人教版(新教材)高中物理选择性必修3学案：2 1 温度和温标

人教版(新教材)高中物理选择性必修第三册PAGEPAGE1第1节温度和温标学习目标要求核心素养和关键能力1.知道什么是热力学系统；什么是状态参量。2.知道平衡态、热平衡的定义。3.掌握热平衡定律的内容。4.明确温度的定义及判断系统处于热平衡的条件。5.知道什么是温标，掌握摄氏温度和热力学温度的转换关系。1.科学思维用动态平衡的思维理解热平衡的概念。2.关键能力利用热学知识分析生产生活现象。一、状态参量与平衡态1.热力学系统和外界(1)热力学系统：由大量分子组成的系统叫作热力学系统，简称系统。(2)外界：系统之外与系统发生相互作用的其他物体统称外界。2.状态参量：用来描述系统状态的物理量。常用的状态参量有体积V、压强p、温度T等。3.平衡态：在没有外界影响的情况下，经过足够长的时间，系统所有状态参量都不随时间而变化的稳定状态。二、热平衡与温度1.热平衡：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，说明两个系统达到了平衡，这种平衡叫作热平衡。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热平衡。3.温度：热平衡中，表征“共同的热学性质”的物理量。4.热平衡的性质：达到热平衡的系统都具有相同的温度。〖判一判〗(1)两个系统处于热平衡时，它们一定具有相同的热量。(×)(2)热平衡就是平衡态。(×)(3)热平衡时，两系统的温度相同，压强、体积也一定相同。(×)(4)两个系统在接触时它们的状态不发生变化，这两个系统原来的温度是相等的。(√)三、温度计与温标1.温标(1)定义：定量描述温度的方法。(2)温标的种类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0__℃，水的沸点为100__℃。在0℃和100℃之间均匀分成100等份，每份算作1℃。②热力学温标现代科学中常用的表示温度的方法，规定摄氏温度的－273.15℃为零值，它的一度等于摄氏温度的一度。2.摄氏温度与热力学温度(1)摄氏温度：摄氏温标表示的温度，用符号t表示，单位摄氏度，符号表示为℃。(2)热力学温度：热力学温标表示的温度，用符号T表示，单位开尔文，符号表示为K。(3)换算关系：T＝t＋273.15__K。3.温度计温度计是用来测量物体(系统)温度的仪器，温度计的种类很多，常见的有水银温度计、金属电阻温度计、气体温度计、热电偶温度计等。〖判一判〗(1)温度计测温原理就是热平衡定律。(√)(2)温度与温标是一回事。(×)(3)1K就是1℃。(×)(4)摄氏温度升高1℃，在热力学温标中温度升高274.15K。(×)探究1状态参量与平衡态三个概念系统在物理学中，通常把所研究的对象称为系统外界系统以外的其他物体称之为外界或环境，系统与外界之间往往存在相互的作用状态参量描述系统状态的物理量叫作系统的状态参量。物理学中，需要研究系统的各种性质，包括几何性质、力学性质、热学性质、电磁性质等三个参量体积V描述系统的几何性质，为了确定系统的空间范围压强p描述系统的力学性质，为了确定外界与系统之间或系统内部各部分之间的力的作用温度T描述系统的热学性质，确定系统的冷热程度平衡态的三点理解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，表现为系统的宏观性质不随时间变化，而力学中的平衡态是指物体处于静止或匀速直线运动的状态②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。系统处于平衡态时，由于涨落，仍可能发生偏离平衡状态的微小变化③平衡态的特点：系统温度、压强、体积不发生变化。由于系统处于平衡态时，所有的性质都不随时间变化，就能比较容易地描述这些性质，所以中学阶段只描述平衡态的问题〖例1〗下列说法中正确的是()A.状态参量是描述系统状态的物理量，系统处于非平衡状态时各部分的参量不发生变化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相同C.只有处于平衡状态的系统才有状态参量D.两物体发生传热时，它们组成的系统处于平衡状态〖答案〗B〖解析〗处于非平衡状态的系统也有状态参量，而且参量会发生变化，经过足够长的时间，系统若不受外界影响就会达到平衡状态，各部分状态参量将会相同，故B项正确，A、C项错误：处于传热过程中的两系统处于非平衡状态，故D项错误。〖针对训练1〗(多选)下列物体中处于非平衡态的是()A.冰水混合物处在1℃的环境中B.将一铝块放入沸水中加热较长的时间C.冬天刚打开空调的教室内的气体D.用玻璃杯盛着的开水放在室内足够长时间〖答案〗AC〖解析〗冰水混合物在1℃的环境中要吸收热量，温度升高，不是平衡态，A正确；当铝块放在沸水中足够长的时间，铝块各部分的温度与沸水的温度相同，达到平衡态，B错误；冬天刚打开空调的教室内的气体各部分温度不同，不是平衡态，C正确；用玻璃杯盛着的开水放在室内足够长时间，最终开水温度与环境温度相同，达到平衡态，D错误。探究2热平衡与温度■情境导入(1)用手心握住体温计玻璃泡，观察到体温计的示数逐渐上升。当上升到36℃左右时，为什么不再上升？(2)当把它立即放入40℃的水中时，你又看到什么现象？为什么？〖答案〗(1)因为此时体温计与人体温度相同，即达到了热平衡。(2)体温计的示数继续上升，因为体温计玻璃泡的温度与水的温度不相同，没有达到热平衡。■归纳拓展1.热平衡的理解相互接触的两个系统，各自的状态参量将会相互影响而分别改变，最后，两个系统的状态参量将不再变化，我们就说两系统达到了热平衡。一切达到热平衡的系统都具有相同的温度，所以两个系统达到热平衡的标准是系统具有相同的温度。2.热平衡定律及意义(1)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，这个结论称为热平衡定律。(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。因为互为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，即可比较温度的高低。3.热平衡与温度(1)对温度的理解①宏观上，表示物体的冷热程度。②微观上，反映分子热运动的剧烈程度。③一切达到热平衡的物体都具有相同的温度。(2)温度计的测温原理若物体与A处于热平衡，它同时也与B处于热平衡，则A的温度等于B的温度，这就是温度计用来测量温度的基本原理。〖例2〗(2021·通榆县一中高二月考)如果两个系统通过相互作用，实现了热平衡，那么这两个系统()A.一定具有相同的压强B.一定具有相同的温度C.一定具有相同的体积D.一定同时具有相同的温度、压强和体积〖答案〗B〖解析〗两个系统实现了热平衡，它们具有一个“共同性质”，这就是温度，或者说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，故B正确，A、C、D错误。〖针对训练2〗下列关于系统是否处于平衡态的说法正确的是()A.开空调2min内教室内的气体处于平衡态B.两个温度不同的物体相互接触，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〖答案〗B〖解析〗开空调2min内教室内的气体温度要变化，故不是平衡态，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，是非平衡态，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，不是平衡态，C错误；压缩密闭容器中的空气，要对空气做功，机械能转化为内能，不是平衡态，D错误。探究3温度计和温标1.“温度”含义的两种说法(1)宏观角度：表示物体的冷热程度。(2)热平衡角度：两个处于热平衡的系统存在一个数值相等的物理量，这个物理量就是温度。2.温度计测温原理一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。温度计与待测物体接触，达到热平衡，其温度与待测物体相同。3.摄氏温标和热力学温标的比较摄氏温标热力学温标提出者安德斯·摄尔修斯开尔文零点的规定一个标准大气压下冰水混合物的温度－273.15℃温度名称摄氏温度热力学温度温度符号tT单位名称摄氏度开尔文单位符号℃K关系(1)T＝t＋273.15K，粗略表示：T＝t＋273K(2)每一开尔文与每一摄氏度相等〖例3〗(2021·上海市建平中学)下列关于温度的说法中正确的是()A.热力学温度的0K相当于摄氏温度的273.15℃B.热力学温度每升高1K和摄氏温度每升高1℃对应的温度变化是相同的C.绝对零度是低温的极限，随着技术的进步是可能达到的D.在国际单位制中，温度的单位是℃〖答案〗B〖解析〗根据T＝273.15K＋t，热力学温度的0K相当于摄氏温度的－273.15℃，A错误；根据T＝273.15K＋t，热力学温度每升高1K和摄氏温度每升高1℃对应的温度变化是相同的，B正确；绝对零度是低温的极限，表示分子热运动停止，不可能达到，C错误；在国际单位制中，温度的单位是K，D错误。〖针对训练3〗(多选)(2021·甘肃会宁县四中高二期中)下列说法正确的是()A.用温度计测量温度是根据热平衡的原理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分别达到热平衡，则b、c之间也达到了热平衡D.两物体温度不相同，但有可能达到热平衡〖答案〗AC〖解析〗用温度计测量温度的原理是根据热平衡的原理，当两物体达到热平衡状态时，它们的温度相同，A正确；温度相同的棉花和石头相接触，不会发射热传递，B错误；若a与b、c分别达到热平衡，说明a与b、c温度相同，故b、c之间也达到了热平衡，C正确；达到热平衡的系统具有相同的温度，D错误。1.(状态参量和平衡态)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、压强就会变得一样，但体积仍可变化〖答案〗A〖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。2.