2.1 温度和温标（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

气体、固体和液体 第1节　温度和温标 第二章 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 物理观念 科学思维 科学态度与责任 1.知道状态参量与平衡态。 2．知道热平衡，理解热平衡定律及温度的意义。 　　知道温标、摄氏温标和热力学温标，知道摄氏温度与热力学温度的转换关系。 　　通过温度和温标知识应用的实例，感受物理中科学技术与社会的紧密联系，体会科学知识的应用价值。 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 一、状态参量与平衡态 1．热力学系统和外界 (1)热力学系统：由________组成的研究对象叫作热力学系统，简称系统。 (2)外界：系统之外与系统发生________的其他物体统称外界。 必备知识 自主学习 大量分子 相互作用 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 2．状态参量：用来描述________的物理量。常用的状态参量有体积V、压强p、______等。 3．平衡态：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________达到的稳定状态。 ↓ 较长时间内不发生变化 必备知识 自主学习 系统状态 温度T 状态参量 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 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________，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______。 3．温度：热平衡中，表征“共同的____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____。 必备知识 自主学习 不再变化 热平衡 热学 温度 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 三、温度计与温标 1．温标 (1)定义：定量描述温度的方法。 (2)温标的种类 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______，水的沸点为_________。在0 ℃和100 ℃之间均匀分成100等份，每份算作1 ℃。 ②热力学温标：现代科学中常用的一种表示温度的方法，规定摄氏温度的－273.15 ℃为零开。在表示温度差的时候，它的1 K等于摄氏温度的1 ℃。 必备知识 自主学习 0 ℃ 100 ℃ 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 2.摄氏温度与热力学温度 （1）摄氏温度：摄氏温标表示的温度，用符号t表示，单位为摄氏度，符号为℃。 （2）热力学温度：热力学温标表示的温度，用符号T表示，单位为______，符号为K。 （3）换算关系：T＝____________________。 ↓ 变化1 ℃与变化1 K是等效的 必备知识 自主学习 开尔文 t＋273.15 K 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 3.温度计 温度计是用来测量物体（系统）温度的仪器。温度计的种类很多，常见的有水银温度计、金属电阻温度计、气体温度计、热电偶温度计等。 必备知识 自主学习 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 1．(物理与生活)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，体温计的示数不再上升。 判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (1)体温计示数不再上升时，体温计处于平衡态。(　　 　　) (2)体温计示数不再上升时，手和体温计两个系统处于热平衡，它们一定具有相同的热量。(　　 　　) (3)体温计测温原理是热平衡定律。(　　 　　) (4)36 ℃的温度可以用热力学温度粗略地表示为309 K。(　　　　) 必备知识 自主学习 × √ × √ 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 2．(教材点拨P21)“科学漫步” 常见温度计及其原理 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。 必备知识 自主学习 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 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。 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 【例1】 下列说法中正确的是(　　) 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，其内部各部分的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.处于平衡态的热力学系统，分子的热运动停止 B 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 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存在状态参量，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；处于平衡态的热力学系统，分子仍在不停地做无规则热运动，D错误。 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 A 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 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。分子仍然是运动的，不可能达到所谓的“凝固”状态，A正确。 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 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，在这一瞬间，刀剑和水组成的系统是否达到热平衡状态？经过一段时间后，是否达到热平衡状态？达到热平衡状态的标志是什么？ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 【例2】 (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 关键能力 互动探究 AD 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 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。 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 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变化的原理制成的，如图所示。