第2章 1 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（人教版）

1　温度和温标 第二章　气体、固体和液体 [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.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)。 课时作业 巩固提升 要点1　状态参量与平衡态 要点2　热平衡与温度 要点3　温度计与温标 内容索引 要点1　状态参量与平衡态 一 4 梳理 必备知识 自主学习 1.热力学系统:研究某一容器中气体的热学性质,其研究对象是容器中的 　　　　　组成的系统,这在热学中叫作一个热力学系统,简称系统。  2.外界:系统之外与系统发生　　　　　的其他物体。  3.状态参量:在热学中,为确定系统的状态,需要用到的一些物理量,这些 　　　　叫作系统的状态参量。  4.平衡态:系统在没有外界影响的情况下,经过足够长的时间,系统内各部分的状态参量达到　　　　的状态。  大量分子 相互作用 物理量 稳定 [思考与讨论] 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? 提示: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。 三个 状态 参量 体积V 描述系统的几何性质,为了确定系统的空间范围 压强p 描述系统的力学性质,为了确定外界与系统之间或系统内部各部分之间的力的作用 温度T 描述系统的热学性质,确定系统的冷热程度 归纳 关键能力 合作探究 平衡 态的 三点 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,表现为系统的宏观性质不随时间变化,而力学中的平衡态是指物体处于静止或匀速直线运动的状态 (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。系统处于平衡态时,仍可能发生偏离平衡态的微小变化 (3)平衡态的特点:系统温度、压强、体积不发生变化。由于系统处于平衡态时,所有的性质都不随时间变化,就能比较容易地描述这些性质,所以中学阶段只描述平衡态的问题 [例1]　(多选)下列说法正确的是(　　) 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.两个物体发生热传递时,它们组成的系统处于非平衡态 BD [解析]　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,A错误;系统处于平衡态或非平衡态都有描述其状态的状态参量,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,B正确;两个物体发生热传递时,两个物体组成的系统内部仍存在温差,故系统处于非平衡态,D正确。 [针对训练]　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、压强保持不变,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,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项正确。 二 要点2　热平衡与温度 13 1.热平衡 (1)热平衡:两个相互接触的热力学系统的状态参量　　　　　。  (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)热平衡的性质:一切互为热平衡的系统都具有相同的　　　。  梳理 必备知识 自主学习 不再变化 热平衡 温度 2.温度 当两个系统A、B处于热平衡时,它们必定具有某个共同的　　　　　,我们把表征这一“共同的热学性质”的物理量叫作温度。  热学性质 [思考与讨论] (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? (2)当把它立即放入40 ℃的水中时,你又看到什么现象?为什么? 提示:(1)因为体温计与人体温度相同,即达到了热平衡。 (2)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。 1.理解热平衡的两个层面 (1)原来两个系统不是热平衡,接触后最终达到热平衡。 (2)原来两个系统处于热平衡,再接触,两个系统的状态不发生变化。 归纳 关键能力 合作探究 2.平衡态与热平衡的区别 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 3.热平衡与温度 (1)对温度的理解 ①宏观上,表示物体的冷热程度。 ②微观上,反映分子热运动的剧烈程度。 ③一切达到热平衡的物体都具有相同的温度。 (2)温度计的测温原理 若物体与A处于热平衡,它同时也与B处于热平衡,则A的温度等于B的温度,这就是温度计用来测量温度的基本原理。 [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 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。 [例3]　(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 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。 [针对训练]　2.有关热平衡的说法正确的是(　　) 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.热平衡定律只能研究三个系统的问题 C.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 D.两个处于热平衡状态的系统,温度可以有微小的差别 C 解析: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;热平衡定律对多个系统也适用,故B错误;由热平衡的意义知,C正确;温度是热平衡的标志,两个处于热平衡状态的系统,温度相同,故D错误。 3.