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

第二章 1.温度和温标 学习目标 1.知道平衡态及系统的状态参量。(物理观念) 2.明确温度的概念,知道热平衡定律及其与温度的关系。(物理观念) 3.了解温度计的原理,知道热力学温度与摄氏温度的换算关系。(科学思维) 基础落实·必备知识全过关 重难探究·能力素养全提升 目录索引 学以致用·随堂检测全达标 基础落实·必备知识全过关 一、状态参量与平衡态 1.热力学系统:由大量分子组成的　　　　。  2.外界:系统之外与系统发生相互作用的其他物体。 3.状态参量:为确定系统的状态需要用到的一些物理量,如:　　　　、 　　　　、温度等。  4.平衡态:在没有外界影响的情况下,系统内各部分的　　　　　　　稳定的状态。 研究对象 较长时间内不发生变化  系统 体积 压强 状态参量 【要点提示】 研究一定质量的气体的状态就是研究它的压强、温度和体积三个参量。 二、热平衡与温度 1.热平衡: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　　　　。经过一段时间,各自的状态参量不再变化了,即这两个系统达到了　　　　　　。  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,那么这两个系统彼此之间也必定处于　　　　　　。  3.温度:处于热平衡的系统之间有一“共同的热学性质”,即　　　　。这就是温度计能够用来测量温度的基本原理。  通过导热性能好的材料接触 改变 热平衡 热平衡 温度 三、温度计与温标 1.温标:用来　　　　描述温度的方法。  2.温度计:选择一种测温物质,根据这种物质的某个特性来制造温度计。 (1)水银温度计:根据水银的　　　　性质来测量温度。  (2)气体温度计:根据气体　　　　　随温度的变化来测量温度。  3.摄氏温标:曾经规定标准大气压下冰的熔点为0 ℃,水的沸点为100 ℃,把玻璃管上0 ℃刻度和100 ℃刻度之间均匀分成　　　　等份,每份算作1 ℃。  4.热力学温度:热力学温标表示的温度,它是国际单位制中七个　　　　物理量之一,用符号T表示,单位是　　　　,简称开,符号为　　　　。  5.热力学温度与摄氏温度的关系:T=　　　　　。  定量 热膨胀 压强 100 基本 开尔文 K t+273.15 K 情境链接 在一个寒冷的冬天,小明同学在室外拿铁棒和木头时,感觉铁棒明显比木头凉,由于表示物体冷热程度的参量是温度,于是小明得出“铁棒比木头温度低”的结论,你认为他的结论对吗? 提示 不对。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。感觉铁棒比木头凉,是因为人在单位时间内传递给铁棒的热量比传递给木头的热量多。 提示 根据水银热胀冷缩的性质来测量温度。 教材拓展 阅读教材第21页“科学漫步”,思考我们平常测量体温的水银温度计测量体温的原理是什么? 易错辨析 (1)表示热力学系统的状态参量常用的有体积、阿伏加德罗常数和温度。 (　　) (2)热平衡是指系统静止或匀速直线运动且系统内部分子停止运动的状态。 (　　) (3)处于热平衡的几个系统的温度一定相等。(　　) × × √ (4)两个系统处于热平衡时,它们一定具有相同的热量。(　　) (5)0 ℃的温度可以用热力学温度粗略表示为273 K。(　　) (6)物体的温度由本身决定,其数值与所选温标无关。(　　) × √ × 重难探究·能力素养全提升 探究点一　状态参量与平衡态 导学探究 一个容器用挡板K隔开,容器中气体(系统)被分成A、B两部分,它们压强分别为pA、pB(pA<pB),温度分别为TA、TB(TA>TB),打开挡板K后,如果容器与外界没有能量交换,经过足够长时间后,系统各部分的状态参量最终会达到什么状态? 提示 容器内部气体(系统)的p、T、V不再随时间变化。 知识归纳 1.热力学系统的三个状态参量 (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,三个状态参量(压强、体积、温度)不随时间变化。 (2)平衡态是一种理想情况,任何系统完全不受外界影响是不可能的。 特别提示　对于一个热力学系统,不同的平衡态,三个参量可能是不同的。 典例剖析 【例题1】 (多选)下列说法正确的是(　　) 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.两个物体间传热时,它们组成的系统处于非平衡态 BD 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;两个物体间传热时,两个物体组成的系统内部存在温差,故系统处于非平衡态,选项D正确。 对点演练 1.下列关于系统是否处于平衡态的说法,正确的是(　　) A.