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

本高中物理讲义聚焦“温度与温标”，从热力学系统与外界入手，系统梳理状态参量（体积、压强、温度）、平衡态的定义与条件，进而阐述热平衡及热力学第零定律，最后讲解温度计测温原理与温标（摄氏、热力学），构建连贯的热学知识支架。 资料以物理观念为核心，通过“动态平衡”微观本质分析培养科学思维，典例导析涵盖概念辨析、平衡态判断等题型，易错点归纳助力学生区分易混概念。课中辅助教师系统授课，课后例题与要点归纳帮助学生查漏补缺，提升热学综合应用能力。

专题2.1 温度与温标 1、 状态参量与平衡态 【知识归纳】 1. 热力学系统与外界 热力学系统：在物理学中，我们把由大量分子组成的、作为研究对象的部分称为热力学系统（简称系统）。 外界：系统之外，且与系统发生相互作用的其他物体统称为外界。 2. 状态参量 为了确定和描述热力学系统的宏观状态，我们需要引入一些物理量，这些物理量被称为状态参量。常用的三大状态参量包括： 体积 (V)：几何参量，用来确定系统的空间范围。 压强 (p)：力学参量，用来描述系统内部或系统与外界之间的力学作用。 温度 (T)：热学参量，用来确定系统的冷热程度。 3. 平衡态 定义：在没有外界影响的情况下，只要经过足够长的时间，系统内各部分的状态参量（宏观性质）都能够达到稳定、不随时间变化的状态，这种状态叫做平衡态。 4.易错点归纳： 动态平衡：热力学平衡态是一种动态平衡。虽然宏观上状态参量不变，但微观上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。 理想情况：绝对的平衡态是一种理想模型，因为任何系统完全不受外界影响是不可能的。 区分“稳定状态”：如果系统在外界持续影响下，宏观性质不随时间变化，这被称为“稳定状态”而非“平衡态”。例如：一根铁丝两端分别插在沸水和冰水混合物中，足够长时间后铁丝上各点温度不再变化，但这属于受外界影响的稳定状态，不是平衡态。 【典例导析】 【例题 1】（概念辨析题）（多选）关于状态参量，下列说法正确的是（ ） A. 体积是几何参量 B. 压强是力学参量 C. 温度是热学参量 D. 压强是热学参量 【例题 2】（平衡态的判断）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. 0 ℃ 的冰水混合物放入 1 ℃ 的环境中，冰水混合物处于平衡态 C. 放在 0 ℃ 的房间里的密闭导热容器中的冰水混合物，处于平衡态 D. 压缩密闭容器中的空气，空气处于平衡态 【例题 3】（平衡态的微观理解）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、体积都必须达到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、压强达到稳定状态，但体积仍可变化 【例题 4】（综合应用分析题）某同学记录教室内温度如下表： 时刻 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 温度 12℃ 15℃ 18℃ 23℃ 17℃ 教室内气压可认为不变，则当天 15:00 与 9:00 相比，下列说法正确的是（ ） A. 15:00 时教室内空气分子的平均动能比 9:00 时大 B. 15:00 时教室内空气处于平衡态 C. 15:00 时教室内空气的压强比 9:00 时大 D. 15:00 时教室内空气的密度比 9:00 时大 【例题 5】（概念对比题）关于“平衡态”与“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. 处于热平衡的两个系统，它们一定具有相同的温度 C. 平衡态是对两个相互接触的系统而言的，热平衡是对一个系统而言的 D. 两个处于平衡态的系统在接触后也一定处于平衡态 【要点归纳】 1. 紧扣“三大条件”判定平衡态 判断一个系统是否处于平衡态，千万不要只看表面现象，要在脑海中过一遍这三个条件： 前提条件：必须是“没有外界影响”。如果题目中出现“放在火炉上加热”、“两端连接不同温度的冰块”、“正在被压缩”等字眼，直接判定为非平衡态。 时间条件：必须是“经过足够长的时间”。宏观性质必须已经稳定下来。 结果条件：所有状态参量（）必须“不随时间变化”。 避坑指南：要区分“平衡态”和“稳定状态”。受外界影响但状态不变，叫稳定状态，绝不是平衡态！ 2. 牢记“动态平衡”的微观本质 这是选择题最爱考的易错点。看到“平衡”两个字，不要联想到“静止”或“凝固”。 宏观静止，微观运动：平衡态下，分子依然在疯狂地做无规则热运动，只是宏观统计效果（如平均动能、撞击器壁的平均力）不变。 解题口诀：凡是选项里说“分子停止运动”、“分子不再碰撞”的，一律错误。 3.认准“温度”的决定性作用 在热学里，温度是绝对的“老大”。 唯一标志：判断两个系统是否达到热平衡，唯一的标准就是温度相同。不要管它们体积多大、压强多少，更不要管它们含有多少“热量”（热量是过程量，不能说“具有热量”）。 微观联系：温度是分子平均动能的标志。只要温度升高，分子平均动能一定变大。 2、 热平衡与温度 【知识归纳】 1.热平衡 定义：两个相互接触的热力学系统，经过一段时间，各自的状态参量不再变化，说明这两个系统达到了平衡，这种平衡叫作热平衡。 