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(共67张PPT)
第二章　
气体、固体和液体
第1节　温度和温标
[学习目标要求]　1.知道系统的状态参量及平衡态。2.理解温度的概念，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。
课前预习·夯基固本
状态参量与平衡态
1．热力学系统和外界
(1)热力学系统：由_______________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_____________的其他物体统称外界。
2．状态参量：在热学中，用来描述_______________的物理量。常用的状态参量有体积V、压强p、温度T等。
(1)体积V：系统的_________参量，它可以确定系统的空间范围。
(2)压强p：系统的_________参量，它可以描述系统的力学性质。
(3)温度T：系统的_________参量，它可以确定系统的冷热程度。
3．平衡态：一个热力学系统，在________________________情况下，系统内各部分的状态参量达到的_______________。
知识点一
[判一判]
(1)只要温度不变且处处相等，系统就一定处于平衡态。( )
(2)平衡态是一种理想状态。( )
(3)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。( )
×
√
√
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____________。
3．温度：热平衡中，表征“共同的_________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_________。
知识点二
[想一想]
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？当再把体温计立即放入40 ℃的水中时，你又看到什么现象？为什么？
提示：体温计与人体温度相同，即达到了热平衡，故温度不再上升；体温计放入水中后，体温计玻璃泡的温度与水的温度不相同，没有达到热平衡，体温计的示数继续上升。
温度计与温标
1．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，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，热力学温标也叫“绝对温标”。
知识点三
(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t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＝_____________________
2.温度计
(1)确定一个温标时首先要选择一种测温的物质，根据这种物质的某个特性来制造温度计。
(2)常见的温度计有水银温度计、金属电阻温度计等。
[练一练]
(多选)关于温度与温标，下列说法正确的是(　　)
A．用摄氏温标和热力学温标表示温度是两种不同的表示方法
B．摄氏温度与热力学温度都可以取负值
C．摄氏温度升高3 ℃，在热力学温标中温度升高276.15 K
D．热力学温度每一开的大小与摄氏温度每一度的大小相等
AD
AD　温标是温度数值的表示方法，常用的温标有摄氏温标和热力学温标，A正确；摄氏温度可以取负值，但是热力学温度不能取负值，因为热力学温度的零点是低温的极限，B错误；摄氏温度升高3 ℃，也就是热力学温度升高了3 K，C错误；摄氏温度的每一度与热力学温度的每一开的大小相等，D正确。
课堂探究·拓展思维
学习任务一　对平衡态和热平衡的理解
[导学探究]
如图所示，图像表达了两个系统达到热平衡的过程，根据图像分析A、B两个系统达到热平衡的条件是什么？
提示：达到热平衡时，具有相同的温度。
[思维深化]
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的运动状态处于静止或匀速直线运动状态。
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，仍可能发生偏离平衡态的微小变化。
3．两个系统达到热平衡后再把它们分开，如果分开后它们都不受外界影响，再把它们重新接触，它们的状态不会发生新的变化。因此，热平衡概念也适用于两个原来没有发生过作用的系统。因此可以说，只要两个系统在接触时它们的状态不发生变化，我们就说这两个系统原来是处于热平衡的。
(多选)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，故当系统的状态变化时，其各个状态参量都会改变
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达到稳定
C．只有处于平衡态的系统才有状态参量
D．两个物体间传热时，它们组成的系统处于非平衡态
例 1
BD
BD　由于描述系统的各种性质需要不同的物理量，只要其中某个状态参量发生变化，系统的状态就会发生变化，不一定各个状态参量都发生变化，选项A错误；系统处于平衡态或非平衡态都存在状态参量，选项C错误；当系统不受外界影响时，系统总要趋于平衡，其内部各部分状态参量趋于稳定，选项B正确；两个物体间传热时，两个物体组成的系统内部存在温差，故系统处于非平衡态，选项D正确。
