2.1 温度和温标-2024-2025学年高二物理下学期同步培优学案（人教版2019选择性必修第三册）

第2.1节　温度和温标 学习目标　 1.知道什么是热力学系统，什么是状态参量。 2.知道平衡态、热平衡的定义。 3.掌握热平衡定律的内容。 4.明确温度的定义及判断系统处于热平衡的条件。 5.知道什么是温标，掌握摄氏温度和热力学温度的转换关系。 知识点一　状态参量与平衡态 在力学中，为了描述物体运动的状态，我们使用了物体的位移和速度等物理量。如图中，玻璃瓶内封闭了一定质量的气体，你可以应用哪些物理量来描述封闭气体的物理状态？ 提示　温度、体积、压强。 1.热力学系统和外界 (1)热力学系统：由大量分子组成的系统叫作热力学系统，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。 (1)体积：几何参量，确定系统的空间范围。 (2)压强：力学参量，确定外界与系统之间或系统内部各部分之间力的作用。 (3)温度：热学参量，确定系统的冷热程度。 3.平衡态：在没有外界影响的情况下，经过足够长的时间，系统内各部分的状态参量能够达到的稳定状态。 【思考】 将一根长铁丝的一端插入100 ℃的沸水中，另一端放入0 ℃的冰水中，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。 例1 (多选)下列说法正确的是(　　) 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.若系统不受外界影响，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.两个物体发生热传递时，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，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描述其状态的状态参量，C错误；两个物体发生热传递时，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。 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，表现为系统不受外界的影响，系统所有状态参量(压强、体积和温度)都不随时间变化。 (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。　　　　 训练1 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、压强保持不变，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，如温度、压强和体积等不再随时间发生变化。温度达到稳定值，分子仍然是运动的，不可能达到所谓的“凝固”状态，故A项正确。 训练2如图，把一粗细均匀的玻璃管开口端插入到水银中，如果当时大气压强为一个标准大气压（标准大气压强为76cmHg），管内外水银面高度差为20cm，则管内气体的压强为（　　） A．56cmHg B．76cmHg C．96cmHg D．条件不足，无法求得 【答案】C 【详解】管内气体的压强为 p=p0+ρgh=76cmHg +20cmHg=96cmHg 故选C。 知识点二　热平衡与温度 如图，烧杯和试管中都装有适量的水，用酒精灯持续对烧杯进行加热，利用初中的知识判断试管内的水会不会沸腾(设水的沸点是100 ℃)，为什么？ 提示　试管内的水不会沸腾，因为烧杯内的水最高温度为100 ℃，当试管内的水达到100 ℃后，将不会从烧杯内吸收热量，所以不会沸腾。 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：达到热平衡的系统具有相同的温度，如图 【思考】 1.用手心握住体温计玻璃泡，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？ 提示　因为体温计与人体温度相同，即达到了热平衡。 2.当把它立即放入40 ℃的水中时，你又看到什么现象？为什么？ 提示　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。 例2 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，根据平衡态的定义知所有状态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，热平衡是两个系统达到温度相同的状态，C错误。 　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 系统不受外界影响时，各个状态参量都不变 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 训练1 (多选)下列说法正确的是(　　) A.