第2章 第1节 温度和温标（学生版）-【创新教程】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册五维课堂同步复习（人教版）

物理·选择性必修第三册 第二章 气体、固体和液体 第一节 温度和温标 学习目标 核心素养 1.物理观念：状态参量、平衡态、热平衡、热力学 1.知道平衡态及系统的状态参量， 温度 2.明确温度的概念，知道热平衡定律及其与 2.科学思维：热平衡定律的理解及T=t+ 温度的关系， 273.15K的理解和应用. 3.了解温度计的原理，知道热力学温度与摄 3.科学方法：理想模型法、图像法、定义法、比 氏温度的换算关系 较法， 自主预习。探新知 [知识点1]状态参量与平衡态 2.热平衡定律：如果两个系统分别与第三个系统 1.热力学系统：由大量分子组成的 达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定 2.外界：系统之外与系统发生相互作用的其他 处于 物体. 3.温度：处于热平衡的系统之间有一“共同热 3.状态参量：为确定系统的状态所需要的一些 学性质”，即 这就是温度计能够用 量，如： 、温度等， 来测量温度的基本原理. 4.平衡态：无外界影响， 的 [知识点3]温度计与温标 状态. 1.温度计 说明：平衡态是状态参量，不是过程量，处于 名称 原理 平衡态的系统，状态参量在较长时间内不发 根据水银的 的性质 水银温度计 生变化， 来测量温度 [知识点2]热平衡与温度 根据金属铂的 随温 金属电阻温度计 1.热平衡：如果两个系统相互接触而传热，这 度的变化来测量温度 两个系统的状态参量将会互相影响而分别 根据气体 随温度的 气体温度计 经过一段时间，各自的状态参量 变化来测量温度 不再变化了，即这两个系统达到了 根据不同导体因 热电偶温度计 生电动势的大小来测量温度 ·28· 第二章气体、固体和液体 2.温标：定量描述 的方法。 [自我检测] (1)摄氏温标：一种常用的表示温度的方法，规定 1.思维辨析 标准大气压下冰的熔点为 ,水的沸 (1)当系统处于平衡态时，系统的温度、压强、 点为 ,在 刻度与100℃刻度 体积等都不随时间变化. ( 之间均匀分成 等份，每一份算作 (2)平衡态是一种理想情况. ( ) 1℃. (3)温度是决定两个系统是否达到热平衡状态 (2)热力学温标：现代科学中常用的表示温度 的唯一物理量。 的方法， 温度 (4)处于热平衡状态的系统内的分子仍在不停 (3)摄氏温度与热力学温度： 地做无规则运动，热平衡是一种动态平衡. () 摄氏温标表示的温度，用符号 2.基础理解 摄氏温度 表示，单位是 ,符 根长铁丝，一端插入100℃的沸水中，另 号为℃ 端放入0℃恒温源中，经过足够长的时 热力学温标表示的温度，用符 间，温度随铁丝有一定的分布，而且不再随 热力学温度 号 表示，单位是 时间变化，这种状态是否为平衡态？ 符号为K 换算关系 T 注意：变化1℃与变化1K是相等的. 合作探究。攻重难 究1状态参量与平衡态 ◆汇探究归纳] ◆[探究导引门 1.热力学的平衡态是一种动态平衡，组成系统 如图所示，将鸡蛋放在沸水中加热足够长的 的分子仍在不停地做无规则运动，只是分子 时间，鸡蛋处于平衡态吗？ 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， ·29· 物理·选择性必修第三册 热平衡概念也适用于两个原来没有发生过 探究2 热平衡与温度 作用的系统.因此可以说，只要两个系统在 ◆[探究导引门 接触时它们的状态不发生变化，我们就说这 某工人在拿铁棒和木头时感觉到铁棒明显 两个系统原来是处于热平衡的 比木头凉，由于表示物体冷热程度的是温 [例1]（多选）下列说法中正确的是() 度，于是这位工人得出当时“铁棒比木头温 A.状态参量是描述系统状态的物理量，故 度低”的结论，你认为他的结论对吗？请说 当系统的状态变化时，其各个状态参量 明理由. 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 思路点拨：(1)各个系统都有状态参量， (2)当处于平衡态时，状态参量不再变化，非 平衡时，状态参量要变化 [尝试解答] 汇规律方法] 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 ◆[探究归纳] 系统内部达到的一种动态平衡， 1.温度 (2)必须要经过较长一段时间，直到系统内所 （1)宏观上 有性质都不随时间变化为止. ①温度的物理意义：表示物体冷热程度的 (3)系统与外界没有能量的交换， 物理量 ◆[跟踪训练] ②与热平衡的关系：各自处于热平衡状态 1.下列关于系统是否处于平衡态的说法正确 的两个系统，相互接触时，它们相互之间发 的是 ( ) 生了热量的传递，热量从高温系统传递给 A.开空调2min内教室内的气体处于平 低温系统，经过一段时间后两系统温度相 衡态 同，达到一个新的平衡状态. B.两个温度不同的物体相互接触，这两个 (2)微观上 物体组成的系统处于非平衡态 ①反映物体内分子热运动的剧烈程度，是 C.0℃的冰水混合物放入1℃的环境中，冰 大量分子热运动平均动能的标志。 水混合物处于平衡态 ②温度是大量分子热运动的集体表现，是 D.压缩密闭容器中的空气，空气处于平 含有统计意义的，对个别分子来说温度是 衡态 没有意义的 ·30· 第二章气体、固体和液体 2.热平衡 误区2：误认为平衡态就是热平衡 (1)一切达到热平衡的物体都具有相同的 产生误区的原因是不理解热平衡与 温度】 平衡态的关系，错误地认为处于平 (2)若物体与A处于热平衡，它同时也与B达 衡态的两个物体之间一定会处于热 到热平衡，则A的温度等于B的温度，这 平衡.其实各自处于平衡态的两个 就是温度计用来测量温度的基本原理， 物体温度不一定相同，它们接触后 3.热平衡定律的意义 各自的状态会发生变化，直到达到 热平衡定律又叫热力学第零定律，为温度的 热平衡为止 测量提供了理论依据.因为互为热平衡的物 ◆[跟踪训练] 体具有相同的温度，所以比较各物体温度 2.下列有关热平衡的说法，正确的是() 时，不需要将各个物体直接接触，只需将作 A.如果两个系统在某时刻处于热平衡状 为标准物体的温度计分别与各物体接触，即 可比较温度的高低。 态，则这两个系统永远处于热平衡状态 [例2]关于平衡态和热平衡，下列说法中正 B.热平衡定律只能研究三个系统的问题 确的有 ( C.如果两个系统彼此接触而不发生状态参 A.只要温度不变且处处相等，系统就一定 量的变化，这两个系统又不受外界影响， 处于平衡态 那么这两个系统一定处于热平衡状态 B.两个系统在接触时，它们的状态不发生 D.两个处于热平衡状态的系统，温度可以 变化，说明这两个系统原来的温度是相 有微小的差别 等的 标究3 温度计与温标 C.热平衡就是平衡态 ◆[探究导引门 D.处于热平衡的几个系统的压强一定相等 摄氏温标（以前称为百分温 思路点拨：(1)平衡态的各个参量都不变化， 标)是由瑞典天文学家摄尔 198 水的沸点 (2)热平衡时必有相等的温度. 修斯设计的.如图所示，在一 60 [尝试解答] 标准大气压下，把冰点定为 [易错提醒] 室温 0℃，沸点定为100℃，因此 水的冰点 热平衡与温度理解的两个误区 在这两个固定点之间共为 误区1：误认为只要温度不变，系统就处于平 100℃，即100等份，每等份 衡态 代表1摄氏度，用1℃表示，用℃标表示的 产生误区的原因是没有正确理解平 温度叫作摄氏温度，常用t表示.摄氏温标 衡态的概念，当系统内包括温度在内 用摄氏度做单位.热力学温标由英国科学家 的所有状态参量都不随时间变化时， 威廉·汤姆孙（开尔文）创立，它表示的温度 系统才处于平衡态， 叫热力学温度，常用T表示，用K做单位. 31 物理·选择性必修第三册 试探究：1.热力学温标与摄氏温标之间的关 (2)比较摄氏温标和热力学温标 系是什么？ 项目 摄氏温标 热力学温标 2.如果可以粗略地取一273℃为绝对零度， 摄尔修斯和施 在一标准大气压下，冰的熔点是多少摄氏 提出者 开尔文 勒默尔 度，为多少开？