(多选)关于热平衡，下列说法正确的是(　　 )
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．标准状况下冰水混合物与0 ℃的水未达到热平衡
C．量体温时体温计需要和身体接触几分钟是为了让体温计跟身体达到热平衡
D．冷热程度相同的两系统处于热平衡状态
例 2
ACD
ACD　两个系统达到热平衡的标志是它们的温度相同，或者说它们的冷热程度相同，A、C、D正确，B错误。
总结 提升
研究对象 (1)平衡态是对某一系统而言的
(2)热平衡是对两个接触的系统而言的
状态性质 (1)达到热平衡的两个系统都处于平衡态，两个都处于平衡态的系统不一定达到热平衡
(2)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化，直到温度相同时，两系统便达到了热平衡
判断依据 (1)系统不受外界影响，状态参量不变，则该系统处于平衡态
(2)两个系统的温度相同，则这两个系统处于热平衡
[针对训练]
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，假设水和冰水混合物的温度恒定，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
B
B　铁丝受到外界因素影响，不是平衡态，只是一种稳定状态，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。
学习任务二　温度与温标
[导学探究]
四季变换，阴晴冷暖，我们每天都会关注天气预报，适当增减衣物。某市某天的天气预报如下：今日天气多云，温度19～29 ℃。
天气预报中所说的温度用热力学温度表示是多少呢？
提示：292～302 K。
[思维深化]
1．对温度的理解
宏观角度 (1)温度表示物体冷热程度的物理量
(2)温度的严格定义是建立在热平衡定律基础上的。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
微观角度 (1)反映物体内分子热运动的剧烈程度，是大量分子热运动平均动能的标志
(2)温度是大量分子热运动的集体表现，是含有统计意义的，对个别分子来说温度是没有意义的
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)比较摄氏温标和热力学温标
比较项目 摄氏温标 热力学温标
提出者 摄尔修斯和施勒默尔 英国物理学家开尔文
零度的规定 一个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 t T
单位名称 摄氏度 开尔文
单位符号 ℃ K
关系 T＝t＋273.15 K，粗略表示：T＝t＋273 K
实验室有一支读数不准确的温度计，在测冰水混合物的温度时，其读数为20 ℃；在测1标准大气压下沸水的温度时，其读数为80 ℃。下列分别是温度计示数为41 ℃时对应的实际温度和实际温度为60 ℃时温度计的示数，其中正确的是(　　)
A．41 ℃，60 ℃　 B．21 ℃，40 ℃
C．35 ℃，56 ℃ D．35 ℃，36 ℃
例 3
C
(多选)关于热力学温度和摄氏温度，以下说法正确的是( 　　)
A．热力学温度的单位“K”是国际单位制中的基本单位
B．温度升高1 ℃就是升高了1 K
C．1 ℃就是1 K
D．0 ℃的温度可用热力学温度粗略地表示为273 K
例 4
ABD
ABD　热力学温度的单位“K”是国际单位制中七个基本单位之一，故A正确；由T＝t＋273.15 K得Δt＝ΔT，则知温度升高了1 ℃就是升高了1 K，故B正确；热力学温度和摄氏温度的关系是T＝t＋273.15 K，可知1 ℃与1 K表示的温度不同，故C错误；根据t＝T－273.15 K知，当t＝0 ℃时，T≈273 K，故D正确。
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。
(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。
规律 方法
[针对训练]
2．温度计是生活、生产中常用的测温装置。如图为一个简易温度计，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，烧瓶内封闭有一定质量的气体。当外界温度发生变化时，水柱位置将上下变化。已知A、D间的测量范围为20～80 ℃，A、D间刻度均匀分布。由图可知，A、D及此时有色水柱下端对应温度分别为(　　)
A．20 ℃、80 ℃、64 ℃
B．20 ℃、80 ℃、68 ℃
C．80 ℃、20 ℃、32 ℃
D．80 ℃、20 ℃、34 ℃
C
随堂练习·培养能力
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
A
A　如果一个系统达到了平衡态，系统内各部分的状态参量(温度、压强、体积)不再随时间发生变化，温度达到稳定值，但分子仍然是运动的，不可能达到所谓的“凝固”状态，故选项A正确。
2．(多选)有甲、乙、丙三个温度不同的物体，将甲和乙充分接触一段时间后分开，再将乙和丙充分接触一段时间后分开(发生了热交换)，假设只有在它们相互接触时有传热，不接触时与外界没有传热，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
