2022-2023學(xué)年高中物理 第七章 分子動理論 課時4 溫度和溫標學(xué)案 新人教版選修3-3

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1、2022-2023學(xué)年高中物理 第七章 分子動理論 課時4 溫度和溫標學(xué)案 新人教版選修3-3 [目標定位] 1.知道平衡態(tài)及系統(tǒng)的狀態(tài)參量.2.明確溫度的概念，知道熱平衡定律及其與溫度的關(guān)系.3.了解溫度計的原理，知道熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的換算關(guān)系. 一、狀態(tài)參量與平衡態(tài) [問題設(shè)計] 在力學(xué)中，為了確定物體機械運動的狀態(tài)，我們使用了位移和速度這兩個物理量.在熱學(xué)中如果我們要研究一箱氣體的狀態(tài)，需要哪些物理量呢？ 答案　體積、壓強和溫度. [要點提煉] 1.熱力學(xué)系統(tǒng)：由大量分子組成的一個研究對象. 2.熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)參量 (1)體積V：系統(tǒng)的幾何參量，它可以確定系統(tǒng)

2、的空間范圍. (2)壓強p：系統(tǒng)的力學(xué)參量，它可以描述系統(tǒng)的力學(xué)性質(zhì). (3)溫度T：系統(tǒng)的熱學(xué)參量，它可以確定系統(tǒng)的冷熱程度. 3.對平衡態(tài)的理解 (1)在沒有外界影響的情況下，系統(tǒng)內(nèi)的各部分的狀態(tài)參量達到穩(wěn)定，即達到平衡態(tài). (2)平衡態(tài)是一種理想情況，因為任何系統(tǒng)完全不受外界影響是不可能的. [延伸思考]　處于平衡態(tài)的系統(tǒng)，其內(nèi)部分子是否停止了運動？ 答案　不是.熱力學(xué)的平衡態(tài)是一種動態(tài)平衡，組成系統(tǒng)的分子仍在不停地做無規(guī)則運動，只是分子運動的平均效果不隨時間變化，表現(xiàn)為系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時間變化. 二、熱平衡與溫度 [問題設(shè)計] 用手心握住體溫計玻璃泡，觀察到體溫計

3、的示數(shù)逐漸上升.當(dāng)上升到36 °C左右時，為什么不再上升？當(dāng)把它立即放入40 °C的水中時，你又看到什么現(xiàn)象？ 答案　體溫計與人體溫度相同時，不再上升；又會上升. [要點提煉] 1.熱平衡：兩個系統(tǒng)相互接觸而傳熱，它們的狀態(tài)參量將改變.但是經(jīng)過一段時間以后，狀態(tài)參量就不再變化了，這說明兩個系統(tǒng)對于傳熱來說已經(jīng)達到了平衡，這種平衡叫做熱平衡. 2.熱平衡定律：如果兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)達到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定處于熱平衡，這個結(jié)論稱為熱平衡定律. 3.理解熱平衡的兩個層面 (1)原來兩個系統(tǒng)不是熱平衡，接觸后最終達到熱平衡. (2)原來兩個系統(tǒng)處于熱平衡，再接觸，兩

4、個系統(tǒng)它們的狀態(tài)不發(fā)生變化. 4.熱平衡與溫度 (1)一切達到熱平衡的物體都具有相同的溫度. (2)溫度計的測溫原理 若物體與A處于熱平衡，它同時也與B處于熱平衡，則A的溫度等于B的溫度，這就是溫度計用來測量溫度的基本原理. 三、溫度計與溫標 [問題設(shè)計] 如圖1所示，伽利略溫度計是利用玻璃管內(nèi)封閉的氣體作為測量物質(zhì)制成的，當(dāng)外界溫度越高時，細管內(nèi)的水柱越高嗎？ 圖1 答案　由熱脹冷縮可知，當(dāng)外界溫度越高時，氣體膨脹越厲害，則細管內(nèi)的水柱越低. [要點提煉] 1.幾種溫度計的測量原理 (1)水銀溫度計是根據(jù)水銀熱脹冷縮的性質(zhì)來測量溫度的. (2)金屬電阻溫度計是根

5、據(jù)金屬的電阻隨溫度的變化來測量溫度的. (3)氣體溫度計是根據(jù)氣體壓強與溫度的關(guān)系來測量溫度的. (4)熱電偶溫度計是根據(jù)不同導(dǎo)體因溫差產(chǎn)生的電動勢的大小來測量溫度的. 2.溫標要素 第一，選擇某種具有測溫屬性的測溫物質(zhì)；第二，了解測溫物質(zhì)隨溫度變化的函數(shù)關(guān)系；第三，確定溫度零點和分度的方法. 3.熱力學(xué)溫度T與攝氏溫度t (1)攝氏溫標：一種常用的表示溫度的方法，規(guī)定標準大氣壓下冰的熔點為0 ℃，水的沸點為100 ℃，在0 ℃和100 ℃之間均勻分成100等份，每份算做1 ℃. (2)熱力學(xué)溫標：現(xiàn)代科學(xué)中常用的表示溫度的方法，熱力學(xué)溫標也叫絕對溫標.熱力學(xué)溫標表示的溫度叫熱力

6、學(xué)溫度.用符號T表示，單位是開爾文，符號為K. (3)攝氏溫度與熱力學(xué)溫度的關(guān)系為T＝t＋273.15 K. (4)注意：攝氏溫標的1 ℃的分格與熱力學(xué)溫標1 K的分格是等價的，故用熱力學(xué)溫標表示的溫度和攝氏溫標表示的溫度，雖然起點不同，但表示溫度的溫度差是相同的，即ΔT＝Δt. [延伸思考]　“1 K＝1 ℃”對嗎？ 答案　在表示溫度差時“1 K＝1 ℃”是正確的，即ΔT＝Δt.但在表示溫度高低時卻不正確. 一、狀態(tài)參量與平衡態(tài) 例1　下列說法中正確的是(　　) A.狀態(tài)參量是描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量，系統(tǒng)處于非平衡狀態(tài)時各部分的參量不發(fā)生變化 B.當(dāng)系統(tǒng)不受外界影響，且經(jīng)過

7、足夠長的時間，其內(nèi)部各部分狀態(tài)參量將會相同 C.只有處于平衡狀態(tài)的系統(tǒng)才有狀態(tài)參量 D.兩物體發(fā)生熱傳遞時，它們組成的系統(tǒng)處于平衡狀態(tài) 解析　處于非平衡狀態(tài)的系統(tǒng)也有狀態(tài)參量，而且參量會發(fā)生變化.經(jīng)過足夠長的時間，系統(tǒng)若不受外界影響就會達到平衡狀態(tài)，各部分狀態(tài)參量將會相同，故B項正確，A、C項錯誤；處于熱傳遞過程中的兩系統(tǒng)處于非平衡狀態(tài)，故D項錯誤. 答案　B 二、熱平衡與溫度 例2　關(guān)于熱平衡，下列說法正確的是(　　) A.系統(tǒng)甲與系統(tǒng)乙達到熱平衡就是它們的溫度達到相同的狀態(tài) B.標準狀況下，冰水混合物與0 °C的水未達到熱平衡 C.量體溫時溫度計需和身體接觸十分鐘左右是為

8、了讓溫度計跟身體達到熱平衡 D.冷熱程度相同的兩系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài) 解析　兩系統(tǒng)達到熱平衡時的標志是它們的溫度相同，或者說它們的冷熱程度相同，所以A、C、D對，B錯. 答案　ACD 三、溫度計與溫標 例3　關(guān)于溫度與溫標，下列說法正確的是(　　) A.溫度與溫標是一回事，所以熱力學(xué)溫標也稱為熱力學(xué)溫度 B.攝氏溫度與熱力學(xué)溫度都可以取負值 C.攝氏溫度升高3 °C，在熱力學(xué)溫標中溫度升高276.15 K D.熱力學(xué)溫度每一度的大小與攝氏溫度每一度的大小相等 解析　溫標是溫度數(shù)值的表示方法，所以溫度與溫標是不同的概念，用熱力學(xué)溫標表示的溫度稱為熱力學(xué)溫度，選項A錯.攝氏溫度可

9、以取負值，但是熱力學(xué)溫度不能取負值，因為熱力學(xué)溫度的零點是低溫的極限，故選項B錯.攝氏溫度的每一度與熱力學(xué)溫度的每一度的大小相等，選項D正確.攝氏溫度升高3 °C，也就是熱力學(xué)溫度升高了3 K，故選項C錯. 答案　D 針對訓(xùn)練　(1)水的沸點是 ℃＝ K. (2)絕對零度是 ℃＝ K. (3)某人體溫是36.5℃，也可以說體溫為 K，此人體溫升高1.5℃，也可以說體溫升高 K. 答案　(1)100　373　(2)－273.15　0　(3)309.5　1.5 1.(狀態(tài)參量與平衡態(tài))下列狀態(tài)中處于

10、平衡態(tài)的是(　　) A.將一金屬塊放在沸水中加熱足夠長的時間 B.冰水混合物處在0 °C環(huán)境中 C.突然被壓縮的氣體 D.開空調(diào)2分鐘內(nèi)教室中的氣體 答案　AB 解析　系統(tǒng)處于平衡態(tài)時，其狀態(tài)參量穩(wěn)定不變.金屬塊放在沸水中加熱足夠長的時間，冰水混合物在0 °C環(huán)境中，其溫度、壓強、體積都不再變化，是平衡態(tài)，故A、B對；突然被壓縮的氣體溫度升高，壓強變大，故其不是平衡態(tài)，C錯；開空調(diào)2分鐘內(nèi)教室中的氣體溫度、體積均要變化，故其不是平衡態(tài)，D錯. 2.(熱平衡與溫度)下列說法正確的是(　　) A.兩個系統(tǒng)處于熱平衡時，它們一定具有相同的熱量 B.如果兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)達到熱

