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

要推论宏观物质的表现，就必须采用统计方法，由对个体原子（分子）物理参量的适当统计平均，来得出支配宏观行为的规律。 ——彭罗斯 完成一个小目标，需要一个大智慧！ 授课教师：李长青 2.1温度和温标 人教版(2019)选必修 第三册 学习目标 1.知道系统的状态参量及平衡态； 2.明确温度的概念，知道热平衡定律及其与温度的关系； 3.了解温度计的的原理，知道热力学温度与摄氏温度的换算关系。 2 复习回顾 我们在初中已经学过了测量温度时常用的一种单位——“摄氏度”，它是以标准大气压下，冰水混合物的温度为0度，沸水的温度为100度，在这两温度之间等分100个等份，每一等份为1个温度单位。这种以冰水混合物的温度为0度的测温方法叫摄氏温标，以摄氏温标表示的温度叫摄氏温度。 今天我们将进一步学习有关温度和温标的知识。 3 新课导入 假如一个容器用挡板K隔开，容器中的气体被分为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？ 见物思理、格物致知 学习任务一： 状态参量与平衡态 阅读教材P19页，并回答问题。 ①什么是热力学系统？什么是外界？ ②什么是系统的状态参量? 常用的状态参量有哪些？ ③什么是平衡态? 热力学系统： 外界： 问题1：“什么是热力学系统？什么是外界？ 系统之外与系统发生相互作用的其它物体统称外界。 由大量分子组成的物质系统。 热学的研究对象 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。 问题2：什么是系统的状态参量? 常用的状态参量有哪些？ 气体状态参量： 几何参量： 力学参量： 热学参量： 体积V 压强P （气体） 温度T 描述系统状态的物理量 例如：某氧气瓶容积为100L， 其内氧气在温度为20℃时的气压为5atm. 问题3：什么是平衡态? 在不受外界影响的情况下，系统所有宏观性质不随时间变化的状态。 平衡态指的是单个系统的状态。 在无外界影响下，一个系统内部的状态参量(P,V,T)都不再改变。 特点： 0℃ 2atm 60℃ 5atm 【思考】假如一个容器用挡板K 隔开，容器中的气体被分成两部分。若打开挡板，且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? 平衡态 压强大的气体会向压强小的一方流动，温度高的气体会向温度低一侧传热，经过一段时间后，容器内各点的压强和温度都不再变化，达到平衡态。 理解： ①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。 ②平衡态是一种动态平衡，分子仍在运动，只是分子运动的平均效果不随时间发生变化，表现为系统的宏观性质不随时间变化。 4.三种热力学系统： (1)孤立系统：与外界不发生任何相互作用的系统称为孤立系统。 此时系统和外界既无能量交换也无物质交换。 孤立系统： 粒子数 N 不变、 能量 E 不变。 (2)封闭系统：与外界没有物质交换，但有能量交换的系统称为封闭系统。 封闭系统： 粒子数 N 不变、 能量 E 可变。 (3)开放系统：与外界既有物质交换，也有能量交换的系统称为开放系统。 开放系统： 粒子数 N 可变、 能量 E 可变。 学习任务评价一 【例1】(多选)下列系统处于平衡态的是 (　 　) A.将一金属块放在沸水中加热足够长的时间 B.冰水混合物处在0 ℃环境中 C.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,此时容器内的气体 D.开空调2分钟内教室内的气体 解析:系统处于平衡态时,其状态参量稳定不变,金属块放在沸水中加热足够长的时间,冰水混合物在0 ℃环境中,其温度、压强、体积都不再变化,是平衡态,故A、B对;一个装有气体的密闭绝热容器匀速运动突然停止时,容器内气体的温度升高,故其不是平衡态,C错;开空调2分钟内教室内的气体的温度会变化,故其不是平衡态,D错。 答案AB AB 变式: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、压强不再变化,但体积仍可变化 解析：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、压强和体积等都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。答案A A 学习任务二： 热平衡与温度 1. 热平衡：如果两个系统相互接触并发生热传递，最后它们各自的状态参量不再变化，达到相对稳定状态，也就说明他们已经具有了某种共同的性质，这时候我们就说它们达到了热平衡状态。 热平衡的实质：接触时两系统不再进行热传递。 【区分】平衡态不是热平衡。( 一个系统内的温度，压强和体积都不再变化，才是处于平衡态； 若两个接触系统的温度相等，则这两个系统已达到热平衡。) 【说明】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不传热，我们就说这两个系统原来是处于热平衡的。 思考：当热水中的温度计的读数不再升高的时候，我们自然认为此时温度计的温度（读数）就是热水的温度。 凭什么说这个时温度计的温度就是热水的温度？ 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 它们的温度不在升高，这两个系统达到热平衡。 2. 热平衡定律（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。 A B 热平衡 A C 热平衡 B C 热平衡 热平衡定律表明，当两个系统A、B处于热平衡时，它们必定具有某个共同的热学性质，我们就把表征这一“共同的热学性质”的物理量叫作温度。 导热壁 热平衡 宏观上：物体的冷热程度 微观上：分子热运动平均动能的标志 3. 温度：两个达到热平衡的系统所具有的共同的热学性质。 一切达到热平衡的系统都具有相同的温度. 思考：怎样判断"两个系统是处于热平衡状态"？ 判据： 一切达到热平衡的系统，都具有相同的温度。 