水的沸点又是多少摄氏度， 一个标准大气 273.15℃绝 为多少开？ 零度的规定 压下冰水混合 对零度 物的温度 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 T=t+273.15K 关系 粗略表示：T=t+273K [例3] 仿照实验室使用的液体温度计的原 ◆[搽究归纳] 理，某同学设计了一个简易的气体温度计， 1.“温度”含义的两种说法 如图所示，瓶中装的是气体，瓶塞密封不漏 气，瓶塞上面细弯管中有一段液柱. 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 宏观角度 由人体的感觉器官比较得到的， 往往是不准确的 温度的严格定义是建立在热平衡 (1)当温度升高时，液柱将向哪边移动？ 定律基础上的.热平衡定律指出， (2)此温度计如何标上刻度呢？ 热平衡 两个系统相互处于热平衡时，存 思路点拨：(1)此温度计是根据气体热胀冷 角度 在一个数值相等的物理量，这个 缩原理制成的. 物理量就是温度，这样的定义更 (2)必定是左边温度高，右边温度低. 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. ·32· 第二章气体、固体和液体 规律方法] 般双金属温度计用在低温，热电偶用在 (1)热力学温度与摄氏温度的关系是T=t十 高温.如果温度超过500摄氏度的话那么双 273.15K,因此对于同一温度来说，用不 金属温度计的阻值会非常大，可能会影响测量 同的温标表示，数值不同，这是因为零值 结果，甚至会出现不能出来测量结果的情况 选取不同. 发生 (2)在热力学温标与摄氏温标中，热力学温度 升高（或降低）1K,则摄氏温度也升高（或 降低)1℃. ◆[跟踪训练] 3.(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一273.15℃ [典例展示]（多选）实际应用中，常用到一种 B.热力学温度变化1K和摄氏温度变化 双金属温度计，它是利用铜片与铁片铆合在 1℃，变化量的大小是相等的 一起的双金属片的弯曲程度随温度变化的 C.绝对零度是低温的极限，永远达不到 原理制成的，如图所示.已知左图中双金属 D.1℃就是1K [创新拓展提素浔 片被加热时，其弯曲程度会增大，则下列各 种相关叙述中正确的有 双金属温度计 双金属温度计是将绕成螺纹旋形的热双 铁 100 金属片作为感温器件，并把它装在保护套管 120 内，其中一端固定，称为固定端，另一端连接在 一根细轴上，称为自由端.在自由端线轴上装 有指针.当温度发生变化时，感温器件的自由 双金属温度计 端随之发生转动，带动细轴上的指针产生角度 A.该温度计的测温物质是铜、铁两种热膨 变化，在标度盘上指示对应的温度。 胀系数不同的金属 双金属温度计的优点在于响应速度快、 B.双金属温度计是利用测温物质热胀冷缩 体积小、线性度好、较稳定，有些产品还具备高 的性质来工作的 温工作性能.双金属温度计的热电势大小仅与 C.由左图可知，铜的热膨胀系数大于铁的 热电极材质的热电性质和两端温度差有关.采 热膨胀系数 用同一种匀质导体或半导体构成回路，都不会 D.由右图可知，其双金属片的内层一定为 产生热电势.热电偶两个接点温度T,T。,若T 铜，外层一定为铁 =T。,热电偶的热电势为零.中间温度定律为 [尝试解答] 制定热电偶分度表奠定了基础. ·33· 物理·选择性必修第三册 课堂自测⊙夯基础 1.(状态参量)（多选）在热学中，要描述一定气 5.(温度计)细心观察可以发现，常见液体温度 体的宏观状态，需要确定下列哪些物理量 计下部的玻璃泡较大，壁也比较薄，上部的 管均匀而且很细，想一想，温度计为什么要 A.每个气体分子的运动速率 做成这样呢？ B.压强 C.体积 D.温度 2.(对热量的理解)当甲、乙两物体相互接触 后，热量从甲物体流向乙物体，这样的情况 表示甲物体具有 () A.较高的热量 B.较大的比热容 C.