2.1 温度与温标-【无畏物理】2024-2025学年高二物理同步学案（人教版2019选择性必修三）

高中物理 选择性必修三 第二章 气体、固体和液体 2.1 温度和温标 状态参量与平衡态 知识点一 1．热力学系统：由大量分子组成的系统。 2．外界：系统之外与系统发生相互作用的其他物体。 3．状态参量：为确定系统的状态所需要的一些量，如：体积、压强、温度等。 4．平衡态：无外界影响，状态参量稳定的状态。 说明：①平衡态是状态参量，不是过程量，处于平衡态的系统，状态参量在较长时间内不发生变化。 ②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。 （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）两个系统达到热平衡后再把它们分开，如果分开后它们都不受外界影响，再把它们重新接触，它们的状态不会发生新的变化。因此，热平衡概念也适用于两个原来没有发生过作用的系统。因此可以说，只要两个系统在接触时它们的状态不发生变化，我们就说这两个系统原来是处于热平衡的。 热平衡与温度 知识点二 1．热平衡：如果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，各自的状态参量不再变化了，即这两个系统达到了热平衡。一切达到热平衡的物体都具有相同的温度。 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热平衡。 3．温度：处于热平衡的系统之间有一“共同热学性质”，即温度。这就是温度计能够用来测量温度的基本原理。 (1)宏观上：①温度的物理意义：表示物体冷热程度的物理量。 ②与热平衡的关系：各自处于热平衡状态的两个系统，相互接触时，它们相互之间发生了热量的传递，热量从高温系统传递给低温系统，经过一段时间后两系统温度相同，达到一个新的平衡状态。 (2)微观上：①反映物体内分子热运动的剧烈程度，是大量分子热运动平均动能的标志。 ②温度是大量分子热运动的集体表现，是含有统计意义的，对个别分子来说温度是没有意义的。 温度计与温标 知识点三 1.温标：定量描述温度的方法。 (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 ℃刻度与100 ℃刻度之间均匀分成100等份，每一份算作1 ℃。 (2)热力学温标：现代科学中常用的表示温度的方法，热力学温度。 (3)摄氏温度与热力学温度： 摄氏温度 摄氏温标表示的温度，用符号t表示，单位是摄氏度，符号为℃ 热力学温度 热力学温标表示的温度，用符号T表示，单位是开尔文，符号为K 换算关系 T＝t＋273.15 K 注意：变化1 ℃与变化1 K是相等的。 状态参量与平衡态的理解 考点一 【例1.1】(多选)下列说法中正确的是(　BD　) 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．两个物体间发生热传递时，它们组成的系统处于非平衡态 [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；系统处于平衡态或非平衡态，只是状态参量有无变化，C错；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；两个物体间发生热传递时，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。] 【例1.2】下列关于系统是否处于平衡态的说法正确的是(　B　) 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．0 ℃的冰水混合物放入1 ℃的环境中，冰水混合物处于平衡态 D．压缩密闭容器中的空气，空气处于平衡态 [解析：开空调2min内教室内的气体温度要变化，故不是平衡状态，A错；两物体温度不同，接触后高温物体会向低温物体传热，是非平衡态，B正确；0 ℃的冰水混合物放入1 ℃的环境中，周围环境会向冰水混合物传热，不是平衡态，C错；压缩密闭容器中的空气，要对空气做功，机械能转化为内能，不是平衡态，D错。] 【练习1.1】(多选)下列各个状态中处于平衡态的是(　AB　) A．将冰水混合物放在0 ℃的房间里 B．将铜块放在沸水中加热足够长的时间 C．电影院开空调5分钟内放映厅内的气体 D．一个密闭绝热匀速运动的容器突然停止时，运动容器内的气体 [解析：系统处于平衡态时，其状态参量不随时间变化。A选项中冰水混合物在0 ℃的房间里，其温度、压强、体积都不再变化，是平衡态；B选项中铜块在沸水中加热很长时间后，其温度、压强、体积也不再变化，是平衡态，故A、B正确；开空调5分钟内放映厅内气体的温度、体积都要变化，不是平衡态，故C错误；密闭绝热匀速运动的容器突然停止运动时，容器内的气体的温度升高，压强变大，故其不是平衡态，故D错误。] 【练习1.2】如果一个系统达到了平衡态，那么这个系统各处的(　A　) 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、压强就会变得一样，但体积仍可变化 　 [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正确。] 