2024-2025学年高中物理第七章分子动理论4温度和温标学案新人教版选修3-3

PAGE8-温度和温标一、平衡态和状态参量1．系统：在物理学中，通常把所探讨的对象称为系统．2．状态参量：用来描述系统状态的物理量，叫做系统的状态参量．3．平衡态：系统的宏观性质不再随时间变更，这种状况就说系统达到了平衡态．平衡态和热平衡是一回事吗？提示：不是．平衡态是对某一系统而言的．热平衡是对两个相互接触的系统而言的．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更，直到温度相同时，两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．二、热平衡与温度1．热平衡：两个相互接触的热力学系统，最终系统的状态参量都不再变更，这时两个系统具有“共同性质”，我们就说这两个系统达到了热平衡．2．热平衡定律：假如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，这个结论称为热平衡定律，也叫热力学第零定律．3．温度：热平衡中具有的“共同的热学性质”叫做温度．温度是表示物体冷热程度的物理量，反映了组成物体的大量分子的无规则运动的激烈程度．一切达到热平衡的系统都具有相同的温度．2013年1月1～3日，济南人度过了30年来最冷的元旦，据气象专家说“冷”的缘由竟是全球变暖变更了大气循环，将来几年的冬天会更冷，济南不是这个冬天唯一“冷得颤抖”的城市，包括美国东部在内的全球多个城市都将度过一个“异样”寒冷的冬天，“千年极寒”到来了吗？以上信息中提到的“寒”和“热”在我们物理学中是如何表示的呢？提示：在物理学中，物体的冷热程度是用温度来表示的．三、温标1．定义：用来定量描述温度的方法称为温标．2．摄氏温标：一种生活中常用的表示温度的方法．规定一个标准大气压下冰的熔点为0_℃，水的沸点为100_℃，在0℃和100℃之间均分成100等份，每一份就叫做1℃.3．热力学温标：现代科学中用得更多的是热力学温标，又叫热力学温度，用字母T表示，它是国际单位制中七个基本物理量之一，单位是开尔文，简称开，符号为K.4．热力学温度与摄氏温度的关系：T＝t＋273.15K，热力学温度的每1K跟摄氏温度的每1℃是相等的．物体温度上升了1℃就是上升了273.15K吗？提示：不是．温度上升了1℃，也就是上升了1K，即在表示温差时，ΔT＝Δt.考点一对平衡态和热平衡的理解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更，表现为系统的宏观性质不随时间变更．(2)平衡态是一种志向状态，因为任何系统完全不受外界影响是不行能的．(3)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更，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更，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：确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，不须要将各物体干脆接触，只需将温度计分别与各物体接触，即可比较温度的凹凸．【例1】(多选)下列说法正确的是()A．两个系统处于热平衡时，它们肯定具有相同的热量B．假如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．温度是确定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热平衡的关键是达到相同的温度．【解析】热平衡的系统都具有相同的状态参量——温度，所以A错，C正确；若温度计与物体A处于热平衡，它同时也与物体B处于热平衡，依据热平衡定律，则物体A的温度便与物体B的温度相等，这就是温度计能够用来测量温度的基本原理，故B、D正确．【答案】BCD总结提能(1)一切达到热平衡的物体都具有相同的温度．(2)若温度计与A处于热平衡，它同时也与B处于热平衡，则A的温度便等于B的温度，这就是温度计用来测量温度的基本原理．(多选)下列状态处于热平衡态的是(AB)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，容器内的气体D．开空调2分钟内教室内的气体解析：系统处于热平衡态时，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、体积都不再变更，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，容器内气体的温度上升，压强变大，故其不是平衡态，C错；开空调2分钟内教室内的气体，温度、体积均要变更，故其不是平衡态，D错．考点二对温度和温标的理解1．“温度”含义的两种说法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，往往是不精确的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；其次，了解测温物质随温度变更的函数关系；第三，确定温度零点和分度的方法．(3)比较摄氏温标和热力学温标【例2】(多选)关于热力学温度下列说法中正确的是()A．－33℃＝240KB．温度变更1℃，也就是温度变更1KC．摄氏温度与热力学温度都可能取负值D．