24-25高中物理人教版选择性必修第三册讲义 05 第二章 1．温度和温标

10/101．温度和温标1．知道状态参量与平衡态。2．知道热平衡，理解热平衡定律及温度的定义。3．知道温标、摄氏温标和热力学温标，知道摄氏温度与热力学温度的转换关系。状态参量与平衡态1．热力学系统：由________组成的系统。2．外界：系统之外与系统发生相互作用的其他物体。3．状态参量：为确定系统的状态所需要的一些物理量，如：____、____、温度等。4．平衡态：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能够达到的____状态。如图所示，将鸡蛋放在沸水中加热足够长的时间。【问题】(1)鸡蛋处于平衡态吗？(2)如果将铝、铜、铁三个金属球在沸水中放足够长时间呢？1．热力学系统的状态参量(1)体积V：系统的几何参量，它可以确定系统的空间范围。(2)压强p：系统的力学参量，它可以描述系统的力学性质。(3)温度T：系统的热学参量，它可以确定系统的冷热程度。2．平衡态的特点：系统处于平衡态时，系统的状态参量温度、压强、体积都不随时间变化。3．平衡态的理解(1)热力学的平衡态与力学的平衡态的意义不同，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，表现为系统不受外界的影响，状态参量(压强、体积和温度)不随时间变化。(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。【典例1】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．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[听课记录][跟进训练]1．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，但体积仍可变化热平衡与温度1．热平衡：如果两个系统相互接触而传热，这两个系统的状态参量将会互相影响而分别____。经过一段时间，各自的状态参量不再变化了，即这两个系统达到了______。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______。3．温度：处于热平衡的系统之间有一“共同热学性质”，即____。这就是温度计能够用来测量温度的基本原理。刀剑淬火是制作刀剑的重要过程，如图所示，是刀剑刚入水淬火的瞬间情景。【问题】(1)在这一瞬间，刀剑和水组成的系统是否达到热平衡状态？(2)经过一段时间后，是否达到热平衡状态？(3)达到热平衡状态的标志是什么？1．平衡态与热平衡的区别和联系项目平衡态热平衡区别研究对象一个系统两个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2．热平衡定律(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)意义：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，即可比较物体温度的高低。(3)热平衡定律推论：有A、B、C三个热力学系统各自处于平衡态，若系统A、B接触时平衡态不变，说明了系统A、B相互处于热平衡，若系统A、C接触时平衡态也不变，则说明A、C两系统也处于热平衡。这时，如果再使系统B和C接触，则可发现B和C的平衡态也不变，系统B、C也处于热平衡，如图所示。由此可以得到结论：如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡，则它们彼此也必定处于热平衡。3．温度与热平衡(1)温度在宏观上，表示物体的冷热程度。(2)温度在微观上，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。【典例2】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压强一定相等[听课记录][跟进训练]2．(多选)下列关于热平衡定律的说法正确的是()A．两系统的温度相同时，才能达到热平衡B．A、B两系统分别与C系统达到热平衡，则A、B两系统处于热平衡C．甲、乙、丙物体温度不相等，先把甲、乙接触，最终达到热平衡，再将丙与乙接触，最终也达到热平衡，则甲、丙是处于热平衡的D．热平衡时，两系统的温度相同，压强、体积也一定相同温度计与温标1．温度计名称原理水银温度计根据水银的______的性质来测量温度金属电阻温度计根据金属铂的____随温度的变化来测量温度气体温度计根据气体____随温度的变化来测量温度热电偶温度计根据不同导体因____产生电动势的大小来测量温度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。摄氏温标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，每一份算作1℃。(2)热力学温标：现代科学中常用的表示温度的方法。热力学温标表示的温度叫作______温度。(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＝____________________提醒：变化1℃与变化1K是相等的。摄氏温标(以前称为百分温标)是由瑞典天文学家摄尔修斯设计的。如图所示，在一标准大气压下，把冰的熔点定为0℃，水的沸点定为100℃，因此在这两个固定点之间共为100℃，即100等份，每等份代表1摄氏度，用1℃表示，用℃表示的温度叫作摄氏温度，常用t表示，用℃作单位。热力学温标由英国科学家威廉·汤姆孙(开尔文)创立，它表示的温度叫热力学温度，常用T表示，用K作单位。【问题】(1)热力学温标与摄氏温标之间的关系是什么？(2)如果可以粗略地取－273℃为绝对零度，在一标准大气压下，冰的熔点是多少摄氏度？为多少开尔文？水的沸点又是多少摄氏度？为多少开尔文？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，往往是不准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)种类：常见的温标有摄氏温标和热力学温标。(2)确定方法：第一，选择某种具有测温属性的测温物质；第二，确定测温物质的测温属性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)摄氏温标和热力学温标温标摄氏温标热力学温标零度的规定标准大气压下冰水混合物的温度－273.15℃(绝对零度)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，粗略表示为T＝t＋273K；(2)每变化1开尔文的大小与每变化1摄氏度的大小相等【典例3】(多选)下列关于热力学温度的说法中正确的是(取T＝t＋273K)()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＋273K[听课记录]热力学温度与摄氏温度关系的理解(1)T＝t＋273.15K是解决有关热力学温度与摄氏温度关系问题的基础。(2)摄氏温度变化1℃与热力学温度变化1K是等效的，即ΔT＝Δt，而不是ΔT＝Δt＋273.15K。(3)绝对零度是低温的极限，只能逐渐接近，永远达不到，故热力学温度不能出现负值，但摄氏温度可以出现负值。[跟进训练]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，一个细长颈的球形瓶倒插在装有红色液体的槽中，细管中的液面清晰可见，如果不考虑外界大气压的变化，就能根据液面的变化测出温度的变化，则()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的性质制造的1．下列有关热平衡的说法，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2．(多选)小明自定一种新温标p，他将冰熔点与水沸点之间的温度等分为200格，且将冰熔点的温度定为50p(上述皆为标准大气压下)，今小明测量一杯水的温度为150p时，则该温度用摄氏温标表示时应为()A．30℃ B．40℃C．50℃ D．60℃3．