第2章 1.温度和温标-【金版教程】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册创新导学案word（人教版2019）

学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 第二章 气体、固体和液体 1. 温度和温标 心养位 1. 知道热力学系统的状态参量与平衡态。2.明确热平衡的概念,理解热平衡定律及热平衡与 温度的关系。3.了解温度计的原理,知道什么是温标,知道热力学温度与摄氏温度的换算关 系。 课前自主学习 一 状态参量与平衡态 1. 系统与外界:研究某一容器中气体的热学性质,其研究对象是容器中的大量分子组成的系 统,这在热学中叫作一个wpl(01)热力学系统,简称wupl(02)系统。系统之外与系统发生相 互作用的其他物体统称stp1(03)外界。 2. 状态参量:在热学中,为确定系统的sapl(04)状态,需要用到一些物理量,这些物理量 叫作系统的状态参量。 (1)为了确定系统的空间范围,要用到sup1(05)体积V,这是一个wpl(06)几何参量; (2)为了确定外界与系统之间或系统内部各部分之间力的作用,要用到supl(07)压强p,这是 一个sap/(08)力学参量 (3)要确定系统的冷热程度,要用到一个spI(09)热学参量。-spl(10)温度T 3. 平衡态:在spl(71)没有外界影响的情况下,只要经过足够长的时间,系统内各部分的 状态参量就能够达到supl(12)稳定状态。这种状态叫作平衡态,否则就是spl(13)非平衡态。 二 热平衡与温度 1. 热平衡:如果两个系统相互接触而syl(01D传热,这两个系统的状态参量将会互相影响 而分别改变。经过一段时间,各自的状态参量wpl(02)就不再变化了,这说明两个系统达到 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spl(03)热平衡,那么这两个系统彼 1 :学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 D7xxK.Cof 您身边的互联网+教辅专家 此之间也必定处于热平衡。 3. 温度:当两个系统处于热平衡时,它们必定具有某个spl(04)共同的热学性质,我们就 把表征这一“supl(05)共同的热学性质”的物理量叫作温度。supl(06)温度是决定一个系统与 另一个系统是否达到热平衡的物理量。达到热平衡的系统具有相同的spI(07)温度 三 温度计与温标 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supl(01)温标。确定 一个温标时首先要选择一种测温物质,根据这种物质的某个特性来制造温度计。确定了测温 物质和它用以测温的某种性质之后,还要确定温度的supl(02)零点和supl(03)分度的方法。 2. 热力学温度:wupl(04)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7表示,单位是开尔文,简称开,符号为K。 3. 摄氏温标与热力学温标的关系:摄氏温标由热力学温标导出,摄氏温标所确定的温度用 表示,它与热力学温度T的关系是T-sapl(05)t+273.15 K。 课前检测 1. 判一判 (1)温度是决定一个系统与另一个系统是否达到热平衡的物理量。 ) (2)温度升高了1C就是升高了1K。( (3)物体的温度由本身决定,数值与所选温标无关。( _~ 提示:(1)V(2)V(3)x 2. 想一想 平衡态与热平衡有什么不同? 提示:平衡态是对一个热力学系统来说的,是一个系统内各部分的状态参量不再变化时的状 态,而热平衡是对两个相互接触的热力学系统来说的 课堂探究评价 探究1 状态参量与平衡态 仔细观察下列图片,认真参与“师生互动”。 2 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 p.. 7. P、7% 甲 乙 师生互动 活动1:在力学中,我们用位置和速度描述物体的运动状态。在热学中,为了确定如图甲氢 气球内氢气的状态,需要哪些物理量? 提示:为了确定氢气的空间范围,需要用到体积V;为了确定氢气与外界大气间力的作用 需要用到压强p:为了确定氢气的冷热程度,需要用到温度T 活动2:如图乙,隔热的容器内A、B两部分氢气被挡板飞分开,其压强、温度不同。打开 挡板K,足够长时间后会出现什么情况? 