2.3 温度和温标（Word教参）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（教科版2019）

第3节　温度和温标 物理观念 科学思维 科学态度与责任 　　状态参量、热平衡、热平衡定律、温度、温标、摄氏温标、热力学温度。 　　通过与温度有关的物理现象重新认识温度；通过生活中的物理现象来认识平衡态与非平衡态。 　　通过对温度计原理的学习来认识生活中形形色色的温度计。 [对应学生用书P32] 一、热平衡定律和温度 1．温度：是处于热平衡系统的微观粒子热运动强弱的量度，是系统自身分子热运动性质的宏观表现。 2．系统：由大量分子组成并与周围环境发生相互作用的宏观客体，称为热力学系统，简称系统，系统的周围环境简称外界。 3．热平衡：两个热接触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。此时两个系统的温度相同。 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热平衡，这个规律称为热平衡定律。 二、温标 1．定义：温度数值的标定方法。 2．分类 (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，热力学温标也叫绝对温标。热力学温标表示的温度叫热力学温度。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/K－273.15。 请判断下列说法的正误(对的画“√”，错的画“×”)。 (1)热平衡是指系统静止或匀速直线运动且系统内部分子停止运动的状态。(　　×　　) (2)两个系统处于热平衡时，它们一定具有相同的热量。(　　×　　) (3)温度计测温原理就是热平衡定律。(　　√　　) (4)0 ℃的温度可以用热力学温度粗略地表示为273 K。(　　√　　) (5)热力学温标的零度是－273.15 ℃，也叫绝对零度。(　　√　　) 备课札记 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 [对应学生用书P33] 探究点一___平衡态与热平衡的比较 一根长铁丝，一端插入100 ℃的沸水中，另一端放入0 ℃的恒温源中。 [问题设计] 经过足够长的时间，温度随铁丝有一定的分布，而且不随时间变化，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。 1．平衡态 (1)特点：对于一个封闭的系统，在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(温度、压强和体积)能够达到稳定，都不再随时间变化的状态。 (2)注意： ①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。 ②类似于化学平衡，热力学系统达到的平衡态也是一种动态平衡。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。 ③平衡态指的是一个系统的状态参量不再变化。 2．热力学系统间的相互作用 3．热平衡 (1)甲乙两个系统相互接触而传热，这两个系统的状态参量将会互相影响而分别改变。经过一段时间各自状态参量就不再变化了，这说明两个系统达到了平衡，这种平衡叫作热平衡。 (3)两个系统达到热平衡的实质：接触时两系统不再进行热传递。 4．平衡态与热平衡的比较 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 两个系统温度相同 联系 处于热平衡的两个系统都处于平衡态 【例1】 (多选)下列各系统处于平衡态的是(　　) A．放在0 ℃的房间里的密闭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．放在恒温房间中很久的密闭导热容器中的84消毒液 ABD　解析：系统处于平衡态时，其状态参量不变，密闭导热容器中的冰水混合物处在0 ℃环境中，铜块静止在沸水中足够长的时间，其状态参量不再变化，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；放在恒温房间中很久的密闭导热容器中的84消毒液，其温度、体积等状态参量不再变化，处于平衡态，D正确。 处理平衡态问题的三个要点 (1)平衡态与热平衡不同，平衡态指的是一个系统内部达到的一种动态平衡，热平衡指的是两个系统之间没有热量传递。 (2)必须要经过较长一段时间，直到系统内所有状态参量都不随时间变化，这才是平衡态。 (3)系统处于平衡态，它与外界没有能量交换。 [练1] 下列有关热平衡的说法，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两个系统的问题 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：处于热平衡状态的两个系统，如果受到外界的影响，状态参量会随之变化，热平衡状态可能被破坏，A错误；热平衡定律可以研究三个系统，对三个以上的系统也适用，B错误；如果两个系统彼此接触而状态参量不再变化，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正确；两个系统处于热平衡时，它们的温度一定相同，温度相同是达到热平衡的标志，D错误。 