2.1 温度和温标 学案-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

2.1 温度和温标 学案 2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册 学号： 班级： 姓名： 【学习目标】 1. 知道状态参量和平衡态． 2. 理解热平衡的概念及热平衡定律． 3. 了解摄氏温度与热力学温度的转换关系． 【活动方案】 阅读教材“状态参量与平衡态”部分，回答下列问题： 1. 在力学中，为了确定物体运动的状态，我们使用了物体的位移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，需要哪些状态参量呢？ 2. 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．如果系统与外界没有能量交换，该系统就达到平衡态了吗？如何判断热力学系统是否处于平衡态？ 3. 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、体积都一定达到了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、压强变得一样，但体积仍可变化 4. 下列说法正确的是(　　) A. 只有处于平衡态的系统才有状态参量 B. 状态参量是描述系统状态的物理量，故当系统状态变化时，其各个状态参量都会改变 C. 两物体发生热传递时，它们组成的系统处于非平衡态 D. 0 ℃的冰水混合物放入1 ℃的环境中，冰水混合物处于平衡态 活动二：理解热平衡的概念及热平衡定律 1. 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．观察如图所示场景，写出空气和水是通过什么方式达到热平衡的？ 2. 如图甲所示，若A、B两个系统接触，它们的热学状态不发生变化，说明了什么？如图乙所示，若A、B两个系统分别与第三个系统C达到热平衡，那么A、B两个系统彼此之间一定处于热平衡吗？写出热平衡定律(热力学第零定律)的内容． 甲 乙 3. 温度宏观上表示物体的冷热程度，微观上反映分子热运动的剧烈程度．达到热平衡的系统具有相同的温度，如图所示是两个系统的热平衡过程． (1)填表： 平衡态 热平衡 区别 研究对象 ________个系统 ________个接触的系统 判断依据 系统没有________影响，________不变 两个系统的________相同 联系 处于热平衡的两个系统都处于________ (2)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 1. 试应用热平衡的知识解释温度计用来测量温度的基本原理． 2. 阅读教材“温度计与温标”，思考如何来确定一个温标？试以“摄氏温标”的确定为例加以说明． 3. 说出热力学温标和热力学温度的区别和联系． 4. 下列有关温度的说法正确的是(　　) A. 用摄氏温标和热力学温标表示温度是两种不同的表示方法 B. 用两种温标表示温度的变化时，两者的数值不相等 C. 1 K就是1 ℃ D. 当温度变化1 ℃时，也可以说成温度变化273 K 5. 如图所示，一金属棒的一端与0 ℃冰接触，另一端与100 ℃水接触，并且保持两端冰、水的温度不变．问当经过充分长时间后，金属棒所处的状态是否为热平衡态？为什么？ 6. 阅读教材中的“科学漫步”，了解“形形色色的温度计”，并完成下列问题． 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铆合在一起的，双金属片的弯曲程度随温度的变化而变化，如图甲所示．已知图乙中双金属片被加热时，其弯曲程度会增大，则下列叙述中不正确的是(　　) 甲 乙 A. 该温度计的测温物质是铜、铁两种热膨胀系数不同的金属 B. 该温度计是利用测温物质热胀冷缩的性质来工作的 C. 由图乙可知，铜的热膨胀系数大于铁的热膨胀系数 D. 由图甲可知，其双金属片的内层一定为铜，外层一定为铁 【检测反馈】 1. 热力学系统的平衡态是指(　　) A. 各分子的合力为0 B. 系统内所有参量均不随时间变化 C. 分子已经不动 D. 只是温度不变 2. 有甲、乙、丙三个温度不同的物体，将甲和乙接触一段时间后分开，再将乙和丙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热传递，不接触时与外界没有热传递，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. 甲、乙两物体达到了热平衡 3. 关于热平衡，下列说法错误的是(　　) 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. 量体温时体温计需要和身体接触十分钟左右是为了让体温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 4. 下列热力学温度，最接近于室温的是(　　) A. 100 K　 B. 300 K　 C. 500 K　 D. 700 K 5. 关于温度与温标，下列说法正确的是(　　) A. 用摄氏温标和热力学温标表示温度是两种不同的表示方法 B. 摄氏温度与热力学温度都可以取负值 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比摄氏温度每一度要大 6. 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. 该温度计是利用红色液体的热胀冷缩性质制造的 7. 图甲表示某电阻R随摄氏温度t变化的情况．