第2章 第3节 温度和温标-【优学精讲】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册教用课件(鲁科版)

第3节　温度和温标 1．知道什么是状态参量，知道热平衡的概念。　2.理解热平衡定律及温度的意义。　3.知道温度计的构造，会使用常见温度计。　4.理解温标、热力学温度的意义，掌握摄氏温度与热力学温度的区别与联系。　 课前知识梳理 1 课堂深度探究 2 随堂巩固落实 3 内容 索引 课前知识梳理 PART 01 第一部分 压强 容器的体积 课前知识梳理 返回导航 压强　 课前知识梳理 返回导航 外界 课前知识梳理 返回导航 热接触　 课前知识梳理 返回导航 热平衡 温度 热平衡 课前知识梳理 返回导航 三、温标 1．温度数值的标定方法称为温标。国际通用的温标主要有摄氏温标和热力学温标。 2．摄氏温标 (1)选择的测温物质是水银。 (2)以冰的正常熔点为0 ℃，水的正常沸点为100 ℃，二者之间等分为100小格。在摄氏温标中，温度的单位是℃，读作“摄氏度”。 课前知识梳理 返回导航 热力学 绝对 热力学 绝对 课前知识梳理 返回导航 判断下列说法是否正确。 (1)温度可以从高温物体传递到低温物体。(　　) (2)处于热平衡的几个系统的温度一定相等。(　　) (3)0 ℃的温度可以用热力学温度粗略表示为273 K。(　　) (4)温度升高了10 ℃也就是升高了10 K。(　　) (5)在绝对零度附近分子已停止热运动。(　　) × √ √ √ × 课前知识梳理 返回导航 课堂深度探究 PART 02 第二部分 知识点一　平衡态与热平衡 如图所示，图像表达了两个系统达到热平衡的过程，根据图 像分析A、B两个系统达到热平衡的条件是什么？ [提示]　达到热平衡时，具有相同的温度。　 课堂深度探究 返回导航 1．平衡态 系统温度、压强、体积不发生变化。当系统处于平衡态时，系统所有状态参量都不随时间变化，我们就能比较准确地描述系统的状态。在中学阶段，我们主要处理平衡态的问题。 2．热平衡 相互接触而传热的两个系统，各自的状态参量将会相互影响而分别改变，经过一段时间，两个系统的状态参量将不再变化，我们就说两个系统达到了热平衡。 课堂深度探究 返回导航 3．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，这个结论称为热平衡定律。 课堂深度探究 返回导航 4．热平衡的特征 (1)热平衡的特征方面：温度是反映一个系统与另一个系统是否达到热平衡的物理量。 (2)热平衡的条件方面：达到热平衡的两个系统一定具有相同的温度。 (3)热平衡是一种动态平衡。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，表现为系统的温度不随时间变化，而力学中的平衡态是指物体处于静止或匀速直线运动的状态。 课堂深度探究 返回导航 (2024·云南昆明期中)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 √ 课堂深度探究 返回导航 [解析]　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，故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做平衡态，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，故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，故D错误。 课堂深度探究 返回导航 　关于热平衡，下列说法错误的是(　　) A．两个系统处于热平衡时，它们一定具有相同的热量 B．如果两个系统分别同时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.温度是反映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 √ 课堂深度探究 返回导航 [解析]　温度是反映两个系统是否达到热平衡的唯一物理量，两个系统处于热平衡时，它们一定具有相同的温度，热量是传热过程中传递的能量，是过程量，不能说它们具有相同的热量，A错误，C正确； 根据热平衡定律知，当两个系统分别同时和第三个系统达到热平衡时，这两个系统必定处于热平衡，这是温度计的测温原理，B、D正确。 课堂深度探究 返回导航 知识点二　温度和温标 摄氏温标(以前称为百分温标)是由瑞典天文学家摄尔修斯设计的。在标准大气压下，把冰的熔点规定为0 ℃，水的沸点规定为100 ℃，因此在这两个固定点之间的温度差为100 ℃，若把玻璃管上0 ℃刻度与100 ℃刻度之间均匀分成100等份，每等份代表1 ℃。摄氏温标所确定的温度叫作摄氏温度，常用t表示。热力学温标由英国科学家威廉·汤姆孙(开尔文)创立，它表示的温度叫热力学温度，常用T表示。 试探究： 课堂深度探究 返回导航 (1)热力学温标与摄氏温标之间的关系是什么？ [提示]　关系式为T＝t＋273.15 K。 (2)如果可以粗略地取－273 ℃为绝对零度，在标准大气压下，冰的熔点是多少摄氏度，为多少开？水的沸点又是多少摄氏度，为多少开？ [提示]　冰的熔点为0 ℃，为273 K；水的沸点为100 ℃，为373 K。　 