1.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（人教版2019）

1．温度和温标 【素养目标】　1.建立热力学系统的概念，类比机械运动的描述，知道描述热力学系统的状态参量，理解用体积V、压强p和温度T三个参量描述系统几何性质、力学性质和热学性质的原因。2.知道平衡态，了解热平衡，理解热平衡定律。体会应用热平衡定律测温度的原理。3.知道摄氏温标和热力学温标的不同和它们的量值关系，知道温度的多样性和统一性，知道建立温标的三要素，通过“科学漫步”体验三要素，培养学生的创新精神。 知识点一　状态参量与平衡态 [情境导学]　如图为医用氧气瓶。请思考： (1)在热学中，如果我们要描述一个氧气瓶中氧气的状态，需要哪些物理量呢？ (2)一个氧气瓶使用一段时间后瓶中氧气的状态参量是否发生变化？怎样变化？(假设氧气温度不变) 提示：(1)体积、温度和压强。 (2)是。质量减小，压强减小。 (阅读教材P19—P20完成下列填空) 1．热力学系统：某一容器中的大量分子组成的系统叫作一个热力学系统，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。 3．状态参量：在热学中，为确定系统的状态所需要的一些物理量。如体积、压强和温度等。 4．平衡态：在没有外界影响的情况下，只要经过足够长的时间，系统内各部分的状态参量就能够达到的稳定状态。 [问题探究]　一根长铁丝，一端插入100 ℃的沸水中，另一端放入0 ℃的恒温源中，经过足够长的时间，铁丝各个部位的温度按一定的规律分布，而且不再随时间发生变化。请思考：这种状态是否为平衡态？为什么？ 提示：这种状态不是平衡态，只是一种稳定状态，因为存在外在因素的影响。 (多选)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．两个物体间发生传热时，它们组成的系统处于非平衡态 答案：BD 解析：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，但不一定各个状态参量都发生变化，A错误；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；系统处于平衡态或非平衡态，都有状态参量，区别是状态参量有无变化，C错误；两个物体间发生传热时，两个物体组成的系统内部仍存在温差，故系统处于非平衡态，D正确。 1.三个状态参量的理解 体积V 几何参量，确定系统的空间范围 压强p 力学参量，描述系统的力学性质 温度T 热学参量，确定系统的冷热程度 学生用书第27页 2.平衡态的理解 (1)平衡态的特点：系统内所有状态参量(温度、压强、体积等)都不随时间变化。 (2)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。 3．处理平衡态问题的三点提醒 (1)平衡态指的是一个系统内部达到的一种动态平衡。 (2)必须要经过较长一段时间，直到系统内所有的状态参量都不随时间变化为止。 (3)系统与外界没有能量的交换。　　 针对练．如果一个系统达到了平衡态，那么这个系统各处的(　　) A．温度、压强、体积都必须达到稳定的状态不再变化 B．温度一定达到了某一稳定值，但压强和体积仍是可以变化的 C．温度一定达到了某一稳定值，并且分子不再运动，达到了“凝固”状态 D．温度、压强达到稳定状态，但体积仍可变化 答案：A 解析：如果一个系统达到了平衡态，系统内各部分的状态参量(温度、压强、体积等)都不再随时间发生变化，温度达到稳定值，但分子仍然是运动的，不可能达到所谓的“凝固”状态，故A正确。 知识点二　热平衡与温度 [情境导学]　如图为古人锻造刀剑时淬火的情景。 (1)刀剑刚入水淬火的瞬间，刀剑和水组成的系统是否达到热平衡状态？ (2)经过一段时间后，它们是否达到热平衡状态？达到热平衡状态的标志是什么？ 提示：(1)淬火瞬间由于一部分刀剑在水的外部，一部分处于水中，各部分温度不相同，没有达到热平衡状态。 (2)当经过一段时间后，它们各处的温度相等，达到了热平衡状态。达到热平衡状态的标志是温度相同。 (阅读教材P20完成下列填空) 1．热平衡：如果两个系统相互接触而传热，这两个系统的状态参量将会互相影响而分别改变。经过一段时间，各自的状态参量就不再变化了，这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：表征热平衡时具有的“共同的热学性质”的物理量。 [问题探究]　(1)如图为水银体温计，把体温计的玻璃泡握在手心，观察到体温计的示数逐渐上升。当上升到36 ℃左右时，为什么不再上升？ (2)当再把体温计的玻璃泡立即放入40 ℃的水中时，你又看到什么现象？为什么？ 提示：(1)因为体温计与人体温度相同，即达到了热平衡状态。 (2)体温计的示数继续上升。因为体温计玻璃泡的温度与水的温度不相同，没有达到热平衡状态。 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 答案：B 解析：一般来说，描述系统的状态参量不止一个，根据平衡态的定义可知，所有状态参量都不随时间变化时，系统才处于平衡态，A错误；根据热平衡的定义可知，处于热平衡的两个系统温度相同，但压强不一定相等，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。 学生用书第28页 1．对热平衡的理解 决定系统是否达到热平衡的状态参量是温度，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参量。 2．热平衡和平衡态的区别与联系 区别与联系 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 　　 3．温度的三种含义 宏观角度 温度表示系统(物体)的冷热程度 微观角度 温度是物体分子平均动能的标志 热平衡角度 温度是决定两个系统是否达到热平衡的物理量 　　 针对练．(多选)下列关于热平衡的理解，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．