1. 温度和温标（培优教学课件）物理人教版选择性必修第三册

第二章 气体、固体和液体 选择性必修三•人教版 1. 温度和温标 物体是由大量分子组成的，分子在做永不停息的无规则运动，分子之间存在着相互作用力。这些因素决定了分子的三种不同的聚集状态：气体、固体和液体。物体处于不同状态时具有不同的物理性质。 人类对物质属性的认识是从宏观到微观不断深入的过程。相应地，人们对新材料或传统材料新功能的开发和研制也从来没有停止过。从远古的石器时代，到后来的青铜器时代、铁器时代……新材料在人类文明进程中扮演了重要的角色。 导入新课 假如一个容器用挡板K隔开，容器中的气体被分成A、B两部分，它们的压强分别为pA、pB，温度分别为TA、TB。打开挡板K后，如果容器与外界没有能量交换，经过一段时间后，容器内的气体会是什么状态? 物理观念 知道状态参量与平衡态 科学思维 知道热平衡，理解热平衡定律及温度的意义。 科学探究 知道温标、摄氏温标和热力学温标，知道摄氏温度与热力学温度的转换关系 科学态度 与责任 具有学习和研究物理的好奇心与求知欲，能主动与他人合作，尊重他人，能基于证据和逻辑发表自己的见解，实事求是有将物理知识应用于生活和生产实践的意识，勇于探索日常生活有关的物理问题。 学习目标 重点难点 重点 1.温度的微观本质：温度是大量分子无规则运动平均动能的标志。 2.热力学温标与摄氏温标的换算T=t+273.15 K 难点 理解 “温度是分子平均动能标志” 的统计意义，区分单个分子动能与大量分子的平均动能 一、状态参量与平衡 1 温度和温标 一、状态参量与平衡 1.热力学系统：在热学中，把某个范围内大量分子组成的研究对象叫做热力学系统，简称系统。 2.外界：系统之外与系统发生相互作用的其他物体统称为外界。 例如：酒精灯加热容器中的气体 把气体作为研究对象，它就是一个热力学系统。 而容器和酒精灯就是外界。 思考： 确定一个系统之后，如何描述这个系统的状态或性质？ 一、状态参量与平衡 状态参量：在热学中，为确定系统的状态，用到的物理量，这些物理量叫作系统的状态参量。 体积V：几何参量（确定系统的空间范围）； 压强p：力学参量（确定外界与系统之间或系统内部各部分之间的相互作用）； 温度T：热学参量（确定系统的冷热程度）。 如果一个系统的状态参量都不变，请你给这个状态起个名字？ 一、状态参量与平衡 平衡态： 一个封闭系统，在经过足够长的时间，系统各部分的状态参量达到稳定（不随时间变化）时的状态 。 宏观性质 热学系统所处的平衡态往往是一种动态的平衡。 5atm 60oC 0oC 2atm 系 统 平衡态 分子做无规则运动 一、状态参量与平衡 1.当系统处于平衡态时，系统所有状态参量（p、V、T）都不随时间变化。中学阶段，主要处理平衡态的问题。 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。 3.类似于化学平衡，热力学系统达到的平衡态也是一种动态平衡。 4.处于平衡态的系统各处温度相等，但温度各处相等的系统未必处于平衡态。 二、热平衡与温度 1 温度和温标 二、热平衡与温度 1.热平衡： 如果两个系统相互接触而传热，它们的状态参量将发生改变。经过一段时间以后，状态参量就不再变化了，这说明两个系统对于传热来说已经达到了平衡，这种平衡叫做热平衡。 相互接触而传热 冷 热 热平衡 二、热平衡与温度 热平衡定律(又叫热力学第零定律)： 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。 热平衡 A 热平衡 B A B 热平衡 C C 二、热平衡与温度 1.温度：热平衡定律表明，当两个系处于热平衡时，它们必定具有某个共同的热学性质，我们就把表征“共同的热学性质”的物理量叫作温度。 2. 物理意义：温度是决定一个系统与另一个系统是否达到热平衡的物理量，也可以说温度表示物体冷热程度的物理量，两者并不冲突。 二、热平衡与温度 水银温度不再升高，这个系统达到平衡态 水的温度不再升高，这个系统达到平衡态 “一切达到热平衡的系统都具有相同的温度”这就是常用温度计能够用来测量温度的基本原理。 二、热平衡与温度 二、热平衡与温度 【例1】(多选)关于热平衡，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 二、热平衡与温度 【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，但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，这两个系统必定达到热平衡，这是温度计的测温原理，B、D正确。 二、热平衡与温度 平衡态与热平衡的区别与联系   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 三、温度计与温标 1 温度和温标 三、温度计与温标 1.温标：定量描述温度的方法称为温标（thermometric scale）。 2.温标的建立包含三个要素： （1）选择温度计中用于测量温度的物质，即测温物质； （2）对测温物质的测温属性随温度变化规律的定量关系作出某种规定； （3）确定固定点即温度的零点和分度方法。 三、温度计与温标 水银 酒精 气体 100等份 冰水混合物 沸腾的水 100℃ 0℃ 1.摄氏温标：一种常用的表示温度的方法，这种温标规定标准大气压下冰的熔点为0℃，水的沸点为100℃。在0℃和100℃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，这种温标规定摄氏温度的-273.15℃为零值。 三、温度计与温标 1.热力学温度（T）：在国际单位制中，用热力学温标表示的温度，叫热力学温度。它是国际单位制中七个基本物理量之一。单位：开尔文，简称开，符号为K． 3. 摄氏温度t与热力学温度T的换算关系：T＝t+273.15（K） ∆T = ∆t 2.-273.15℃叫绝对零度，是低温的极限，不可能达到。 三、温度计与温标 【例2】关于热力学温度和摄氏温度，以下说法错误的是 A.