高考物理 7.4 温度和温标课件 新人教版选修33.ppt

4温度和温标 1 知道什么是系统的状态参量及平衡态的概念 2 理解热平衡的概念及热平衡定律 理解温度的意义 体会生活中的热平衡现象 3 了解热力学温度的应用 知道温度计的构造 会使用常见温度计 4 掌握热力学温度的定义 知道什么是温标 理解摄氏温度与热力学温度的区别与联系 重点 1 热平衡的概念 2 热力学温度与摄氏温度的区别与联系 难点 温度意义的理解 一 状态参量与平衡态1 热力学系统 通常把由大量分子组成的 称为热力学系统 2 状态参量 描述系统热学性质的物理量 常用的物理量有几何参量 力学参量 热学参量 3 平衡态 在没有外界影响的情况下 系统 都不随时间而变化的稳定状态 研究对象 体积v 压强p 温度t 所有性质 想一想 一根长铁丝一端插入100 的沸水中 另一端放入0 恒温源中 经过足够长的时间 温度随铁丝有一定的分布 而且不随时间变化 这种状态是否为平衡态 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 二 热平衡与温度1 热平衡 两个相互接触的热力学系统的 不再变化 2 热平衡定律 如果两个系统分别与第三个系统达到 那么这两个系统彼此之间也必定处于 3 热平衡的性质 一切达到热平衡的系统都具有相同的 4 温度 表征互为热平衡系统的共同 的物理量 状态参量 热平衡 温度 热学性质 热平衡 想一想 两个相互接触的物体经过一定的时间一定能够达到热平衡吗 提示 不一定 如果一个物体的温度持续升高时 两个物体之间总存在一个温度差 此时就不是热平衡状态 三 温度计与温标1 常见温度计的测温原理 热膨胀 电阻 压强 温差 2 温标 定量描述 的方法 1 摄氏温标一种常用的表示温度的方法 规定标准大气压下冰的熔点为 水的沸点为 在0 刻度与100 刻度之间均匀分成 等份 每份算做1 2 热力学温标现代科学中常用的表示温度的方法 热力学温标也叫 绝对温标 温度 0 100 100 3 摄氏温度与热力学温度 摄氏温度摄氏温标表示的温度 用符号 表示 单位是 符号为 热力学温度热力学温标表示的温度 用符号 表示 单位是 符号为k 换算关系t 摄氏度 t t 开尔文 t 273 15k 判一判 1 摄氏温度和热力学温度都是从零开始的 2 0 的温度可以用热力学温度粗略地表示为273k 3 温度升高了10 也就是升高了10k 提示 1 热力学温度不能取负值 从零开始 摄氏温度可以取负值 不是从零开始的 1 错误 2 由t 273k t知 2 正确 3 摄氏温度变化1 与热力学温度变化1k是相等的 3 正确 平衡态和热平衡 探究导引 在测定某金属块的比热容时 先把质量已知的金属块放在沸水中加热 经过一段时间后把它迅速放进质量 温度均已知的水中 并用温度计测量水的温度 根据实验数据就可以计算出金属块的比热容 由此请思考以下问题 1 金属块和水组成的系统是否达到了平衡态 2 金属块和水达到热平衡的标志是什么 要点整合 1 正确理解平衡态 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 表现为系统的宏观性质不随时间变化 2 平衡态是一种理想状态 因为任何系统完全不受外界影响是不可能的 实际上系统处于平衡态时 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 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 4 平衡态不是热平衡 平衡态是对某一系统而言的 是系统的状态 热平衡是对两个接触的系统之间的关系而言的 分别处于平衡态的两个系统在相互接触时 它们的状态可能会发生变化 直到温度相同时 两个系统便达到了热平衡 达到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又叫 热力学第零定律 决定两个系统是否达到了热平衡的最主要参量是温度 因为互为热平衡的物体具有相同的温度 所以在比较各物体的温度时 不需要将各物体直接接触 只需将温度计分别与各物体接触 即可比较温度的高低 特别提醒 1 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 最终两个系统之间的关系是热平衡 2 两个温度不同的物体各自可能处于平衡态 典例1 关于平衡态和热平衡 下列说法中正确的有 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压强一定相等 思路点拨 解答本题应注意以下两点关键点 1 一个系统的温度 压强 体积等都不变化时 才是处于平衡状态 2 若两个系统的温度相等 则两个系统已达到热平衡 规范解答 选b 一般来说 描述系统的状态参量不只是一个 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 故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 可见c错误 总结提升 解决平衡态问题三要点 1 平衡态与热平衡不同 平衡态指的是一个系统内部达到的一种动态平衡 2 必须要经过较长一段时间 直到系统内所有性质都不随时间变化为止 3 系统与外界没有能量的交换 变式训练 2012 深圳高二检测 两个物体放在一起彼此接触 它们若不发生热传递 其原因是 a 它们的能量相同b 它们的比热容相同c 它们的热量相同d 它们的温度相同 解析 选d 两物体彼此接触不发生热传递 即两物体达到热平衡 说明它们的温度相同 故d正确 变式备选 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惟一物理量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 选b c d 处于热平衡的系统都具有相同的状态参量 温度 故a错误 c正确 由热平衡定律知 若物体与a处于热平衡 它同时也与b达到热平衡 则a的温度便等于b的温度 这也是温度计用来测量温度的基本原理 故b d正确 温度和温标 探究导引 如图为电视台所作的天气预报节目 北京的气温是0 请思考以下问题 1 在天气预报中使用的是什么温标 2 热力学温度与摄氏温度有什么关系 要点整合 1 温度 含义的两种说法 1 宏观角度 温度表示物体的冷热程度 这样的定义带有主观性 因为冷热是由人体的感觉器官比较得到的 往往是不准确的 2 热平衡角度 温度的严格定义是建立在热平衡定律基础上的 热平衡定律指出 两个系统相互处于热平衡时 存在一个数值相等的物理量 这个物理量就是温度 这样的定义更具有科学性 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 2 温标要素 第一 选择某种具有测温属性的测温物质 第二 了解测温物质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 温度的两种数值表示法 摄氏温标和热力学温标 摄尔萨斯和施勒默尔 英国物理学家开尔文 一个标准大气压下冰水混合物的温度 273 15 摄氏温度 热力学温度 t t 摄氏度 开尔文 k 1 t t 273 15k 粗略表示 t t 273k 2 一开尔文的大小与一摄氏度的大小相等 特别提醒 1 摄氏温标的1 的分格与绝对温标的1k的分格是等价的 即每一开尔文的大小与每一摄氏度的大小是相等的 2 热力学温度的单位开尔文是国际单位制中七个基本单位之一 典例2 关于热力学温度 下列说法中正确的是 a 33 240kb 温度变化1 也就是温度变化274kc 摄氏温度的每1 等于热力学温度的d 温度由t升至2t 对应的热力学温度升高了273k t 思路点拨 解答本题应注意以下两点关键点 1 摄氏温度与热力学温度的关系 2 每一开尔文的大小与每一摄氏度的大小是相等的 规范解答 选a 本题主要考查热力学温度与摄氏温度的关系 t 273k t 由此可知 33 240k a正确 温度变化1 也就是温度变化1k 故b c错误 d中初态热力学温度为273k t 末态为273k 2t 温度升高了t 故d错 变式训练 下列关于热力学温度的说法中正确的是 a 热力学温度的零点是 273 15 b 136 比136k温度高c 0 等于273 15kd 1 就是1k 解析 选a b c 热力学温度的零点是 273 15 a正确 由热力学温度与摄氏温度的关系t 273 15k t可知 136 等于137 15k 0 等于273 15k 1 就是274 15k 故b c正确 d错误 温馨提示 有关温度计的计算问题是本节的重点 也是难点 对于读数不准确的温度计其刻度是均匀的 解答此类问题一般采用比例式求解 典例 实验室有一支读数不准确的温度计 在测冰水混合物的温度时 其读数为20 在测一标准大气压下沸水的温度时 其读数为80 下面分别是温度计的示数为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 其中正确的是 a 41 60 b 21 40 c 35 56 d 35 36 思路点拨 解答本题时应把握以下三点 关键点 1 找参照点 即20 相当于真正的0 80 相当于真正的沸点100 2 读数不准确的温度计从20 到80 分成100等份 即读数不准确的温度计上每0 6 对应真正的1 3 利用两种温度之间的一次函数关系进行换算 规范解答 选c 读数不准确的温度计上升的格数与温度成正比 但每一刻度显示的温度与实际温度不同 此温度计每一刻度表示的实际温度为当它的示数为41 时 它上升的格数为41 20 21 格 对应的实际温度应为同理 当实际温度为60 时 此温度计从20 开始上升的格数应为 格 它的示数为20 36 56 所以c正确 热平衡与温度关系的判断 1 只要两个系统在接触时 它们的状态不发生变化 这两个系统原来是处于热平衡的 2 温度是决定一个系统与另一个系统是否达到热平衡状态的物理量 一切达到热平衡的系统都具有相同的温度 系统达到热平衡的宏观标志就是温度相同 若温度不同 即系统处于非平衡态 则系统一定存在着热交换 案例展示 两个原来处于热平衡状态的系统 分开后 由于受外界