较大的密度 D.较高的温度 3.(温度、温度计)（多选）下列说法正确的是 ( A.用温度计测量温度是根据热平衡的原理 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 4.(热平衡与温度)关于热平衡及热力学温度， 下列说法正确的是 () A.处于热平衡的几个系统的压强一定相等 B.热平衡定律是温度计能够用来测量温度 的基本原理 C.温度变化1℃，也就是温度变化274.15K C温馨提 D.摄氏温度与热力学温度都可能取负值 学习至此，请完成配套训练 ·34·(3)根据大于半个方格的算一个，小于半个方格的舍去， 油膜形状占据方格数大约为115个，故面积 S=115×20×20mm2=4.6×104mm2 油酸分子直径d= V′_2×10-5×103 S4.6X10mm≈4.3X107 mm=4.3×10-10m. [答案](1)爽身粉(2)2×10-5(3)4.3×10-10 [例3][解析][由于乙分子由静止释放，在ac间一直受 到甲分子的引力而做加速运动，引力做正功，分子势能一 直在减小，到达c点时所受分子力为零，加速度为零，速度 最大，动能最大，分子势能最小，为负值.由于惯性，到达c点 后乙分子继续向甲分子靠近，由于分子力为斥力，故乙分子 做减速运动，直到速度减为零，设到达d点后返回，故乙分子 运动范围在ad之间.在分子力表现为斥力的那一段cd上， 随分子间距的减小，乙分子克服斥力做功，分子力、分子势能 随间距的减小一直增加.故B正确，A、C、D错误.」 [答案]B 第二章气体、固体和液体 第一节温度和温标 自主预习·探新知 知识点11.系统3.体积压强4.状态参量稳定 知识点21.改变热平衡2.热平衡3.温度 知识点31.热膨胀电阻压强温差2.温度 (1)0℃100℃0℃100(2)热力学(3)t摄氏度 T开尔文t+273.15K 自我检测 1.(1)/(2)/(3)/(4)/ 2.提示：这种状态不是平衡态，只是一种稳定状态，因为存 在外在因素的影响. 合作探究·攻重难 探究1探究导引 提示：鸡蛋放在沸水中加热足够长的时间其温度、压强、 体积都不再变化，是平衡状态 [例1][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，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， [答案]BD .1 参考答案 跟踪训练 1.B[开空调2min内教室内的气体温度要变化，故不是 平衡状态，A错误：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错误：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错误.本题选B.] 探究2探究导引 提示：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 [例2][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. 「答案]B 跟踪训练 2.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：由热平衡的意义，故C正 确：温度相同是热平衡的标志，必须相同，故D错误.] 探究3探究导引 提示：1.关系式为T=t+273.15K 2.冰的溶，点为0℃，为273K:水的沸点为100℃，即 373K. [例3][解析](1)当温度升高时，瓶内的气体受热膨胀 挤压上方的液柱，液柱就会向左移动：(2)将此装置放在 一个标准大气压下的冰水混合物中，在液柱正中间处标 上0℃，将它放在一个标准大气压下的沸水中，在液柱正 中间处标上100℃，然后将以上两个刻度之间的部分进 行100等分，标上刻度就成了一个温度计. [答案]见解析 跟踪训练 3.ABC[根据热力学温标零值的规定可知A正确：热力学 温度变化1K和摄氏温度变化1℃的变化量大小是相等 的，但1℃不是1K,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。] 