课堂深度探究 返回导航 1．温度 (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：各自处于平衡态的两个系统，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，达到一个新的平衡态。 课堂深度探究 返回导航 (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。 课堂深度探究 返回导航 2．常见温度计及其原理 名称 原理 水银温度计 水银的热膨胀 金属电阻温度计 金属的电阻率随温度的变化 气体温度计 气体压强随温度的变化 热电偶温度计 不同导体因温差产生电动势的大小不同 课堂深度探究 返回导航 3.温度计测温原理 一切互为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。 4．温标 (1)常见的温标有摄氏温标、热力学温标。 (2)温标要素：第一，选择某种具有测温属性的测温物质；第二，了解测温物质随温度变化的函数关系；第三，确定温度的零点和分度的方法。 课堂深度探究 返回导航 角度1　对温度的理解 　(2024·北京四中期末)关于温度和分子动能，下列说法正确的是(　　) A．物体的温度升高，物体内每个分子热运动的速率都增大 B．物体的温度越高，其内部分子的平均动能就一定越大 C．15 ℃的水蒸发成15 ℃的水蒸气后，内能不变，分子的平均动能也不变 D．达到热平衡的两个系统，其内部分子的平均动能可以不同 √ 课堂深度探究 返回导航 [解析]　分子热运动的速率规律是一个统计规律，物体的温度升高，物体内分子热运动的平均速率增大，而不是物体内每个分子热运动的速率都增大，A错误； 温度是物体内部分子平均动能大小的标志，物体的温度越高，其内部分子的平均动能就一定越大，B正确； 15 ℃的水蒸发成15 ℃的水蒸气后，温度不变，分子的平均动能不变，该物态变化是吸热过程，分子势能增大，即内能增大，C错误； 温度是系统达到热平衡的标志，达到热平衡的两个系统温度一定相等，则其内部分子的平均动能一定相同，D错误。 课堂深度探究 返回导航 　(2024·安徽安庆月考)下列关于温度的叙述不正确的是(　　) A．温度就是温标 B．两个系统处于热平衡时，它们的温度相同 C．温度是分子热运动平均动能的标志 D．温度的高低决定了分子热运动的剧烈程度 √ 课堂深度探究 返回导航 [解析]　温度表示物体的冷热程度，它反映物体内部分子热运动的状况，分子热运动越快，温度就越高，温标是衡量温度高低的标尺，它是描述温度数值的统一表示方法，故温度不是温标，故A错误。 两个系统处于热平衡时，它们的温度相同，故B正确。 根据分子动理论，温度是分子热运动平均动能的标志，故C正确。 温度的高低决定了分子热运动的剧烈程度，故D正确。 课堂深度探究 返回导航 角度2　热力学温标和摄氏温标 　(2024·河北邯郸阶段练)常用的两种表示温度的方法就是摄氏温标和热力学温标，关于温度和温标，下列说法正确的是(　　) A．摄氏温度升高1 ℃小于热力学温度升高1 K B．某物体热力学温度是20 K，摄氏温度就是293.15 ℃ C．热力学温标亦称“绝对温标”，是由玻意耳首先引入的 D．摄氏温度有负值，热力学温度不可能取负值 √ 课堂深度探究 返回导航 [解析]　摄氏温度升高1 ℃等于热力学温度升高1 K，故A错误； 某物体摄氏温度为20 ℃，即热力学温度T＝20 K＋273.15 K＝293.15 K，故B错误； 热力学温标亦称“绝对温标”，是由开尔文首先引入的，故C错误； 摄氏温度有负值，热力学温度最小是零，不可能为负值，故D正确。 课堂深度探究 返回导航 　下列关于温标、温度的说法正确的是(　　) A．今天最高气温是25 ℃，用热力学温度来表示即为25 K B．今天最低气温是283 K，用摄氏温标来表示即为13 ℃ C．今天从早晨到中午，气温上升了10 ℃，用热力学温度来表示即上升 10 K D．今天从早晨到中午，气温上升了10 ℃，用热力学温度来表示即上升283 K √ 课堂深度探究 返回导航 [解析]　根据热力学温度与摄氏温度的关系T＝(273＋t) K可得，25 ℃用热力学温度来表示即为 298 K，故A错误； 283 K用摄氏温标来表示即为t＝(283－273) ℃＝10 ℃，故B错误； 气温上升了Δt＝10 ℃，由于数值上ΔT＝Δt，所以用热力学温度来表示即上升10 K，故C正确，D错误。 课堂深度探究 返回导航 角度3　温度计 　(多选)下列说法正确的是(　　) A．温度计测温原理就是热平衡定律 B．温度计与被测系统的温度不相同时，读不出示数 C．温度计读出的示数是它自身这个系统的温度，若它与被测系统达到热平衡，这一示数也是被测系统的温度 D.温度计读出的示数总是被测系统的温度，无论是否达到热平衡 √ √ 课堂深度探究 返回导航 [解析]　温度计能测出被测物体的温度的原理就是热平衡定律，即温度计与被测物体达到热平衡时温度相同，其示数也就是被测物体的温度，故A、C正确，D错误； 温度计与被测系统的温度不相同时，仍有示数，故B错误。 课堂深度探究 返回导航 随堂巩固落实 PART 03 第三部分 1．