高中物理 选修三 教师用书 第二章 1　温度和温标

1温度和温标[学习目标]1.知道系统的状态参量及平衡态.2.明确温度的概念，知道热平衡定律及其与温度的关系.3.了解温度计的原理，知道热力学温度与摄氏温度的换算关系．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：用来确定系统的状态的物理量．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，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．三、温度计与温标1．确定一个温标的方法(1)选择一种测温物质．(2)了解测温物质用以测温的某种性质．(3)确定温度的零点和分度的方法．2．热力学温度T与摄氏温度t(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℃，把玻璃管上0℃刻度和100℃刻度之间均匀分成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．热力学温标表示的温度叫作热力学温度．用符号T表示，单位是开尔文，简称开，符号为K.(3)摄氏温度与热力学温度的关系为T＝t＋273.15K.1．判断下列说法的正误．(1)表示系统的状态参量常用的有体积、压强和温度等．(√)(2)两个系统处于热平衡时，它们一定具有相同的热量．(×)(3)温度计测温原理是热平衡定律．(√)(4)0℃的温度可以用热力学温度粗略地表示为273K．(√)2．(1)两个系统具有相同的时，即达到了热平衡．(2)北京时间2016年8月6日是第31届里约奥运会开幕的日子，中央电视台播报天气预报，里约的最高气温是38℃，它是K．我国在研究超导问题方面走在世界前列，我国科学家发现某种超导材料的临界温度是90K，它是℃.答案(1)温度(2)311.15－183.15一、状态参量与平衡态导学探究(1)在力学中，为了确定物体运动的状态，我们使用了物体的坐标和速度这两个物理量．在热学中如果我们要研究一箱气体的状态，需要哪些物理量呢？(2)如果系统与外界没有能量交换，该系统就达到平衡态了吗？答案(1)体积、压强和温度(2)不是知识深化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．例1(2021·岳阳市高二月考)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内教室里的气体处于平衡态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内教室里的气体温度要变化，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．二、热平衡与温度导学探究(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．知识深化1．平衡态与热平衡的区别和联系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.热平衡定律的意义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．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·宁夏吴忠中学高二期末)关于热平衡，下列说法不正确的是()A．系统甲与系统乙达到热平衡就是它们的温度达到相同的数值B．冷热程度相同的两系统处于热平衡状态C．量体温时温度计需和身体接触5分钟是为了让温度计跟身体达到热平衡D．标准状况下冰水混合物与0℃的水未达到热平衡答案D解析两系统达到热平衡时的标志是它们的温度相同，或者说它们的冷热程度相同，故A、B正确；量体温时温度计需和身体接触5分钟是为了让温度计跟身体达到热平衡，故C正确；标准状况下冰水混合物的温度为0℃，与0℃的水能达到热平衡，故D错误．例3(2021·芜湖市高二期末)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，则这两个系统永远处于热平衡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D．两个处于热平衡的系统，温度可以有微小的差别答案C解析处于热平衡的系统，如果受到外界的影响，状态参量会随之变化，温度也会变化，故A错误；热平衡定律对多个系统也适用，故B错误；如果两个系统彼此接触而状态参量不再变化，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，故C正确；两个系统处于热平衡时，它们的温度一定相同，故D错误．三、温度计与温标导学探究(1)如图所示，伽利略温度计是利用玻璃管内封闭的气体作为测温物质制成的，当外界温度越高时，细管内的水柱越高吗？(2)如果气体的温度是1℃，也可以说气体的温度是多少K？如果气体的温度升高了1℃，也可以说气体的温度升高了多少K?答案(1)不是．由热胀冷缩可知，当外界温度越高时，气体膨胀越厉害，细管内的水柱越低．(2)274.151知识深化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．