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 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性质都不随时间变化,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系统温度相同,其他状态参量不一定相同,B正确,D错误;平衡态是针对某一系统而言的,热平衡是两个系统达到温度相同的状态,C错误。 三 要点3　温度计与温标 28 1.温标:如果要定量地描述温度,就必须有一套方法,这套方法就是温标。 (1)摄氏温标 一种常用的表示温度的方法,规定一个标准大气压下冰的熔点为　　　,水的沸点为　　　　。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,规定摄氏温度的-273.15 ℃为零值。 梳理 必备知识 自主学习 0 ℃ 100 ℃ (3)两种温度的换算 摄氏温度 摄氏温标表示的温度,用符号　　表示,单位是　　　　,符号为℃  热力学温度 热力学温标表示的温度,用符号　　表示,单位是　　　　,符号为K  换算关系 T=　　　　　  t 摄氏度 T 开尔文 t+273.15 K 2.温度计 (1)确定一个温标时首先要选择一种测温的物质,根据这种物质的某个特性来制造温度计。 (2)常见的温度计有水银温度计、金属电阻温度计等。 [思考与讨论] 用不同的温度计测量两物体温度时,得到两个记录结果,分别是282 K和28 ℃。 (1)282 K与28 ℃哪一个温度高? (2)若两物体一个温度升高1 K,另一个升高1 ℃,它们升高的温度是否相同? 提示:(1)28 ℃温度高。　(2)相同。 1.温标要素 (1)选择某种具有测温属性的测温物质。 (2)了解测温物质随温度变化的函数关系。 (3)确定温度零点和分度的方法。 归纳 关键能力 合作探究 2.摄氏温标和热力学温标的比较   摄氏温标 热力学温标 零点的规定 一个标准大气压下冰水混合物的温度 -273.15℃ 温度名称 摄氏温度 热力学温度 表示符号 t T 单位名称 摄氏度 开尔文 单位符号 ℃ K 关系 (1)T=t+273.15 K,粗略表示:T=t+273 K (2)变化1 ℃与变化1 K相等 3.常见温度计及其原理 名称 原理 水银温度计 根据水银热胀冷缩的性质来测量温度 金属电阻温度计 根据金属的电阻随温度的变化来测量温度 气体温度计 根据气体压强随温度的变化来测量温度 热电偶温度计 根据不同导体因温差产生电动势的大小不同来测量温度 [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 ℃ 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。 名师点评 1.热力学温度与摄氏温度的关系是T=t+273.15 K,因此对于同一温度来说,用不同的温标表示,数值不同,这是因为零值选取不同。 2.在热力学温标与摄氏温标中,热力学温度升高(或降低)1 K,则摄氏温度也升高(或降低)1 ℃。 3.绝对零度是低温的极限,只能接近,永远达不到,故热力学温度不能出现负值,但摄氏温度可以出现负值。 [例5]　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 ℃ 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,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开始上升的格数为=36,它的示数为36 ℃+20 ℃=56 ℃,所以C正确。 [针对训练]　4.(多选)下列关于热力学温标与摄氏温标的说法正确的是(　　) A.热力学温标与摄氏温标的每一分度的大小是相同的 B.热力学温标的0 K对应于-273.15 ℃ C.热力学温标与摄氏温标的单位不同,则两者不能换算 D.热力学温标是由摄氏温标导出的 AB 解析:由T=t+273.15 K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,故A正确;热力学温度与摄氏温度的关系是T=t+273.15 K,可知当T=0 K时t=-273.15 ℃,故B正确,C错误;摄氏温标由热力学温标导出,故D错误。 5.(多选)在实际应用中,常用到一种双金属温度计,它是利用铜片与铁片铆合在一起的双金属片的弯曲程度随温度变化的原理制成的,如图所示。已知左图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.由左图可知,铜的热膨胀系数大于铁的热膨胀系数 D.由右图可知,其双金属片的内层一定为铜,外层一定为铁 ABC 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的原理来工作的,A、B选项正确;在题图左图中,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选项正确;在题图右图中,温度计示数顺时针方向增大,说明当温度升高时温度计指针顺时针方向转动,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选项错误。 四 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.(多选)在热学中,要描述一定质量的气体的宏观状态,需要确定的物理量有(　 　) A.每个气体分子的运动速率 B.压强 C.体积 D.温度 BCD 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 解析:描述气体的宏观状态,其参量是宏观量,每个气体分子的运动速率是微观量,不是气体的宏观状态参量。气体的压强、体积、温度分别从力学、几何学、热学三个角度对气体的性质进行宏观描述,是确定气体宏观状态的三个状态参量,选项B、C、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.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 ABD 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 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,铜块放在沸水中加热足够长的时间,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。 3.(多选)下列说法正确的是(　 　) A.用温度计测量温度是根据热平衡的原理 B.温度相同的棉花和石头相接触,需要经过一段时间才能达到热平衡 C.若b、c与a分别达到热平衡,则b、c之间也达到了热平衡 D.两物体温度相同,可以说两物体达到热平衡 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 ACD 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 解析:当温度计的玻璃泡与被测物体紧密接触时,如果两者的温度有差异,它们之间就会发生热传递,高温物体将向低温物体传热,最终二者的温度相等,即达到热平衡,故A、D正确;两个物体的温度相同时,已经达到热平衡,不会发生热传递,故B错误;若b、c与a分别达到热平衡,三者温度一定相等,所以b、c之间也达到了热平衡,故C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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 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。 5.(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 ℃。下列说法正确的是(　　) A.两个系统不再是热平衡状态了 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 BC 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 解析:由于两个系统原来处于热平衡状态,故温度相同,升高相同的温度后,温度仍相同,仍是热平衡状态,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,C正确,D错误。 6.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来表示为(　　) A.2 K B.271 K C.4 K D.0.1 K 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 解析:已知t=-271 ℃,根据热力学温度与摄氏温度的关系T=t+273 K得T=(-271+273)K=2 K,故选A。 7.(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 ABC 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 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T=t+273.15 K可知,100 ℃相当于热力学温度373.15 K,水从0 ℃升高到100 ℃,即水从273.15 K升高到373.15 K,温度升高了100 K,B、C正确,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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 D 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 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热胀冷缩的性质制造的,故A、B、C错误,D正确。 9.冬天,我国北方某地的气温最低可达-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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 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。 [B组　综合强化练] 10.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,烧瓶内封闭有一定质量的气体。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及此时有色水柱下端对应温度分别为(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A.20 ℃、80 ℃、64 ℃ B.20 ℃、80 ℃、68 ℃ C.80 ℃、20 ℃、32 ℃ D.80 ℃、20 ℃、34 ℃ 答案:C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 解析:该温度计是利用气体的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,因A、D间的测量范围为20~80 ℃,可得A点对应80 ℃, D点对应20 ℃,A、D间刻度均匀分布,每小格表示=4 ℃,则有色水柱下端对应温度为20 ℃+3×4 ℃=32 ℃,A、B、D错误,C正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 11.小明自定义一种新温标,他将一个标准大气压下水的冰点与沸点之间的温度等分为200格,且将冰点的温度定为50 p。今小明测得一杯水的温度为150 p,则该温度用摄氏温度表示为(　　) A.30 ℃ B.40 ℃ C.50 ℃ D.60 ℃ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 解析:每格表示的摄氏温度为 ℃=0.5 ℃,水比冰点高出的温度为(150-50)×0.5 ℃=50 ℃,即小明测量的水的温度为50 ℃,选项C正确,A、B、D错误。 [C组　培优选做练] 12.已知某物理量X与热力学温度T成正比,它们的图像关系如图所示,试用图像表示该物理量X与摄氏温度t的关系。 答案:图见解析 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 解析:物理量X与热力学温度成正比,用K表示比例系数,有X=KT。由于T=t+273.15 K,则有X=K(t+273.15 ℃),因此X与t的关系图像如图所示。 $$