第2章 3 温度和温标-【优化探究】2025-2026学年新教材高中物理选择性必修第三册同步导学案配套PPT课件（教科版）

3　温度和温标 第二章　固体、液体和气体 [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.知道什么是温标,知道热力学温度与摄氏温度的换算关系。 课时作业 巩固提升 要点1　热平衡定律和温度 要点2　温标 内容索引 要点1　热平衡定律和温度 一 4 梳理 必备知识 自主学习 1.温度:是处于热平衡系统的微观粒子　　　　强弱的量度,是系统自身分子　　　　性质的宏观表现。  2.系统:由大量　　　　组成,并与周围环境发生相互作用的　　　　客体,称为热力学系统,简称系统,系统的周围环境简称　　　　。  3.热平衡:两个　　　　的系统的状态不再变化时,这两个系统对热传递来说已经达到平衡,叫作热平衡。此时两个系统的　　　　相同。  4.热平衡定律:如果两个系统分别与第三个系统处于热平衡,则这两个系统彼此也必定处于　　　　,这个规律称为热平衡定律。  热运动 热运动 分子 宏观 外界 热接触 温度 热平衡 [思考与讨论] 刀剑淬火是制作刀剑的重要过程,如图所示,是刀剑刚入水淬火的瞬间。 (1)在这一瞬间,刀剑和水组成的系统是否达到热平衡状态?经过足够长时间后,是否达到热平衡状态? (2)“平衡态”就是“热平衡”吗? 提示:(1)淬火瞬间由于一部分刀剑在水的外部,一部分处于水的内部,存在热量传递,温度不相同,没有达到热平衡状态。当经过足够长时间后,它们的温度相等,达到了热平衡状态。达到热平衡状态的标志是温度相等。 (2)不是。“平衡态”指的是一个系统的状态,“热平衡”指的是两个系统之间的关系,二者的本质不同。 1.平衡态与热平衡的区别和联系 归纳 关键能力 合作探究   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 2.热平衡定律的意义 决定两个系统是否达到了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。 [典例1]　(多选)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温度一定相等 BD [解析]　描述系统的状态参量不止一个,仅仅根据温度不变且处处相等,不能得出系统一定处于平衡态的结论,A错误;根据热平衡的定义可知,B、D正确;平衡态是针对某一系统而言的,热平衡是两个接触的系统相互影响的最终结果,C错误。 [典例2]　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、压强达到稳定状态,但体积仍可变化 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(温度、压强、体积)不再随时间发生变化,温度达到稳定值,但分子仍然是运动的,不可能达到所谓的“凝固”状态,故选项A正确。 [针对训练] 1.(多选)有甲、乙、丙三个温度不同的物体,将甲和乙接触一段时间后分开,再将乙和丙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 AD 解析: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,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,C错误,D正确。 二 要点2　温标 16 1.温标 (1)定义:温度数值的　　　 　称为温标。  (2)温标的种类 ①摄氏温标 选择水银为测温物质,以冰的正常熔点为　　　　,水的正常沸点为 　　　　,二者之间等分为　　　　小格,这种温度数值的表示方法叫作摄氏温标。在摄氏温标中,温度的单位是℃,读作“摄氏度”。  梳理 必备知识 自主学习 标定方法 0 ℃ 100 ℃ 100 ②热力学温标 1848年,英国物理学家开尔文从理论上建立了一种不依赖于任何 　 　　　及测温属性的温标,称为热力学温标或绝对温标。热力学温度的单位是　　　　,简称　　　　,符号是　　　　。  2.摄氏温度与热力学温度之间的关系 如果以t表示摄氏温度的数值,T表示绝对温度的数值,则有 　 　　　　　　　。  测温物质 开尔文 开 K t/℃=T/K-273.15 [思考与讨论] 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。 1.对温度的理解 (1)宏观上,表示物体的冷热程度;微观上,反映分子热运动的剧烈程度。 (2)一切达到热平衡的物体都具有相同的温度。 2.温度计测量原理 一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。使温度计与待测物体接触,达到热平衡,其温度与待测物体的温度相同。 归纳 关键能力 合作探究 3.比较摄氏温标和热力学温标 项目 摄氏温标 热力学温标 提出者 摄尔修斯 英国物理学家开尔文 零度的规定 一个标准大气压下冰水混合物的温度 -273.15 ℃,绝对零度 温度名称 及符号 摄氏温度(t) 热力学温度(T) 单位名称 及符号 摄氏度(℃) 开尔文(K) 数值关系 t/℃=T/K-273.15 [典例3]　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 ℃ 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;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。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。 [针对训练] 2.(多选)下列关于热力学温度的说法正确的是(　　) A.-136 ℃比136 K温度高 B.0 ℃对应的热力学温度是273.15 K C.1 ℃就是1 K D.升高1 ℃就是升高274.15 K AB 解析:热力学温度和摄氏温度是表示温度的不同方法,它们最大的区别就是规定的零点不同,但每一度的大小是一样的。根据摄氏温度与热力学温度的关系可知-136 ℃对应的热力学温度为137.15 K,0 ℃对应的热力学温度为273.15 K,1 ℃对应的热力学温度为274.15 K,A、B正确,C错误;由ΔT=Δt可知,D错误。 3.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 ℃ 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。 三 课时作业 巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 [A组　基础巩固练] 1.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,这时该温度用热力学温标可表示为(　　) A.2 K　　　　　　　　　　 B.271 K C.4 K D.0.1 K 13 A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 解析:已知t=-271 ℃,根据摄氏温度与热力学温度的关系得 T=(-271+273)K=2 K,故选A。 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十分钟左右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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 ACD 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 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。 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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 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,故选C。 4.