2.1 温度和温标（教用Word）-【金榜题名】2025-2026学年高二物理选择性必修第三册同步学案（人教版）

本讲义聚焦“温度和温标”核心知识点，系统梳理状态参量（体积、压强、温度）、平衡态、热平衡定律、温度定义及温度计原理与温标转换，构建从热力学系统描述到温度测量应用的完整知识支架。 资料以问题探究驱动科学思维，如“铁棒与木头温度比较”引导辨析热平衡本质，结合自我诊断和例题解析强化物理观念。通过平衡态与热平衡对比分析培养科学论证能力，课中辅助教师突破重难点，课后帮助学生查漏补缺，提升学习效果。

　气体、固体和液体 2．1　温度和温标 学习 目标 1.能说出什么是状态参量与平衡态。2.能说出热平衡及热平衡定律、温度的意义。 3．知道温标、摄氏温标和热力学温标，能说出摄氏温度与热力学温度的转换关系。 一、状态参量与平衡态 1．热力学系统：由大量分子组成的研究对象叫作热力学系统，简称系统。 2．状态参量：为确定系统的状态，用到一些物理量，常用的状态参量有体积V、压强p、温度T。 3．平衡态：在没有外界影响的情况下，系统所有状态参量能够达到稳定状态。 二、热平衡与温度 1．热平衡：两个相互接触的热力学系统的状态参量不再变化。 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，这两个系统彼此之间也必定处于热平衡。 3．温度：处于热平衡的两个系统必定具有某个共同的热学性质，我们将表征这一“共同热学性质”的物理量定义为温度，温度也可理解为物体的冷热程度。 4．热平衡的性质：一切达到热平衡的系统都具有相同的温度。 三、温度计与温标 1．温度计及制作原理 名称 原理 水银温度计 根据水银热膨胀的性质来测量温度 金属电阻温度计 根据金属铂的电阻随温度的变化来测量温度 续表 气体温度计 根据气体压强或体积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来测量温度 2.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”。 (3)摄氏温度与热力学温度的区别及关系 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__℃ [自我诊断] 1．判断下列说法的正误 (1)两个系统处于热平衡时，它们一定具有相同的热量。( × ) (2)热平衡就是平衡态。( × ) (3)热平衡时，两系统的温度相同，压强、体积也一定相同。( × ) (4)两个系统在接触时它们的状态不发生变化，这两个系统原来的温度是相等的。( √ ) (5)用摄氏温标和热力学温标表示温度的变化时，两者的数值相等。( √ ) (6)物体温度升高1 K，也就是升高1 ℃，所以1 K就是1 ℃。(×) 2．(1)两个系统具有相同的________时，即达到了热平衡。 (2)2016年8月6日是第31届里约热内卢奥运会开幕的日子，中央电视台播报天气预报，里约热内卢的最高气温是38 ℃，它是________K。中国在研究超导问题方面走在世界前列，中国科学家发现某种超导材料的临界温度是90 K，它是________ ℃。 答案：(1)温度　(2)311.15　－183.15 一、状态参量与平衡态 [问题探究] 　(1)在力学中，为了确定物体运动的状态，我们使用了物体的坐标和速度这两个物理量。在热学中如果我们要研究一箱气体的状态，需要哪些物理量呢？ (2)如果系统与外界没有能量交换，该系统就达到平衡态了吗？ 答案：(1)体积、压强和温度　(2)不是 [知识深化] 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。 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，状态参量(压强、体积和温度)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。 　(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 解析：选BD　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，选项A错误；系统处于平衡态或非平衡态，只是状态参量有无变化，选项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，选项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，选项D正确。 处理平衡态的问题要注意以下三点： (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。 (2)必须要经过较长一段时间，直到系统内所有性质都不随时间变化为止。 (3)系统与外界没有能量的交换。　　 二、热平衡与温度 [问题探究] 　某工人在拿铁棒和木头时感觉到铁棒明显比木头凉，由于表示物体冷热程度的是温度，于是这位工人得出当时“铁棒比木头温度低”的结论，你认为他的结论对吗？请说明理由。 答案：不对。由于铁棒和木头都与周围的环境达到热平衡，故它们的温度是一样的。之所以感觉到铁棒特别凉，是因为这位工人在单位时间内传递给铁棒的热量比较多。 [知识深化] 1．平衡态与热平衡的区别和联系 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最主要参量是温度。