常见温度计及其原理名称原理水银温度计根据水银热胀冷缩的性质来测量温度金属电阻温度计根据金属的电阻随温度的变化来测量温度压力表式温度计根据气体压强随温度的变化来测量温度热电偶温度计根据不同导体因温差产生电动势的大小来测量温度3.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，其温度与待测物体的温度相同．例4(2021·江苏省新丰中学高二期中)关于温度，下列说法中正确的是()A．温度升高1℃，也可以说温度升高1KB．温度由摄氏温度t升至2t，对应的热力学温度便由T升至2TC．绝对零度就是当一定质量的气体体积为零时，用实验方法测出的温度D．随着人类制冷技术的不断提高，总有一天绝对零度会达到答案A解析由T＝t＋273K可知A对，B错．绝对零度在现实中无法达到，C、D错．考点一平衡态与热平衡1．下列说法正确的是()A．状态参量是描述系统状态的物理量，系统处于非平衡态时各部分的状态参量不发生变化B．当系统不受外界影响且经过足够长的时间时，其内部各部分状态参量将会达到稳定状态C．只有处于平衡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态答案B解析系统处于非平衡态时状态参量会发生变化，两物体发生传热表示温度在发生变化，它们组成的系统处于非平衡态，故A、D错误；当系统不受外界影响且经过足够长的时间时，其内部各部分状态参量将会达到稳定状态，即平衡态，故B正确；状态参量是描述系统状态的物理量，无论系统处于何种状态都具有状态参量，故C错误．2．下列说法不正确的是()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答案A解析达到热平衡的系统都具有相同的状态参量，即温度，A错误，C正确；由热平衡定律可知，若系统C与系统A处于热平衡，它同时也与系统B处于热平衡，则系统A的温度等于系统B的温度，这也是温度计用来测量温度的基本原理，B、D正确．3．两个原来处于热平衡的系统，分开后，由于受外界的影响，其中一个系统的温度升高了5K，另一个系统的温度升高了5℃，则下列说法正确的是()A．两个系统不再处于热平衡B．两个系统此时仍处于热平衡C．两个系统的温度不再相同了D．两个系统的状态都没有发生变化答案B解析由于两个系统原来处于热平衡，温度相同，当分别升高5℃和5K后，温度仍相同，两个系统仍处于热平衡，温度相同，故A、C错误，B正确；由于温度发生了变化，系统的状态也发生了变化，故D错误．考点二温度、温度计与温标4．(2022·临沂市兰陵四中高二检测)上海某天的最高温度为33℃，最低为22℃，用热力学温标来表示上海这一天的最高温度和最大温差分别为()A．33K；11K B．306K；11KC．33K；295K D．306K；295K答案B解析最高温度和最低温度分别为T1＝273K＋t1＝(273＋33)K＝306K，T2＝273K＋t2＝(273＋22)K＝295K，最大温差为ΔT＝T1－T2＝306K－295K＝11K，故选B.5．冬天，内蒙古的气温最低可达－42℃，为了测量那里的气温应选用(已知水银的熔点是－38.87℃；酒精的熔点是－114℃)()A．水银温度计 B．酒精温度计C．水温度计 D．体温计答案B解析水银的熔点是－38.87℃，低于－38.87℃时水银会凝固，而酒精的熔点是－114℃，水在零度就结冰，而体温计的测量范围为35～42℃，所以只能选B.6．(2022·禹州市三立高级中学月考)关于热力学温度和摄氏温度，下列说法中正确的是()A．某物体的摄氏温度为10℃，则热力学温度为10KB．热力学温度升高1K，对应摄氏温度升高1℃C．摄氏温度升高10℃，对应热力学温度升高283.15KD．热力学温度和摄氏温度对应的温标不同，两者表示的温度无法比较答案B解析热力学温度与摄氏温度的关系为T＝t＋273.15K，知ΔT＝Δt，故热力学温度升高1K，对应摄氏温度升高1℃；摄氏温度升高10℃，对应热力学温度升高10K，故B正确，C错误；10℃对应热力学温度283.15K，故A错误；热力学温度和摄氏温度对应的温标不同，但可通过关系式T＝t＋273.15K进行转换和比较，故D错误．7.(2021·临沂市高二期中)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，则下列说法正确的是()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D．该温度计的测温物质是球形瓶中的空气答案D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化情况的，测温物质是球形瓶中封闭的空气，该温度计是利用球形瓶中空气热胀冷缩的原理制成的，故A、B、C错误，D正确．8．下列说法中正确的是()A．若物体的温度增加1℃，也就是增加274KB．随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，并最终达到绝对零度C．我们可以根据铂的电阻随温度的变化来制造金属电阻温度计D．常见的体温计是根据玻璃泡的热膨胀原理制成的答案C解析由T＝t＋273.15K得ΔT＝Δt，则若物体的温度增加1℃，也就是增加1K，选项A错误；绝对零度是低温的极限，永远不可能达到，选项B错误；金属铂的电阻随温度变化较明显，故可用来制作电阻温度计，选项C正确；常见的体温计是根据玻璃泡内的液体热胀冷缩原理制成的，选项D错误．9．(2021·商丘市高二期中)实验室有