两个系统达到热平衡时，它们一定具有相同的热量 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.热平衡定律是温度计能够用来测量温度的基本原理 答案　BCD 解析　处于热平衡的系统都具有相同的温度，A错误，C正确；由热平衡定律可知，若物体与A处于热平衡，它同时也与B处于热平衡，则A的温度便等于B的温度，这也是温度计用来测量温度的基本原理，B、D正确。 训练2在25℃左右的室内，将一只温度计从酒精中拿出，观察它的示数变化情况是（　　） A．温度计示数上升 B．温度计示数下降 C．温度计示数不变 D．温度计示数先下降后上升 【答案】D 【详解】由于温度计上的酒精蒸发，带走热量，温度计的示数下降，然后再测量环境温度，升回25℃，所以温度计的示数先下降后上升。 故选D。 知识点三　温度计与温标 如图所示，伽利略温度计是利用玻璃管内封闭的气体作为测温物质制成的，试分析水银柱的高度为什么可以表示气体温度的高低？ 提示　由热胀冷缩可知，当外界温度越高时，气体膨胀越厉害，细管内的水银柱高度减小，即水银柱不同的高度对应气体不同的温度，所以水银柱的高度可以表示气体温度的高低。 1.温标 (1)定义：定量描述温度的方法。 (2)确定一个温标的方法 ①选择一种测温物质。 ②确定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。 (3)温标的种类 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熔点为0__℃，水的沸点为100__℃。在玻璃管口0 ℃刻度与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，规定摄氏温度的－273.15 ℃为零值，它的一开等于摄氏温度的一度。 2.摄氏温度与热力学温度 (1)摄氏温度：摄氏温标表示的温度，用符号t表示，单位是摄氏度，符号表示为℃。 (2)热力学温度：热力学温标表示的温度，是国际单位制中七个基本物理量之一，用符号T表示，单位是开尔文，简称开，符号为K。 (3)换算关系：T＝t＋273.15__K。 3.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 根据金属的电阻中随温度的升高而变化来测量温度 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不同来测量温度 【思考】 用不同的温度计测量两物体温度时，得到两个记录结果，分别是282 K和28 ℃。 (1)282 K与28 ℃哪一个温度高？ (2)若两物体中的一个温度升高1 K，另一个升高1 ℃，它们升高的温度是否相同？ 提示　(1)28 ℃温度高　(2)相同。 例3 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.热力学温度和摄氏温度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。 热力学温度与摄氏温度的关系 (1)T＝t＋273.15 K是解决有关热力学温度与摄氏温度关系问题的基础。 (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，只能无限接近，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。　　　　 训练1 (多选)关于热力学温度和摄氏温度，下列说法错误的是(　　) 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　ACD 解析　由热力学温度与摄氏温度的关系T＝t＋273.15 K，可知选项A错误；对于T＝t＋273.15 K，有许多同学错误地认为可变形为ΔT＝Δt＋273.15 K，实际上ΔT＝T2－T1＝t 2－t1＝Δt，即用摄氏温度表示的温差等于用热力学温度表示的温差，所以选项B正确，C、D错误。 训练2家用温度计经常标有摄氏温度和华氏温度（℉），摄氏温标把标准大气压下，冰水混合物的温度定为0℃，水沸腾时的温度定为100℃，两温度之间分为100等份，每一份为1℃；而华氏温标把标准大气压下冰水混合物的温度定为32℉（华氏度），把水的沸点定为212℉，中间分为180等份，每一等份为1℉。 (1)1℃等于多少℉？ (2)人的正常体温若取37℃，则此温度为多少华氏度？ 【答案】(1)1℃等于1.8℉ (2)98.6℉ 【详解】（1）因为华氏温标规定，标准大气压下沸水的温度为212℉，冰水混合物的温度是32℉，中间分为180等份，每一等份代表1℉，所以摄氏温差100℃等同华氏温差180℉，即 （2）摄氏温度的0℃等于华氏温度的32℉。所以，华氏温度与摄氏温度之间的关系为 人的正常体温若取37℃，则华氏温标下此温度为 随堂对点自测 1.(状态参量与平衡态)(多选)下列各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.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84消毒液 答案　ABD 解析　系统处于平衡态时，其状态参量不变，冰水混合物放在0 ℃环境中，铜块放在沸水中加热足够长的时间，其状态参量不再变化，即处于平衡态，A、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，温度仍在发生变化，则未处于平衡态，C错误；一瓶放在房间中很久的84消毒液，与环境温度相同，其状态参量不变，则处于平衡态，D正确。 2.(热平衡与温度)(多选)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 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，可以说两物体达到热平衡 答案　ACD 解析　当温度计的玻璃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，最终二者的温度相等，即达到热平衡，故A、D正确；两个物体的温度相同时，已经达到热平衡，不会发生热传递，故B错误；若a与b、c分别达到热平衡，三者温度一定相等，所以b、c之间也达到了热平衡，故C正确。 3.(温度计与温标)关于温度与温标，下列说法正确的是(　　) A.温度与温标是一回事，所以热力学温标也称为热力学温度 B.摄氏温度与热力学温度都可以取负值 C.摄氏温度升高3 ℃，在热力学温标中温度升高276.15 K D.热力学温度升高3 K，摄氏温度升高3 ℃ 答案　D 解析　温标就是按照一定的标准划分的温度标志，就像测量物体的长度要用长度标尺一样，是一种人为的规定，或者叫作一种单位制，分华氏温标、热力学温标、摄氏温标。而温度表示的是物体的冷热程度，所以温度与温标不是一回事，A错误；热力学温度不可以取负值，B错误；根据T＝t＋273.15 K可知，温度升高3 ℃，在热力学温标中温度升高3 K，C错误，D正确。 4.如图所示，活塞的质量为m，缸套的质量为M，通过弹簧吊在天花板上静止，汽缸内封有一定质量的气体，缸套和活塞间无摩擦，活塞面积为S，大气压强为p0，则封闭气体的压强为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】以缸套为研究对象，有 所以封闭气体的压强 故选C。 5．气体初始温度为27℃，升高了20℃。用热力学温标表示为（　　） A．初始温度为27K，升高了20K B．初始温度为300.15K，升高了20K C．初始温度为27K，升高了293.15K D．初始温度为300.15K，升高了293.15K 【答案】B 【详解】气体初始温度为27℃，摄氏温度与热力学温度的关系是 可知气体初始温度用热力学温标表示 升高了 故选B。 对点题组练 题组一　状态参量与平衡态 1.下列关于系统是否处于平衡态的说法，正确的是(　　) A.状态参量是描述系统状态的物理量，系统处于非平衡态时各部分的状态参量不发生变化 B.压缩密闭容器中的空气，空气处于平衡态 C.两个温度不同的物体相互接触时，这两个物体组成的系统处于非平衡态 D.在热学中，要描述一定质量的气体的宏观状态，只需要确定温度 答案　C 解析　状态参量是描述系统状态的物理量，系统处于非平衡态时至少有一种状态参量发生变化，故A错误；压缩密闭容器中的空气时，气体的体积和压强均发生变化，空气处于非平衡态，故B错误；两个温度不同的物体相互接触时，会发生热传递，系统处于非平衡态，故C正确；压强、体积、温度分别从力学、几何学、热学三个角度对气体的性质进行宏观描述，是确定气体宏观状态的三个状态参量，故D错误。 2.(多选)下列物体中处于非平衡态的是(　　) A.冰水混合物处在1 ℃的环境中 B.将一铝块放入沸水中加热较长的时间 C.冬天刚打开空调的教室内的气体 D.用玻璃杯盛着的开水放在室内足够长时间 答案　AC 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，A正确；当铝块放在沸水中足够长的时间，铝块各部分的温度与沸水的温度相同，达到平衡态，B错误； 冬天刚打开空调的教室内的气体各部分温度不同，不是平衡态，C正确；用玻璃杯盛着的开水放在室内足够长时间，最终开水温度与环境温度相同，达到平衡态，D错误。 题组二　热平衡与温度 3.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 答案　C 解析　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C正确。 4.(多选)下列关于热平衡定律的说法正确的是(　　) 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两系统处于热平衡 C.甲、乙、丙物体温度各不相等，先把甲、乙接触，最终达到热平衡，再将丙与乙接触，最终也达到热平衡，则甲、丙是处于热平衡的 D.