因为互为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，这就是温度计用来测量温度的基本原理。 　关于平衡态和热平衡，下列说法中正确的是(　　) 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 解析：选B　根据平衡态的定义知，系统温度长时间内都不随时间变化，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。 　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 解析：选C　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；由热平衡定律知，C正确；温度相同是热平衡的标志，不可以有微小的差别，故D错误。 三、温度计与温标 [问题探究] 　 (1)如图所示，伽利略温度计是利用玻璃管内封闭的气体作为测量物质制成的，当外界温度越高时，细管内的水柱越高吗？ (2)如果气体的温度是1 ℃，也可以说气体的温度是多少K？如果气体的温度升高了1 ℃，也可以说气体的温度升高了多少K? 答案：(1)不是。由热胀冷缩可知，当外界温度越高时，气体膨胀越厉害，细管内的水柱越低。 (2)274.15 K　1 K [知识深化] 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 摄尔修斯和 施勒默尔 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 　　　(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 解析：选ACD　热力学温度与摄氏温度的关系T＝t＋273.15 K，所以选项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，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，所以选项B正确，选项C、D错误。 对热力学温度与摄氏温度关系的理解 (1)T＝t＋273.15 K是解决有关热力学温度与摄氏温度关系问题的基础。 (2)摄氏温度变化1 ℃与热力学温度变化1 K是等效的，即ΔT＝Δt，而不是ΔT＝Δt＋273.15 K。 (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。　　 [针对训练] 关于温度，下列说法中正确的是(　　) A．气体的温度升高1 ℃，也可以说温度升高1 K；温度下降5 K，也就是温度下降5 ℃ B．温度由摄氏温度t升至2t，对应的热力学温度由T升至2T C．绝对零度就是当一定质量的气体体积为零时，用实验方法测出的温度 D．随着人类制冷技术的不断提高，总有一天绝对零度会达到 解析：选A　温度的两种表示方法摄氏温度和热力学温度只是零度的起点不同，每度的大小是相同的，故A项正确；温度由摄氏温度t升至2t，则对应的热力学温度升高至2t＋273.15 K，故B项错误；绝对零度是理论上所能达到的最低温度，在此温度下物体内能为零，并非能用实验方法测得，故C项错误；当分子处于绝对零度时，运动速度为零，这与分子热运动理论相违背，故D项错误。 1．关于热平衡，下列说法不正确的是(　　) 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．冷热程度相同的两系统处于热平衡状态 C．量体温时温度计需和身体接触5分钟是为了让温度计跟身体达到热平衡 D．标准状况下冰水混合物与0 ℃的水未达到热平衡 解析：选D　两系统达到热平衡时的标志是它们的温度相同，或者说它们的冷热程度相同，故A、B正确；量体温时温度计需和身体接触5分钟左右是为了让温度计跟身体达到热平衡，故C正确；标准状况下冰水混合物的温度为0 ℃，与0 ℃的水能达到热平衡，故D错误。本题选择不正确的，故选D。 2．(多选)两个处于热平衡状态的系统，由于受外界影响，状态参量发生了变化，下列关于它们后来是否能处于热平衡状态的说法正确的是(　　) A．不能 B．可能 C．要看它们后来的温度是否相同 D．取决于其他状态参量是否相同 解析：选BC　只要两个系统的温度相同，两个系统就处于热平衡状态，而与其他参量是否相同无关。 3．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．温度升高了1 ℃就是升高了1 K C.0 ℃的温度可用热力学温度粗略地表示为273 K D．随着科学技术的进步，绝对零度是可以达到的 解析：选ABC　热力学温度的单位“K”是国际单位制中的基本单位，选项A正确；温度升高了1 ℃就是升高了1 K，选项B正确；0 ℃的温度可用热力学温度粗略地表示为273 K，选项C正确；绝对零度是低温的极限，即使随着科学技术的进步，绝对零度也是不可以达到的，选项D错误。故选ABC。 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 解析：选CD　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，故A、B错误，C、D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $