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

1　温度和温标 [学习目标]　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)。 一、状态参量与平衡态 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。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：一个热力学系统，在没有外界影响的情况下，系统内各部分的状态参量达到的稳定状态。 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？ 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。 例1　(多选)(2022·诸暨中学月考)下列系统处于平衡态的是(　　) A．将一金属块放在沸水中加热足够长的时间 B．冰水混合物处在0 ℃环境中 C．气体突然被压缩 D．教室内的气体在开空调2 min内 答案　AB 解析　系统处于平衡态时，其状态参量不变，金属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，其温度、压强、体积都不再变化，均处于平衡态，A、B正确； 突然被压缩的气体温度升高，压强变大，故其不处于平衡态，C错误； 在开空调2 min内，教室内的气体温度、压强均要变化，故其不处于平衡态，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。 二、热平衡与温度 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。 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？ 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。 例2　(多选)关于热平衡，下列说法正确的是(　　) 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 答案　ACD 解析　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。因为达到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。 例3　(多选)(2023·浙江高二阶段练习)关于温度，下列说法正确的是(　　) A．温度是物体内能的标志 B．温度是物体内分子平均速率的标志 C．温度是物体内分子平均动能的标志 D．温度是描述物体冷热程度的物理量 答案　CD 解析　物体内能大小与温度、材料、质量和体积等有关，A错误；温度是描述物体冷热程度的物理量，是物体内分子平均动能的标志，温度高的物体分子平均动能大，平均速率还与物体分子的质量有关，故B错误，C、D正确。 三、温度计与温标 1．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。 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。规定标准大气压下冰的熔点为0 ℃，水的沸点为100 ℃，在0 ℃和100 ℃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。 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? 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。 　 例4　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，温度升高3 ℃，在热力学温标中温度升高3 K，C错误，D正确。 例5　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 ℃ 答案　C 解析　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。 课时对点练 考点一　平衡态与热平衡 1．(2022·柯桥中学月考)关于平衡态和热平衡，下列说法正确的是(　　) A．热平衡就是平衡态 B．只要系统的温度不变化，系统就处于平衡态 C．处于热平衡的两个系统内能一定相同 D．处于热平衡的两个系统温度一定相同 答案　D 解析　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，故A错误； 一个系统的温度、压强、体积都不变化，系统才处于平衡态，故B错误； 如果两个系统处于热平衡，则它们的温度一定相同，但是内能不一定相同，故C错误，D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．之前处于常温状态下的铜块，刚放在沸水中 C．刚刚放在教室中2 min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　AD 解析　系统处于平衡态时，其状态参量不变，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正确；之前处于常温状态下的铜块刚放在沸水中时，温度与沸水未达到相同，处于未平衡态，故B错误；刚刚放在教室中2 min的一杯热水和一杯加较多冰块的可乐，未处于平衡态，故C错误；一瓶放在房间中很久的84消毒液，处于平衡态，故D正确。 3．(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 答案　BCD 解析　达到热平衡的系统都具有相同的状态参量温度，无法确定是否具有相同的热量，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。 4．甲、乙两个原来处于热平衡状态的系统分开后，由于外界的影响，其中甲系统的温度升高了5 K，乙系统的温度升高了5 ℃，则下列说法正确的是(　　) A．两个系统不再处于热平衡了 B．两个系统仍处于热平衡 C．甲系统状态发生变化，乙系统没有发生变化 D．两个系统的状态没有变化 答案　B 解析　由于热力学温度和摄氏温度每一度表示的冷热差别是相同的，所以两系统温度均升高了5 ℃，温度仍然相等，因此两个系统的状态虽然均已变化，但是仍处于热平衡，B正确。 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 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。 考点二　温度计与温标 6．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 答案　C 解析　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。 7．(2022·金华市高二期末)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(　　) A．36 K；9 K B．309 K；9 K C．36 K；300 K D．309 K；282 K 答案　B 解析　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，故选B。 8.(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封闭的空气 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。 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 答案　B 解析　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．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，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，读出示数 B．取一塑料饮水瓶，将瓶拴住从洞中放入水里，水灌满瓶后取出，再用温度计测瓶中水的温度 C．取一塑料饮水瓶，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，立即从瓶外观察温度计的示数 D．手拿温度计，从洞中将温度计插入水中，待较长时间后取出，读出示数 答案　C 解析　用线将温度计拴牢从洞中放入水中，待较长时间后从水中提出，读出示数，不符合温度计的使用方法，故A错误；水灌满瓶后取出，温度会升高，此时测的不再是湖水的温度，故B错误；取一塑料饮水瓶，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，然后将瓶取出，立即从瓶外观察温度计示数，这样能保证瓶取出后，温度计的示数不会降低，故C正确；手拿温度计，从洞中将温度计插入水中，取出温度计读出示数，不符合温度计的使用方法，故D错误。 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．该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，该双金属片的内层一定为铜，外层一定为铁 答案　ABC 解析　该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，故可以推知该双金属片的内层一定是铁，外层一定是铜，D错误。 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 ℃ 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 ℃；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。 学科网（北京）股份有限公司 $$