热平衡时，两系统的温度相同，压强、体积也一定相同 答案　AB 解析　根据热平衡的特点可知，两个系统热平衡的标志是它们的温度相同，但压强、体积不一定相同，A正确，D错误；根据热平衡定律可知，A、B两系统分别与C系统达到热平衡，则A、B两系统处于热平衡，B正确；甲、乙、丙物体温度各不相等，先把甲、乙接触，最终达到热平衡，再将丙与乙接触，最终也达到热平衡，此时乙、丙与甲的温度不一定相等，所以甲、丙不一定处于热平衡，C错误。 5.(多选)关于热平衡，下列说法正确的是(　　) A.处于热平衡的两个系统内能一定相同 B.标准状态下冰水混合物与0 ℃的水未达到热平衡 C.系统甲与系统乙达到热平衡就是它们的温度达到相同的数值 D.测量体温的温度计需和身体接触十分钟左右是为了让温度计跟身体达到热平衡 答案　CD 解析　处于热平衡的两个系统温度一定相同，但体积不一定相同，即内能不一定相同，故A错误；标准状态下，冰水混合物与0 ℃的水的温度相同，则已达到热平衡，故B错误；系统甲与系统乙达到热平衡，就是它们的温度达到相同的数值，故C正确；测量体温的温度计需和身体接触十分钟左右是为了让温度计跟身体温度相同，即达到热平衡状态，故D正确。 题组三　温度计与温标 6.(多选)下列关于摄氏温标和热力学温标的说法正确的是(　　) A.用摄氏温标和热力学温标表示温度是两种不同的表示方法 B.用两种温标表示温度的变化时，两者的数值相等 C.1 K就是1 ℃ D.当温度变化1 ℃时，也可说成温度变化274.15 K 答案　AB 解析　中学常用的两种表示温度的方法是摄氏温标和热力学温标，A正确；两者的关系为T＝t＋273.15 K，所以用两者表示温度的变化时，两者的数值相等，B正确；当温度变化1 ℃时，也可说成温度变化1 K，不能说1 K就是1 ℃，只能是1 K的温差等于1 ℃的温差，C、D错误。 7.气体初始温度为27 ℃，升高了20 ℃，则初始温度和温度变化量用热力学温标表示分别为(　　) A.27 K，20 K B.300 K，20 K C.27 K，293 K D.300 K，293 K 答案　B 解析　气体初始温度为27 ℃，根据摄氏温度与热力学温度的关系T＝t＋273 K，可得气体初始温度用热力学温标表示为T＝(t＋273)K＝300 K。温度升高了ΔT＝20 K，故B正确，A、C、D错误。 8.天气预报某地某日的最低气温是－10 ℃，最高气温是－1 ℃。下列说法正确的是(　　) A.－1 ℃比1 K温度低 B.温度是矢量 C.当温度低于－10 ℃，热力学温度可能取负值 D.这一天的温差为9 K 答案　D 解析　根据热力学温度和摄氏温度的关系有T＝t＋273.15 K，则当t＝－1 ℃时，T＝272.15 K，即－1 ℃比1 K温度高，A错误；温度是标量，B错误；热力学温度只能无限趋近零，不能取负值，C错误；温差Δt＝9 ℃，数值上ΔT＝Δt，所以用热力学温度来表示温度上升了9 K，D正确。 9.(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的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的热胀冷缩的性质制造的，故A、B错误，C、D正确。 综合提升练 10.实验室有一支读数不准确的温度计，在测冰水混合物的温度时，其读数为20 ℃；在测一标准大气压下沸水的温度时，其读数为80 ℃，下面分别是温度计示数为41 ℃时对应的实际温度和实际温度为60 ℃时温度计的示数，其中正确的是(　　) A.41 ℃，60 ℃ B.21 ℃，40℃ C.35 ℃，56℃ D.35 ℃，36 ℃ 答案　C 解析　此温度计每一刻度表示的实际温度为 ℃＝ ℃，当它的示数为41 ℃时，它上升的格数为41－20＝21(格)，对应的实际温度应为21× ℃＝35 ℃；同理，当实际温度为60 ℃时，此温度计应从20 ℃开始上升格数为＝36(格)，它的示数应为(36＋20) ℃＝56 ℃，故C正确。 11.(多选)实际应用中，常用到一种双金属温度计，它是利用铜片与铁片压合在一起的双金属片的弯曲程度随温度的变化而变化的原理制成的，如图甲中双金属片被加热时，其弯曲程度会增大，则下列各种相关叙述中正确的有(　　) A.该温度计的测温物质是铜、铁两种热膨胀系数不同的金属 B.双金属温度计是利用测温物质热胀冷缩的性质来工作的 C.由图甲可知，铜的热膨胀系数大于铁的热膨胀系数 D.由图乙可知，双金属片的内层一定为铜，外层一定为铁 答案　ABC 解析　双金属温度计是利用热膨胀系数不同的铜、铁两种金属制成的，双金属片的弯曲程度随温度变化而变化，A、B正确；题图甲中，加热时，双金属片向上弯曲，说明双金属片下层热膨胀系数较大，即铜的热膨胀系数较大，C正确；题图乙中，温度计示数是沿顺时针方向增大的，说明当温度升高时温度计指针沿顺时针方向转动，则其双金属片的弯曲程度在增大，故可以推知双金属片的内层一定是铁，外层一定是铜，D错误。 12.