资源简介

1　温度　温标
素养测练
基础巩固练
考点一　对状态参量与平衡态的理解
1.(多选)关于系统的状态参量,下列说法正确的是(　BCD　)
A.描述运动物体的状态可以用压强等参量
B.描述系统的力学性质可以用压强
C.描述气体的性质可用温度、体积等参量
D.温度能描述系统的热学性质
解析:描述运动物体的状态可以用速度、加速度、位移等参量,A错误;描述系统的力学性质可以用压强,B正确;描述气体的性质可用温度、体积、压强等参量,C正确;温度是用来描述系统冷热程度的物理量,可以描述系统的热学性质,D正确。
2.如果一个系统达到了平衡态,那么这个系统各处的(　A　)
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
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。故A正确,B、C、D错误。
3.(多选)下列物体处于平衡态的是(　BD　)
A.冰水混合物处在1 ℃的环境中
B.冬天打开空调两小时后教室内的气体
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
解析:冰水混合物在1 ℃的环境中要吸收热量,最终冰熔化,不是平衡态,故A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,打开空调两小时后教室内的空气处于平衡态,故B正确,C错误;用玻璃杯盛着的开水放在室内足够长时间,达到平衡态,故D正确。
考点二　对热平衡与温度的理解
4.下列说法正确的是(　B　)
A.内能相等的两个物体一定处于热平衡
B.处于热平衡的两个物体分子平均动能一定相等
C.处于平衡态的系统所受外力的合力为零
D.处于平衡态的系统内所有分子的动能都相同
解析:内能相等的两物体温度不一定相同,故不一定处于热平衡,故A错误;处于热平衡的两个物体的温度相等,因此分子平均动能相等,故B正确;系统内各部分状态参量,包括温度、压强、体积等,能够达到稳定的状态叫作平衡态,是热力学范畴,当系统所受合外力不为零时,只要系统内各部分状态参量能够达到稳定的状态,也能处于平衡态,故C错误;处于平衡态的系统内分子的平均动能不变,但分子的热运动是无规则的,并不是所有分子的动能都相同,故D错误。
5.(多选)下列说法正确的是(　ACD　)
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.两物体温度相同,可以说两物体达到了热平衡
解析:当温度计的玻璃泡与被测物体紧密接触时,如果二者的温度有差异,它们之间就会发生传热,高温物体将向低温物体传热,最终使二者具有相同的温度,即达到热平衡,故A、D正确;两个物体的温度相同时,不会发生传热,已经达到热平衡,故B错误;若a与b、c分别达到热平衡,三者温度一定相同,所以b、c之间也达到了热平衡,故C正确。
6.(多选)有甲、乙、丙三个温度不同的物体,将甲和乙接触一段时间后分开,再将乙和丙接触一段时间后分开(发生了传热)。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(　AD　)
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: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。
考点三　温度计和温标
7.(浙江1月选考卷)下列属于国际单位制中基本单位符号的是(　B　)
A.J B.K C.W D.Wb
解析:国际单位制中基本单位有kg、m、s、K、A、cd、mol;1 J=1 N·m,1 W=1 J·s-1,1 Wb=1 T·m2,都为导出单位,B正确。
8.(多选)下列说法正确的是(　AC　)
A.温度计测温原理就是热平衡定律
B.温度计与被测系统的温度不相同时,读不出示数
C.温度计的示数是它自身这个系统的温度,若它与被测系统达到热平衡,这一示数也是被测系统的温度
D.温度计的示数总是被测系统的温度,无论是否达到热平衡
解析:温度计能测出被测系统的温度的原理就是热平衡定律,即温度计与被测系统达到热平衡时温度相同,其示数也就是被测系统的温度,故A、C正确,D错误;温度计与被测系统的温度不相同时,仍有示数,故B错误。
9.常用的两种表示温度的方法就是摄氏温标和热力学温标。关于温度和温标,下列说法正确的是(　D　)
A.摄氏温度升高1 ℃小于热力学温度升高1 K
B.某物体热力学温度是20 K,摄氏温度就是 293.15 ℃
C.热力学温标亦称“绝对温标”,是由玻意耳首先引入的
D.摄氏温度有负值,热力学温度不可能取负值
解析:摄氏温度升高1 ℃等于热力学温度升高 1 K,故A错误;热力学温度与摄氏温度的关系为T=t+273.15 K,某物体的热力学温度是20 K,其摄氏温度是-253.15 ℃,故B错误;热力学温标亦称“绝对温标”,是由开尔文首先引入的,故C错误;摄氏温度有负值,热力学温度最小是零,不可能为负值,故D正确。
能力提升练
10.(多选)两个原来处于热平衡的系统分开后,由于外界的影响,其中一个系统的温度升高了 5 K,另一个系统温度升高了 5 ℃,则下列说法正确的是(　BC　)
A.两个系统不再是热平衡系统了
B.两个系统仍处于热平衡
C.两个系统的状态都发生了变化
D.两个系统的状态没有变化
解析:原来处于热平衡的系统温度相同,一个系统温度升高5 K,另一个系统温度升高5 ℃,则两系统温度仍然相等,因此两个系统的状态虽然均已变化,但是仍处于热平衡,B、C正确,A、D错误。
11.(山水联盟联考)(多选)为了测出冰下水的温度,某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(　BD　)
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: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后,再读出温度计的示数;若把温度计从水中取出来,显示的也不再是原热平衡下的温度,A错误,B正确。根据T=
t+273.15 K=(4+273.15) K=277.15 K,C错误,D正确。
12.(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。下列各种相关叙述正确的是(　ABC　)
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: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。(共35张PPT)
1　温度　温标
主题二　气体　固体　液体
[课标引领]
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中的现象。
预学智测
·
科学思维
「思考讨论」
知识点一　状态参量　平衡态
1.热力学系统:　 。
2.外界: 　 。
3.状态参量: 　 ,如体积、压强、温度等。
4.平衡态: 　 。
答案:略
1.思考判断
(1)只要温度不变且处处相等,系统就一定处于平衡态。(　 　)
(2)平衡态是一种理想情况。(　 　)
(3)当系统处于平衡态时,系统内各部分的状态参量都不随时间而变化。
(　 　)
「科学思维」
×
√
√
2.(多选)下列说法正确的是(　 　　)
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时,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.处于平衡态的系统与外界无能量交换
BD
解析:由于描述系统的各种性质需要不同的物理量,只要其中某个量变化,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,A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,B正确;系统处于平衡态或非平衡态,只是状态参量有无变化,不论是否处于平衡态均有状态参量,C错误;处于平衡态的系统与外界无能量交换,D正确。
知识点二　热平衡　温度
「思考讨论」
1.请简述热平衡的概念。
2.什么是热平衡定律
3.达到热平衡的系统有什么特点
4.什么叫温度
答案:略
1.思考判断
(1)温度是决定两个系统是否达到热平衡的唯一物理量。(　 　)
(2)处于热平衡的系统内的分子仍在不停地做无规则运动,热平衡是一种动态平衡。(　 　)
√
「科学思维」
√
2.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
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;热平衡定律可以研究多个系统,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;温度相同是热平衡的标志,两个系统处于热平衡时,它们的温度一定相同,故D错误。
知识点三　温度计　温标
「情境探究」
如图甲为水银体温计,图乙为电子体温计,图丙为气温计。
答案:(1)水银体温计的测温物质是水银,是根据水银热膨胀的性质来制造的;电子体温计的测温物质是热敏电阻,是根据电阻与温度的线性关系来制造的;气温计的测温物质是酒精(或煤油),是根据液体的热胀冷缩来制造的。
探究:(1)甲、乙、丙三种温度计的测温物质分别是什么 是根据测温物质的什么特性来制造的
答案:(2)测温物质的特性应是随温度线性变化,这样温度计刻度才是均匀的。
(2)测温物质具有怎样的特性,刻度才能均匀
答案:(3)使用时应使温度计的测温物质部分与待测物体充分接触,使二者达到热平衡,此时温度计的示数即为待测物体的温度。
(3)如何使用温度计测量物体的温度
1.思考判断
(1)摄氏温度和热力学温度都是从零开始的。(　 　)
(2)1 K就是1 ℃。(　 　)
(3)摄氏温度升高1 ℃,在热力学温标中温度升高273.15 K。(　 　)
「科学思维」
×
×
×
2.(多选)关于热力学温度,下列说法正确的是(　 　)
A.摄氏温度的变化量与热力学温度的变化量相同
B.摄氏温度与热力学温度都不能取负值
C.温度由t ℃升至2t ℃,对应的热力学温度升高了t+273.15 K
D.-136 ℃比136 K温度高
AD
解析:T=t+273.15 K,由此可知Δt=ΔT,故A正确;对于摄氏温度可取负值的范围为0 ℃到-273.15 ℃,因绝对零度达不到,故热力学温度不可能取负值,故B错误;温度由t ℃升至2t ℃时,初态热力学温度为t+273.15 K,末态为2t+273.15 K,温度升高了 t K,故C错误;根据T=t+273.15 K,可知 -136 ℃=137.15 K,故D正确。
探究重点
·
深化学习
要点一　对状态参量与平衡态的理解
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为外界或环境,系统与外界之间往往存在相互作用
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,确定系统的空间范围
压强p 描述系统的力学性质,确定外界与系统之间或系统内部各部分之间力的作用
温度T 描述系统的热学性质,确定系统的冷热程度
对平衡 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。 (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。 (3)平衡态的特点:系统温度、压强、体积不发生变化
[例1] (多选)下列各系统处于平衡态的是(　 　)
A.放在0 ℃房间里的密闭导热容器中的冰水混合物
B.静止在沸水中足够长时间的铜块
C.刚刚放在教室中的一杯热水和一杯加较多冰块的饮料
D.放在恒温房间中很久的密闭导热容器中的消毒液
ABD
解析:系统处于平衡态时,其状态参量不变,铜块静止在沸水中足够长的时间,密闭导热容器中的冰水混合物处在0 ℃环境中,放在恒温房间中很久的密闭导热容器中的消毒液,其状态参量不再变化,即处于平衡态,A、B、D正确;刚刚放在教室中的一杯热水和一杯加较多冰块的饮料,温度未达到稳定状态,则处于非平衡态,C错误。
要点二　对热平衡与温度的理解
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
(1)一切达到热平衡的系统都具有相同的温度。
(2)若某系统与系统A处于热平衡,它同时也与系统B达到热平衡,则系统A的温度等于系统B的温度,这就是温度计用来测量温度的基本原理。
[例2] 关于平衡态和热平衡,下列说法正确的是(　 　)
A.热平衡就是平衡态
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温度一定相同
D
解析: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错误;一个系统的所有状态参量都不随时间变化,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,但是内能不一定相同,C错误,D正确。
对热平衡与平衡态理解的两个误区
(1)误认为只要温度不变,系统就处于平衡态。
产生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,系统才处于平衡态。
(2)误认为平衡态就是热平衡。
产生误区的原因是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系统之间一定会处于热平衡状态。其实各自处于平衡态的两个系统温度不一定相同,它们接触后各自的状态参量会发生变化,直到达到热平衡为止。
名师点拨
要点三　温度计和温标
1.温度计测量原理
一切达到热平衡的系统都具有相同的温度。温度计与待测物质接触,达到热平衡,其温度与待测物质相同。
2.比较摄氏温标和热力学温标
温标 摄氏温标 热力学温标
提出者 摄尔修斯 开尔文
零度的规定 标准大气压下 冰的熔点 -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
[例3] (龙港中学月考)(多选)下列关于摄氏温度与热力学温度的说法正确的是(　 　)
A.气体温度升高1 ℃,也就是温度升高1 K;温度下降5 K,也就是温度降低5 ℃
B.5 ℃用热力学温标表示为278.15 K
C.摄氏温度有时为负值;温度很低时,热力学温度也可能为负值
D.温度由t升高到2t,对应的热力学温度由T升高到2T
AB
解析:T=t+273.15 K,5 ℃用热力学温标表示为278.15 K,温度升高1 ℃,也就是温度升高1 K,温度下降5 K,也就是温度降低5 ℃,故A、B正确;0 K是低温的极限,只能无限接近,不可能达到,更不要说负值了,故C错误;由T与t的关系式T=t+273.15 K可知,温度由t升高到2t,对应的热力学温度由T升高到T′=2t+273.15 K=T+t,故D错误。
热力学温度和摄氏温度的关系的两个误区
(1)单位混淆。
(2)错用公式T=t+273.15 K,把物体的温度和物体升高的温度混淆,认为摄氏温度升高Δt,热力学温度升高ΔT=Δt+273.15 K从而出错。
弄清二者关系一要强调二者的单位,二要明确热力学温标和摄氏温标表示的温差相同,即ΔT=Δt。
名师点拨
[针对训练] (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
CD
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,该温度计是利用空气的热胀冷缩的性质制造的,故A、B错误,C、D正确。
感谢观看1　温度　温标
[课标引领]
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中的现象。
知识点一　状态参量　平衡态
思考讨论
1.热力学系统:　 。
2.外界: 　 。
3.状态参量: 　 ,如体积、压强、温度等。
4.平衡态: 　 。
答案:略
科学思维
1.思考判断
(1)只要温度不变且处处相等,系统就一定处于平衡态。(　×　)
(2)平衡态是一种理想情况。(　√　)
(3)当系统处于平衡态时,系统内各部分的状态参量都不随时间而变化。(　√　)
2.(多选)下列说法正确的是(　BD　　)
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时,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.处于平衡态的系统与外界无能量交换
解析:由于描述系统的各种性质需要不同的物理量,只要其中某个量变化,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,A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,B正确;系统处于平衡态或非平衡态,只是状态参量有无变化,不论是否处于平衡态均有状态参量,C错误;处于平衡态的系统与外界无能量交换,D正确。
知识点二　热平衡　温度
思考讨论
1.请简述热平衡的概念。
2.什么是热平衡定律
3.达到热平衡的系统有什么特点
4.什么叫温度
答案:略
科学思维
1.思考判断
(1)温度是决定两个系统是否达到热平衡的唯一物理量。(　√　)
(2)处于热平衡的系统内的分子仍在不停地做无规则运动,热平衡是一种动态平衡。(　√　)
2.下列有关热平衡的说法正确的是(　C　)
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
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;热平衡定律可以研究多个系统,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;温度相同是热平衡的标志,两个系统处于热平衡时,它们的温度一定相同,故D错误。
知识点三　温度计　温标
情境探究
如图甲为水银体温计,图乙为电子体温计,图丙为气温计。
探究:(1)甲、乙、丙三种温度计的测温物质分别是什么 是根据测温物质的什么特性来制造的
(2)测温物质具有怎样的特性,刻度才能均匀
(3)如何使用温度计测量物体的温度
答案:(1)水银体温计的测温物质是水银,是根据水银热膨胀的性质来制造的;电子体温计的测温物质是热敏电阻,是根据电阻与温度的线性关系来制造的;气温计的测温物质是酒精(或煤油),是根据液体的热胀冷缩来制造的。
(2)测温物质的特性应是随温度线性变化,这样温度计刻度才是均匀的。
(3)使用时应使温度计的测温物质部分与待测物体充分接触,使二者达到热平衡,此时温度计的示数即为待测物体的温度。
科学思维
1.思考判断
(1)摄氏温度和热力学温度都是从零开始的。(　×　)
(2)1 K就是1 ℃。(　×　)
(3)摄氏温度升高1 ℃,在热力学温标中温度升高273.15 K。(　×　)
2.(多选)关于热力学温度,下列说法正确的是(　AD　)
A.摄氏温度的变化量与热力学温度的变化量相同
B.摄氏温度与热力学温度都不能取负值
C.温度由t ℃升至2t ℃,对应的热力学温度升高了t+273.15 K
D.-136 ℃比136 K温度高
解析:T=t+273.15 K,由此可知Δt=ΔT,故A正确;对于摄氏温度可取负值的范围为0 ℃到-273.15 ℃,因绝对零度达不到,故热力学温度不可能取负值,故B错误;温度由t ℃升至2t ℃时,初态热力学温度为t+273.15 K,末态为2t+273.15 K,温度升高了 t K,故C错误;根据T=t+
273.15 K,可知 -136 ℃=137.15 K,故D正确。
要点一　对状态参量与平衡态的理解
　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为外界或环境,系统与外界之间往往存在相互作用
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,确定系统的空间范围
压强p 描述系统的力学性质,确定外界与系统之间或系统内部各部分之间力的作用
温度T 描述系统的热学性质,确定系统的冷热程度
对平衡 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。 (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。 (3)平衡态的特点:系统温度、压强、体积不发生变化
[例1] (多选)下列各系统处于平衡态的是(　ABD　)
A.放在0 ℃房间里的密闭导热容器中的冰水混合物
B.静止在沸水中足够长时间的铜块
C.刚刚放在教室中的一杯热水和一杯加较多冰块的饮料
D.放在恒温房间中很久的密闭导热容器中的消毒液
解析:系统处于平衡态时,其状态参量不变,铜块静止在沸水中足够长的时间,密闭导热容器中的冰水混合物处在0 ℃环境中,放在恒温房间中很久的密闭导热容器中的消毒液,其状态参量不再变化,即处于平衡态,A、B、D正确;刚刚放在教室中的一杯热水和一杯加较多冰块的饮料,温度未达到稳定状态,则处于非平衡态,C错误。
要点二　对热平衡与温度的理解
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
(1)一切达到热平衡的系统都具有相同的温度。
(2)若某系统与系统A处于热平衡,它同时也与系统B达到热平衡,则系统A的温度等于系统B的温度,这就是温度计用来测量温度的基本原理。
[例2] 关于平衡态和热平衡,下列说法正确的是(　D　)
A.热平衡就是平衡态
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温度一定相同
解析: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错误;一个系统的所有状态参量都不随时间变化,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,但是内能不一定相同,C错误,D正确。
对热平衡与平衡态理解的两个误区
(1)误认为只要温度不变,系统就处于平衡态。
产生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,系统才处于平衡态。
(2)误认为平衡态就是热平衡。
产生误区的原因是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系统之间一定会处于热平衡状态。其实各自处于平衡态的两个系统温度不一定相同,它们接触后各自的状态参量会发生变化,直到达到热平衡为止。
要点三　温度计和温标
1.温度计测量原理
一切达到热平衡的系统都具有相同的温度。温度计与待测物质接触,达到热平衡,其温度与待测物质相同。
2.比较摄氏温标和热力学温标
温标 摄氏温标 热力学温标
提出者 摄尔修斯 开尔文
零度的规定 标准大气压下 冰的熔点 -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
[例3] (龙港中学月考)(多选)下列关于摄氏温度与热力学温度的说法正确的是(　AB　)
A.气体温度升高1 ℃,也就是温度升高1 K;温度下降5 K,也就是温度降低5 ℃
B.5 ℃用热力学温标表示为278.15 K
C.摄氏温度有时为负值;温度很低时,热力学温度也可能为负值
D.温度由t升高到2t,对应的热力学温度由T升高到2T
解析:T=t+273.15 K,5 ℃用热力学温标表示为278.15 K,温度升高1 ℃,也就是温度升高1 K,温度下降5 K,也就是温度降低5 ℃,故A、B正确;0 K是低温的极限,只能无限接近,不可能达到,更不要说负值了,故C错误;由T与t的关系式T=t+273.15 K可知,温度由t升高到2t,对应的热力学温度由T升高到T′=2t+273.15 K=T+t,故D错误。
热力学温度和摄氏温度的关系的两个误区
(1)单位混淆。
(2)错用公式T=t+273.15 K,把物体的温度和物体升高的温度混淆,认为摄氏温度升高Δt,热力学温度升高ΔT=Δt+273.15 K从而出错。
弄清二者关系一要强调二者的单位,二要明确热力学温标和摄氏温标表示的温差相同,即ΔT=Δt。
[针对训练] (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(　CD　)
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
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,该温度计是利用空气的热胀冷缩的性质制造的,故A、B错误,C、D正确。
素养测练
基础巩固练
考点一　对状态参量与平衡态的理解
1.(多选)关于系统的状态参量,下列说法正确的是(　BCD　)
A.描述运动物体的状态可以用压强等参量
B.描述系统的力学性质可以用压强
C.描述气体的性质可用温度、体积等参量
D.温度能描述系统的热学性质
解析:描述运动物体的状态可以用速度、加速度、位移等参量,A错误;描述系统的力学性质可以用压强,B正确;描述气体的性质可用温度、体积、压强等参量,C正确;温度是用来描述系统冷热程度的物理量,可以描述系统的热学性质,D正确。
2.如果一个系统达到了平衡态,那么这个系统各处的(　A　)
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
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。故A正确,B、C、D错误。
3.(多选)下列物体处于平衡态的是(　BD　)
A.冰水混合物处在1 ℃的环境中
B.冬天打开空调两小时后教室内的气体
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
解析:冰水混合物在1 ℃的环境中要吸收热量,最终冰熔化,不是平衡态,故A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,打开空调两小时后教室内的空气处于平衡态,故B正确,C错误;用玻璃杯盛着的开水放在室内足够长时间,达到平衡态,故D正确。
考点二　对热平衡与温度的理解
4.下列说法正确的是(　B　)
A.内能相等的两个物体一定处于热平衡
B.处于热平衡的两个物体分子平均动能一定相等
C.处于平衡态的系统所受外力的合力为零
D.处于平衡态的系统内所有分子的动能都相同
解析:内能相等的两物体温度不一定相同,故不一定处于热平衡,故A错误;处于热平衡的两个物体的温度相等,因此分子平均动能相等,故B正确;系统内各部分状态参量,包括温度、压强、体积等,能够达到稳定的状态叫作平衡态,是热力学范畴,当系统所受合外力不为零时,只要系统内各部分状态参量能够达到稳定的状态,也能处于平衡态,故C错误;处于平衡态的系统内分子的平均动能不变,但分子的热运动是无规则的,并不是所有分子的动能都相同,故D错误。
5.(多选)下列说法正确的是(　ACD　)
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.两物体温度相同,可以说两物体达到了热平衡
解析:当温度计的玻璃泡与被测物体紧密接触时,如果二者的温度有差异,它们之间就会发生传热,高温物体将向低温物体传热,最终使二者具有相同的温度,即达到热平衡,故A、D正确;两个物体的温度相同时,不会发生传热,已经达到热平衡,故B错误;若a与b、c分别达到热平衡,三者温度一定相同,所以b、c之间也达到了热平衡,故C正确。
6.(多选)有甲、乙、丙三个温度不同的物体,将甲和乙接触一段时间后分开,再将乙和丙接触一段时间后分开(发生了传热)。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(　AD　)
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: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。
考点三　温度计和温标
7.(浙江1月选考卷)下列属于国际单位制中基本单位符号的是(　B　)
A.J B.K C.W D.Wb
解析:国际单位制中基本单位有kg、m、s、K、A、cd、mol;1 J=1 N·m,1 W=1 J·s-1,1 Wb=1 T·m2,都为导出单位,B正确。
8.(多选)下列说法正确的是(　AC　)
A.温度计测温原理就是热平衡定律
B.温度计与被测系统的温度不相同时,读不出示数
C.温度计的示数是它自身这个系统的温度,若它与被测系统达到热平衡,这一示数也是被测系统的温度
D.温度计的示数总是被测系统的温度,无论是否达到热平衡
解析:温度计能测出被测系统的温度的原理就是热平衡定律,即温度计与被测系统达到热平衡时温度相同,其示数也就是被测系统的温度,故A、C正确,D错误;温度计与被测系统的温度不相同时,仍有示数,故B错误。
9.常用的两种表示温度的方法就是摄氏温标和热力学温标。关于温度和温标,下列说法正确的是(　D　)
A.摄氏温度升高1 ℃小于热力学温度升高1 K
B.某物体热力学温度是20 K,摄氏温度就是 293.15 ℃
C.热力学温标亦称“绝对温标”,是由玻意耳首先引入的
D.摄氏温度有负值,热力学温度不可能取负值
解析:摄氏温度升高1 ℃等于热力学温度升高 1 K,故A错误;热力学温度与摄氏温度的关系为T=t+273.15 K,某物体的热力学温度是20 K,其摄氏温度是-253.15 ℃,故B错误;热力学温标亦称“绝对温标”,是由开尔文首先引入的,故C错误;摄氏温度有负值,热力学温度最小是零,不可能为负值,故D正确。
能力提升练
10.(多选)两个原来处于热平衡的系统分开后,由于外界的影响,其中一个系统的温度升高了 5 K,另一个系统温度升高了 5 ℃,则下列说法正确的是(　BC　)
A.两个系统不再是热平衡系统了
B.两个系统仍处于热平衡
C.两个系统的状态都发生了变化
D.两个系统的状态没有变化
解析:原来处于热平衡的系统温度相同,一个系统温度升高5 K,另一个系统温度升高5 ℃,则两系统温度仍然相等,因此两个系统的状态虽然均已变化,但是仍处于热平衡,B、C正确,A、D错误。
11.(山水联盟联考)(多选)为了测出冰下水的温度,某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(　BD　)
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: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后,再读出温度计的示数;若把温度计从水中取出来,显示的也不再是原热平衡下的温度,A错误,B正确。根据T=
t+273.15 K=(4+273.15) K=277.15 K,C错误,D正确。
12.(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。下列各种相关叙述正确的是(　ABC　)
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: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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