温度由t℃升至2t℃，对应的热力学温度上升了t＋273K热力学温度T与摄氏温度t之间的关系是T＝t＋273K，虽然热力学温度与摄氏温度起点不同，但表示温度的间隔时是相同的，ΔT＝Δt.【解析】热力学温度与摄氏温度的关系为T＝t＋273K，由此可知－33℃＝240K，A正确；从上式也可看出，就一个分度值来说，1℃与1K相等，即ΔT＝Δt，所以B正确；对于摄氏温度可取负值的范围为－273℃～0，因肯定零度达不到，故热力学温度不行能取负值，故C错误；D中初态热力学温度为273K＋t，末态为273K＋2t，温度变更tK，故D错误．【答案】AB总结提能就一个分度值来说，1℃与1K相等，即ΔT＝Δt.对于同一温度来说，用不同的温标表示，数值不同，这是因为零值选取不同．依据图象推断，温度计中选择的测温物质及其依据是(D)A．水，水的密度小B．水，水的密度出现异样现象C．汞，汞的密度大D．汞，汞的密度与温度成规则的线性关系解析：由于水的密度和温度的关系曲线是不规则曲线，且不是单调的，假如选水为测温物质，则温度计刻度不匀称．汞的密度与温度成规则的线性关系，选汞作为测温物质，温度计刻度是匀称的．故选D.常见误区例析热平衡与温度理解的三个误区误区1：误认为只要温度不变，系统就处于平衡态产生误区的缘由是没有正确理解平衡态的概念，当系统内包括温度在内的全部状态参量都不随时间变更时，系统才会处于平衡态．误区2：误认为平衡态就是热平衡产生误区的缘由是由于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肯定会处于热平衡状态．其实各自处于平衡态的两个物体温度不肯定相同，它们接触后各自的状态会发生变更，直到达到热平衡为止．误区3：误认为热力学温度可以出现负值产生误区的缘由是混淆了热力学温度和摄氏温度，错误地认为二者都可以为负值．事实上，0K是热力学温度的低温极限，依据热力学温度与摄氏温度的关系T＝273.15＋t，摄氏温度也有最低值，为－273.15℃，即自然界中的高温没有极限，但低温是有极限的．【典例】有关热平衡的说法正确的是()A．假如两个系统在某时刻处于热平衡状态，则这两个系统恒久处于热平衡状态B．热平衡定律只能探讨三个系统的问题C．假如两个系统彼此接触而不发生状态参量的变更，这两个系统又不受外界影响，那么这两个系统肯定处于热平衡状态D．两个处于热平衡状态的系统，温度可以有微小的差别【解析】通过以下表格进行逐项分析：选项情景与过程分析推断A处于热平衡状态的系统，假如受到外界的影响，状态参量会随之变更，温度也会变更×B热平衡定律对多个系统也适用×C由热平衡的定义可知，系统处于热平衡状态√D温度相同是热平衡的充要条件×【答案】C1．小明自定一种新温标p，他将冰点与沸点之间的温度等分为200格，且将冰点的温度定为50p，今小明测量一杯水的温度为150p时，则该温度用摄氏温度表示时应为(C)A．30℃B．40℃C．50℃D．60℃解析：每格表示的摄氏度为eq\f(100,200)＝0.5℃，比冰点高出的温度为(150－50)×0.5℃＝50℃，C对，A、B、D错．2．小丽测量烧杯中热水的温度时，将热水倒入另一烧杯中很少一部分，然后像图中那样去测量和读数，她这样做被小宁发觉了，小宁指出她的错误如下．你认为小宁找错的是(D)A．不应倒入另一个烧杯中，这会使温度降低B．水倒的太少，温度计玻璃泡不能完全浸没C．读数时，视线应当与刻度线相平，而不应斜视D．应当将温度计取出读数，而不应当放在水里读解析：题中将少量水倒入另一烧杯，测量有两处错误：其一，少量水不能完全浸没温度计玻璃泡，达热平衡时测量的不是水的温度；其二，少量水倒入另一烧杯，这少量水与另一烧杯又达到一个热平衡，温度已变更，再用温度计测量时，测出的是这个热平衡状态的温度，而不是待测水的温度了．所以小宁A、B找对了．题中C项读数小宁找得对，但小宁在D选项中要把温度计取出来读数就不对了，当把温度计取出时，在空气中它与空气间存在温度差，有热交换会失去原来的热平衡，示数变更．3.(多选)伽利略在1593年，制造了世界上第一个温度计——空气温度计，如图所示一个瘦长颈的球形瓶倒插在装有红色液体的槽中，细管中的液面清楚可见，假如不考虑外界大气压的变更，就能依据液面的变更测出温度的变更，则(CD)A．该温度计的测温物质是槽中的液体B．该温度计的测温物质是细管中的红色液体C．该温度计的测温物质是球形瓶中的空气D．该温度计是利用测温物质的热胀冷缩性质制造的解析：细管中的红色液体是用来显示球形瓶中空气的体积随温度变更状况的，测温物质是球形瓶中封闭的空气，该温度计是利用它的热胀冷缩的性质制造的，故A、B错，C、D正确．4．(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更的原理制成的，如图所示．已知左图中双金属片被加热时，其弯曲程度会增大，则下列各种相关叙述正确的有(ABC)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．由左图可知，铜的热膨胀系数大于铁的热膨胀系数D．由右图可知，其双金属片的内层肯定为铜，外层肯定为铁解析：双金属温度计是利用热膨胀系数不同的铜、铁两种金属制成的双金属片的弯曲程度随温度变更的原理来工作的，选项A、B是正确的．加热时，双金属片弯曲程度增大，即进一步向上弯曲，说明双金属片下层热膨胀系数较大，即铜的热膨胀系数较大，选项C正确．温度计示数是顺时针方向增大，说明当温度上升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