(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，其中正确的做法是(　　) 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 ℃，即热力学温度为277.15 K 答案　BD 解析　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；根据热力学温度与摄氏温度的关系式T＝t＋273.15 K＝277.15 K，可知选项C错误，D正确。 13.下列对热平衡的理解，正确的是（　　） A．标准状况下冰水混合物与的水未达到热平衡 B．A、B两系统分别与系统达到热平衡，则A、B两系统也达到了热平衡 C．一个系统处于平衡态时，它与其他系统也就达到了热平衡 D．热平衡时，两系统的温度相同，压强、体积也一定相同 【答案】B 【详解】A．标准状况下冰水混合物的温度为，与的水达到了热平衡，故A错误； B．根据热平衡定律可知，A、B两系统分别与系统达到热平衡，则A、B两系统也达到了热平衡，故B正确； C．热平衡是指两个系统相互接触而传热，经过一段时间后，各自的状态参量不再变化，这两个系统就达到热平衡，故C错误； D．根据热平衡的特点可知，两个系统达到热平衡的标志是它们温度相同，但压强、体积不一定相同，故D错误。 故选B。 14．下列说法中正确的是（　　） A．布朗运动是指悬浮在液体中的固体颗粒分子的无规则运动 B．用手捏面包，面包体积会缩小，这是分子间有间隙的缘故 C．热力学温标和摄氏温标的定义是一样的 D．打开酒瓶后可嗅到酒的气味，说明分子在做无规则的运动 【答案】D 【详解】A．布朗运动是指悬浮在液体中的固体颗粒的无规则运动。故A错误； B．用手捏面包，面包体积会缩小，属于物体之间的空隙，不是分子间有间隙。故B错误； C．热力学温标和摄氏温标的零点选取不同，定义是不一样的。故C错误； D．打开酒瓶后可嗅到酒的气味，说明分子在做无规则的运动。故D正确。 故选D。 15．如图所示，竖直放置的U形管，左端开口，右端封闭，管内有a、b两段水银柱，将A、B两段空气柱封闭在管内。已知水银柱a长为10cm，水银柱b两个液面间的高度差为5cm，大气压强相当于75cm高水银柱产生的压强，则空气柱A、B的压强分别相当于多高水银柱产生的压强？ 【答案】65cm，60cm 【详解】设管的横截面积为S，选a的下端为参考液面，它受向下的压力为，受向上的大气压力为，由于系统处于静止状态，则 所以 即空气柱A的压强相当于65cm高水银柱产生的压强； 再选b的左下端为参考液面，液柱的上表面处的压强等于，则 所以 即空气柱B的压强相当于60cm高水银柱产生的压强。 培优加强练 16.(人教版教材P22T4练习与应用改编)图甲表示某电阻阻值R随摄氏温度t变化的情况。把该电阻与电池、电流表串联起来，如图乙所示，用该电阻做测温探头，把电流表的刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简易温度计。下列说法正确的是 (　　) A.该电阻阻值R与热力学温度T是线性关系 B.摄氏温度与电流是线性关系 C.温度越高，电源的总功率越大 D.tA与tB相比，tB应标在电流较大的刻度上 答案　A 解析　由题图甲可得R＝R0＋kt，又T＝t＋273.15 K，联立可得R＝(R0－273.15k)＋kT，由此可知该电阻R与热力学温度T是线性关系，A正确；由闭合电路的欧姆定律可得I＝，代入R＝R0＋kt，整理得t＝－，可知摄氏温度与电流不是线性关系，B错误；由题图甲可知，温度越高，R的阻值越大，由闭合电路的欧姆定律知，回路中的电流越小，根据P＝EI可知，电源的总功率越小，C错误；由题图甲可知，tA对应的电阻阻值小于tB对应的电阻阻值，结合闭合电路的欧姆定律可知，阻值小时电流大，故tA应标在电流较大的刻度上，D错误。 17.如图所示，小明在实验课上自制一个气压计：他先在一个瓶子中装入适量带颜色的水，再取一根两端开口的透明细玻璃管，在管壁画上刻度，穿过橡皮塞插入水中，从管口向瓶内吹入少量的气体，水沿玻璃管上升到瓶口以上。关于自制气压计，下列说法正确的是（    ） A．大气压在数值上等于玻璃管内水柱产生的压强 B．小明提着瓶子从一楼到楼顶，玻璃管内水柱高度逐渐升高 C．小明提着瓶子从一楼到楼顶，瓶内气体压强始终小于外界大气压 D．若瓶外是标准大气压，则瓶子内外的气压差为105 Pa 【答案】B 【详解】A．设大气压强为p0，水柱高为h，瓶内气体压强为 解得    A错误； B．根据，小明提着瓶子从一楼到楼顶，封闭气体的压强不变，大气压强减小，玻璃管内水柱高度逐渐升高，B正确； C．根据，小明提着瓶子从一楼到楼顶，瓶内气体压强始终大于外界大气压，C错误； D．根据 解得 D错误。 故选B。 18．下列说法正确的是（　　） A．晶体内部原子按照一定的规则排列，其它分子不能扩散进去 B．相互间达到热平衡的两物体的内能一定相等 C．知道阿伏伽德罗常数、某气体的摩尔质量和密度，可以估算出该气体分子的大小 D．相互间达到热平衡的两物体的温度一定相等 【答案】D 【详解】A．晶体内部原子按照一定的规则排列，但原子间存在间隙，其他分子能够扩散进去，故A错误； BD．