(热平衡和温度)(多选)两个处于热平衡状态的系统，由于受外界影响，状态参量发生了变化，下列关于它们后来是否能处于热平衡状态的说法正确的是()A.不能 B.可能C.要看它们后来的温度是否相同 D.取决于其他状态参量是否相同〖答案〗BC〖解析〗只要两个系统的温度相同，两个系统就处于热平衡状态，而与其他参量是否相同无关。3.(温度计和温标)(多选)下列关于热力学温度的说法中正确的是()A.－33℃＝240KB.温度变化1℃，也就是温度变化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℃，对应的热力学温度升高了(t＋273)K〖答案〗AB〖解析〗由于T＝(t＋273)K，可知，－33℃相当于240K，A正确；由T＝(t＋273)K，可知ΔT＝Δt，即热力学温标温度的变化总等于摄氏温标温度的变化，温度变化1℃，也就是温度变化1K，B正确；因为绝对零度不能达到，故热力学温度不可能取负值，而摄氏温度可以取负值，C错误；初态温度为(t＋273)K，末态温度为(2t＋273)K，热力学温度也升高了tK，D错误。第1节温度和温标学习目标要求核心素养和关键能力1.知道什么是热力学系统；什么是状态参量。2.知道平衡态、热平衡的定义。3.掌握热平衡定律的内容。4.明确温度的定义及判断系统处于热平衡的条件。5.知道什么是温标，掌握摄氏温度和热力学温度的转换关系。1.科学思维用动态平衡的思维理解热平衡的概念。2.关键能力利用热学知识分析生产生活现象。一、状态参量与平衡态1.热力学系统和外界(1)热力学系统：由大量分子组成的系统叫作热力学系统，简称系统。(2)外界：系统之外与系统发生相互作用的其他物体统称外界。2.状态参量：用来描述系统状态的物理量。常用的状态参量有体积V、压强p、温度T等。3.平衡态：在没有外界影响的情况下，经过足够长的时间，系统所有状态参量都不随时间而变化的稳定状态。二、热平衡与温度1.热平衡：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，说明两个系统达到了平衡，这种平衡叫作热平衡。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热平衡。3.温度：热平衡中，表征“共同的热学性质”的物理量。4.热平衡的性质：达到热平衡的系统都具有相同的温度。〖判一判〗(1)两个系统处于热平衡时，它们一定具有相同的热量。(×)(2)热平衡就是平衡态。(×)(3)热平衡时，两系统的温度相同，压强、体积也一定相同。(×)(4)两个系统在接触时它们的状态不发生变化，这两个系统原来的温度是相等的。(√)三、温度计与温标1.温标(1)定义：定量描述温度的方法。(2)温标的种类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0__℃，水的沸点为100__℃。在0℃和100℃之间均匀分成100等份，每份算作1℃。②热力学温标现代科学中常用的表示温度的方法，规定摄氏温度的－273.15℃为零值，它的一度等于摄氏温度的一度。2.摄氏温度与热力学温度(1)摄氏温度：摄氏温标表示的温度，用符号t表示，单位摄氏度，符号表示为℃。(2)热力学温度：热力学温标表示的温度，用符号T表示，单位开尔文，符号表示为K。(3)换算关系：T＝t＋273.15__K。3.温度计温度计是用来测量物体(系统)温度的仪器，温度计的种类很多，常见的有水银温度计、金属电阻温度计、气体温度计、热电偶温度计等。〖判一判〗(1)温度计测温原理就是热平衡定律。(√)(2)温度与温标是一回事。(×)(3)1K就是1℃。(×)(4)摄氏温度升高1℃，在热力学温标中温度升高274.15K。(×)探究1状态参量与平衡态三个概念系统在物理学中，通常把所研究的对象称为系统外界系统以外的其他物体称之为外界或环境，系统与外界之间往往存在相互的作用状态参量描述系统状态的物理量叫作系统的状态参量。物理学中，需要研究系统的各种性质，包括几何性质、力学性质、热学性质、电磁性质等三个参量体积V描述系统的几何性质，为了确定系统的空间范围压强p描述系统的力学性质，为了确定外界与系统之间或系统内部各部分之间的力的作用温度T描述系统的热学性质，确定系统的冷热程度平衡态的三点理解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，表现为系统的宏观性质不随时间变化，而力学中的平衡态是指物体处于静止或匀速直线运动的状态②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。系统处于平衡态时，由于涨落，仍可能发生偏离平衡状态的微小变化③平衡态的特点：系统温度、压强、体积不发生变化。由于系统处于平衡态时，所有的性质都不随时间变化，就能比较容易地描述这些性质，所以中学阶段只描述平衡态的问题〖例1〗下列说法中正确的是()A.状态参量是描述系统状态的物理量，系统处于非平衡状态时各部分的参量不发生变化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相同C.只有处于平衡状态的系统才有状态参量D.两物体发生传热时，它们组成的系统处于平衡状态〖答案〗B〖解析〗处于非平衡状态的系统也有状态参量，而且参量会发生变化，经过足够长的时间，系统若不受外界影响就会达到平衡状态，各部分状态参量将会相同，故B项正确，A、C项错误：处于传热过程中的两系统处于非平衡状态，故D项错误。〖针对训练1〗(多选)下列物体中处于非平衡态的是()A.冰水混合物处在1℃的环境中B.将一铝块放入沸水中加热较长的时间C.冬天刚打开空调的教室内的气体D.用玻璃杯盛着的开水放在室内足够长时间〖答案〗AC〖解析〗冰水混合物在1℃的环境中要吸收热量，温度升高，不是平衡态，A正确；当铝块放在沸水中足够长的时间，铝块各部分的温度与沸水的温度相同，达到平衡态，B错误；冬天刚打开空调的教室内的气体各部分温度不同，不是平衡态，C正确；用玻璃杯盛着的开水放在室内足够长时间，最终开水温度与环境温度相同，达到平衡态，D错误。探究2热平衡与温度■情境导入(1)用手心握住体温计玻璃泡，观察到体温计的示数逐渐上升。当上升到36℃左右时，为什么不再上升？(2)当把它立即放入40℃的水中时，你又看到什么现象？为什么？〖答案〗(1)因为此时体温计与人体温度相同，即达到了热平衡。(2)体温计的示数继续上升，因为体温计玻璃泡的温度与水的温度不相同，没有达到热平衡。■归纳拓展1.热平衡的理解相互接触的两个系统，各自的状态参量将会相互影响而分别改变，最后，两个系统的状态参量将不再变化，我们就说两系统达到了热平衡。一切达到热平衡的系统都具有相同的温度，所以两个系统达到热平衡的标准是系统具有相同的温度。2.热平衡定律及意义(1)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，这个结论称为热平衡定律。(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。因为互为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，即可比较温度的高低。3.热平衡与温度(1)对温度的理解①宏观上，表示物体的冷热程度。②微观上，反映分子热运动的剧烈程度。③一切达到热平衡的物体都具有相同的温度。(2)温度计的测温原理若物体与A处于热平衡，它同时也与B处于热平衡，则A的温度等于B的温度，这就是温度计用来测量温度的基本原理。〖例2〗(2021·通榆县一中高二月考)如果两个系统通过相互作用，实现了热平衡，那么这两个系统()A.一定具有相同的压强B.一定具有相同的温度C.一定具有相同的体积D.一定同时具有相同的温度、压强和体积〖答案〗B〖解析〗两个系统实现了热平衡，它们具有一个“共同性质”，这就是温度，或者说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，故B正确，A、C、D错误。〖针对训练2〗下列关于系统是否处于平衡态的说法正确的是()A.开空调2min内教室内的气体处于平衡态B.两个温度不同的物体相互接触，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〖答案〗B〖解析〗开空调2min内教室内的气体温度要变化，故不是平衡态，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，是非平衡态，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，不是平衡态，C错误；压缩密闭容器中的空气，要对空气做功，机械能转化为内能，不是平衡态，D错误。探究3温度计和温标1.“温度”含义的两种说法(1)宏观角度：表示物体的冷热程度。(2)热平衡角度：两个处于热平衡的系统存在一个数值相等的物理量，这个物理量就是温度。2.温度计测温原理一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。温度计与待测物体接触，达到热平衡，其温度与待测物体相同。3.摄氏温标和热力学温标的比较摄氏温标热力学温标提出者安德斯·摄尔修斯开尔文零点的规定一个标准大气压下冰水混合物的温度－273.15℃温度名称摄氏温度热力学温度温度符号tT单位名称摄氏度开尔文单位符号℃K关系(1)T＝t＋273.15K，粗略表示：T＝t＋273K(2)每一开尔文与每一摄氏度相等〖例3〗(2021·上海市建平中学)下列关于温度的说法中正确的是()A.热力学温度的0K相当于摄氏温度的273.15℃B.热力学温度每升高1K和摄氏温度每升高1℃对应的温度变化是相同的C.绝对零度是低温的极限，随着技术的进步是可能达到的D.在国际单位制中，温度的单位是℃〖答案〗B〖解析〗根据T＝273.15K＋t，热力学温度的0K相当于摄氏温度的－273.15℃，A错误；根据T＝273.15K＋t，热力学温度每升高1K和摄氏温度每升高1℃对应的温度变化是相同的，B正确；绝对零度是低温的极限，表示分子热运动停止，不可能达到，C错误；在国际单位制中，温度的单位是K，D错误。〖针对训练3〗(多选)(2021·甘肃会宁县四中高二期中)下列说法正确的是()A.用温度计测量温度是根据热平衡的原