AD
AD　乙和丙分开后，甲、乙、丙三个物体与外界没有传热，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。
3．(多选)下列叙述错误的是(　 　)
A．若不断冷冻，物体的温度就不断地下降，没有止境
B．目前尚不知最低温是多少，最高温是多少
C．－373 ℃是低温的下限
D．现代技术达不到绝对零度
ABC
ABC　根据绝对零度无法达到可知， 温度不会不断下降， 故A错误；目前已知最低温度为－273.15 ℃，故BC错误；现代技术下，绝对零度无法达到，故D正确。
4．根据下图判断，人们选择的温度计中的测量物质及其依据是(　　)
A．水，水的密度小
B．水，水的密度出现异常现象
C．汞，汞的密度大
D．汞，汞的密度与温度呈规则的线性关系
D
D　由于水的密度和温度关系的图线是不规则曲线，如果选水为测温物质，则温度计刻度不均匀；汞的密度与温度呈规则的线性关系，选汞为测温物质，温度计刻度均匀，故D选项正确。
课后训练·凝练素养
[基础对点练]
对点练1　对平衡态和热平衡的理解
1．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
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C　处于热平衡状态的系统，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；由热平衡的意义知，C正确；温度是热平衡的标志，两个处于热平衡状态的系统，温度相同，故D错误。
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2．关于平衡态和热平衡，下列说法正确的是(　　)
A．A、B两系统各自处于平衡态，则两者处于热平衡
B．只要系统的温度不变且处处相等，系统就处于平衡态
C．处于热平衡的两个系统内能一定相同
D．处于热平衡的两个系统分子平均动能一定相同
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D
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D　平衡态是针对某一系统而言的，热平衡是两个(或多个)系统相互影响的最终结果，A、B各自处于平衡态，但A、B接触可能需要一段时间才能达到热平衡，A错误；一个系统的温度、压强、体积等状态参量都不变化，系统才处于平衡态，仅仅根据温度不变且处处相等不能得出系统一定处于平衡态的结论，B错误；如果两个系统处于热平衡，则它们的温度一定相同，分子平均动能一定相同，但是内能不一定相同，C错误，D正确。
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1
对点练2　温度与温标
3．关于热力学温度，下列说法中正确的是(　　)
A．－33 ℃相当于240.15 K
B．温度变化1 ℃，也就是温度变化了274.15 K
C．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273.15 K＋t
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A　根据热力学温度和摄氏温度的关系T＝273.15 K＋t，可知－33 ℃与240.15 K表示同一温度，A正确；摄氏温度变化1 ℃，热力学温度变化1 K，B错误；由于绝对零度达不到，故热力学温度不可能取负值，C错误；热力学温度初态为273.15 K＋t，末态为273.15 K＋2t，温度变化t K，D错误。
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4．某地6月某天的最高温度为36 ℃，最低温度为27 ℃，用热力学温标来表示该地这一天的最高温度和最大温差分别为(　　)
A．36 K；9 K　 B．309 K；9 K
C．36 K；300 K D．309 K；282 K
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B
B　最高温度和最低温度分别为T1＝273 K＋t1＝(273＋36)K＝309 K，T2＝273 K＋t2＝(273＋27)K＝300 K，最大温差为ΔT＝T1－T2＝309 K－300 K＝9 K，故选B。
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5.(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封闭的空气
D．该温度计是利用测温物质的热胀冷缩的性质制造的
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CD
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CD　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，该温度计是利用空气的热胀冷缩的性质制造的，故A、B错误，C、D正确。
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6．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－39.3 ℃，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．上述温度计均可
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B
B　水银的熔点是－39.3 ℃，低于－39.3 ℃时水银会凝固，酒精的熔点是－114 ℃，水在0 ℃就结冰，故选B。
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[能力提升练]
7．关于平衡态和热平衡，下列说法中正确的有(　　)
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，它们的状态参量不发生变化，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．处于热平衡状态的几个系统的压强一定相等
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B
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B　根据平衡态的定义知系统所有性质都不随时间变化，才处于平衡态，A错误；根据热平衡的定义知，处于热平衡的两个系统温度相同，B正确，D错误；平衡态是针对某一系统而言的，热平衡是两个系统相互影响的最终结果，C错误。
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8．(多选)关于热平衡，下列说法正确的是(　 　)
A．两个系统处于热平衡时，它们一定具有相同的热量
B．如果两个系统分别同时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．温度是反映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
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BCD
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BCD　温度是反映两个系统是否达到热平衡的唯一物理量，两个系统处于热平衡时，它们一定具有相同的温度，但不能说它们具有相同的热量，A错误，C正确；根据热平衡定律知，当两个系统分别同时和第三个系统达到热平衡时，这两个系统必定处于热平衡，这是温度计的测温原理，B、D正确。
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9．两支内径不同、下端玻璃泡内水银量相等的合格的温度计，同时插入一杯热水中，过一会儿则会看到(　　)
A．两支温度计水银柱上升的高度相同，示数相同
B．内径细的温度计水银柱升得较高，示数较大
C．内径粗的温度计水银柱升得较高，示数较大
D．内径粗的温度计水银柱升得较低，两支温度计示数相同
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D　同一杯热水，用两支不同的合格的温度计测量，温度计示数相同；玻璃泡中水银量相等，水银受热情况相同时膨胀程度相同，即增大的体积是相同的，则内径粗的温度计水银柱升得较低，内径细的温度计水银柱升得较高。综上所述，A、B、C错误，D正确。
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10．(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压合在一起的双金属片的弯曲程度随温度的变化而变化的原理制成的，如图甲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中正确的有(　 　)
双金属温度计
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．由图甲可知，铜的热膨胀系数大于铁的热膨胀系数
D．由图乙可知，双金属片的内层一定为铜，外层一定为铁
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ABC　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化而变化，A、B正确；题图甲中，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，C正确；题图乙中，温度计示数是沿顺时针方向增大的，说明当温度升高时温度计指针沿顺时针方向转动，则其双金属片的弯曲程度在增大，故可以推知双金属片的内层一定是铁，外层一定是铜，D错误。
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11．(多选)严冬，湖面上结了厚厚的冰，但冰下鱼儿仍在游动。为了测出冰下水的温度，徐强同学在冰上打了一个洞，拿来一支实验室温度计，用下列四种方法测水温，正确的做法是(　　)
A．用线将温度计拴牢从洞中放入水里，待较长时间后从水中提出，读出温度计的示数
B．取一空的塑料饮水瓶，将温度计悬吊在瓶中，再将瓶拴住从洞中放入水里，水灌满瓶后待较长时间，然后将瓶提出，立即读出温度计的示数
C．若温度计显示的示数为摄氏温度4 ℃，即热力学温度4 K
D．若温度计显示的示数为摄氏温度4 ℃，即热力学温度277.15 K
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BD　要测量冰下水的温度，必须使温度计与冰下的水达到热平衡时，再读出温度计的示数，但因隔着冰无法直接读数，把温度计取出来，显示的也不再是原热平衡状态下的温度，故选项A错误，B正确。根据热力学温标与摄氏温标的关系式T＝t＋273.15 K＝277.15 K，可知选项C错误，D正确。
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[尖子生选练]
12．如图甲所示为某金属丝的电阻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(如图乙所示)，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，于是就得到一个简单的电阻温度计。请判断：如果电池的电动势和内阻都是不变的，电流表上代表t1、t2的两点，哪个应该标在电流比较大的位置上？
甲　　　　　　　　乙
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答案：t1
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课时规范训练(五)
本部分内容讲解结束
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[学习目标要求]　1.知道系统的状态参量及平衡态。2.理解温度的概念，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。
　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：在热学中，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。
(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。
3．平衡态：一个热力学系统，在没有外界影响的情况下，系统内各部分的状态参量达到的稳定状态。
[判一判]
(1)只要温度不变且处处相等，系统就一定处于平衡态。(×)
(2)平衡态是一种理想状态。(√)
(3)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。(√)
　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。
[想一想]
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？当再把体温计立即放入40 ℃的水中时，你又看到什么现象？为什么？
提示：体温计与人体温度相同，即达到了热平衡，故温度不再上升；体温计放入水中后，体温计玻璃泡的温度与水的温度不相同，没有达到热平衡，体温计的示数继续上升。
　温度计与温标
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，规定标准大气压下冰的熔点为0_℃，水的沸点为100_℃。在0 ℃刻度与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，热力学温标也叫“绝对温标”。
(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t表示，单位是摄氏度，符号为℃
热力学温度 热力学温标表示的温度，用符号T表示，单位是开尔文，符号为K
换算关系 T＝t＋273.15_K
2.温度计
(1)确定一个温标时首先要选择一种测温的物质，根据这种物质的某个特性来制造温度计。
(2)常见的温度计有水银温度计、金属电阻温度计等。
[练一练]
(多选)关于温度与温标，下列说法正确的是(　　)
A．用摄氏温标和热力学温标表示温度是两种不同的表示方法
B．摄氏温度与热力学温度都可以取负值
C．摄氏温度升高3 ℃，在热力学温标中温度升高276.15 K
D．热力学温度每一开的大小与摄氏温度每一度的大小相等
解析：AD　温标是温度数值的表示方法，常用的温标有摄氏温标和热力学温标，A正确；摄氏温度可以取负值，但是热力学温度不能取负值，因为热力学温度的零点是低温的极限，B错误；摄氏温度升高3 ℃，也就是热力学温度升高了3 K，C错误；摄氏温度的每一度与热力学温度的每一开的大小相等，D正确。
学习任务一　对平衡态和热平衡的理解
[导学探究]
如图所示，图像表达了两个系统达到热平衡的过程，根据图像分析A、B两个系统达到热平衡的条件是什么？
提示：达到热平衡时，具有相同的温度。
[思维深化]
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的运动状态处于静止或匀速直线运动状态。
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，仍可能发生偏离平衡态的微小变化。
3．两个系统达到热平衡后再把它们分开，如果分开后它们都不受外界影响，再把它们重新接触，它们的状态不会发生新的变化。因此，热平衡概念也适用于两个原来没有发生过作用的系统。因此可以说，只要两个系统在接触时它们的状态不发生变化，我们就说这两个系统原来是处于热平衡的。
　(多选)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，故当系统的状态变化时，其各个状态参量都会改变
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达到稳定
C．只有处于平衡态的系统才有状态参量
D．两个物体间传热时，它们组成的系统处于非平衡态
解析：BD　由于描述系统的各种性质需要不同的物理量，只要其中某个状态参量发生变化，系统的状态就会发生变化，不一定各个状态参量都发生变化，选项A错误；系统处于平衡态或非平衡态都存在状态参量，选项C错误；当系统不受外界影响时，系统总要趋于平衡，其内部各部分状态参量趋于稳定，选项B正确；两个物体间传热时，两个物体组成的系统内部存在温差，故系统处于非平衡态，选项D正确。
　(多选)关于热平衡，下列说法正确的是(　　)
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．标准状况下冰水混合物与0 ℃的水未达到热平衡
C．量体温时体温计需要和身体接触几分钟是为了让体温计跟身体达到热平衡
D．冷热程度相同的两系统处于热平衡状态
解析：ACD　两个系统达到热平衡的标志是它们的温度相同，或者说它们的冷热程度相同，A、C、D正确，B错误。
eq \a\vs4\al()
平衡态与热平衡的比较
研究对象 (1)平衡态是对某一系统而言的(2)热平衡是对两个接触的系统而言的
状态性质 (1)达到热平衡的两个系统都处于平衡态，两个都处于平衡态的系统不一定达到热平衡(2)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化，直到温度相同时，两系统便达到了热平衡
判断依据 (1)系统不受外界影响，状态参量不变，则该系统处于平衡态(2)两个系统的温度相同，则这两个系统处于热平衡
[针对训练]
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，假设水和冰水混合物的温度恒定，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
解析：B　铁丝受到外界因素影响，不是平衡态，只是一种稳定状态，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。
学习任务二　温度与温标
[导学探究]
四季变换，阴晴冷暖，我们每天都会关注天气预报，适当增减衣物。某市某天的天气预报如下：今日天气多云，温度19～29 ℃。
天气预报中所说的温度用热力学温度表示是多少呢？
提示：292～302 K。
[思维深化]
1．对温度的理解
宏观角度 (1)温度表示物体冷热程度的物理量(2)温度的严格定义是建立在热平衡定律基础上的。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
微观角度 (1)反映物体内分子热运动的剧烈程度，是大量分子热运动平均动能的标志(2)温度是大量分子热运动的集体表现，是含有统计意义的，对个别分子来说温度是没有意义的
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)比较摄氏温标和热力学温标
比较项目 摄氏温标 热力学温标
提出者 摄尔修斯和施勒默尔 英国物理学家开尔文
零度的规定 一个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 t T
单位名称 摄氏度 开尔文
单位符号 ℃ K
关系 T＝t＋273.15 K，粗略表示：T＝t＋273 K
　实验室有一支读数不准确的温度计，在测冰水混合物的温度时，其读数为20 ℃；在测1标准大气压下沸水的温度时，其读数为80 ℃。下列分别是温度计示数为41 ℃时对应的实际温度和实际温度为60 ℃时温度计的示数，其中正确的是(　　)
A．41 ℃，60 ℃　　　 B．21 ℃，40 ℃
C．35 ℃，56 ℃ D．35 ℃，36 ℃
解析：C　此温度计每一刻度表示的实际温度为 ℃＝ ℃，当它的示数为41 ℃时，它上升的格数为41－20＝21，对应的实际温度应为21× ℃＝35 ℃；同理，当实际温度为60 ℃时，此温度计应从20开始上升的格数为＝36，它的示数为36 ℃＋20 ℃＝56 ℃，所以C正确。
　(多选)关于热力学温度和摄氏温度，以下说法正确的是(　　)
A．热力学温度的单位“K”是国际单位制中的基本单位
B．温度升高1 ℃就是升高了1 K
C．1 ℃就是1 K
D．0 ℃的温度可用热力学温度粗略地表示为273 K
解析：ABD　热力学温度的单位“K”是国际单位制中七个基本单位之一，故A正确；由T＝t＋273.15 K得Δt＝ΔT，则知温度升高了1 ℃就是升高了1 K，故B正确；热力学温度和摄氏温度的关系是T＝t＋273.15 K，可知1 ℃与1 K表示的温度不同，故C错误；根据t＝T－273.15 K知，当t＝0 ℃时，T≈273 K，故D正确。
eq \a\vs4\al()
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。
(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。
[针对训练]
2．温度计是生活、生产中常用的测温装置。如图为一个简易温度计，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，烧瓶内封闭有一定质量的气体。当外界温度发生变化时，水柱位置将上下变化。已知A、D间的测量范围为20～80 ℃，A、D间刻度均匀分布。由图可知，A、D及此时有色水柱下端对应温度分别为(　　)
A．20 ℃、80 ℃、64 ℃
B．20 ℃、80 ℃、68 ℃
C．80 ℃、20 ℃、32 ℃
D．80 ℃、20 ℃、34 ℃
解析：C　该温度计是利用气体的热胀冷缩原理制成的，温度升高时烧瓶内气体膨胀，有色水柱上升；温度降低时烧瓶内气体收缩，有色水柱下降。已知A、D间的测量范围为20～80 ℃，可得A点对应80 ℃，D点对应20 ℃，A、D间刻度圴匀分布，每小格表示＝4 ℃，则有色水柱下端对应温度为20 ℃＋3×4 ℃＝32 ℃，故C正确，A、B、D错误。
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
解析：A　如果一个系统达到了平衡态，系统内各部分的状态参量(温度、压强、体积)不再随时间发生变化，温度达到稳定值，但分子仍然是运动的，不可能达到所谓的“凝固”状态，故选项A正确。
2．(多选)有甲、乙、丙三个温度不同的物体，将甲和乙充分接触一段时间后分开，再将乙和丙充分接触一段时间后分开(发生了热交换)，假设只有在它们相互接触时有传热，不接触时与外界没有传热，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
解析：AD　乙和丙分开后，甲、乙、丙三个物体与外界没有传热，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。
3．(多选)下列叙述错误的是(　　)
A．若不断冷冻，物体的温度就不断地下降，没有止境
B．目前尚不知最低温是多少，最高温是多少
C．－373 ℃是低温的下限
D．现代技术达不到绝对零度
解析：ABC　根据绝对零度无法达到可知， 温度不会不断下降， 故A错误；目前已知最低温度为－273.15 ℃，故BC错误；现代技术下，绝对零度无法达到，故D正确。
4．根据下图判断，人们选择的温度计中的测量物质及其依据是(　　)
A．水，水的密度小
B．水，水的密度出现异常现象
C．汞，汞的密度大
D．汞，汞的密度与温度呈规则的线性关系
解析：D　由于水的密度和温度关系的图线是不规则曲线，如果选水为测温物质，则温度计刻度不均匀；汞的密度与温度呈规则的线性关系，选汞为测温物质，温度计刻度均匀，故D选项正确。
[基础对点练]
对点练1　对平衡态和热平衡的理解
1．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
解析：C　处于热平衡状态的系统，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；由热平衡的意义知，C正确；温度是热平衡的标志，两个处于热平衡状态的系统，温度相同，故D错误。
2．关于平衡态和热平衡，下列说法正确的是(　　)
A．A、B两系统各自处于平衡态，则两者处于热平衡
B．只要系统的温度不变且处处相等，系统就处于平衡态
C．处于热平衡的两个系统内能一定相同
D．处于热平衡的两个系统分子平均动能一定相同
解析：D　平衡态是针对某一系统而言的，热平衡是两个(或多个)系统相互影响的最终结果，A、B各自处于平衡态，但A、B接触可能需要一段时间才能达到热平衡，A错误；一个系统的温度、压强、体积等状态参量都不变化，系统才处于平衡态，仅仅根据温度不变且处处相等不能得出系统一定处于平衡态的结论，B错误；如果两个系统处于热平衡，则它们的温度一定相同，分子平均动能一定相同，但是内能不一定相同，C错误，D正确。
对点练2　温度与温标
3．关于热力学温度，下列说法中正确的是(　　)
A．－33 ℃相当于240.15 K
B．温度变化1 ℃，也就是温度变化了274.15 K
C．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273.15 K＋t
解析：A　根据热力学温度和摄氏温度的关系T＝273.15 K＋t，可知－33 ℃与240.15 K表示同一温度，A正确；摄氏温度变化1 ℃，热力学温度变化1 K，B错误；由于绝对零度达不到，故热力学温度不可能取负值，C错误；热力学温度初态为273.15 K＋t，末态为273.15 K＋2t，温度变化t K，D错误。
4．某地6月某天的最高温度为36 ℃，最低温度为27 ℃，用热力学温标来表示该地这一天的最高温度和最大温差分别为(　　)
A．36 K；9 K　　　 B．309 K；9 K
C．36 K；300 K D．309 K；282 K
解析：B　最高温度和最低温度分别为T1＝273 K＋t1＝(273＋36)K＝309 K，T2＝273 K＋t2＝(273＋27)K＝300 K，最大温差为ΔT＝T1－T2＝309 K－300 K＝9 K，故选B。
5.(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封闭的空气
D．该温度计是利用测温物质的热胀冷缩的性质制造的
