资源简介

(共29张PPT)
1.温度和温标
第二章 气体、固体和液体
人教版 物理 选择性必修第三册
见物思理、格物致知：
假如一个容器用挡板K隔开，容器中的气体被分成A、B两部分，它们的压强分别为pA、pB，温度分别为TA、TB，它们的压强和温度均不相等。打开挡板K后，如果容器与外界没有能量交换，经过一段时间后，容器内的气体会是什么状态
答：压强大的气体会向压强小的一方流动，温度高的气体会向温度低一侧传热，经过一段时间后，窗口内各点的压强和温度都相同且不再变化。
描述系统性质的物理量,常用的物理量有几何参量体积V 、
力学参量压强p、热学参量温度T　。
一、状态参量与平衡态
1.热力学系统：
研究某一容器中气体的热学性质,其研究对象是容器中的大量分子 组成的系统。这在热学中叫作一个热力学系统。
2.外界：
系统之外与系统发生相互作用的
其他物体的统称。
3.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。
例如：酒精灯加热容器中的气体把气体作为研究对象，它就是一个热力学系统。而容器和酒精灯就是外界。
一个封闭系统，在经过足够长的时间，系统各部分的状态参量达到稳定（不随时间变化）时的状态 。
5atm
60oC
0oC
2atm
系 统
分子做无规则运动
宏观性质
例如：把不同压强，不同温度的两箱气体注入同一容器：
压强大的气体会向压强小的一方流动。
温度高的会向温度低的一方传热。
经过一段时间后，容器各点的压强和温度都不再变化。
非平衡态
平衡态
一、状态参量与平衡态
4.平衡态：
一、状态参量与平衡态
系统在没有外界影响的情况下,经过足够长的时间 ,系统内各部分的状态参量达到稳定的状态。
思考：一根长铁丝,一端插入100 ℃的沸水中,另一端放入0 ℃的恒温源中,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
(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,表现为系统的宏观性质不随时间变化。
(2)平衡态的特点:系统温度、压强、体积不发生变化。系统处于平衡态时,所有的状态参量都不随时间变化。
答：因为系统内各部分的状态参量稳定不变，所以是平衡态。
例1. (多选)下列系统处于平衡态的是(　　)
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,此时容器内的气体
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、体积都不再变化,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,容器内气体的温度升高,故其不是平衡态,C错;开空调2分钟内教室内的气体的温度会变化,故其不是平衡态,D错。
答案AB
一、状态参量与平衡态
例2.下列说法正确的是(　　)
A.状态参量是描述系统状态的物理量,系统处于非平衡状态时
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
状态参量将不变
C.只有处于平衡状态的系统才有状态参量
D.两物体发生热传递时,它们组成的系统处于平衡状态
一、状态参量与平衡态
B
变式: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、体积都一定达到了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、压强不再变化,但体积仍可变化
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、压强和体积等都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。
答案A
一、状态参量与平衡态
1.热平衡:两个相互接触的热力学系统的状态参量不再变化。
二、热平衡与温度
思考：“平衡态”和“热平衡”是一回事吗
答：不是。“平衡态”指的是一个系统的状态,“热平衡”指的是两个系统之间的关系,两者不是一回事。
(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。