9 物理·选择性必修第三册 创新拓展提素养 [典例展示][解析]双金属温度计是利用热膨胀系数不 同的铜、铁两种金属制成的双金属片的弯曲程度随温度 变化的原理来工作的，A、B正确：如题图中，加热时双金 属片弯曲程度增大，即进一步向上弯曲，说明双金属片下 层热膨胀系数较大，即铜的热膨胀系数较大，C正确：如 题图右图中，温度计示数是顺时针方向增大，说明当温度 升高时温度计指针顺时针方向转动，则其双金属片的弯 曲程度在增大，故可以推知双金属片的内层一定是铁，外 层一定是铜，D错误」 [答案]ABC 课堂自测·夯基础 1.BCD[描述系统的宏观状态，其参量是宏观量，每个气 体分子的运动速率是微观量，不是气体的宏观状态参量」 气体的压强、体积和温度分别是从力学、几何、热学三个 角度对气体的性质进行的宏观描述，是确定气体宏观状 态的三个状态参量，故B、C、D正确.] 2.D[热量总是自发地从高温物体传到低温物体，或从物 体的高温部分传递到低温部分，因此决定热量传递的因 素是温度，故D正确.] 3.ACD[当温度计的玻璃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，最终使二者的温度达到相等，即达到 热平衡，A、D正确：温度相同的两物体本来就处于热平 衡，不会再进行热传递，B错误：若Q与b、c分别达到热平 衡，三者温度就相等了，所以b、c之间也达到了热平 衡，C正确.] 4.B[处于热平衡的几个系统的温度是相等的，故A错误： 热平衡定律是温度计能够用来测量和比较温度高低的基 本原理，故B正确：摄氏温度与热力学温度的差别为所选 的零值的起，点不同，单位不同，但每一度表示的冷热差别 是相同的（△T一△t),摄氏温度变化1℃，也就是热力学温 度变化1K,故C错误：热力学温度不可能取负值，故D 错误.门 5.解析：这样做是为了使测量更准确、更方便.下部较大而 上部很细，这样下部储存的液体就比较多，当液体膨胀或 收缩不大时，在细管中的液面就可能有较大的变化，可以 使测量更精确：下部的壁很薄，可以使玻璃泡内测温物质 的温度较快地与待测物质的温度一致，达到热平衡：细管 的粗细是均匀的，是为了使刻度均匀，便于读数 答案：见解析 ·16 第二节 气体的等温变化 自主预习·探新知 知识点11.一定质量温度不变2.(1)注射器橡胶套 空气柱(2)压力表刻度尺(3)正比反比 知识点21.(1)反比(2)pV=Cp1V1=p2V2(3)温 度2.(1)双曲线(2)倾斜直线 自我检测 1.(1)√(2)/(3)×(4)× 2.提示：该实验的条件是气体的质量一定，温度不变.体积 变化时封闭气体自身的温度会发生变化，为保证温度不 变，应给封闭气体以足够的时间进行热交换，以保证气体 的温度不变」 合作探究·攻重难 探究1探究导引 提示：(1)因为在恒温池中，所以气泡内气体的温度保持 不变， (2)变小 (3)由玻意耳定律pV=C可知，压强变小，气体的体积 增大 [例1][解析]设活塞A下移距离为1，活塞B下移的距 离为x,对圆筒中的气体： 初状态：p1=p6V1=loS F 末状态：p2=p十5V2=(,十x一)S 由玻意耳定律得p1V1=p2V2 即s=(e,+5)t-S ① 根据胡克定律有F=kx ② 代入数据解①②得1=0.3m. [答案]0.3m 跟踪训练 1.CD[氢气球上升时，由于高空处空气稀薄，球外空气的 压强减小，球内气体要膨胀，到一定程度时，气球就会胀 破，故C、D正确. 2.解析：以管内封闭的气体为研究对象.玻璃管开口向上 时，管内的压强p1=po十hp水铁g,气体的体积V1=l1S(S 为玻璃管的横截面积). 当玻璃管开口向下时，管内的压强p2=p0一p水银g,这时 气体的体积V2=l2S 温度不变，由玻意耳定律得：(p0十hP*银g)l1S=（p0 hpg)12S 所以4-格=沿×a8ma9m 答案：0.39m 0