热平衡与温度 考点二 【例2.1】下列有关热平衡的说法，正确的是(　C　) 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 [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，A错；热平衡定律对多个系统也适用，B错；由热平衡的意义，C正确；温度相同是热平衡的标志，必须相同，D错。] 【例2.2】(多选)下列关于热平衡定律的理解，正确的是(　AB　) A．两系统的温度相同时，才能达到热平衡 B．A、B两系统分别与C系统达到热平衡，则A、B两系统达到热平衡 C．甲、乙、丙物体温度不相等，先把甲、乙接触，最终达到热平衡，再将丙与乙接触最终也达到热平衡，则甲、丙是处于热平衡的 D．热平衡时，两系统的温度相同，压强、体积也一定相同 [解析：根据热平衡的特点可知，两个系统达到热平衡的标志是它们温度相同，但压强、体积不一定相同，故A正确，D错误；根据热平衡定律，A、B两系统分别与C系统达到热平衡，则A、B两系统达到热平衡，故B正确；甲、乙、丙物体温度不相等，先把甲、乙接触，最终达到热平衡，再将丙与乙接触最终也达到热平衡，此时乙、丙与甲的温度不一定相等，所以甲、丙不一定是处于热平衡的，故C错误。] 【练习2.1】关于平衡态和热平衡，下列说法中正确的有 (　B　) 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 [解析：一般来说，描述系统的状态参量不只一个，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，处于热平衡的两个系统温度相同，B正确，D错误；平衡态是针对某一系统而言的，热平衡是两个系统相互影响的最终结果，C错误。] 【练习2.2】(多选)下列说法正确的是(　BCD　) A．两个系统处于热平衡时，它们一定具有相同的热量 B．如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统也必定处于热平衡 C．温度是决定两个系统是否达到热平衡状态的唯一物理量 D．热平衡定律是温度计能够用来测量温度的基本原理 　 [解析：热平衡的系统都具有相同的状态参量——温度，故选项A错误，C正确；由热平衡定律可知，若物体与A处于热平衡，它同时也与B达到热平衡，则A的温度等于B的温度，这也是温度计用来测量温度的基本原理，故选项B、D也正确。] 【练习2.3】(多选)下列说法正确的是(　AD　) A．处于热平衡的两个系统的状态参量不再变化 B．达到热平衡的两个系统分开后，再接触有可能发生新的变化 C．两个未曾接触的系统不可能处于热平衡 D．用温度计测量温度是根据热平衡的原理 [解析：据热平衡的意义，两个系统处热平衡，无论分开，还是再接触，系统的状态参量都不再发生变化，故A正确，B错误；两个未曾接触的系统有可能处于热平衡，故C错误；当温度计的液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交换，高温物体将向低温物体传热，最终使二者的温度达到相等，即达到热平衡，故D正确。] 【练习2.4】(多选)关于热平衡，下列说法正确的是(　ACD　) 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．量体温时温度计需和身体接触达到5 min是为了让温度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 [解析：两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、D正确；标准状况下冰水混合物的温度为0 ℃，与0 ℃的水的温度相同，所以达到热平衡，B错误；量体温时温度计需和身体接触达5 min是为了使温度计的温度和身体的温度相同，达到热平衡，C正确。] 【练习2.5】如果两个系统通过相互作用，实现了热平衡，那么这两个系统（ B ） A．一定具有相同的压强 B．一定具有相同的温度 C．一定具有相同的体积 D．一定具有相同的压强、温度和体积 [解析：两个系统通过相互作用，实现了热平衡，具有的共同性质就是温度，而不是体积或压强，B对] 【练习2.6】两个物体放在一起彼此接触，它们若不发生热传递，其原因是( D ) A．它们的内能相同 B．它们的比热相同 C．它们的分子总动能相同 D．它们的温度相同 [解析：因为发生热传递的条件是有温度差，如果两物体没发生热传递，一定是具有相同的温度，D对] 温度计与温标 考点三 【例3.1】(多选)关于热力学温度，下列说法中正确的是(　AB　) A．－33 ℃＝240 K B．温度变化1 ℃，也就是温度变化1 K C．摄氏温度与热力学温度都可能取负值 D．温度由t ℃升至2t ℃，对应的热力学温度升高了273 K＋t [解析：T＝273 K＋t，由此可知：－33 ℃＝240 K，A正确，同时B正确；D中初态热力学温度为273 K＋t，末态为273 K＋2t，温度变化t K，D错；摄氏温度可取负值，但因绝对零度达不到，故热力学温度不可能取负值，C错。] 