把该电阻与电池、电流表串联起来，如图乙所示，用该电阻做测温探头，把电流表的刻度改为相应的温度刻度，就得到了一个简易温度计．下列说法正确的是(　　) 甲 乙 A. 该电阻R与热力学温度T是线性关系 B. 温度与电流是线性关系 C. 温度越高，电源的总功率越大 D. tA与tB相比，tB应标在电流较大的刻度上 8. 已知某物理量X与热力学温度T成正比，请把这个关系式用等式表示出来．现在用摄氏温度t来表示温度，这个关系式又该怎么写？分别画出X-T图像和X-t图像的草图． 【参考答案】 【活动方案】 活动一： 1. 体积V：系统的几何参量，它可以确定系统的空间范围；压强p：系统的力学参量，它可以描述系统的力学性质；温度T：系统的热学参量，它可以确定系统的冷热程度． 2. 不是．两步法判断热力学系统是否处于平衡态：a. 判断热力学系统是否受到外界的影响；b. 判断系统的状态参量(压强、体积和温度)是否发生变化．如果系统不受外界的影响，且状态参量不发生变化，系统就处于平衡态，否则就是非平衡态． 3. A　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． 4. C　状态参量是描述系统状态的物理量，与系统是否处于平衡态无关，且系统状态变化时，不一定各个状态参量都改变，A、B错误；处于热传递过程中的系统处于非平衡态，C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，D错误． 活动二： 1. 热传递． 2. 说明它们原来是处于热平衡；一定；若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. (1)一　两　外界　状态参量　温度　平衡态 (2)B　一般来说，描述系统的状态参量不只是一个，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． 活动三： 1. 若物体与A处于热平衡，它同时也与B达到热平衡，则A的温度便等于B的温度，这就是温度计用来测量温度的基本原理． 2. a. 首先要选择一种测温的物质，根据这种物质的某个特性来制造温度计；b. 确定温度的零点和分度的方法．例如，早期的摄氏温标规定，标准大气压下冰的熔点为0 ℃，水的沸点为100 ℃，并据此把玻璃管上0 ℃刻度与100 ℃刻度之间均匀分成100等份，每份算作1 ℃. 3. 以－273.15 ℃(在高中阶段可简单粗略地记成－273 ℃)作为零度的温标叫热力学温标，也叫绝对温标．用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T表示，单位是开尔文，简称开，符号为K.热力学温度与摄氏温度的换算关系是T＝t＋273.15 K． 4. A　温标是用来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，两种温标表示同一温度时，数值不同，但在表示同一温度变化时，数值是相同的．若物体的温度升高1 K，也可以说物体的温度升高1 ℃，但在表示物体的温度时，物体的温度为1 K，不能说成物体的温度为1 ℃.故A正确． 5. 否，因金属棒一端与0 ℃冰接触，另一端与100 ℃水接触，并且保持两端冰、水的温度不变时，金属棒两端温度始终不相同，虽然金属棒内部温度分布处于一种从低到高逐渐升高的稳定状态，但其内部总存在着沿一定方向的能量交换，所以金属棒所处的状态不是平衡态． 6. D　由题意可知，该温度计的测温物质是铜、铁两种热膨胀系数不同的金属，双金属片的弯曲程度随温度变化而变化，故该温度计是利用测温物质热胀冷缩的性质来工作的，A、B正确；由图乙可知，加热时双金属片的弯曲程度增大，即进一步向上弯曲，说明双金属片下层金属的热膨胀系数较大，即铜的热膨胀系数大于铁的热膨胀系数，C正确；由图乙可知，温度计示数沿顺时针方向增大，说明当温度升高时，温度计指针按顺时针方向转动，则其双金属片的弯曲程度在增大，故可知双金属片的内层一定是铁，外层一定是铜，D错误．故选D. 【检测反馈】 1. B　热力学系统的平衡态是指系统内各部分的状态参量能够达到稳定状态，系统所有状态参量都不随时间变化，B正确． 2. A　乙和丙分开后，甲、乙、丙三个物体与外界没有热传递，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、D错误． 3. B 4. B　当室温为20 ℃时，对应的热力学温度为T＝(20＋273)K＝293 K，所以4个选项中最接近室温的是300 K．故B正确． 5. A　温标是温度数值的表示方法，常用的温标有摄氏温标和热力学温标，A正确；摄氏温度可以取负值，但是热力学温度不能取负值，因为热力学温度的零点是低温的极限，B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． 6. C　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、D错误，C正确． 7. A　由图甲得R＝R0＋kt，由于T＝t＋273.15，联立可得R＝(R0－273.15k)＋kT，可知该电阻R与热力学温度T是线性关系，故A正确；由闭合电路欧姆定律得I＝，解得t＝－，可知温度与电流是非线性关系，故B错误；由图甲可知，温度越高，R阻值越大，由闭合电路欧姆定律知回路中的电流越小，根据P＝EI可知，电源的总功率越小，故C错误；由图甲可知，tA点对应的电阻阻值较小，由闭合电路欧姆定律知对应电路中的电流较大，则tA应标在电流较大的刻度上，故D错误． 8. X＝kT；X＝k(273.15＋t)；X-T图像和X-t图像如图甲和乙所示． 学科网（北京）股份有限公司 $