热平衡时，两系统的温度相同，压强、体积也一定相同 D．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：ABD 解析：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A、D正确；由热平衡定律可知B正确；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C错误。 知识点三　温度计与温标 [情境导学]　摄氏温标(以前称为百分温标)是由瑞典天文学家摄尔修斯设计的。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℃作单位的温度叫作摄氏温度，常用t表示。热力学温标由英国科学家威廉·汤姆孙(开尔文)创立，它表示的温度叫热力学温度，常用T表示，用K作单位。 (1)热力学温标与摄氏温标之间的关系是什么？ (2)如果可以粗略地取－273 ℃为绝对零度，在一标准大气压下，冰的熔点是多少开尔文？水的沸点又是多少开尔文？ 提示：(1)关系为T＝t＋273.15 K。 (2)冰的熔点为0 ℃，为273 K；水的沸点为100 ℃，即373 K。 (阅读教材P21完成下列填空) 1．温标：定量地描述温度的方法。 2．温度计：选择一种测温物质，根据这种物质的某个特性来制造温度计。 3．摄氏温标与热力学温标 (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_℃，把0 ℃刻度和100 ℃刻度之间均匀分成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。热力学温标表示的温度叫作热力学温度，用符号T表示，单位是开尔文，简称开，符号为K。 (3)摄氏温度t与热力学温度T的关系：T＝t＋273.15_K。 [问题探究]　如图为A、B两杯水，用两种不同的温度 学生用书第29页 计分别测量其温度，测量结果为A中水的温度为10 ℃、B中水的温度为282 K。 (1)哪一杯水的温度较高？ (2)若A中水的温度升高了1 ℃ ，B中水的温度升高了1 K，它们升高的温度相同吗？ 提示：(1)10 ℃对应的热力学温度为283.15 K，故A中水的温度较高。(2)相同。 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；热力学温度和摄氏温度在数值上的关系为T＝t＋273.15 K，D错误。 1．温标的三要素 (1)选择某种具有测温属性的测温物质。 (2)了解测温物质的测温属性随温度变化的函数关系。 (3)确定温度零点和分度的方法。 2．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。 3．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 安德斯·摄尔修斯 开尔文 零点的规定 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 (1)T＝t＋273.15 K，粗略表示为T＝t＋273 K (2)摄氏温度的变化量与热力学温度的变化量在数值上相等 　　 针对练．(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：由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 ℃的变化量的大小是相等的，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．(多选)下列关于热力学系统的平衡态的说法正确的是(　　) A．热力学系统的平衡态是一种定态平衡 B．热力学系统的平衡态是一种动态平衡 C．分子已经不动 D．分子仍做无规则运动 答案：BD 解析：热力学系统的平衡态是大量分子的平均效果，是一种动态平衡；从宏观上看，系统的状态参量保持不变，但组成系统的大量分子仍在做无规则的热运动。故选BD。 2．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 答案：C 解析：温度表示的是物体的冷热程度，温标是定量地描述温度的方法，故A错误；摄氏温度t与热力学温度T的关系为T＝t＋273.15 K，则ΔT＝Δt，故B错误；温度是决定两个系统是否达到热平衡状态的唯一物理量，当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(开尔文)，不能与℃(摄氏度)混用，故D错误。 3．(多选)关于热平衡，下列说法正确的是(　　) 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 学生用书第30页 C．若系统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：ACD 解析：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，它们之间就会发生传热，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，A、D正确；两个物体的温度相同时，不会发生传热，B错误；若系统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。故选ACD。 4．(多选)伽利略在1593年制造了世界上第一个温度计——空气温度计，如图所示，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热胀冷缩的性质制造的 答案：CD 解析：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，测温物质是球形瓶中封闭的空气，该温度计是利用空气热胀冷缩的性质制造的，故A、B错误，C、D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $$