第2章 1 温度和温标 （课件）-【步步高】2023-2024学年高二物理选择性必修第三册（人教版2019，苏京）

DIERZHANG 第二章 1　温度和温标 1.知道系统的状态参量及平衡态。 2.理解温度的概念，知道热平衡定律及其与温度的关系(重点)。 3.了解温度计的原理，知道热力学温度与摄氏温度的换算关系(重难点)。 学习目标 2 内容索引 一、状态参量与平衡态 二、热平衡与温度 课时对点练 三、温度计与温标 3 一 状态参量与平衡态 4 在力学中，引入了位移、速度等物理量来描述物体的机械运动状态，为了描述气体的宏观状态应该引入哪些物理量呢？ 答案　体积、压强和温度 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。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。 梳理与总结 大量分子 相互作用 系统状态 几何 力学 热学 3.平衡态：一个热力学系统，在 情况下，系统内各部分的状态参量达到的 。 没有外界影响的 稳定状态 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，而且不再随时间变化，这种状态是否为平衡态？ 思考与讨论 答案　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。 　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.处于平衡态的热力学系统，分子的热运动停止 例1 √ 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，选项A错误； 系统处于平衡态或非平衡态都存在状态参量，选项C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，选项B正确； 处于平衡态的热力学系统，分子仍在不停地做无规则热运动，D错误。 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。 总结提升 二 热平衡与温度 12 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：达到热平衡的系统都具有相同的 。 不再变化 热平衡 热学 温度 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？ 思考与讨论 答案　因为体温计与人体温度相同，即达到了热平衡。 2.当再把体温计立即放入40 ℃的水中时，你又看到什么现象？为什么？ 答案　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。 　关于热平衡，下列说法不正确的是 A.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 B.标准状况下冰水混合物与0 ℃的水未达到热平衡 C.量体温时体温计需要和身体接触几分钟是为了让体温计跟身体达到热 　平衡 D.冷热程度相同的两系统处于热平衡状态 例2 √ 两个系统达到热平衡的标志是它们的温度相同，或者说它们的冷热程度相同，A、C、D正确，B错误。 决定两个系统是否达到热平衡的最主要参量是温度。因为互为热平衡的物体具有相同的温度，所以在比较各物体的温度时，不需要将各物体直接接触，只需将温度计分别与各物体接触，即可比较温度的高低，这也是温度计测温原理。 总结提升 　(2022·镇江市高二期末)下列对热平衡的理解，正确的是 A.如果两个系统在某时刻处于热平衡状态，则这两个系统永远处于热平 　衡状态 B.如果两个系统彼此接触而不发生状态参量的变化，这两个系统又不受 　外界影响，那么这两个系统一定处于热平衡状态 C.甲、乙、丙物体温度不相等，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 例3 √ 处于热平衡状态的系统，如果受到外界的影响，状态参量会随之变化，温度也会变化，故A错误； 由热平衡的意义可知如果两个系统彼此接触而不发生状态参量的变化，这两个系统又不受外界影响，那么这两个系统一定处于热平衡状态，故B正确； 甲、乙、丙物体温度不相等，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、丙不一定是处于热平衡的，故C错误； 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。 平衡态与热平衡的区别和联系 总结提升   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 三 温度计与温标 21 1.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。 测温 零点 分度 2.热力学温度T与摄氏温度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 ℃和100 ℃之间均匀分成 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 。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＝ 。 冰的熔点 水的沸点 100 热力学温度 T 开尔文 K t＋273.15 K 1.如果气体的温度是1 ℃，也可以说气体的温度是多少K？如果气体的温度升高了1 ℃，也可以说气体的温度升高了多少K? 思考与讨论 答案　274.15 K　1 K 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。 答案　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： 　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 ℃ 例4 √ 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，摄氏温度升高3 ℃，在热力学温标中温度升高3 K，C错误，D正确。 　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 ℃ 例5 √ 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，故选项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 ℃，故选项C正确，D错误。 四 课时对点练 考点一　平衡态与热平衡 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、压强稳定，但体积仍可变化 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 基础对点练 √ 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正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 2.下列各系统处于非平衡态的是 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 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 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，其状态参量不再变化，即处于平衡态，故A、B错误； 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正确； 一瓶放在房间中很久的84消毒液，与环境温度相同，则处于平衡态，故D错误。 3.下列说法不正确的是 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 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 达到热平衡的系统都具有相同的状态参量，即温度，A错误，C正确； 由热平衡定律可知，若系统C与系统A处于热平衡，它同时也与系统B处于热平衡，则系统A与系统B的温度相同，这也是温度计用来测量温度的基本原理，B、D正确。 4.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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 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，故选C。 5.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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 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，处于热平衡的两个系统温度相同，B正确，D错误； 平衡态是针对某一系统而言的，热平衡是两个系统相互影响的最终结果，C错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 考点二　温度计与温标 6.(2022·淮安市高二月考)下列热力学温度，最接近于室温的是 A.101 K B.201 K C.299 K D.401 K 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 室温约为27 ℃＝(27＋273) K＝300 K，故选C。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 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 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 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，温度变化了t，D错误。 8.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，则下列说法正确的是 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 D.该温度计的测温物质是球形瓶中的空气 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 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，该温度计是利用球形瓶中空气热胀冷缩的原理制成的，故A、B、C错误，D正确。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 9.冬天，内蒙古的气温最低可达－42 ℃，为了测量那里的气温应选用(已知水银的熔点是－39.3 ℃，酒精的熔点是－114 ℃) A.水银温度计 B.酒精温度计 C.水温度计 D.上述温度计均可 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 √ 水银的熔点是－39.3 ℃，低于－39.3 ℃时水银会凝固，酒精的熔点是－114 ℃，水在0 ℃就结冰，故选B。 10.(2022·南通市高二期中)如图所示，一绝热汽缸由导热隔板分为左右两部分，隔板可沿汽缸内壁无摩擦滑动，汽缸两侧充有同种气体。缓慢推动绝热活塞压缩右侧气体，当左右两侧气体达到 新的热平衡时，以下说法正确的是 A.两侧气体的温度相等 B.右侧气体分子的平均速率大于左侧气体分子的平均速率 C.右侧气体压强大于左侧气体压强 D.汽缸内每个气体分子的动能均相等 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 能力综合练 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 由热平衡定律可知，当左右两侧气体达到新的热平衡时，两侧气体温度相等，故A正确； 温度是分子平均动能的标志，所以两侧气体分 子的平均动能相等，由于汽缸两侧充有同种气体，则两侧气体分子的平均速率相等，故B错误； 当左右两侧气体达到新的热平衡时，右侧气体压强等于左侧气体压强，故C错误； 两侧气体分子的平均动能相等，但不能说明汽缸内每个气体分子的动能均相等，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 11.(2023·南通市高二月考)图甲表示某电阻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R与热力学温度T是线性关系 B.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 √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 由题图甲得R＝R0＋kt，由于T＝t＋273.15 K 联立可得R＝(R0－273.15k)＋kT， 可知该电阻R与热力学温度T是线性 关系，故A正确； 由闭合电路欧姆定律得 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 由题图甲可知，温度越高，R阻值越大，由闭合电路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，故C错误； 由题图甲可知，tA点对应的电阻阻值较小，由闭合 电路欧姆定律知对应电路中的电流较大，则tA应标在电流较大的刻度上，故D错误。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 12.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 ℃ √ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 此温度计每一刻度表示的实际温度为 I＝，解得t＝－，可知温度与电流是非线性关系，故B错误； ℃＝ ℃， 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 ℃，故选C。 $$