【例3.2】在25℃左右的室内，将一只温度计从酒精中拿出，观察它的示数变化情况是（ D ） A．温度计示数上升 B．温度计示数下降 C．温度计示数不变 D．示数先下降后上升 [解析：酒精汽化需要吸热，因此温度计示数首先下降；当附着在温度计上的酒精完全汽化后，由于室内温度较高，因此温度计的示数又继续上升，D对] 【练习3.1】(多选)下列关于热力学温度的说法中，正确的是(　ABC　) A．热力学温度的零值等于－273.15 ℃ B．热力学温度变化1 K和摄氏温度变化1 ℃，变化量的大小是相等的 C．绝对零度是低温的极限，永远达不到 D．1 ℃就是1 K [解析：根据热力学温标零值的规定可知A正确；热力学温度变化1 K和摄氏温度变化1 ℃的变化量大小是相等的，但1 ℃不是1 K，B正确，D错误；绝对零度是低温的极限，只能无限接近而永远不可能达到，C正确。] 【练习3.2】一个系统的温度由200 K升高到300 K，另一个系统的温度由200 ℃升高到300 ℃，则它们升高了___相同__(选填“相同”或“不同”)温度，它们升高到的温度____不同__(选填“相同”或“不同”)。 [解析：由T=t+273K得，所以它们升高了相同的温度。摄氏度t=300℃对应的热力学温度T=300+273=573K，所以它们升高的温度不同。] 【练习3.3】如图所示为伽利略温度计（烧瓶内有空气，细管中有液体），下列说法正确的是（ D ） A．若气温升高，液体膨胀，液体上升 B．若气温升高，气体膨胀，液体上升 C．若气温下降，气体缩小，液体下降 D．A和B两点标称的温度值，B点要比A点高 [解析：当外界气温上升时，球形容器内的气体受热膨胀，由于密闭所以压强增大，使管内的液面下降，A、B错，当外界气温下降时，球形容器内的气体收缩，由于密闭所以压强减小，管内的液面上升，C错；根据分析得知温度变高液面下降，所以B点标称温度值要高于A点，D对] 【练习3.4】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 ℃；在测一标准大气压下沸水的温度时，其读数为80 ℃，下面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 (　C　) A．41 ℃，60 ℃ 　　　 B．21 ℃，40 ℃ C．35 ℃，56 ℃ D．35 ℃，36 ℃ [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(格)，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(格)，它的示数应为(36＋20) ℃＝56 ℃。故C正确。] 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 高中物理 选择性必修三 第二章 气体、固体和液体 2.1 温度和温标 状态参量与平衡态 知识点一 1．热力学系统：由大量分子组成的系统。 2．外界：系统之外与系统发生相互作用的其他物体。 3．状态参量：为确定系统的状态所需要的一些量，如：体积、压强、温度等。 4．平衡态：无外界影响，状态参量稳定的状态。 说明：①平衡态是状态参量，不是过程量，处于平衡态的系统，状态参量在较长时间内不发生变化。 ②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。 （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）两个系统达到热平衡后再把它们分开，如果分开后它们都不受外界影响，再把它们重新接触，它们的状态不会发生新的变化。因此，热平衡概念也适用于两个原来没有发生过作用的系统。因此可以说，只要两个系统在接触时它们的状态不发生变化，我们就说这两个系统原来是处于热平衡的。 热平衡与温度 知识点二 1．热平衡：如果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，各自的状态参量不再变化了，即这两个系统达到了热平衡。一切达到热平衡的物体都具有相同的温度。 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热平衡。 3．温度：处于热平衡的系统之间有一“共同热学性质”，即温度。这就是温度计能够用来测量温度的基本原理。 (1)宏观上：①温度的物理意义：表示物体冷热程度的物理量。 ②与热平衡的关系：各自处于热平衡状态的两个系统，相互接触时，它们相互之间发生了热量的传递，热量从高温系统传递给低温系统，经过一段时间后两系统温度相同，达到一个新的平衡状态。 (2)微观上：①反映物体内分子热运动的剧烈程度，是大量分子热运动平均动能的标志。 ②温度是大量分子热运动的集体表现，是含有统计意义的，对个别分子来说温度是没有意义的。 温度计与温标 知识点三 1.温标：定量描述温度的方法。 (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 ℃刻度与100 ℃刻度之间均匀分成100等份，每一份算作1 ℃。 (2)热力学温标：现代科学中常用的表示温度的方法，热力学温度。 (3)摄氏温度与热力学温度： 摄氏温度 摄氏温标表示的温度，用符号t表示，单位是摄氏度，符号为℃ 热力学温度 热力学温标表示的温度，用符号T表示，单位是开尔文，符号为K 换算关系 T＝t＋273.15 K 注意：变化1 ℃与变化1 K是相等的。 状态参量与平衡态的理解 考点一 【例1.1】(多选)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．两个物体间发生热传递时，它们组成的系统处于非平衡态 【例1.2】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．0 ℃的冰水混合物放入1 ℃的环境中，冰水混合物处于平衡态 D．压缩密闭容器中的空气，空气处于平衡态 【练习1.1】(多选)下列各个状态中处于平衡态的是(　 　) A．将冰水混合物放在0 ℃的房间里 B．将铜块放在沸水中加热足够长的时间 C．电影院开空调5分钟内放映厅内的气体 D．一个密闭绝热匀速运动的容器突然停止时，运动容器内的气体 【练习1.2】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、压强就会变得一样，但体积仍可变化 热平衡与温度 考点二 【例2.1】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 【例2.2】(多选)下列关于热平衡定律的理解，正确的是(　 　) A．两系统的温度相同时，才能达到热平衡 B．A、B两系统分别与C系统达到热平衡，则A、B两系统达到热平衡 C．甲、乙、丙物体温度不相等，先把甲、乙接触，最终达到热平衡，再将丙与乙接触最终也达到热平衡，则甲、丙是处于热平衡的 D．热平衡时，两系统的温度相同，压强、体积也一定相同 【练习2.1】关于平衡态和热平衡，下列说法中正确的有 (　 　) 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 【练习2.2】(多选)下列说法正确的是(　 　) A．两个系统处于热平衡时，它们一定具有相同的热量 B．如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统也必定处于热平衡 C．温度是决定两个系统是否达到热平衡状态的唯一物理量 D．热平衡定律是温度计能够用来测量温度的基本原理 【练习2.3】(多选)下列说法正确的是(　 　) A．处于热平衡的两个系统的状态参量不再变化 B．达到热平衡的两个系统分开后，再接触有可能发生新的变化 C．两个未曾接触的系统不可能处于热平衡 D．用温度计测量温度是根据热平衡的原理 【练习2.4】(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．量体温时温度计需和身体接触达到5 min是为了让温度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 【练习2.5】如果两个系统通过相互作用，实现了热平衡，那么这两个系统（ ） A．一定具有相同的压强 B．一定具有相同的温度 C．一定具有相同的体积 D．一定具有相同的压强、温度和体积 【练习2.6】两个物体放在一起彼此接触，它们若不发生热传递，其原因是( ) A．它们的内能相同 B．它们的比热相同 C．它们的分子总动能相同 D．它们的温度相同 温度计与温标 考点三 【例3.1】(多选)关于热力学温度，下列说法中正确的是(　 　) A．－33 ℃＝240 K B．温度变化1 ℃，也就是温度变化1 K C．摄氏温度与热力学温度都可能取负值 D．温度由t ℃升至2t ℃，对应的热力学温度升高了273 K＋t 【例3.2】在25℃左右的室内，将一只温度计从酒精中拿出，观察它的示数变化情况是（ ） A．温度计示数上升 B．温度计示数下降 C．温度计示数不变 D．示数先下降后上升 【练习3.1】(多选)下列关于热力学温度的说法中，正确的是(　 　) A．热力学温度的零值等于－273.15 ℃ B．热力学温度变化1 K和摄氏温度变化1 ℃，变化量的大小是相等的 C．绝对零度是低温的极限，永远达不到 D．1 ℃就是1 K 【练习3.2】一个系统的温度由200 K升高到300 K，另一个系统的温度由200 ℃升高到300 ℃，则它们升高了___________(选填“相同”或“不同”)温度，它们升高到的温度____________(选填“相同”或“不同”)。 【练习3.3】如图所示为伽利略温度计（烧瓶内有空气，细管中有液体），下列说法正确的是（ ） A．若气温升高，液体膨胀，液体上升 B．若气温升高，气体膨胀，液体上升 C．若气温下降，气体缩小，液体下降 D．A和B两点标称的温度值，B点要比A点高 【练习3.4】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 ℃；在测一标准大气压下沸水的温度时，其读数为80 ℃，下面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 ℃ 1 学科网（北京）股份有限公司 $$