探究点二___温度与温标 [问题设计] 为什么温度计能测量不同物体的温度？ 提示：如果温度计和A处于热平衡，同时和B处于热平衡，那么根据热平衡定律，A和B的温度相等，这就是温度计能够测量温度的基本原理。 1．“温度”含义的两种说法 宏观 角度 温度表示物体的冷热程度，这样的定义带有主观性，因为冷热是由人体的感觉器官比较得到的，往往是不准确的 热平衡 角度 温度的严格定义是建立在热平衡定律基础上的。热平衡定律指出，两个系统相互处于热平衡时，存在一个数值相等的物理量，这个物理量就是温度，这样的定义更具有科学性 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。 3．温标 (1)常见的温标有摄氏温标、华氏温标、热力学温标。 (2)比较摄氏温标和热力学温标。 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 摄氏温度 热力学温度 温度符号 t T 单位名称 摄氏度 开尔文 单位符号 ℃ K 关系 T＝t＋273.15 K 粗略表示：T＝t＋273 K 【例2】 (多选)下列关于摄氏温度与热力学温度的说法中，正确的是(　　) A．气体温度升高1 ℃，也就是温度升高1 K；温度下降5 K，也就是温度降低5 ℃ B．摄氏温度与热力学温度在一度上是相等的，只是定义的零度起点不同 C．摄氏温度有时为负值；温度很低时，热力学温度也可能为负值 D．温度由t升高到2t，对应的热力学温度由T升高到2T AB　解析：T＝t＋273.15 K，因而热力学温度与摄氏温度的每一度是相等的，只是零度起点不同，A、B正确；而0 K是低温的极限，只能无限接近，不可能达到，更不要说负值了，C错误；由T与t的关系式T＝t＋273.15 K可知，温度由t升高到2t，对应的热力学温度由T升高到T′＝2t＋273.15 K＝T＋t，D错误。 (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。 [练2] (多选)关于热力学温度和摄氏温度，以下说法正确的是(　　) A．热力学温度的单位K是国际单位制中的基本单位 B．温度升高1 ℃就是升高了1 K C．1 ℃就是1 K D．0 ℃的温度可用热力学温度粗略地表示为273 K ABD　解析：热力学温度的单位K是国际单位制中七个基本单位之一，A正确；由T＝t＋273.15 K得ΔT＝Δt，则知温度升高了1 ℃就是升高了1 K，B正确；热力学温度和摄氏温度的关系是T＝t＋273.15 K，可知1 ℃与1 K表示的温度不同，C错误；根据T＝t＋273.15 K知，当t＝0 ℃ 时T≈273 K，D正确。 [对应学生用书P35] 1．(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 D．分子仍做无规则运动 BD　解析：热力学系统的平衡态是大量分子的平均效果，是动态平衡；从宏观上看，系统的温度、压力、内能等物理量保持不变，但组成系统的大量分子仍在做无规则的热运动。B、D正确。 2．(多选)关于热平衡与温标，下列各类说法正确的是(　　) A．具有相同内能的两物体达到热平衡 B．体温计测量体温时需与身体接触一段时间是为了达到热平衡 C．1 K就是1 ℃ D．冷热程度相同的鸡蛋和石头处于热平衡 BD　解析：两物体达到热平衡的标志是它们的温度相同，温度相同的物体不一定有相同的内能，A错误；体温计测量体温时需与身体接触一段时间是为了达到热平衡，从而显示温度，B正确；1 K约等于－272 ℃，C错误；两物体达到热平衡的标志是他们的温度相同，或者是它们的冷热程度相同，D正确。 3．(多选)关于热力学温度，下列说法正确的是(　　) A．热力学温度的零度是－273.15 ℃，叫作绝对零度 B．气体温度趋近绝对零度时其体积为零 C．热力学温度的每度大小跟摄氏温度的每度大小相等 D．热力学温度的每度大小大于摄氏温度的每度大小 AC　解析：热力学温度与摄氏温度的关系是T＝t＋273.15 K，当T＝0时，则t＝－273.15 ℃，叫绝对零度，A正确；热力学温标中的绝对零度是低温的极限，首先绝对零度是理论值，不可能达到，理论上接近0 K时，也就是绝对零度时，一切分子都会停止运动，可气体仍有体积，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，即1 K与1 ℃的大小相等，C正确，D错误。 4．(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 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，A、B错误，C、D正确。 5．(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 BD　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， A错误，B正确；根据T＝t＋273.15 K＝4＋273.15 K＝277.15 K，C错误，D正确。 [课时梯级训练(8)见P152] 学科网（北京）股份有限公司 $$