07 第2章 第1节 温度和温标-【正禾一本通】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）

第二章　气体、固体和液体 第1节　温度和温标 【课标解读】　1.知道系统的状态参量及平衡态。 2．知道热平衡、温度，理解热平衡定律，知道热平衡的标志。 3．了解温度计和温标，知道热力学温度与摄氏温度的换算关系。 探究点一　状态参量与平衡态　　　　　　　　　　　　　　　 假如一个容器用挡板K隔开，容器中的气体被分成A、B两部分，它们的压强分别为pA、pB，温度分别为TA、TB。打开挡板K后，如果容器与外界没有能量交换，经过一段时间后，容器内的气体会是什么状态？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：气体的温度和压强都达到稳定，不再随时间变化——平衡态。 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：在热学中，用来描述系统状态的物理量叫作系统的状态参量。常用的状态参量有体积V、压强p、温度T等。 (1)体积V：系统的几何参量，它可以确定系统的空间范围。 (2)压强p：系统的力学参量，它可以描述系统的力学性质。 (3)温度T：系统的热学参量，它可以确定系统的冷热程度。 3．平衡态：在没有外界影响的情况下，系统内各部分的状态参量能够达到的稳定状态叫作平衡态。 【基点辨析】 一根长铁丝一端插入100 ℃的沸水中，另一端放入0 ℃恒温源中，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？为什么？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：不是平衡态，只是一种稳定状态，因为存在外界因素的影响。 对系统平衡态的理解 (1)系统处于平衡态时，所有状态参量都不随时间变化，即系统处于稳定状态，但内部微观分子的无规则运动并没有停止。 (2)系统的平衡态是“不受外界影响”的理想稳定状态。系统虽然处于稳定状态，但若有外界影响，则该状态不是平衡态。 (3)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。 【典例1】 (2024·山西大同检测)下列关于系统是否处于平衡态的说法正确的是(　　 ) A．打开空调的2 min内，教室内的气体处于平衡态 B．两个物体间传热时，它们组成的系统处于非平衡态 C.0 ℃的冰水混合物放入1 ℃的环境中，冰水混合物处于平衡态 D．压缩密闭容器中的空气，空气处于平衡态 解析：选B。打开空调的2 min内，教室内气体的温度、体积等均要发生变化，故气体未处于平衡态，故A错误；两个物体间传热时，温度在发生变化，两个物体组成的系统处于非平衡态，故B正确；0 ℃的冰水混合物放入1 ℃的环境中，周围环境会向冰水混合物传热，冰水混合物不是处于平衡态，故C错误；压缩密闭容器中的空气，要对空气做功，空气的体积和温度都要变化，处于非平衡态，故D错误。 探究点二　热平衡与温度　　　　　　　　　　　　　　　　 如图所示，用手握住体温计的玻璃泡，会观察到体温计的示数逐渐上升。当上升到36.5 ℃左右时，为什么不再上升了？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：因为此时体温计与人体的温度相同，即两个系统达到了热平衡。 　 1．热平衡 (1)定义：如果两个系统相互接触而传热，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。 2．温度 (1)定义：两个系统处于热平衡时，表征它们“共同的热学性质”的物理量叫作温度。 (2)热平衡的性质：达到热平衡的系统具有相同的温度。如图为两个系统的热平衡过程。 【基点辨析】 判断下列说法的正误 (1)两个系统处于热平衡时，它们具有相同的压强。(×) (2)两个系统处于热平衡时，它们具有相同的内能。(×) (3)温度是决定两个系统是否达到热平衡状态的唯一物理量。(√) (4)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。(√) 平衡态与热平衡的区别和联系 比较项目 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 【典例2】 (多选)有甲、乙、丙三个温度不同的物体，将甲和乙充分接触一段时间后分开，再将乙和丙充分接触一段时间后分开(发生了热交换)。假设只有在它们相互接触时有传热，不接触时与外界没有传热，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 解析：选AD。乙和丙分开后，甲、乙、丙三个物体与外界没有传热，所以甲、乙、丙三个物体都达到了平衡态，故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，故C错误，D正确。 【针对训练1】 (多选)关于热平衡，下列说法正确的是(　　 ) A．两个处于热平衡状态的系统，温度可以有微小的差别 B．热平衡时，两系统的温度相同，压强、体积也一定相同 C．量体温时温度计需和身体接触达到5 min是为了让温度计跟身体达到热平衡 D．冷热程度相同的两个系统一定处于热平衡状态 解析：选CD。两个系统达到热平衡的标志是它们温度相同，或者说它们的冷热程度相同，但压强、体积不一定相同，故A、B错误，D正确；量体温时温度计需和身体接触达5 min是为了使温度计的温度和身体的温度相同，达到热平衡，C正确。 探究点三　温度计与温标　　　　　　　　　　　　　　　　 生活中我们常用的温度是“摄氏温度”，而现代科学中用得更多的是“热力学温度”。 (1)如果用温度计测量的室温为28 ℃，则用热力学温度表示应该是多少？ (2)标准大气压下冰的熔点为0 ℃，其对应的热力学温度是多少？ 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：(1)301.15 K　(2)273.15 K 1．确定温标的方法 (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。 2．热力学温度T和摄氏温度t (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。它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，符号为K。 (3)摄氏温度与热力学温度的关系为：T＝t＋273.15 K。 【基点辨析】 1．判断下列说法的正误 (1)摄氏温度的0 ℃就是热力学温度的0 K。(×) (2)温度为27 ℃可用热力学温度粗略地表示为300 K。(√) (3)温度升高了10 ℃也可以说温度升高了10 K。(√) (4)热力学温度是国际单位制中七个基本物理量之一。(√) 2．已知某物理量X与热力学温度T成正比，请把这个关系式用等式表示出来。现在用摄氏温度t来表示温度，这个关系式又该怎么写？分别画出X ­T图像和X ­t图像的草图。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：X与热力学温度T成正比，故X＝kT，又因为T＝t＋273.15 K，故X＝k(t＋273.15) K，图像如图所示。 对“T＝t＋273.15 K”的理解 热力学温度T与摄氏温度t之间为一次函数的关系。 (1)就某个温度点来说，温度为“t ℃”与温度为“t＋273.15 K”是等价的，即对应的冷热程度相同； (2)就某段温度差来说，温度变化ΔT＝Δt，即温度升高或降低1 ℃与温度升高或降低1 K是等价的。 【典例3】 (易错题)关于温度与温标，下列说法正确的是(　　 ) A．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 ℃ 解析：选D。温标是按照一定的标准划分的温度标志，是一种人为的规定，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，故A错误；摄氏温度可取负值，而热力学温度的极限值是0 K(绝对零度)，不能取负值，故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，故C错误，D正确。 [名师提醒] 错因剖析 对照反思 (1)混淆温标和温度的概念； (2)没有掌握两个温度的关系； (3)混淆温度点与温度的变化 【针对训练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 ℃ 解析：选C。该温度计是利用气体热胀冷缩原理制成的，温度升高时，烧瓶内气体膨胀，有色水柱上升；温度降低时，烧瓶内气体收缩，有色水柱下降，已知A、D间的测量范围为20～80 ℃，可得A点为80 ℃，D点为20 ℃，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 ℃，故C正确，D错误。 　　　华氏温标和华氏温度 1714年，荷兰人华伦海特制定了华氏温标，他把一定浓度的盐水凝固时的温度定为0 ℉，把纯水凝固时的温度定为32 ℉，把标准大气压下水沸腾的温度定为212 ℉，中间分为180等份，每一等份代表1度，这就是华氏温标，用华氏温标表示的温度叫作华氏温度，用符号℉表示。 学科网（北京）股份有限公司 $$