已知图甲中双金属片被加热时，其弯曲程度会增大。加热时为什么双金属片的弯曲程度会增大？ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 分类 摄氏温标 热力学温标 提出者 安德斯·摄尔修斯 开尔文 零点的规定 标准大气压下冰水混合物的温度 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 (1)T＝t＋273.15 K，粗略表示： T＝t＋273 K (2)每一开尔文与每一摄氏度相等 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 【例3】 (多选)关于热力学温度和摄氏温度，下列说法错误的是(　　) A.某物体摄氏温度为10 ℃，即热力学温度为10 K B.热力学温度升高1 K等于摄氏温度升高1 ℃ C.摄氏温度升高10 ℃，对应热力学温度升高283 K D.热力学温度和摄氏温度的温标不同，两者表示的温度无法比较 关键能力 互动探究 ACD 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ [练2] (生活情境)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．体温计 关键能力 互动探究 B 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 BD 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 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 素养训练 学业评价 BCD 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 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.刚刚放入教室的一杯热水和一杯加了较多冰块的可乐 D.一瓶放在房间中很久的84消毒液 素养训练 学业评价 ABD 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 B 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 BD 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 AD 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 谢谢观看 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 探究点一___状态参量与平衡态 2．平衡态的理解 (1)热力学的平衡态与力学的平衡态的意义不同。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。 [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、压强一定达到了某一稳定值，但体积仍可变化 探究点二___热平衡与温度 提示：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。当经过一段时间后，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。 1．平衡态与热平衡的区别和联系 分类 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。 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，这就是温度计测量温度的基本原理。 探究点三___温度计与温标 提示：铜、铁两种金属的热膨胀系数不同。 1．“温度”的物理意义 (1)宏观角度：表示物体的冷热程度。 (2)热平衡角度：两个处于热平衡的系统存在一个数值相等的物理量，这个物理量就是温度。 2．摄氏温标和热力学温标的比较 3.温度计测温原理 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，其温度与待测物体相同。 热力学温度与摄氏温度的关系T＝t＋273.15 K，A错误；对于T＝t＋273.15 K，有许多同学错误地认为可变形为ΔT＝Δt＋273.15 K，而认为C选项正确，实际上ΔT＝T2－T1＝t2－t1＝Δt，即用摄氏温度表示的温差等于用热力学温度表示的温差，所以B正确，C、D错误。 探究点四___解决实际问题 水银的熔点是－39.3 ℃，温度低于－39.3 ℃时水银会凝固。酒精的熔点是－114 ℃。水在0 ℃就结冰，而体温计的测量范围为35～42 ℃，所以只能选B。 [练3] (生活情境)(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.若温度计的示数为4 ℃，则对应的热力学温度为4 K D.若温度计的示数为4 ℃，则对应的热力学温度为277.15 K 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，然后再读出温度计的示数，A错误，B正确；T＝t＋273.15 K＝277.15 K，C错误，D正确。 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。B、C、D正确。 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，其状态参量不再变化，即处于平衡态，A、B正确；刚刚放入教室中的一杯热水和一杯加了较多冰块的可乐，它们的温度与环境温度不同，温度会发生变化，则不处于平衡态，C错误；一瓶放在房间中很久的84消毒液，与环境温度相同，处于平衡态，D正确。 3．(2024·云南昆明高二期中)下列说法正确的是(　　) A.处于热平衡的两个物体内能一定相等 B.处于热平衡的两个物体分子平均动能一定相等 C.处于平衡态的系统所受外力的合力为零 D.处于平衡态的系统内所有分子的动能相同 处于热平衡的两个物体的温度相等，因此分子平均动能相等，但内能不一定相同，A错误，B正确；系统内各部分状态参量，包括温度、压强、体积等，能够达到稳定的状态叫作平衡态，是热力学范畴，当系统所受合外力不为零时，只要系统内各部分状态参量能够达到稳定的状态，也能处于平衡态，C错误；处于平衡态的系统内分子的平均动能不变，但分子的热运动是无规则的，并不是所有的分子的动能都相同，D错误。 4．(多选)(2024·重庆北碚高二期末)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 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它们的温度相同，或者是它们的冷热程度相同，D正确。 5．(多选)关于温度与温标，下列说法正确的是(　　) A.摄氏温标和热力学温标是两种不同的表示温度的方法 B.绝对零度是低温的极限，随着技术的进步是可能达到的 C.摄氏温度升高3 ℃，在热力学温标中温度升高276.15 K D.热力学温度每一开的大小与摄氏温度每一度的大小相等 温标是定量描述温度的方法，常用的温标有摄氏温标和热力学温标，A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，B错误；摄氏温度升高3 ℃，也就是热力学温度升高了3 K，C错误；摄氏温度的每一度与热力学温度的每一开的大小相等，D正确。 $$