热力学温度的单位“K”是国际单位制中的基本单位 B.0 ℃的温度可用热力学温度粗略地表示为273 K C.温度升高了1 ℃就是升高了1 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 三、温度计与温标 【解析】热力学温度的单位“K”是国际单位制中七个基本单位之一，故A正确； 热力学温标与摄氏温标两者大小关系为T=t+273.15 K，因此0 ℃的温度可用热力学温度粗略地表示为273 K，故B正确； 温度升高了1 ℃就是升高了1 K，故C正确； 热力学温度和摄氏温度的温标不同，但是两者大小关系为T=t+273.15 K，可以进行转换，所以两者表示的温度可以在换算单位之后进行比较，故D错误。 四、课堂总结 1 温度和温标 五、练习与应用 1 温度和温标 五、练习与应用 1.（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．要看它们后来的温度是否相同 C．取决于其他状态参量是否相同 D．系统达到热平衡，其温度一定相同 五、练习与应用 【答案】BD 【解析】A．若两个系统状态参量变化后温度仍相同，则它们可以处于热平衡状态，并非一定不能，故A 错误；B．热平衡的标志就是温度相同，两个系统状态参量变化后，若温度相同就能处于热平衡状态，若温度不同则不能，所以要看它们后来的温度是否相同，故B 正确；C．热平衡与否主要取决于温度，而不是其他状态参量，其他状态参量不同，只要温度相同也可处于热平衡，故C 错误；D．根据热平衡的定义，系统达到热平衡时，其温度一定相同，这是热平衡的基本特征，故D 正确。故选BD。 五、练习与应用 2.仔细观察图片，回答下列问题： (1)根据热平衡定律，如果温度计与物体A处于热平衡， 也同时与物体B处于热平衡，则A与B温度相同。如果用如图甲所示具有热胀冷缩的物质作为温度计测温物质，能比较某物体C（如灯焰）与A、B温度的高低吗？ (2)为了定量比较温度的高低，参考长度的比较与刻度尺，温度计应标定什么？ (3)如果要定量地描述温度，就必须有一套方法，这套方法就是温标，现在常见的有摄氏温标和华氏温标，摄氏温标曾经是怎样定量地描述温度的？ 五、练习与应用 【解析】（1）能。将温度计与物体A接触达到热平衡，记录温度计示数；再将温度计与物体C接触，若温度计示数升高，说明C的温度高于A；若示数降低，说明C的温度低于A。同理可与物体B比较。通过温度计中测温物质热胀冷缩引起的示数变化，就可以比较物体C与A、B 温度的高低。 （2）温度计应标定零点和分度值。如同用刻度尺测量长度需要确定零刻度线和最小刻度一样，温度计要定量比较温度高低，需要确定温度的零点（零刻度线对应的温度值）以及每一小格代表的温度值（分度值），这样才能准确读出不同的温度数值，故温度计应标定零点和分度值。 （3）在标准大气压下，把冰水混合物的温度规定为 0 摄氏度，沸水的温度规定为 100 摄氏度 ，在 0 摄氏度和 100 摄氏度之间分成 100 等份，每一等份代表 1 摄氏度。   五、练习与应用 3.(2025年天水期中)关于热力学温度，下列说法正确的是 (　　) A．33 ℃＝240 K B．温度变化了1 ℃，也就是温度变化了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 五、练习与应用 【答案】B 【解析】由热力学温度与摄氏温度的关系T＝t＋273 K可得，33 ℃＝(273＋33) K＝306 K，故A错误；摄氏温度变化了1 ℃，也就是开尔文温度变化了1 K，温度由t ℃升至2t ℃，对应的热力学温度升高了t K，D错误，B正确；热力学温度不可以取负值，C错误． 六、提升训练 1 温度和温标 六、提升训练 1.　下列关于系统是否处于平衡态的说法正确的是(　　) A．开空调1 min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时，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 六、提升训练 【答案】B 【解析】开空调1 min内教室内的气体温度、体积均要变化，故不是平衡态，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，故不是平衡态，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，故不是平衡态，D错误． 六、提升训练 2．(2024年白城月考)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，其状态参量都会改变 C．两物体发生热传递时，两系统处于平衡态 D．0 ℃的冰水混合物放入0 ℃的环境中，冰水混合物处于平衡态 六、提升训练 【答案】D 【解析】不处于平衡态的系统也有状态参量，A错误；状态参量是描述系统状态的物理量，当系统状态变化时，有的状态参量会改变，有的状态参量不变，例如等温变化的过程中，系统的温度不发生变化，B错误；两物体发生热传递时，一定存在温度差，两系统不处于平衡态，C错误；0 ℃的冰水混合物放入0 ℃的环境中，因为温度相同，所以冰水混合物处于平衡态，D正确． 六、提升训练 3．(多选)下列物体处于热平衡状态的是(　　) A．冰水混合物处在0 ℃的环境中 B．将一铝块放入沸水中加热足够长的时间 C．冬天刚打开空调的教室内的空气 D．一个装有气体的密闭绝热容器匀速运动，容器突然停止运动时，容器内的气体 【答案】AB 六、提升训练 【答案】AB 【解析】冰水混合物的温度为0 ℃，和环境的温度相同，处于热平衡状态，A正确；铝块在沸水中加热足够长的时间，铝块和水的温度相同，处于热平衡状态，B正确；冬天刚打开空调的教室内的气体各部分温度不相同，未处于热平衡状态，C错误；匀速运动的容器突然停止运动时，机械能转化为气体的内能，容器内的气体温度升高，未达到热平衡状态，D错误． EV录屏3.9.7软件录制 Lavf56.38.102 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn $