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同步课堂高效讲义配套课件（人教版2019）

正禾一本通 一轮总复习 多媒体课件 英语（人教版） 物理选择性必修三 多媒体课件 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 探究点二　热平衡与温度　　 √ √ 探究点三　温度计与温标　　 √ √ √ [课下巩固训练(五)]　　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 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。 几何 力学 热学 没有外界影响 稳定状态 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：在热学中，用来描述 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 参量，它可以确定系统的空间范围。 (2)压强p：系统的 参量，它可以描述系统的力学性质。 (3)温度T：系统的 参量，它可以确定系统的冷热程度。 3．平衡态：在 的情况下，系统内各部分的状态参量能够达到的 叫作平衡态。 大量分子 相互作用 系统状态 【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。 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 ，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 。 不再变化 热平衡 2．温度 (1)定义：两个系统处于热平衡时，表征它们“ 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 。如图为两个系统的热平衡过程。 共同 温度 【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。 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 冰的熔点 水的沸点 100 1．确定温标的方法 (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。 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 为0 ℃， 为100 ℃，在0 ℃刻度和100 ℃刻度之间均匀分成 等份，每份算作1 ℃。 测温 零点 分度 t＋273.15 K T (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 。它是国际单位制中七个基本物理量之一，用符号 表示，单位是 ，符号为 。 (3)摄氏温度与热力学温度的关系为：T＝ 。 热力学温度 开尔文 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。 【基础应用题】 1．如果一个系统达到了平衡态，那么这个系统各部分的(　　 ) 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、压强稳定，但体积仍可变化 解析：选A。如果一个系统达到了平衡态，则系统内各部分的状态参量如温度、压强和体积等都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“凝固”状态，故A正确。 2．(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 D．一瓶放在房间中很久的84消毒液 解析：选ABD。冰水混合物处在0 ℃环境中，铜块放在沸水中加热足够长的时间，冰水混合物和铜块的状态参量都不再变化，即处于平衡态，故A、B正确；刚刚放在教室中2分钟的一杯热水，它的温度与环境温度未达到相同，还要进行热传递，处于非平衡态，故C错误；一瓶放在房间中很久的84消毒液，它的温度与环境温度相同，其状态参量不再随时间发生变化，处于平衡态，故D正确。 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 解析：选C。温度不同的两块金属接触，达到热平衡后，温度相同，则分子平均动能相同，故C正确。 4．目前世界上最大的强子对撞机在法国和瑞士的边境建成，并投入使用。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摄氏度，则该温度用热力学温标来表示约为(　　 ) A．2 K B．271 K C．6 K D．0.1 K 解析：选A。已知t＝－271 ℃，根据热力学温度与摄氏温度的关系T＝t＋273 K可得T＝2 K，故A正确。 5．根据图判断，人们选择的温度计中的测量物质及其依据是(　　 ) A．水，水的密度小 B．水，水的密度出现异常现象 C．汞，汞的密度大 D．汞，汞的密度与温度呈规则的线性关系 解析：选D。由题图知，水的密度和温度关系的曲线是不规则曲线，如果选水为测温物质，则温度计刻度不均匀；汞的密度随温度的变化呈规则的线性关系，选汞为测温物质，温度计刻度均匀，故D正确。 【综合提升题】 6．(多选)下列说法正确的是(　　 ) 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 解析：选BCD。达到热平衡的系统都具有相同的温度，无法确定它们是否具有相同的热量，故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、B两系统也处于热平衡，且A的温度等于B的温度，这也是温度计用来测量温度的基本原理，故B、D正确。 7．关于热力学温度，下列说法中正确的是(　　 ) 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不可能取负值 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 解析：选C。由T＝t＋273.15 K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，但摄氏温度可取负值，B错误；由T＝t＋273.15 K可知ΔT＝Δt，即热力学温标温度的变化总等于摄氏温标温度的变化，温度变化1 ℃，也就是温度变化1 K，C正确；初态热力学温度为273.15 K＋t，末态为273.15 K＋2t，故温度升高了t，D错误。 8．浙江金华6月某天的最高温度为36 ℃，最低温度为27 ℃，用热力学温标来表示金华这一天的最高温度和最大温差分别为(取0 ℃＝273 K)(　　 ) A．36 K；9 K B．309 K；9 K C．36 K；300 K D．309 K；282 K 解析：选B。最高温度和最低温度分别为T1＝273 K＋t1＝(273＋36) K＝309 K，T2＝273 K＋t2＝(273＋27) K＝300 K，最大温差为ΔT＝T1－T2＝309 K－300 K＝9 K，故B正确。 9．实验室有一支读数不准确但刻度均匀的温度计，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 ℃时对应的温度计的示数，其中正确的是(　　 ) A．41 ℃，60 ℃ B．21 ℃，40 ℃ C．35 ℃，56 ℃ D．35 ℃，36 ℃ 解析：选C。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 ℃，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。 10．图甲为某金属丝的电阻R随摄氏温度t变化的情况。把这段金属丝与电池、电流表串联起来(如图乙所示)，用这段金属丝作测温探头，把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度，于是就得到一个最简单的电阻温度计，假设电池的电动势和内阻都是不变的。 (1)电流大时对应的温度高还是低？ (2)t1与t2哪个点对应的电流更大些？ 解析：(1)由闭合电路欧姆定律可得I＝，若R较小，则对应的I较大，故电流大对应的温度低。 (2)t1对应的电阻小，则电流大，故t1点对应的电流更大些。 答案：(1)低　(2)t1 【创新拔高题】 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 [创新空间]伽利略的温度计 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。使用时，先用手把玻璃泡捂热，然后把玻璃管竖直插入水中，管中便会形成一段水柱。当外界的温度上升或下降时，玻璃泡中气体的压强就会增加或减小，管中的水柱也会相应下降或上升。在玻璃管上标识上刻度，便可以指示温度了。 解析：选ABC。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，双金属片弯曲程度增大，即进一步向上弯曲，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。 $$