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同步课堂高效讲义教师用书（教科版2019）

3.温度和温标 【素养目标】　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。 知识点一　热平衡定律和温度 [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热运动强弱的量度，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：两个热接触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。此时两个系统的温度相同。 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平衡。 [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？ (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？ (3)A、B两系统达到热平衡的条件是什么？ 提示：(1)B系统。 (2)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)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 答案：A 解析：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。 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。 学生用书↓第37页 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 答案：AB 解析：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 答案：AD 解析：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。 知识点二　温标 [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，规定标准大气压下冰的正常熔点为0 ℃，水的正常沸点为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，也叫绝对温标。由它所确定的温度叫作热力学温度或绝对温度。用符号T表示，单位是开尔文，简称开，符号为K。 (3)摄氏温度与热力学温度的关系为t/℃＝T/K－273.15。 [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？ (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：(1)关系式为T/K＝t/℃＋273.15。 (2)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 答案：ABC 解析：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。 学生用书↓第38页 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。 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 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 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 答案：A 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 ℃ 答案：C 解析：根据题意可知，温度越高，水柱上升的高度越高，A点温度最高，D点温度最低，故A、B错误；由于A、D间的刻度均匀分布，故有色水柱下端的温度为×3 ℃＋20 ℃＝32 ℃，C正确，D错误。 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 答案：A 解析：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 答案：B 解析：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 答案：BD 解析：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 答案：C 解析：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。 学科网（北京）股份有限公司 $$