平衡态 热平衡 区别 研究对象 一个系统 两个相互接触的系统 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 平衡态与热平衡的比较 热平衡 学习任务评价二 【例2】(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 都达到热平衡,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 解析:两个物体紧密接触时,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,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都达到热平衡,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。答案ACD ACD 学习任务三： 温度计与温标 温度计： 测温依据： 1.温度计 一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。 用来测量物体（系统）温度的仪器。 常见温度计的测量原理: 水银温度计——水银的热膨胀 电阻温度计——金属电阻随温度变化 气体温度计——气体压强随温度变化 电偶温度计——电势差随温度变化 水银温度计 电阻温度计 气体压强温度计 2.温标 ①什么是温标？ ②如何来确定一个温标？并以"摄氏温标"的确定为例加以说明。 ③什么是热力学温度？热力学温度的单位是什么？热力学温度与摄氏温度的换算关系怎样？ 阅读教材P21页，并回答问题。 ⑴温标：定量描述温度的方法叫做温标 。 ●温度计中用于测量温度的物质。（水银/铂/气体/热电偶……） ●了解测温物质随温度变化的定量关系。(水银：V-t；电阻丝：ρ-t) ●确定温度零点和分度方法。 ⑵温标建立的三要素 常见温标： 摄氏温标、热力学温标 摄氏温度： 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份，每份为1℃。 符号：t 单位：摄氏度， ℃ 热力学温度(开尔文温度)： 规定摄氏温度的-275.15℃为零值，分度与摄氏温度相同。其单位是国际单位制中七个基本物理量之一。 符号：T 单位：开尔文，K 热力学零度(绝对零度)等于摄氏温度的 -273.15℃ ⑶ 摄氏温标、热力学温标 t 0℃ 0K -273.15℃ 273.15K T t℃ T=? 注意：物体温度变化1℃与变化1 K的变化量是等同的。 学习任务评价三 【例3】天气的最高气温是27℃，它是多少开尔文? 进行低温物理的研究时热力学温度是2.5K，它是多少摄氏度? 解： (1) 已知t=27℃ 带入 T = t + 273.15K T=(27+273.15)K=300.15K (2) 已知T=2.5K带入 T = t + 273.15K t = (273.15-2.5) oC t= -270.65 oC 部分人们已观测到的温度 【例4】关于热力学温度，下列说法中正确的是( ) A. -33℃ =240.15K B. 温度变化了1℃，也就是温度变化1K C. 摄氏温度与热力学温度都可以取负值 D. 温度由t 升至2t，对应的热力学温度升高了273K+t  AB 热力学零度是低温极限，永远达不到，因此热力学温度不能出现负值。而摄氏温度有负值，不是从零开始。 【例5】一根装有一小段有色水柱的细玻璃管穿过橡皮塞插入烧瓶内，封闭一定质量的气体,该装置为一个简易的气体温度计。当外界温度发生变化时，水柱位置将上下移动。当有色水柱下端与D或A对齐时，温度分别为20 ℃和80 ℃。A、D间刻度均匀分布。由图可知，图中有色水柱下端所示温度为多少℃？ 课堂小结 状态参量与平衡态 平衡态：没有外界影响的情况下，系统所有性质都不随时间变化的 稳定的状态 热平衡 与温度 热平衡： 状态参量不再变化，两个系统对于传热已经达到平衡 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 温度： 两个系统处于热平衡时，具有的共同的热学性质 温标 温度和温标 摄氏温标(t) 热力学温标(T) 关系式：T＝t＋273.15 K 状态参量 体积V 压强P 温度T 标准大气压下 100等份 冰水混合物 沸腾的水 100℃ 0℃ 课堂练习 【1】下列说法不正确的是 （　　） A.热平衡定律是温度计能够用来测量温度的基本原理 B.如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统也必 定处于热平衡 C.温度是决定两个系统是否达到热平衡状态的唯一物理量 D.两个系统处于热平衡时，它们一定具有相同的热量 D 【2】(多选)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温度一定相等 BD 【3】(多选)下列关于温度的说法正确的是 (　 　 ) A.水银温度计是根据水银热胀冷缩的性质制造的 B.水的沸点为100℃，用热力学温度表示即为 373.15K C.水从0℃升高到100℃，用热力学温度表示即为从 273.15K升高 到 373.15K D.水从0℃升高到100℃，用热力学温度表示就是升高了373.15K ABC 【4】 (多选)如果物体的温度从27 ℃升高到127 ℃,用热力学温度表示,以下说法正确的是(　 　) A.物体的温度升高了400 K B.物体的温度升高了100 K C.物体的温度升高到400 K D.物体的温度升高到373 K BC 用符号“F”表示，把一定浓度的盐水凝固时的温度定为0℉；把纯水凝固时的温度定为32 ℉，把标准大气压下水沸腾的温度定为212℉，中间分为180等份，每一等份代表1度。 华氏温标： 谢 谢 聆 听 德国人华伦海特1714年提出。 摄氏度=（华氏度－32）÷1.8 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 解：由图知A、D间有15格，每格表示温度差为 Δt= =4℃ 有色水柱的下端离D点3格，温度为 t=20+3Δt =32 ℃ $