内能与物体的温度、体积等因素有关，相互间达到热平衡的两物体的温度一定相等，但内能不一定相等，故B错误，D正确； C．已知阿伏伽德罗常数，气体的摩尔质量和密度，可以估算该气体分子所占空间的大小或分子之间的距离，但不能估算出气体分子的大小，故C错误。 故选D。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第2.1节　温度和温标 学习目标　 1.知道什么是热力学系统，什么是状态参量。 2.知道平衡态、热平衡的定义。 3.掌握热平衡定律的内容。 4.明确温度的定义及判断系统处于热平衡的条件。 5.知道什么是温标，掌握摄氏温度和热力学温度的转换关系。 知识点一　状态参量与平衡态 在力学中，为了描述物体运动的状态，我们使用了物体的位移和速度等物理量。如图中，玻璃瓶内封闭了一定质量的气体，你可以应用哪些物理量来描述封闭气体的物理状态？ 1.热力学系统和外界 (1)热力学系统：由 组成的系统叫作热力学系统，简称系统。 (2)外界：系统之外与系统发生 的其他物体统称外界。 2.状态参量：用来描述 的物理量。常用的状态参量有体积V、压强p、 等。 (1)体积：几何参量，确定系统的空间范围。 (2)压强：力学参量，确定外界与系统之间或系统内部各部分之间力的作用。 (3)温度：热学参量，确定系统的冷热程度。 3.平衡态：在没有外界影响的情况下，经过足够长的时间，系统内各部分的 能够达到的稳定状态。 【思考】 将一根长铁丝的一端插入100 ℃的沸水中，另一端放入0 ℃的冰水中，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？ 例1 (多选)下列说法正确的是(　　) 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.若系统不受外界影响，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.两个物体发生热传递时，它们组成的系统处于非平衡态 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，表现为系统不受外界的影响，系统所有状态参量(压强、体积和温度)都不随时间变化。 (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。　　　　 训练1 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、压强保持不变，但体积仍可变化 训练2如图，把一粗细均匀的玻璃管开口端插入到水银中，如果当时大气压强为一个标准大气压（标准大气压强为76cmHg），管内外水银面高度差为20cm，则管内气体的压强为（　　） A．56cmHg B．76cmHg C．96cmHg D．条件不足，无法求得 知识点二　热平衡与温度 如图，烧杯和试管中都装有适量的水，用酒精灯持续对烧杯进行加热，利用初中的知识判断试管内的水会不会沸腾(设水的沸点是100 ℃)，为什么？ 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 ，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 。 3.温度：热平衡中，表征“共同的 性质”的物理量。 4.热平衡的性质：达到热平衡的系统具有相同的 ，如图 【思考】 1.用手心握住体温计玻璃泡，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.当把它立即放入40 ℃的水中时，你又看到什么现象？为什么？ 例2 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 　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 系统不受外界影响时，各个状态参量都不变 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 训练1 (多选)下列说法正确的是(　　) A.两个系统达到热平衡时，它们一定具有相同的热量 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.热平衡定律是温度计能够用来测量温度的基本原理 训练2在25℃左右的室内，将一只温度计从酒精中拿出，观察它的示数变化情况是（　　） A．温度计示数上升 B．温度计示数下降 C．温度计示数不变 D．温度计示数先下降后上升 知识点三　温度计与温标 如图所示，伽利略温度计是利用玻璃管内封闭的气体作为测温物质制成的，试分析水银柱的高度为什么可以表示气体温度的高低？ 1.温标 (1)定义：定量描述温度的方法。 (2)确定一个温标的方法 ①选择一种 物质。 ②确定测温物质用以测温的某种性质。 ③确定温度的 和 的方法。 (3)温标的种类 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熔点为 ，水的沸点为 。在玻璃管口0 ℃刻度与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，规定摄氏温度的－273.15 ℃为零值，它的一开等于摄氏温度的一度。 2.摄氏温度与热力学温度 (1)摄氏温度：摄氏温标表示的温度，用符号t表示，单位是摄氏度，符号表示为℃。 (2)热力学温度：热力学温标表示的温度，是国际单位制中七个基本物理量之一，用符号T表示，单位是 ，简称开，符号为K。 (3)换算关系：T＝ 。 3.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 根据金属的电阻中随温度的升高而变化来测量温度 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不同来测量温度 【思考】 用不同的温度计测量两物体温度时，得到两个记录结果，分别是282 K和28 ℃。 (1)282 K与28 ℃哪一个温度高？ (2)若两物体中的一个温度升高1 K，另一个升高1 ℃，它们升高的温度是否相同？ 例3 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.热力学温度和摄氏温度是两种不同的温度表示方法，表示的温度数值没有关系 热力学温度与摄氏温度的关系 (1)T＝t＋273.15 K是解决有关热力学温度与摄氏温度关系问题的基础。 (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，只能无限接近，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。　　　　 训练1 (多选)关于热力学温度和摄氏温度，下列说法错误的是(　　) 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 训练2家用温度计经常标有摄氏温度和华氏温度（℉），摄氏温标把标准大气压下，冰水混合物的温度定为0℃，水沸腾时的温度定为100℃，两温度之间分为100等份，每一份为1℃；而华氏温标把标准大气压下冰水混合物的温度定为32℉（华氏度），把水的沸点定为212℉，中间分为180等份，每一等份为1℉。 (1)1℃等于多少℉？ (2) 人的正常体温若取37℃，则此温度为多少华氏度？ 随堂对点自测 1.(状态参量与平衡态)(多选)下列各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.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84消毒液 2.(热平衡与温度)(多选)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 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，可以说两物体达到热平衡 3.(温度计与温标)关于温度与温标，下列说法正确的是(　　) A.温度与温标是一回事，所以热力学温标也称为热力学温度 B.摄氏温度与热力学温度都可以取负值 C.摄氏温度升高3 ℃，在热力学温标中温度升高276.15 K D.热力学温度升高3 K，摄氏温度升高3 ℃ 4.如图所示，活塞的质量为m，缸套的质量为M，通过弹簧吊在天花板上静止，汽缸内封有一定质量的气体，缸套和活塞间无摩擦，活塞面积为S，大气压强为p0，则封闭气体的压强为（　　） A． B． C． D． 5．气体初始温度为27℃，升高了20℃。用热力学温标表示为（　　） A．初始温度为27K，升高了20K B．初始温度为300.15K，升高了20K C．初始温度为27K，升高了293.15K D．初始温度为300.15K，升高了293.15K 对点题组练 题组一　状态参量与平衡态 1.下列关于系统是否处于平衡态的说法，正确的是(　　) A.状态参量是描述系统状态的物理量，系统处于非平衡态时各部分的状态参量不发生变化 B.压缩密闭容器中的空气，空气处于平衡态 C.两个温度不同的物体相互接触时，这两个物体组成的系统处于非平衡态 D.在热学中，要描述一定质量的气体的宏观状态，只需要确定温度 2.(多选)下列物体中处于非平衡态的是(　　) A.冰水混合物处在1 ℃的环境中 B.将一铝块放入沸水中加热较长的时间 C.冬天刚打开空调的教室内的气体 D.用玻璃杯盛着的开水放在室内足够长时间 题组二　热平衡与温度 3.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 4.(多选)下列关于热平衡定律的说法正确的是(　　) 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两系统处于热平衡 C.甲、乙、丙物体温度各不相等，先把甲、乙接触，最终达到热平衡，再将丙与乙接触，最终也达到热平衡，则甲、丙是处于热平衡的 D.