(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 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 ABD 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 解析: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,温度与环境温度未达到相同,则未处于平衡态,故C错误;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正确。 5.下列关于温度的说法中正确的是(　　) A.热力学温度的0 K相当于摄氏温度的273.15 ℃ B.热力学温度每升高1 K和摄氏温度每升高1 ℃对应的温度变化是相同的 C.绝对零度是低温的极限,随着技术的进步是可能达到的 D.在国际单位制中,温度的单位是 ℃ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 解析:根据T=273.15 K+t,热力学温度的0 K相当于摄氏温度的-273.15 ℃, A错误;根据T=273.15 K+t,热力学温度每升高1 K和摄氏温度每升高1 ℃对应的温度变化是相同的,B正确;绝对零度是低温的极限,表示分子热运动停止,不可能达到,C错误;在国际单位制中,温度的单位是K,D错误。 6.(多选)下列关于温度的说法正确的是(　　 ) A.水银温度计是根据水银热胀冷缩的性质制造的 B.水的沸点为100 ℃,用热力学温度表示即为373.15 K C.水从0 ℃升高到100 ℃,用热力学温度表示即为从273.15 K升高到373.15 K D.水从0 ℃升高到100 ℃,用热力学温度表示就是升高了373.15 K 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 ABC 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 解析:水银温度计是根据水银热胀冷缩的性质制造的,A正确;根据摄氏温度与热力学温度的关系可知,100 ℃相当于热力学温度373.15 K,水从0 ℃升高到100 ℃,温度升高了100 K,B、C正确,D错误。 7.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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 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)两个原来处于热平衡状态的系统,分开后,由于受外界的影响,其中一个系统的温度升高了5 K,另一个系统的温度升高了5 ℃,则下列说法正确的是(　　) A.两个系统不再是热平衡状态 B.两个系统此时仍是热平衡状态 C.两个系统的状态都发生了变化 D.两个系统的状态都没有发生变化 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 BC 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 解析:由于两个系统原来处于热平衡状态,温度相同,当分别升高5 ℃和5 K后,温度仍相同,两个系统仍为热平衡状态,故A错误,B正确;由于温度发生了变化,系统的状态也发生了变化,故C正确,D错误。 [B组　综合强化练] 9.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1标准大气压下沸水的温度时,其读数为80 ℃。下列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 ℃ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 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,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,它的示数为36 ℃+20 ℃=56 ℃,所以C正确。 10.(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,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277.15 K 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 BD 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 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; T=(t+273.15)K=277.15 K,故选项C错误,D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(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 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。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 12.(多选)如图所示,玻璃瓶A、B中装有质量相等、温度分别为60 ℃的热水和0 ℃的冷水,下列说法正确的是( 　　) A.因质量相等,故A瓶中水的内能比B瓶中水的内能大 B.A瓶中水分子间的平均距离比B瓶中水分子间的平均 距离小 C.若把A、B两只玻璃瓶靠在一起,则A、B瓶内水的内能都将发生改变,这种改变内能的方式叫热传递 D.若把A、B两只玻璃瓶靠在一起,它们的状态都会发生变化,直到二者温度相同时,两系统便达到了热平衡,达到热平衡的两个系统都处于平衡态 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 ACD 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 解析:温度是分子的平均动能的标志,因质量相等,故A瓶中水的分子平均动能大,A的内能比B瓶中水的内能大,故A正确;质量相等的60 ℃的热水和0 ℃的冷水相比,60 ℃的热水体积比较大,所以A瓶中水分子间的平均距离比B瓶中水分子间的平均距离大,故B错误;若把A、B两只玻璃瓶靠在一起,热量会自发从高温向低温传递,则A、B瓶内水的内能都将发生改变,这种改变内能的方式叫热传递,故C正确;若把A、B两只玻璃瓶靠在一起,热量会自发从高温向低温传递,它们的状态都会 发生变化,直到二者温度相同时,两系统便达到了热平衡, 达到热平衡的两个系统都处于平衡态,故D正确。 [C组　培优选做练] 13.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(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 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 答案:A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 解析:由图甲R-t图像可得R=R0+kt,根据热力学温度与摄氏温度的关系有T=t+273.15,联立可得R=(R0-273.15k)+kT,故可知该电阻R与热力学温度T是线性关系,故A正确;根据闭合电路欧姆定律得I=,进而可得R=-RA-r=-(RA+r),结合A项求得的R-t关系式,可得R0+kt=-(RA+r),解得t=-,故可知温度与电流是非线性关系,故B错误;由图甲R-t图像可知,温度t越高,电阻R的阻值越大,由闭合电路欧姆定律可知,回路中的电流越小,根据P=IE可知,电源的总功率越小,故C错误;由甲图可知,tA点对应的 电阻阻值较小,由闭合电路欧姆定律 可知,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。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 13 $$