(平衡态和热平衡)关于平衡态和热平衡，下列说法正确的是(　　) 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 √ 随堂巩固落实 返回导航 解析：根据平衡态的定义知，系统的温度、体积、压强都不随时间变化，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。 随堂巩固落实 返回导航 2．(热平衡与温度)(多选)下列说法正确的是(　　) A．放在腋下足够长时间的水银体温计中的水银与人体达到热平衡 B．温度相同的棉花和石头相接触，需要经过一段时间才能达到热平衡 C．若a与b、c分别达到热平衡，则b、c之间也达到了热平衡 D．两物体温度相同，可以说两物体达到了热平衡 √ √ √ 随堂巩固落实 返回导航 解析：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传递，高温物体将向低温物体传热，最终使两者的温度相等，即达到热平衡，故A、D正确； 两个物体的温度相同时，不会发生热传递，已经达到热平衡，故B错误； 若a与b、c分别达到热平衡，三者温度一定相等，所以b、c之间也达到了热平衡，故C正确。 随堂巩固落实 返回导航 3．(平衡态与非平衡态)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 √ 随堂巩固落实 返回导航 解析：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； 两物体发生热传递时，两个物体组成的系统内部存在温度差，故系统处于非平衡态，C正确； 0 ℃的冰水混合物放入1 ℃ 的环境中，其温度与环境温度不同，其状态参量会发生变化，冰水混合物处于非平衡态，D错误。 随堂巩固落实 返回导航 4．(温度和温标)(2024·山西朔州期末)关于热力学温度，下列说法正确的是(　　) A．27 ℃相当于301.15 K B．摄氏温度与热力学温度都可能取负值 C．温度变化1 ℃，也就是温度变化1 K D．温度由t升至2t，对应的热力学温度升高了273.15 K＋t √ 随堂巩固落实 返回导航 解析：根据热力学温度与摄氏温度关系可知T＝t＋273.15 K＝(27＋ 273.15) K＝300.15 K，故A错误； 因为绝对零度不可能达到，故热力学温度不可能取负值，而摄氏温度可以取负值，故B错误； 由热力学温度与摄氏温度关系式T＝t＋273.15 K可知ΔT＝Δt，所以温度变化1 ℃，也就是温度变化1 K，故C正确； 温度由t升至2t，初态温度为t＋273.15 K，末态温度为2t＋273.15 K，对应的热力学温度升高了t，故D错误。 随堂巩固落实 返回导航 一、气体的状态参量 1．在研究气体的热学性质时，可用体积、温度、 eq \o(□,\s\up1(1)) ________等宏观物理量来描述气体的状态，这几个量叫作气体的状态参量。 2．气体的体积是指气体所充满的 eq \o(□,\s\up1(2)) ____________________，所以气体体积就是贮放气体容器的容积。体积的国际单位制单位是m3，常用单位还有升(L)、毫升(mL)。 3．当大量分子对器壁进行碰撞时，就可以使器壁受到一个持续的、均匀的作用力，这便在器壁上表现出 eq \o(□,\s\up1(3)) ________这个宏观的物理量。压强的国际单位制单位是帕斯卡，简称帕，符号Pa。 二、热平衡定律和温度 1．温度 通俗的说法，温度就是物体冷热的程度。从微观上看，温度是处于热平衡系统的微观粒子热运动强弱的量度。从宏观上看，温度是系统的一个状态参量，是系统自身分子热运动性质的宏观表现。 2．热力学系统是指由大量分子组成，并与周围环境发生相互作用的宏观客体，它是热力学的研究对象，简称系统。系统的周围环境简称 eq \o(□,\s\up1(4)) ________。 3．热接触 假设有两个热力学系统，原来各自处在一定的平衡态。在没有外界影响的情况下，让这两个系统互相接触，使它们之间发生热传递，这种接触叫作 eq \o(□,\s\up1(5)) ____________。 4．热平衡 热接触后两个系统的状态都将发生变化，热的变冷，冷的变热。经过一段时间后，两个系统的状态不再变化。这表明最后对热传递来说，两个系统已经达到平衡，我们把这种平衡叫作 eq \o(□,\s\up1(6)) ______________。这时这两个系统的 eq \o(□,\s\up1(7)) ________相同。 5．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 eq \o(□,\s\up1(8)) ____________。 3．热力学温标 英国物理学家开尔文从理论上建立了一种不依赖于任何测温物质及测温属性的温标，称为 eq \o(□,\s\up1(9)) ____________温标或 eq \o(□,\s\up1(10)) ________温标。由它所确定的温度叫作 eq \o(□,\s\up1(11)) ____________温度或 eq \o(□,\s\up1(12)) ________温度，热力学温度的单位是开尔文，简称开，符号是K。 4．1960年国际计量大会根据热力学温标对摄氏温标进行了重新定义：如果以t表示摄氏温度的数值，T表示绝对温度的数值，则有t/℃＝T/K－273.15。 $