ℃，这时该温度用热力学温度来表示为 A．2 K B．271 K C．4 K D．0.1 K 由热力学温度与摄氏温度的关系式t/℃＝T/K－273和t＝－271 ℃得T＝ 2 K，A正确。 √ 2．(2023·广陵区校级月考)关于热力学温度和摄氏温度，下列说法正确 的是 A．某物体摄氏温度为10 ℃，即热力学温度为10 K B．热力学温度升高1 K等于摄氏温度升高1 ℃ C．摄氏温度升高10 ℃，对应热力学温度升高283 K D．热力学温度和摄氏温度的温标不同，两者表示的温度无法比较 由t/℃＝T/K－273得，某物体摄氏温度为10 ℃时，热力学温度为T＝(273＋10)K＝283 K，故A错误；ΔT＝Δt，即热力学温度升高1 K等于摄氏温度升高1 ℃，摄氏温度升高10 ℃，对应热力学温度升高10 K，故B正确，C错误；热力学温度和摄氏温度的温标不同，但可通过关系式t/℃＝T/K－273进行转换和比较，故D错误。 √ 3．(多选)(2023·吉林市江城中学高二月考)下列各系统处于平衡态的是 A．冰水混合物处在1 ℃的环境中 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2分钟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消毒液 √ 冰水混合物在1 ℃的环境中要吸收热量，温度升高，不是平衡态，故A错误；用玻璃杯盛着的开水放在室内足够长时间，达到平衡态，故B正确；刚刚放在教室中2分钟的一杯热水和一杯加较多冰块的可乐，温度与环境温度未达到相同，则未处于平衡态，故C错误；一瓶放在房间中很久的消毒液，与环境温度相同，则处于平衡态，故D正确。 √ 4．下列说法正确的是 A．只有处于平衡态的系统才有状态参量 B．状态参量是描述系统状态的物理量，故当系统状态变化时，其各个状态参量都会改变 C．两物体发生热传递时，它们组成的系统处于非平衡态 D．0 ℃的冰水混合物放入1 ℃的环境中，冰水混合物处于平衡态 状态参量是描述系统状态的物理量，与系统是否处于平衡态无关，且系统状态变化时，不一定各个状态参量都改变，A、B错误；两物体发生热传递时，两个物体组成的系统内部存在温度差，故系统处于非平衡态，C正确；0 ℃的冰水混合物放入1 ℃的环境中，其温度与环境温度不同，其状态参量会发生变化，冰水混合物处于非平衡态，D错误。 返回 课 时 测 评 返回 1.(2023·海南海口期中)下列热力学温度，最接近于室温的是 A．100 K B．300 K C．500 K D．700 K √ 当室温为20 ℃时，对应的热力学温度为T＝(20＋273)K＝293 K，所以4个选项中最接近室温的是300 K。故选B。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 √ 2．(2023·宁夏银川期末)下列说法正确的是 A．－33 ℃与240.15 K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1 K D．温度由t升至2t，对应的热力学温度升高了273.15 K＋t 由t/℃＝T/K－273.15可知，－33 ℃与240.15 K表示相同的温度，A错误；因绝对零度达不到，故热力学温度不可能取负值，B错误；由t/℃＝T/K－273.15可知ΔT＝Δt，即热力学温度的变化总等于摄氏温度的变化，摄氏温度变化1 ℃，也就是热力学温度变化1 K，C正确；初始热力学温度为273.15 K＋t，末态为273.15 K＋2t，温度变化了t，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 √ 3．关于温度和温标，下列说法正确的是 A．温度就是温标的俗称 B．某物体的温度升高1 ℃和升高1 K冷热程度的改变是不同的 C．两个系统达到热平衡时，温度一定是相同的 D．在实际应用中，热力学温度的单位可根据实际情况选择℃或者K “温标”是指温度的标度方法，与“温度”是不同的概念，故A错误；热力学温度与摄氏温度的分度值在数值上是相等的，温度升高1 ℃，即温度升高1 K，故B错误；两个系统达到热平衡时，温度一定是相同的，故C正确；热力学温度的单位是K，不是℃，故D错误。故选C。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 √ 4．温度不同的两块金属接触，达到热平衡后，相同的物理量是 A．内能 B．分子势能 C．分子平均动能 D．热量 温度不同的两块金属接触，达到热平衡后，温度相同，即分子平均动能相同，故选C。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 √ 5．关于平衡态和热平衡，下列说法正确的是 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 根据平衡态的定义知，系统的温度、体积、压强等状参量都不随时间变化，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。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 √ 6．(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 √ √ 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同，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；由热平衡定律知，C正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 √ 7．(2023·山东名校联盟高二期中)如图为利用钨锅炼铁的场景。若铁的质量大于钨锅的质量，起始时铁的温度比钨锅的温度低，当它们接触在一起时，忽略它们和外界交换的能量，下列说法正确的是 A．达到热平衡时，钨锅的温度比铁的低 B．热传递的过程中，铁从钨锅吸收热量 C．达到热平衡时，钨锅的温度比铁的高 D．热传递的过程中，钨锅从铁吸收热量 温度相同是达到热平衡的标志，故达到热平衡时，钨锅和铁的温度相同，A、C错误；热传递过程中高温物体放热，低温物体吸热，起始时铁的温度低，故热传递的过程中，铁从钨锅吸收热量，B正确，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 √ √ 8．(多选)如图为伽利略制造的世界上第一个温度计——空气温度计。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成的 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 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，实际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性质制成的，故A、B错误，C、D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 9．(多选)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4 ℃，即热力学温度4 K D．若温度计显示的示数为摄氏温度4 ℃，即热力学温度277.15 K √ √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 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，故选项A错误，B正确；T＝(t＋273.15)K＝277.15 K，故选项C错误，D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 10．(8分)水银温度计浸在冰水中时，水银柱的长度是4.0 cm；温度计浸在沸水中时，水银柱长度为24.0 cm。 (1)温度计浸在某种沸腾的化学溶液中时，水银柱的长度为25.4 cm，试求该溶液的沸点； 答案：107 ℃ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 易知水银柱的长L与温度t成线性关系，有L＝at＋b，其中a、b为常量 当t＝0 ℃时，L＝a×0＋b＝b＝4 cm 当t＝100 ℃时，L＝100a＋b＝100a＋4＝24 cm 解得a＝0.2 cm/℃ 因此得到柱长与温度的关系L＝(0.2t＋4)cm 所以当L＝25.4 cm时，将其代入上式可解得t＝107 ℃ 故该溶液沸点为107 ℃。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (2)在室温28 ℃时，水银柱的长度为多少？ 答案：9.6 cm 由(1)中可得公式L＝(0.2t＋4)cm 当t＝28 ℃时，代入公式可得L＝(0.2×28＋4)cm＝9.6 cm。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 11．(8分)在温标的发展史上，曾出现了两种不同的温标。1714年，德国的科学家制成了水银温度计，建立了华氏温标。这种温标是用水银作测温物质，以水银在玻璃容器内相对膨胀来表示温度，把标准大气压下冰的熔点定为32度，水的沸点定为212度，两者之间等分为180格，每一格称为1华氏度，用表示。1742年，瑞典的科学家也用同样的温度计和同样两个原始分度点，建立了摄氏温标。不同的是摄氏温标把标准大气压下冰的熔点定为0度，水的沸点定为100度，两者之间等分为100格，每一格称为1摄氏度，用℃表示。下表提供了几组“华氏温度”与“摄氏温度”的对应值。 摄氏温度tC(℃) 0 5 10 15 20 25 30 华氏温度tF() 32 41 50 59 68 77 86 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 分析表中的数据，推导摄氏温度tC和华氏温度tF的关系式。 摄氏温度tC(℃) 0 5 10 15 20 25 30 华氏温度tF() 32 41 50 59 68 77 86 设y为华氏温度tF，x为摄氏温度tC，根据表格数据可知，y与x是一次函数关系，设y＝kx＋b 把x＝0、y＝32和x＝10、y＝50代入函数关系式得b＝32，10k＋b＝50 解得k＝1.8 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 所以函数关系式为y＝1.8x＋32 即tF/ ＝1.8tC/℃＋32 摄氏温度tC(℃) 0 5 10 15 20 25 30 华氏温度tF() 32 41 50 59 68 77 86 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 12．(8分)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？ 答案：左边 当温度升高时，瓶内的气体受热膨胀挤压细弯管中的液柱，液柱就会向左移动。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (2)此温度计如何标上刻度呢？ 答案：将此装置放在一个标准大气压下的冰水混合物中， 稳定后在液柱正中间处标上0 ℃；再将它放在一个标准大 气压下的沸水中，稳定后在液柱正中间处标上100 ℃，然 后将以上两个刻度之间的部分进行100等分，标上刻度就 成了一个简易温度计。 将此装置放在一个标准大气压下的冰水混合物中，稳定后在液柱正中间处标上0 ℃；再将它放在一个标准大气压下的沸水中，稳定后在液柱正中间处标上100 ℃，然后将以上两个刻度之间的部分进行100等分，标上刻度就成了一个简易温度计。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (3)你能说出这个温度计的测温原理吗？ 答案：这个温度计的测温原理是瓶中气体的热胀冷缩。 这个温度计的测温原理是瓶中气体的热胀冷缩。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (4)为了提高此温度计的灵敏度，便于读数，可采取什么措施？ 答案：细弯管再细一点，瓶子再大些且气体再多些，细弯管内的液体适当少些等。 细弯管再细一点，瓶子再大些且气体再多些，细弯管内的液体适当少 些等。 返回 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 谢 谢 观 看 ！ 第二章　 　固体、液体和气体 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 $$