将一根铁丝的一端插入100 ℃的水中,另一端插入0 ℃的冰水混合物中,经过足够长的时间,铁丝处于平衡态 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 B 解析 铁丝受到外界因素影响,不是处于平衡态,只是一种稳定状态,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,这两个物体组成的系统处于非平衡态,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,冰水混合物不是处于平衡态,C错误;压缩密闭容器中的空气,空气的体积、压强在变化,不是处于平衡态,D错误。 探究点二　热平衡与温度 导学探究 刀剑淬火是制作刀剑的重要过程。刀剑刚入水淬火的瞬间如图所示,在这一瞬间,刀剑和水组成的系统是否达到热平衡状态?经过一段时间后,是否达到热平衡状态?达到热平衡状态的标志是什么? 提示 淬火瞬间刀剑和水的温度不相等,没有达到热平衡状态;当经过一段时间后,它们的温度相等,达到了热平衡状态;达到热平衡状态的标志是温度相等。 知识归纳 1.平衡态与热平衡的区别和联系 状态 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 热平衡定律为温度的测量提供了理论依据。因为处于热平衡的物体具有相同的温度,所以比较各物体温度时,不需要将各个物体直接接触,只需将作为标准物体的温度计分别与各物体接触,即可比较各物体温度的高低。 特别提示　热平衡概念也适用于两个原来没有发生过作用的系统,只要两个系统在接触时它们的状态不发生变化,那么这两个系统原来是处于热平衡的。 3.温度的理解 (1)宏观角度:表示物体的冷热程度。 (2)微观角度: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。温度是大量分子热运动的集中表现,具有统计意义,对个别分子来说温度是没有意义的。 (3)热平衡角度:两个处于热平衡的系统存在一个相同的物理量,这个物理量就是温度。 典例剖析 A 【例题2】 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 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,这两个系统必定处于热平衡,这是温度计能够用来测温的原理,B、D正确。 易错警示　热平衡与温度理解的两个误区 (1)误认为只要温度不变,系统就处于平衡态。产生误区的原因是没有正确理解平衡态的概念,当系统内包括温度在内的所有状态参量都不随时间变化时,系统才处于平衡态。 (2)误认为平衡态就是热平衡。产生误区的原因是不理解热平衡与平衡态的关系,错误地认为处于平衡态的两个物体之间一定会处于热平衡。其实各自处于平衡态的两个物体温度不一定相同,它们接触后各自的状态会发生变化,直到达到热平衡为止。 对点演练 AC 2.(多选)下列关于平衡态与热平衡的说法正确的是(　　) A.两个系统在接触传热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 B.处于热平衡的几个系统的温度可以不相等 C.处于热平衡的几个系统的温度一定相等 D.只要温度不变且处处相等,系统就一定处于平衡态 解析 只要两个系统在接触传热时它们的状态不发生变化,这两个系统原来就处于热平衡,而温度是反映两个系统是否达到热平衡的唯一物理量,故A、C正确,B错误;描述系统的状态参量不止温度一个,根据平衡态的定义可知D错误。 探究点三　温度计与温标 导学探究 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温物质制成的,当外界温度越高时,细管内的水柱越高吗? 提示 不是。由热胀冷缩可知,当外界温度越高时,封闭在玻璃管内的气体温度也越高,膨胀越厉害,细管内的水柱越低。 知识归纳 1.几种常见温度计及测温原理 名称 原理 水银温度计 根据水银的热膨胀的性质来测量温度 金属电阻 温度计 根据金属的电阻随温度的变化来测量温度 气体温度计 根据气体压强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而产生电动势的大小不同来测量温度 双金属温度计 利用线膨胀程度不同的双金属片的弯曲程度随温度变化的原理来测温度 2.温标 (1)种类:常见的温标有摄氏温标和热力学温标。 (2)确定方法:第一,选择某种具有测温属性的测温物质;第二,确定测温物质的测温属性随温度变化的函数关系;第三,确定温度零点和分度的方法。 (3)摄氏温标和热力学温标 温标 摄氏温标 热力学温标 零度的规定 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 (1)T=t+273.15 K,粗略表示为T=t+273 K; (2)每变化一开尔文的大小与每变化一摄氏度的大小相等 典例剖析 C 角度1温度计测温原理的理解 【例题3】 实验室有一支读数不准确但刻度均匀的温度计,在测冰水混合物的温度时,其读数为20 ℃①;在测标准大气压下沸水的温度时,其读数为80 ℃②,则温度计示数为41 ℃时对应的实际温度和实际温度为60 ℃时对应的温度计的示数分别是(　　)  A.41 ℃,60 ℃　　　B.21 ℃,40 ℃ C.35 ℃,56 ℃ D.35 ℃,36 ℃ 教你析题 读取题干 获取信息 ① 温度计显示20 ℃时实际温度为0 ℃ ② 温度计显示80 ℃时实际温度为100 ℃ 教你破题 获取题干关键信息 计算每一个刻度表示的温度数:用实际温度差除以刻度数计算 显示温度对应的实际温度的计算:用显示温度和实际0 ℃的刻度数之差乘以每一个刻度表示的实际温度数 实际温度对应的温度计的示数计算:用实际温度数除以温度计上每个刻度表示的实际温度数,加上温度计上实际0 ℃对应的温度数 对点演练 3.(多选)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变化的原理制成的。如图所示,已知图甲中双金属片被加热时,其向上弯曲程度会增大,则下列各种相关叙述正确的有(　　) 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.双金属温度计是利用测温物质热胀冷缩的 性质来工作的 C.由图甲可知,同时被加热时,铜的弯曲程度大于铁的弯曲程度 D.由图乙可知,其双金属片的内层一定为铜,外层一定为铁 AC 解析 题中的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,是利用双金属片的弯曲程度随温度变化的原理来工作的,A选项正确,B选项错误;由题图甲可知,加热时双金属片向上弯曲,说明同时被加热时双金属片下层弯曲程度较大,即铜的弯曲程度较大,C选项正确;由题图乙知,温度计示数顺时针方向增大,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选项错误。 角度2摄氏温标和热力学温标的换算 【例题4】 (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 ACD 解析 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,而认为C选项正确,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,C、D错误。 方法技巧　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,只能逐渐接近,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。 对点演练 4.下列关于温标、温度的说法正确的是(　　) A.今天最高气温是25 ℃,用热力学温标来表示即为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 ℃,用热力学温标来表示即上升了10 K D.今天从早晨到中午,气温上升了10 ℃,用热力学温标来表示即上升了283 K C 解析 根据热力学温度与摄氏温度的关系T=(273+t) K可得,今天最高气温是25 ℃,用热力学温标来表示即为298 K,故A错误;今天最低气温是283 K,用摄氏温标来表示即为t=(283-273) ℃=10 ℃,故B错误;今天从早晨到中午,气温上升了Δt=10 ℃,由于数值上ΔT=Δt,所以用热力学温标来表示即上升了10 K,故C正确,D错误。 学以致用·随堂检测全达标 1 2 3 4 1.(温标)某地6月某天的最高温度为36 ℃,最低温度为27 ℃,用热力学温标来表示该地这一天的最高温度和最大温差分别为(　　) A.36 K;9 K B.309 K;9 K C.36 K;300 K D.309 K;282 K B 1 2 3 4 2.(热平衡)下列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两个系统的问题 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 C 1 2 3 4 60 3.(温度计测温原理)(2025浙江绍兴高二期中)有一支温度计,其外面刻度已模糊不清,把温度计的玻璃泡插入冰水混合物中,用刻度尺测得温度计内红色液柱长3 cm,把温度计的玻璃泡插入100 ℃的沸水中,测得红色液柱长28 cm。现用此温度计测某液体的温度,用刻度尺测得温度计内红色液柱长18 cm,那么此液体的温度为　　　　 ℃;在室温32 ℃时,用此温度计测量时红色液柱的长度为　　　　 cm。  11 1 2 3 4 4.(温度的理解)家用温度计经常标有摄氏温度和华氏温度,摄氏温度是把冰水混合物的温度定为0 ℃,水沸腾的温度定为100 ℃,两温度之间分为100等份,每一等份为1 ℃;而华氏温度把冰水混合物的温度定为32华氏温度,水沸腾的温度定为212华氏温度,中间分为180等份,每一等份为1华氏温度。(本题所述皆为标准大气压下) (1)温度每上升1 ℃,即上升多少华氏温度? (2)人的正常体温若取37 ℃,对应多少华氏温度? 答案 (1)1.8华氏温度　(2)98.6华氏温度 (2)37×1.8华氏温度+32华氏温度=98.6华氏温度。 本 课 结 束 解析 此温度计每一刻度表示的实际温度为 ℃= ℃,当它的示数为41 ℃时,它相对于0 ℃上升的刻度数为41-20=21,对应的实际温度应为21× ℃=35 ℃;当实际温度为60 ℃时,此温度计从20 ℃开始上升的刻度数为=36,它的示数应为(36+20) ℃=56 ℃,故选C。 解析 (1)1 ℃=华氏温度=1.8华氏温度。 $