实质：达到热平衡的两个系统之间不再进行热传递。 核心标志：达到热平衡的系统都具有相同的温度。 2.热平衡定律（热力学第零定律） 内容：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。 物理意义：这个定律说明了温度是决定一个系统是否与其他系统处于热平衡的物理量。互为热平衡的物体具有相同的温度。这也是温度计能够用来测量温度的基本原理。 3.温度 宏观定义：温度是表征热平衡系统中“共同热学性质”的物理量。 微观本质：温度是处于热平衡系统的微观粒子热运动强弱的量度，是系统自身分子热运动性质的宏观表现。温度越高，分子的平均动能越大。 4.易错点归纳： （1）热平衡的两点注意方面：热平衡的特征方面：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。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。 （2）要牢记两个系统处于热平衡的唯一标志是温度，当两个系统分别于第三个统处于热平衡状态时，这两个系统也一定处于热平衡状态，并且三个系统的温度相等。 【典例导析】 【例题1】（热平衡与温度的微观本质）温度不同的两块金属接触，达到热平衡后，相同的物理量是（ ） A. 内能 B. 分子势能 C. 分子平均动能 D. 热量 【例题2】（热平衡定律的理解）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. 处于热平衡的两个系统，它们一定具有相同的温度 C. 平衡态是对两个相互接触的系统而言的，热平衡是对一个系统而言的 D. 两个处于平衡态的系统在接触后也一定处于平衡态 【例题3】（热平衡定律的理解）（多选）下列有关热平衡的说法，不正确的是（　　） 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三个系统的问题 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 三、温度计与温标 【知识归纳】 1. 温度计的测温原理 核心原理：温度计测温的基本原理是热平衡定律。当温度计与待测物体充分接触并达到热平衡时，温度计的温度就等于待测物体的温度。 测温属性：温度计是利用某种物理量随温度变化的规律来测量温度的。 常见的测温属性包括： 液体温度计（如水银、酒精温度计）：利用液体的热胀冷缩性质。 金属电阻温度计：利用金属的电阻随温度变化的性质。 气体温度计：利用气体的压强（或体积）随温度变化的性质。 热电偶温度计：利用不同导体因温差产生电动势的性质。 2. 温标的概念 定义：定量描述温度的方法（或温度数值的标定方法）称为温标。 建立温标的三要素： 选择某种测温物质及其测温属性， 选定固定点（如冰点和沸点）， 规定测温属性随温度变化的线性关系（分度方法）。 3. 摄氏温标与热力学温标 摄氏温标： 规定：在标准大气压下，冰的熔点为0℃，水的沸点为100℃，中间等分为100份，每份为1℃。 符号：用符号表示，单位为摄氏度（℃）。 热力学温标（绝对温标）： 规定：以绝对零度（ -273.15℃）为起点，不依赖于任何测温物质及其属性。 符号：用符号 表示，单位为开尔文（）。 两者的换算关系： 数值关系： 。 温度差关系： 。即温度升高1℃等于升高1K，两者在表示温度差或温度变化量时是等效的。 【典例导析】 【例题 1】（温度计的测温原理）（多选）下列关于温度计的说法中，正确的是（ ） A. 温度计是利用热平衡定律来测量温度的 B. 温度计是利用热胀冷缩原理来测量温度的 C. 所有温度计都是利用液体的热胀冷缩来测量温度的 D. 温度计的示数稳定时，说明温度计与待测物体达到了热平衡 【例题 2】（温标的概念）（多选）关于温标，下列说法正确的是（ ） A. 温标就是温度计 B. 建立温标需要选择测温物质和测温属性 C. 摄氏温标和热力学温标的分度值相同 D. 热力学温标是建立在热平衡定律基础上的 【例题 3】（摄氏温度与热力学温度的换算）某地天气预报报道当天的最高气温为30℃ ，最低气温为20℃。用热力学温标表示，当天的最高温度和最大温差分别为（ ） A. ， B. ， C. ， D. ， 【例题 4】（温度计的使用与读数）使用液体温度计测量液体温度时，下列说法正确的是（ ） A. 读数时，温度计的玻璃泡可以离开被测液体 B. 温度计的玻璃泡应该接触容器底部以测量更准确 C. 读数时，视线应与温度计内液柱的上表面相平 D. 测量前不需要估测液体的温度，直接放入即可 【例题 5】（综合应用与概念辨析）关于温度和温标，下列说法中错误的是（ ） A. 温度是决定两个系统是否达到热平衡的物理量 B. 摄氏温度与热力学温度成正比 C. 热力学温度的零度是 -273.15℃，称为绝对零度 D. 温度升高了 就是升高了 【例题6】（非标准温度计的刻度换算与线性推导）实验室有一支刻度均匀但读数不准确的温度计。在标准大气压下，用它测量冰水混合物的温度时，其读数为200C；用它测量沸水的温度时，其读数为800C 。 （1）当这支温度计的示数为410C 时，对应的实际温度是多少？ （2）当实际温度为600C时，这支温度计的示数应为多少？ （3）如果显示的温度与实际温度恰好相同，此时显示的温度是多少？ 学科网（北京）股份有限公司 $