资源简介

(共47张PPT)
1　温度和温标
素养·目标定位
目标素养
1.知道状态参量以及热平衡的概念
2.理解热平衡定律及温度的意义,体会生活中的热平衡现象
3.知道温度计的构造,会使用常见的温度计
4.理解温标、热力学温度的意义,掌握摄氏温度与热力学温度的区别与联系
知识概览
课前·基础认知
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。
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　。
4.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。
二、热平衡与温度
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。
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:两个达到热平衡的系统所具有的共同的 热学性质 。温度是决定一个系统与另一个系统是否达到热平衡状态的物理量,它的特征是“一切达到热平衡的系统都具有　相同　的温度”。
微判断 (1)当系统处于平衡态时,系统的温度、压强、体积等都不随时间变化。(　　)
(2)平衡态是一种理想情况。(　　)
(3)温度是决定两个系统是否达到热平衡的唯一物理量。
(　　)
(4)处于平衡态的系统内的分子仍在不停地做无规则运动,平衡态是一种动态平衡。(　　)
√
√
√
√
三、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 ℃　;并据此把温度计的玻璃管上0 ℃刻度与100 ℃刻度之间均匀分成100等份,每份算作1 ℃。
(2)热力学温标:现代科学中常用的表示温度的方法。
(3)摄氏温度与热力学温度。
2.温度计。
微思考 物体温度升高了1 ℃就是升高了273.15 K吗
提示: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。
课堂·重难突破
一 对平衡态与热平衡的理解
问题探究
(1)将鸡蛋放在沸水中加热足够长的时间,鸡蛋是否处于平衡态
(2)刀剑淬火是制作刀剑的重要过程,刀剑刚入水淬火的瞬间,刀剑和水组成的系统是否达到热平衡状态 一段时间后,是否达到热平衡状态 达到热平衡状态的标志是什么
提示:(1)处于平衡态。当系统内包含温度在内的所有状态参量都不随时间变化时,系统处于平衡态。
(2)淬火瞬间由于一部分刀剑在水的外部,一部分处于水的内部,温度不相同,没有达到热平衡状态;一段时间后,它们的温度相等,达到了热平衡状态;达到热平衡状态的标志是温度相等。
归纳总结
1.对平衡态的理解。
(1)平衡态的特点:系统温度、压强、体积不发生变化。
(2)热力学平衡态是一种动态平衡。在平衡态下,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,表现为系统的状态参量不随时间变化。
(3)平衡态是一种理想情况。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状态的微小变化。
2.判断热力学系统是否处于平衡态的方法。
(1)先判断热力学系统是否受到外界的影响,再判断系统的状态参量(压强、体积和温度)是否发生变化。
(2)如果系统不受外界的影响,且状态参量不发生变化,系统就处于平衡态,否则就是非平衡态。
3.对热平衡的理解。
(1)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达到了热平衡。
(2)决定两个系统是否达到热平衡的参量是温度。一切达到热平衡的系统都具有相同的温度,或者说,具有相同温度的系统达到了热平衡。
(3)热平衡定律的意义。
热平衡定律又叫热力学第零定律,为温度的测量提供了理论依据。因为处于热平衡的物体具有相同的温度,所以比较各物体温度时,不需要将各个物体直接接触,只需将作为标准物体的温度计分别与各物体接触,即可比较温度的高低。
4.平衡态与热平衡概念的区别。
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之间不一定已经达到热平衡
(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
典型例题
【例1】 (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、丙两物体达到了平衡态,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
思路引领:1.各自处于平衡态的两个系统温度不一定相同。
2.两个温度不同的系统接触后各自的状态会发生变化,直到达到热平衡为止。
答案:AD
解析: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,选项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,故甲和乙的热平衡被破坏,所以只有乙和丙两物体达到了热平衡,选项C错误,D正确。
规律总结 对处理平衡态的问题要注意以下三点 (1)平衡态与热平衡不同,平衡态指的是一个系统内部达到的一种动态平衡。 (2)系统要处于平衡态,必须经过较长一段时间,直到系统内各状态参量都不随时间变化为止。 (3)处于平衡态的系统与外界没有能量的交换。
二 温度与温标
问题探究
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 K~302 K
归纳总结
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.温度计的原理。
温度计的测温原理是热平衡定律,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。
3.温标。
(1)建立一种温标的三要素。
①选择测温物质(水银/气体/热电偶)。
②确定测温属性(体积/压强/电动势)。
③选定温度零点和分度方法。
(2)常见的温标有摄氏温标、华氏温标、热力学温标。
(3)比较摄氏温标和热力学温标。
比较项 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 ℃
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
典型例题
【例2】 关于温度与温标,下列说法正确的是(　　)
A.温度与温标是一回事,所以热力学温标也称为热力学温度
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摄氏度的大小相等
思路引领:1.热力学温度与摄氏温度对应的温标的零点是不同的,因此用这两种温标表达同一温度时的数值是不同的。
2.热力学温度与摄氏温度对应的每一单位温度的大小是相同的,即在摄氏温度中物体温度升高或降低几摄氏度,热力学温度中就对应升高或降低几开尔文。
答案:D
解析:如果要定量地描述温度,就必须有一套方法,这套方法就是温标,温标分华氏温标、热力学温标和摄氏温标,而温度表示的是物体的冷热程度,所以温度与温标不是一回事,选项A错误;热力学温度不可以取负值,选项B错误;根据T=t+273.15 K可知,温度升高3 ℃,在热力学温度中升高3 K,选项C错误;热力学温标的分度与摄氏温标的分度是相等的,即热力学温度每一开的大小与摄氏温度每一度的大小相等,选项D正确。
规律总结 热力学温度与摄氏温度关系的理解 (1)热力学温度与摄氏温度的关系是T=t+273.15 K,因此对于同一温度来说,用不同的温标表示,数值不同,这是因为零值选取不同。 (2)在热力学温标与摄氏温标中,热力学温度升高(或降低)1 K,则摄氏温度也升高(或降低)1 ℃。 (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。
成 果 验 收 站
1.关于温度,下列说法正确的是(　　)
A.0 K即0 ℃
B.分子运动越剧烈,分子的温度越高
C.温度是分子热运动剧烈程度的反映
D.温度越高的物体分子的动能一定越大
答案:C
解析:0 K是绝对零度,是一切低温的极限,为-273.15 ℃,选项A错误。温度是宏观概念,对单个分子是无意义的,故不能说分子运动越剧烈,分子的温度越高,而应该是分子的热运动越剧烈,分子构成的物体的温度越高,选项B错误。温度是分子热运动剧烈程度的反映,是分子平均动能的标志,选项C正确。温度越高的物体,分子的热运动越剧烈,分子的平均动能越大,但并不是每个分子的动能都越大,选项D错误。
2.在国际单位制中,温度的量度使用热力学温标,它是以-273 ℃为零点的温标,那么用热力学温标表示标准大气压下冰水混合物的温度应该是(　　)
A.0 ℃ B.0 K
C.273 ℃ D.273 K
答案:D
解析:摄氏温度t与热力学温度T的换算关系是T=t+273 K,
当t=0 ℃时,T=273 K,选项D正确。
3.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、压强变得一样,但体积仍可变化
答案:A
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,选项A正确。
4.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化,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
答案:D
解析: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,选项A错误;一个系统的各状态参量都不变化,系统才处于平衡态,仅仅根据温度不变不能得出系统一定处于平衡态的结论,选项B错误;如果两个系统处于热平衡状态,则它们的温度一定相同,但是内能不一定相同,选项C错误, D正确。
5.(多选)下列说法正确的是(　　)
A.用温度计测量温度是根据热平衡的原理
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,可以说两物体达到热平衡
答案:ACD
解析:当温度计的玻璃泡与被测物体紧密接触时,如果两者的温度有差异,它们之间就会发生传热,高温物体将向低温物体传热,最终二者的温度相等,即达到热平衡,选项A、D正确。两个物体的温度相同时,已经达到热平衡,不会发生传热,选项B错误。若a与b、c分别达到热平衡,三者温度一定相等,所以b、c之间也达到了热平衡,选项C正确。
6.下列说法正确的是(　　)
A.处于热平衡的两个物体内能一定相等
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相同
答案:B
解析:处于热平衡的两个物体的温度相等,温度是分子平均动能的标志,因此分子平均动能相等,但内能不一定相同,选项A错误,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,选项C错误。处于平衡态的系统温度不变,分子的平均动能不变,并不是所有分子的动能都相同,选项D错误。
7.关于热力学温度和摄氏温度,下列说法正确的是(　　)
A.某物体摄氏温度为10 ℃,即热力学温度为10 K
B.热力学温度升高1 K等于摄氏温度升高1 ℃
C.摄氏温度升高10 ℃,对应热力学温度升高283 K
D.热力学温度和摄氏温度的温标不同,两者表示的温度无法比较
答案:B
解析:由T=t+273 K知,热力学温度和摄氏温度可以相互转换,某物体摄氏温度为10 ℃时,热力学温度为T=283 K,ΔT=Δt,即热力学温度升高1 K等于摄氏温度升高1 ℃,摄氏温度升高10 ℃,对应热力学温度升高10 K,选项B正确,A、C、D错误。
8.(多选)下列关于热力学温度的说法正确的是(　　)
A.摄氏温度-33 ℃与热力学温度240 K温度相同
B.温度变化1 ℃,也就是温度变化1 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t+273 K
答案:AB
解析:由于T=273 K+t,可知-33 ℃相当于240 K,选项A正确;热力学温度的变化等于摄氏温度的变化,温度变化1 ℃,也就是温度变化1 K,选项B正确;绝对零度是不可能达到的,故热力学温度不可能取负值,而摄氏温度可以取负值,选项C错误;初态温度为273 K+t,末态温度为273 K+2t,热力学温度升高了t,选项D错误。

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