提示:打开挡板K,压强大的气体会向压强小的一方流动,温度高的气体会向温度低的一方 传热,足够长的时间后,容器内各部分气体的压强和温度就不再变化。 得出结论 1. 热力学系统的状态参量 (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,它可以确定外界与系统之间或系统内部各部分之间力的作用。 (3)温度T:系统的热学参量,它可以确定系统的冷热程度。 2. 对平衡态的理解 (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,表现为系统的宏观性质不随时间变化;而力学中的平衡态是指 物体的运动状态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 实践提开 例1 下列说法正确的是( 。 A. 状态参量是描述系统状态的物理量,系统处于非平衡态时各部分的状态参量不发生变化 3 :学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 D.7xxK.CoT 您身边的互联网+教辅专家 B. 当系统不受外界影响且经过足够长的时间时,其内部各部分状态参量将会相后 C. 只有处于平衡态的系统才有状态参量 D. 只要温度不变且处处相等,系统就一定处于平衡态 [实践探究](1)系统处于平衡态时,各状态参量都不再变化了吗?是静态平衡吗? 提示:是:不是,是动态平衡。 (2)系统的温度不变时,就达到平衡态了吗 提示:不是,需要各状态参量都不再变化。 [规范解答] 系统处于非平衡态时各部分的状态参量会发生变化,故A错误;当系统不受外 界影响且经过足够长的时间时,其内部各部分状态参量将会相同且不变,达到平衡态,故B 正确;状态参量是描述系统状态的物理量,无论系统处于何种状态都具有状态参量,故C错 误;处于平衡态的系统内各部分的状态参量都不再发生变化,包括压强、温度、体积,不能 只根据一个状态参量判断系统是否处于平衡态,故D错误。 [答案] B 阿规律点拨 平衡态是一个系统所处的状态,是对一个系统而言的,在平衡态下系统内所有的状态参量(温 度、压强、体积)都不再发生变化。 [变式训练1] 下列关于系统是否处于平衡态的说法正确的是 ~ A. 开空调2min内教室内的气体处于平衡态 B. 两个温度不同的物体相互接触,这两个物体组成的系统处于非平衡态 C. 0C的冰水混合物刚放入1C的环境中时,冰水混合物处于平衡态 D. 不断压缩密闭容器中的空气,空气处于平衡态 答案 B 解析 开空调2min内教室内的气体温度要变化,故不是处于平衡态,A错误;两物体温度 不同,接触后高温物体会向低温物体传热,使高温物体温度降低,低温物体温度升高,则这 两个物体组成的系统处于非平衡态,B正确;0C的冰水混合物刚放入1C的环境中时,周 围环境会向冰水混合物传热,冰水混合物的状态要发生改变,不是处于平衡态,C错误;不 断压缩密闭容器中的空气,空气的体积不断变化,空气不是处于平衡态,D错误 探究2 热平衡与温度 仔细观察下列图片,认真参与“师生互动”。 4 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 He 师生互动 活动1:如图,开始时导热板锁定,给隔热极好的容器的A、B部分分别充入压强和温度不 同的氛气和氧气,然后解除锁定,会发生什么?最终状态参量有什么特点? 提示:导热板会因两侧压强不同而移动,氢气和氧气之间会传热,最终氢气和氧气的压强 温度、体积不再变化。 活动2:当两部分气体达到力学平衡时,描述“力学性质”的压强相等。类似地,当两部分气 体不再传热时,称它们达到了热平衡,试猜想哪个状态参量可以描述热平衡时共同的热学性 质? 提示:温度。 活动3:实验表明,如果A系统和B系统分别与C系统达到热平衡,那么A和B这两个系 统彼此之间也处于热平衡。这说明了什么? 提示:说明只要温度相同,任何系统间都处于热平衡,即温度是决定一个系统与另一个系统 是否达到热平衡的物理量。 得出结论 1. 对热平衡的理解 (1)热平衡定律即热力学第零定律,决定系统是否达到热平衡的最主要参量是温度,也就是说 只要温度相同,那么这两个系统就达到了热平衡。理解热平衡定律一定要抓住温度这一状态 参量。 两个系统的热平衡过程 (2)平衡态不是热平衡:平衡态是对某一系统而言的,热平衡是对两个接触的系统而言的;分 别处于平衡态的两个系统在相互接触时,它们的状态可能会发生变化,直到温度相同时,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。 5 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 D.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 2. 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)一切达到热平衡的系统都具有相同的温度。 实践提开 例2 (多选)有甲、乙、丙三个温度不同的物体,将甲和乙接触足够长时间后分开,再将乙和 丙接触足够长时间后分开(发生了热交换),假设只有在它们相互接触时传热,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、内两物体达到了热平衡 [实践探究](1)热平衡和平衡态都是对一个系统说的吗? 提示:不是,热平衡是对两个系统说的,平衡态是对一个系统说的。 (2)热平衡的特征是什么? 提示:两个系统温度相同。 [规范解答]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;甲和乙接触足够长时间后分开,甲和乙达到了热平衡, 但乙和丙接触足够长时间后,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。 [答案] AD [变式训练2] 关于平衡态和热平衡,下列说法正确的是 _~ A. A、B两系统各自处于平衡态,则两者处于热平衡 B. 只要系统的温度不变且处处相等,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分子平均动能一定相后 答案 D 解析 平衡态是针对某一系统而言的,热平衡是两个(或多个)系统相互影响的最终结果,A、 6 :学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 D7xxK.Cof 您身边的互联网+教辅专家 B各自处于平衡态,但A、B接触可能需要一段时间才能达到热平衡,A错误;一个系统的 温度、压强、体积等状态参量都不变化,系统才处于平衡态,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,B错误;如果两个系统处于热平衡,则它们的温度一 定相同,分子平均动能一定相同,但是内能不一定相同,C错误,D正确。 探究3 温度计与温标 仔细观察下列图片,认真参与“师生互动”。 班 甲 乙 师 生互动 活动1:根据热平衡定律,如果温度计与物体A处于热平衡,也同时与物体B处于热平衡, 则A与B温度相同。如果用如图甲所示具有热胀冷缩的物质作为温度计测温物质,能比较某 物体C如灯焰)与A,B温度的高低吗 提示:将物体C与温度计接触,如果测温物质体积膨胀,说明温度计吸热,即C的温度高于 A、B,反之C的温度比A、B低。 活动2:为了定量比较温度的高低,参考长度的比较与刻度尺,温度计应标定什么? 提示:温度零点与分度。 活动3: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,现在常见的有提 氏温标和华氏温标,摄氏温标曾经是怎样定量地描述温度的 提示:摄氏温标曾经规定,标准大气压下冰的熔点为0C,水的沸点为100C;并据此把玻 璃管上0C刻度与100C刻度之间均匀分成100等份,每份算作1C。 活动4:如图乙是加利略根据气体压强与温度变化的规律制造的温度计,此外还有水银温度 计、电阻温度计,因为不同测温物质的性质随温度变化的规律不同,所以这些温度计测定同 一物质的温度时会有偏差,为了克服这个缺点,人们应该怎么做 提示:规定与测温物质无关的温标。 7 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 得出结论 1. 温度计测量原理 一切处于热平衡的系统都具有相同的温度,温度计与待测物体接触,达到热平衡时,其温度 与待测物体相同 2. 摄氏温标与热力学温标的比较 摄氏温标 热力学温标 摄尔修斯 提出者 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 -273.15C 温度名称 摄氏温度 热力学温度 温度符号 T 单位名称 摄氏度 开尔文 C 单位符号 K 关系 T-t十273.15K,粗略表示:T-t+273K 三特别提醒 (1)热力学温度的零度叫绝对零度,它是低温的极限,可以无限接近但不能到达。 (2)热力学温度是国际单位制中七个基本物理量之一,因此它的单位属于国际单位制中的基本 单位。 3. 拓展:常见温度计及其测温原理 名称 测温原理 水银温度计 根据水银热胀冷缩的性质来测量温度 电阻温度计 根据导体的电阻率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而产生电动势的大小不同来测量温度 压力表式温度计 根据气体压强随温度的变化来测量温度 实践提升 例3(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. 用线将温度计铨牢从洞中放入水里,待较长时间后从水中提出,读出温度计的示数 8 :学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 D7xxK.Cof 您身边的互联网+教辅专家 B. 取一空的塑料饮水瓶,将温度计悬吊在瓶中,再将瓶铨住从洞中放入水里,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4C,即热力学温度4K D. 若温度计显示的示数为提氏温度4C,即热力学温度277.15K [实践探究](1)温度计的测量原理是什么 提示:达到热平衡的系统具有相同的温度。 (2)摄氏温度与热力学温度的关系是什么? 提示:T-1+273.15K。 [规范解答] 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,读出温度计的 示数,用线将温度计铨牢从洞中放入水里,待较长时间后,温度计与冰下水达到热平衡,但 从水中提出后,温度计与大气发生热交换,与冰下水不再处于热平衡,则温度计此时的示数 不是冰下水的温度,A错误;同理可知,将瓶提出,温度计仍在饮水瓶中的冰下水中,且达 到了热平衡,则立即读出的温度计示数为冰下水温度,B正确;根据T一t十273.15K,摄氏 温度4C即热力学温度277.15K,C错误,D正确。 [答案] BD 规律点拨 热力学温度与提氏温度关系中需要注意的两点 (1)摄氏温度与热力学温度的关系式T-1+273.15K中T的单位用K,t的单位用C。 (②2)热力学温标和摄氏温标表示的温差相同,即AT一At。 [变式训练3] 世界上最大的强子对撞机位于法国和瑞士的边境,于2012年发现了希格斯玻 色子,这是半个世纪来粒子物理领域最重要的发现。加速器工作时,需要注入约1万吨液复 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 约为( ) A. 2K B. 271K C.4K D. 0.1K 答案A 解析 已知t=-271C,根据热力学温度与摄氏温度的关系T=t+273K得T=-271C+ 273K-2K,A正确 学科网书城 品牌书店·知名教辅·正版资源 b.zxxk.com 您身边的互联网+教辅专家 课后课时作业 A组}合格性水平训练 1.(状态参量)(多选)在热学中,要描述一定气体的宏观状态,需要确定下列哪些物理量( _ A. 每个气体分子的运动速率 B. 压强 C.体积 D. 温度 答案 BCD 解析 描述系统的宏观状态,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,A错误。气体的压强、体积、温度分别是从力学、几何、热学三个角度 对气体的性质进行的宏观描述,是确定气体宏观状态的三个状态参量,故B、C、D正确。 2.(平衡态)(多选)下列情景中的系统处于平衡态的是 A. 放在0C的房间里的密团导热容器中的冰水混合物 B. 静止在沸水中足够长时间的铜块 C. 刚刚放在教室中的一杯热水和一杯加较多冰块的可乐 D. 大气中正在上升的热气团 答案 AB 解析 系统处于平衡态时,其状态参量不随时间变化,密闭导热容器中的冰水混合物处在0C 环境中,铜块静止在沸水中足够长的时间,其状态参量均不再变化,即处于平衡态,A、B 正确;刚刚放在教室中的一杯热水和一杯加较多冰块的可乐,温度未达到稳定状态,则处于 非平衡态,C错误;大气中正在上升的热气团,温度逐渐降低,压强逐渐减小,所以处于非 平衡态,D错误。 3.(平衡态)(多选)热力学系统的平衡态是一种( ) A. 定态平衡 B. 动态平衡 C. 分子已经不动的状态 D. 分子仍做无规则运动的状态 答案 BD 10