接触
传热
冷
热
热平衡
热平衡过程
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.热平衡的性质:一切达到热平衡的系统都具有相同的温度。
4.温度:表征互为热平衡系统的共同热学性质的物理量。
二、热平衡与温度
思考与讨论
水银温度不再升高，这个系统达到平衡态
水的温度不再升高，这个系统达到平衡态
它们的温度不在升高，这两个系统达到热平衡。
如图，我们凭什么说温度计的温度就是热水的温度？
①平衡态指的是一个系统的状态。
②热平衡指的是两个系统之间的关系。
③先达到平衡态，才有热平衡。
即：在无外界影响下，一个系统内部的状态参量(P,V,T)都不再改变。
例1.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
二、热平衡与温度
B
例2.(多选)有甲、乙、丙三个温度不同的物体,将甲和乙接触很长一段时间后分开,再将乙和丙接触很长一段时间后分开(发生了热交换),假设只有在它们相互接触时有热传递,不接触时与外界没有热传递,则(　　)
A.甲、乙、丙三个物体都达到了平衡态
B.只有乙、丙达到了平衡态,甲没有达到平衡态
C.乙、丙两物体都和甲达到了热平衡
D.乙、丙两物体达到了热平衡
二、热平衡与温度
解析甲、乙、丙三个物体与外界没有热传递,所以甲、乙、丙三个物体都达到了平衡态,A正确,B错误;甲和乙接触一段时间后分开,甲和乙达到了热平衡,但乙和丙接触一段时间后,乙的温度又发生了变化,甲和乙的热平衡被破坏,乙和丙两物体达到了热平衡,C错误,D正确。
答案AD
变式.(多选)下列说法正确的是(　　)
A.放在腋下足够长时间的水银体温计中的水银与人体达到热平衡
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都达到热平衡,则b、c之间也达到了热平衡
D.两物体温度相同,可以说两物体达到了热平衡
解析:两个物体紧密接触时,如果两者的温度有差异,它们之间就会发生热传递, 高温物体将向低温物体传热,最终使二者的温度达到相等,即达到热平衡,故A、D正确;两个物体的温度相同时,不会发生热传递,已经达到热平衡,故B错误;若a与b、c都达到热平衡,三者温度一定相等,所以b、c之间也达到了热平衡,故C正确。
答案ACD
二、热平衡与温度
海明威在短篇小说《一天的等待》中有这样一段对话:
爸爸:“人发烧到一百零二度是不会死的,你真是在说傻话。”
儿子:“我知道会的。在法国上学的时候,同学们告诉我,发烧到四十度就活不了了。我已经一百零二度了。”
其中的102度是指的华氏温度,40度是指的摄氏温度,同学们可以查阅资料,进一步了解它们之间的关系,并把40 ℃换算成热力学温度。
情境探究：
要点提示：40 ℃换算成热力学温度为313.15 K。
三、温度与温标
三、温度与温标
1.温标:定量描述温度的方法。
(1)摄氏温标:一种常用的表示温度的方法,。用符号t表示，单位： ℃
(2)热力学温标:现代科学中常用的表示温度的方法。
用符号T表示，单位：K(开尔文）
(3)华氏温标
：英语国家常用的温标，
用符号T表示，单位：℉(华氏度）
与摄氏度的关系：T = 1.8t + 32℉
规定标准大气压下冰的熔点为0 ℃, 水的沸点为100 ℃; 并据此把玻璃管上0℃刻度与100℃刻度之间均匀分成100等份,每份算作1 ℃。
与摄氏度的关系：T = t + 273.15K
2.温度计
三、温度与温标
水银温度计
电阻温度计
伽利略气体温度计
气体压强随温度变化
思考3：物体温度升高了1 ℃就是升高了273.15 K吗
三、温度与温标
答：不是。温度升高了1 ℃,也就是升高了1 K,即在表示温差时, ΔT=Δt。
4.热力学温度与摄氏温度关系的理解
(1)T=t+273.15 K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1 K是等效的,即ΔT=Δt ,而不是
ΔT=Δt+273.15 K。
(3)绝对零度是低温的极限,只能接近,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。
(4)热力学温度是国际单位制中七个基本物理量之一.