热平衡时，两系统的温度相同，压强、体积也一定相同 5.(多选)关于热平衡，下列说法正确的是(　　) A.处于热平衡的两个系统内能一定相同 B.标准状态下冰水混合物与0 ℃的水未达到热平衡 C.系统甲与系统乙达到热平衡就是它们的温度达到相同的数值 D.测量体温的温度计需和身体接触十分钟左右是为了让温度计跟身体达到热平衡 题组三　温度计与温标 6.(多选)下列关于摄氏温标和热力学温标的说法正确的是(　　) A.用摄氏温标和热力学温标表示温度是两种不同的表示方法 B.用两种温标表示温度的变化时，两者的数值相等 C.1 K就是1 ℃ D.当温度变化1 ℃时，也可说成温度变化274.15 K 7.气体初始温度为27 ℃，升高了20 ℃，则初始温度和温度变化量用热力学温标表示分别为(　　) A.27 K，20 K B.300 K，20 K C.27 K，293 K D.300 K，293 K 8.天气预报某地某日的最低气温是－10 ℃，最高气温是－1 ℃。下列说法正确的是(　　) A.－1 ℃比1 K温度低 B.温度是矢量 C.当温度低于－10 ℃，热力学温度可能取负值 D.这一天的温差为9 K 9.(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的热胀冷缩的性质制造的 综合提升练 10.实验室有一支读数不准确的温度计，在测冰水混合物的温度时，其读数为20 ℃；在测一标准大气压下沸水的温度时，其读数为80 ℃，下面分别是温度计示数为41 ℃时对应的实际温度和实际温度为60 ℃时温度计的示数，其中正确的是(　　) A.41 ℃，60 ℃ B.21 ℃，40℃ C.35 ℃，56℃ D.35 ℃，36 ℃ 11.(多选)实际应用中，常用到一种双金属温度计，它是利用铜片与铁片压合在一起的双金属片的弯曲程度随温度的变化而变化的原理制成的，如图甲中双金属片被加热时，其弯曲程度会增大，则下列各种相关叙述中正确的有(　　) A.该温度计的测温物质是铜、铁两种热膨胀系数不同的金属 B.双金属温度计是利用测温物质热胀冷缩的性质来工作的 C.由图甲可知，铜的热膨胀系数大于铁的热膨胀系数 D.由图乙可知，双金属片的内层一定为铜，外层一定为铁 12.(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，其中正确的做法是(　　) 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 ℃，即热力学温度为277.15 K 13.下列对热平衡的理解，正确的是（　　） A．标准状况下冰水混合物与的水未达到热平衡 B．A、B两系统分别与系统达到热平衡，则A、B两系统也达到了热平衡 C．一个系统处于平衡态时，它与其他系统也就达到了热平衡 D．热平衡时，两系统的温度相同，压强、体积也一定相同 14．下列说法中正确的是（　　） A．布朗运动是指悬浮在液体中的固体颗粒分子的无规则运动 B．用手捏面包，面包体积会缩小，这是分子间有间隙的缘故 C．热力学温标和摄氏温标的定义是一样的 D．打开酒瓶后可嗅到酒的气味，说明分子在做无规则的运动 15．如图所示，竖直放置的U形管，左端开口，右端封闭，管内有a、b两段水银柱，将A、B两段空气柱封闭在管内。已知水银柱a长为10cm，水银柱b两个液面间的高度差为5cm，大气压强相当于75cm高水银柱产生的压强，则空气柱A、B的压强分别相当于多高水银柱产生的压强？ 培优加强练 16.(人教版教材P22T4练习与应用改编)图甲表示某电阻阻值R随摄氏温度t变化的情况。把该电阻与电池、电流表串联起来，如图乙所示，用该电阻做测温探头，把电流表的刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简易温度计。下列说法正确的是 (　　) A.该电阻阻值R与热力学温度T是线性关系 B.摄氏温度与电流是线性关系 C.温度越高，电源的总功率越大 D.tA与tB相比，tB应标在电流较大的刻度上 17.如图所示，小明在实验课上自制一个气压计：他先在一个瓶子中装入适量带颜色的水，再取一根两端开口的透明细玻璃管，在管壁画上刻度，穿过橡皮塞插入水中，从管口向瓶内吹入少量的气体，水沿玻璃管上升到瓶口以上。关于自制气压计，下列说法正确的是（    ） A．大气压在数值上等于玻璃管内水柱产生的压强 B．小明提着瓶子从一楼到楼顶，玻璃管内水柱高度逐渐升高 C．小明提着瓶子从一楼到楼顶，瓶内气体压强始终小于外界大气压 D．若瓶外是标准大气压，则瓶子内外的气压差为105 Pa 18．下列说法正确的是（　　） A．晶体内部原子按照一定的规则排列，其它分子不能扩散进去 B．相互间达到热平衡的两物体的内能一定相等 C．知道阿伏伽德罗常数、某气体的摩尔质量和密度，可以估算出该气体分子的大小 D．相互间达到热平衡的两物体的温度一定相等 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 1 学科网（北京）股份有限公司 $$