解析：CD　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，该温度计是利用空气的热胀冷缩的性质制造的，故A、B错误，C、D正确。
6．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－39.3 ℃，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．上述温度计均可
解析：B　水银的熔点是－39.3 ℃，低于－39.3 ℃时水银会凝固，酒精的熔点是－114 ℃，水在0 ℃就结冰，故选B。
[能力提升练]
7．关于平衡态和热平衡，下列说法中正确的有(　　)
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，它们的状态参量不发生变化，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．处于热平衡状态的几个系统的压强一定相等
解析：B　根据平衡态的定义知系统所有性质都不随时间变化，才处于平衡态，A错误；根据热平衡的定义知，处于热平衡的两个系统温度相同，B正确，D错误；平衡态是针对某一系统而言的，热平衡是两个系统相互影响的最终结果，C错误。
8．(多选)关于热平衡，下列说法正确的是(　　)
A．两个系统处于热平衡时，它们一定具有相同的热量
B．如果两个系统分别同时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．温度是反映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
解析：BCD　温度是反映两个系统是否达到热平衡的唯一物理量，两个系统处于热平衡时，它们一定具有相同的温度，但不能说它们具有相同的热量，A错误，C正确；根据热平衡定律知，当两个系统分别同时和第三个系统达到热平衡时，这两个系统必定处于热平衡，这是温度计的测温原理，B、D正确。
9．两支内径不同、下端玻璃泡内水银量相等的合格的温度计，同时插入一杯热水中，过一会儿则会看到(　　)
A．两支温度计水银柱上升的高度相同，示数相同
B．内径细的温度计水银柱升得较高，示数较大
C．内径粗的温度计水银柱升得较高，示数较大
D．内径粗的温度计水银柱升得较低，两支温度计示数相同
解析：D　同一杯热水，用两支不同的合格的温度计测量，温度计示数相同；玻璃泡中水银量相等，水银受热情况相同时膨胀程度相同，即增大的体积是相同的，则内径粗的温度计水银柱升得较低，内径细的温度计水银柱升得较高。综上所述，A、B、C错误，D正确。
10．(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压合在一起的双金属片的弯曲程度随温度的变化而变化的原理制成的，如图甲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中正确的有(　　)
双金属温度计
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．由图甲可知，铜的热膨胀系数大于铁的热膨胀系数
D．由图乙可知，双金属片的内层一定为铜，外层一定为铁
解析：ABC　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化而变化，A、B正确；题图甲中，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，C正确；题图乙中，温度计示数是沿顺时针方向增大的，说明当温度升高时温度计指针沿顺时针方向转动，则其双金属片的弯曲程度在增大，故可以推知双金属片的内层一定是铁，外层一定是铜，D错误。
11．(多选)严冬，湖面上结了厚厚的冰，但冰下鱼儿仍在游动。为了测出冰下水的温度，徐强同学在冰上打了一个洞，拿来一支实验室温度计，用下列四种方法测水温，正确的做法是(　　)
A．用线将温度计拴牢从洞中放入水里，待较长时间后从水中提出，读出温度计的示数
B．取一空的塑料饮水瓶，将温度计悬吊在瓶中，再将瓶拴住从洞中放入水里，水灌满瓶后待较长时间，然后将瓶提出，立即读出温度计的示数
C．若温度计显示的示数为摄氏温度4 ℃，即热力学温度4 K
D．若温度计显示的示数为摄氏温度4 ℃，即热力学温度277.15 K
解析：BD　要测量冰下水的温度，必须使温度计与冰下的水达到热平衡时，再读出温度计的示数，但因隔着冰无法直接读数，把温度计取出来，显示的也不再是原热平衡状态下的温度，故选项A错误，B正确。根据热力学温标与摄氏温标的关系式T＝t＋273.15 K＝277.15 K，可知选项C错误，D正确。
[尖子生选练]
12．如图甲所示为某金属丝的电阻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(如图乙所示)，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，于是就得到一个简单的电阻温度计。请判断：如果电池的电动势和内阻都是不变的，电流表上代表t1、t2的两点，哪个应该标在电流比较大的位置上？
甲　　　　　　　　　　　乙
解析：由闭合电路欧姆定律I＝知，若R较小，则I较大，可确定所标温度的高低。由题图甲可知t1答案：t1

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