例1：天气的最高气温是27℃，它是多少开尔文 进行低温物理的研究时热力学温度是2.5K，它是多少摄氏度
解：
(1) 已知t=27℃带入
T = t + 273.15K
T=(27+273.15)K=300.15K
(2) 已知T=2.5K带入
T = t + 273.15K
t = (273.15-2.5) oC
t= -270.65 oC
课堂练习
三、温度与温标
例2：关于热力学温度，下列说法中正确的是( )
A. -33℃=240.15K
B. 温度变化了1℃，也就是温度变化1K
C. 摄氏温度与热力学温度都可以取负值
D. 温度由t升至2t，对应的热力学温度升高了273K+t
AB
三、温度与温标
例3：图甲表示某金属丝的电阻 R 随摄氏温度t 变化的情况。把这段金属丝与电池、电流表串联起来(图乙)，用这段金属丝做温度探头，把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度，于是就得到一个最简单的电阻温度计。请判断：如果电池的电动势和内电阻都是不变的，电流表上代表 t1、t2 的两点，哪个应该标在电流比较大的刻度上？
根据焦耳定律和闭合电路欧姆定律.可知：电流通过导体电阻发热，电阻温度升高，电阻阻值增大，电流变小，故t1 应标在电流较大的刻度上。
课堂练习
三、温度与温标
例4.下列关于温度的各种说法正确的是(　　)
A.某物体温度升高了200 K,也就是升高了200 ℃
B.某物体温度升高了200 ℃,也就是升高了473 K
C.-200 ℃比-250 ℃温度低
D.200 ℃和200 K的温度相同
三、温度与温标
A
例5.一根装有一小段有色水柱的细玻璃管穿过橡皮塞插入烧瓶内，封闭一定质量的气体,该装置为一个简易的气体温度计。当外界温度发生变化时，水柱位置将上下移动。当有色水柱下端与D或A对齐时，温度分别为20 ℃和80 ℃。A、D间刻度均匀分布。由图可知，图中有色水柱下端所示温度为多少℃？
三、温度与温标
小 结
状态参量与平衡态
平衡态：没有外界影响的情况下，系统所有性质都不随时间变化的稳定的状态
热平衡
与温度
热平衡：状态参量不再变化，两个系统对于传热已经达到平衡
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
温度：两个系统处于热平衡时，具有的共同的热学性质
温标
温度和温标
摄氏温标(t)
热力学温标(T)
关系式：T＝t＋273.15 K
状态参量
体积V
压强P
温度T
标准大气压下
100等份
冰水混合物
沸腾的水
100℃
0℃
例1 (多选)下列物体处于平衡态的是(　　)
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
一 状态参量与平衡态
四、知识应用与实践
BD
规律总结 1.平衡态指的是一个系统内部达到的一种动态平衡,表现为宏观状态参量的不变化。
2.系统要处于平衡态,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。
练习1 下列关于系统是否处于平衡态的说法正确的是(　　)
A.开空调2 min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.两个物体发生热传递时,能量在它们组成的系统中传递,对整个系统而言处于平衡态
D.压缩密闭容器中的空气,空气处于平衡态
答案:B
四、知识应用与实践
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
二 热平衡与温度
四、知识应用与实践
B
规律总结 热平衡与温度理解的两个误区
误区1:误认为只要温度不变,系统就处于平衡态
误区的原因是没有正确理解平衡态的概念,当系统内包括温度在内的所有状态参量都不随时间变化时,系统才会处于平衡态。
误区2:误认为平衡态就是热平衡
产生误区的原因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一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一定相同,它们接触后各自的状态会发生变化,直到达到热平衡为止。
练习2 .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.要看它们后来的温度是否相同
C.取决于其他状态参量是否相同
D.系统达到热平衡,其温度一定相同
四、知识应用与实践
BD
例3 (多选)关于热力学温度,下列说法正确的是(　　)
A.-33 ℃=240 K
B.温度变化1 ℃,也就是温度变化1 K
C.-136 ℃比136 K温度高
D.温度由t(t的单位为摄氏度)升至2t,对应的热力学温度升高了
273 K+t
三 温度计与温标
四、知识应用与实践
ABC
练习3 (多选)如果物体的温度从27 ℃升高到127 ℃,用热力学温度表示,以下说法正确的是(　　)
A.物体的温度升高了400 K B.物体的温度升高了100 K
C.物体的温度升高到400 K D.物体的温度升高到373 K
答案:BC
四、知识应用与实践

展开更多......

收起↑