11、平衡，那么這兩個系統(tǒng)也必定處于熱平衡 C.溫度是決定兩個系統(tǒng)是否達到熱平衡狀態(tài)的唯一物理量 D.熱平衡定律是溫度計能夠用來測量溫度的基本原理 答案　BCD 解析　處于熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的狀態(tài)參量——溫度，故A項錯誤，C項正確；由熱平衡定律可知，若物體與A處于熱平衡，它同時也與B達到熱平衡，則A的溫度便等于B的溫度，這也是溫度計用來測量溫度的基本原理，故B、D兩項也正確.故正確答案為B、C、D. 3.(溫度計與溫標)嚴冬，湖面上結(jié)了厚厚的冰，但冰下魚兒仍在游動.為了測出冰下水的溫度，徐強同學(xué)在冰上打了一個洞，拿來一支實驗室溫度計，用下列四種方法測水溫，正確的做法是(　　) A.用

12、線將溫度計拴牢從洞中放入水里，待較長時間后從水中提出，讀出示數(shù) B.取一空的塑料飲水瓶，將溫度計懸吊在瓶中，再將瓶拴住從洞中放入水里，水灌滿瓶后待較長時間，然后將瓶提出，立即讀出溫度計的示數(shù) C.若溫度計顯示的示數(shù)為攝氏溫度4℃，即熱力學(xué)溫度4 K D.若溫度計顯示的示數(shù)為攝氏溫度4℃，即熱力學(xué)溫度277.15 K 答案　BD 解析　要測量冰下水的溫度，必須使溫度計與冰下的水達到熱平衡時，再讀出溫度計的示數(shù)，可隔著冰又沒法直接讀數(shù)，把溫度計取出來，顯示的又不是原熱平衡狀態(tài)下的溫度，所以選項A錯誤，B正確.T＝t＋273.15 K＝277.15 K，選項C錯誤，D正確. 4.(溫度計

13、與溫標)下列有關(guān)溫度的說法正確的是(　　) A.用攝氏溫標和熱力學(xué)溫標表示溫度是兩種不同的表示方法 B.用兩種溫標表示同一溫度的變化時，兩者的數(shù)值相等 C.1 K就是1 ℃ D.當(dāng)溫度變化1 ℃時，也可以說成溫度變化273 K 答案　AB 解析　溫標是用來定量描述溫度的方法，常用的溫標有攝氏溫標和熱力學(xué)溫標，兩種溫標表示同一溫度時，數(shù)值不同，但在表示同一溫度變化時，數(shù)值是相同的.若物體的溫度升高1 K，也可以說物體的溫度升高1 ℃，但在表示物體的溫度時，物體的溫度為1 K，而不能說成物體的溫度為1 ℃. 題組一　對狀態(tài)參量與平衡態(tài)的理解 1.熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡態(tài)是一種

14、(　　) A.定態(tài)平衡 B.動態(tài)平衡 C.分子已經(jīng)不動 D.分子仍做無規(guī)則運動 答案　BD 解析　熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡是大量分子的平均效果，是動態(tài)平衡. 2.在熱學(xué)中，要描述一定氣體的宏觀狀態(tài)，需要確定下列哪些物理量(　　) A.每個氣體分子的運動速率 B.壓強 C.體積 D.溫度 答案　BCD 解析　描述系統(tǒng)的宏觀狀態(tài)，其參量是宏觀量，每個氣體分子的運動速率是微觀量，不是氣體的宏觀狀態(tài)參量.氣體的壓強、體積和溫度分別是從力學(xué)、幾何學(xué)、熱學(xué)三個角度對氣體的性質(zhì)進行的宏觀描述，是確定氣體宏觀狀態(tài)的三個狀態(tài)參量.故正確答案為B、C、D. 題組二　對熱平衡與溫度概念的理解

15、3.甲、乙兩物體接觸時，甲向乙傳遞熱量的原因是(　　) A.甲的質(zhì)量比乙大 B.甲的比熱容比乙大 C.甲的熱量比乙多 D.甲的溫度比乙高 答案　D 解析　熱傳遞發(fā)生的原因是兩物體的溫度不同，本質(zhì)是熱量從高溫物體傳到低溫物體，故D項正確. 4.兩個原來處于熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，分開后，由于受外界的影響，其中一個系統(tǒng)的溫度升高了5 K，另一個系統(tǒng)的溫度升高了5 ℃，則下列說法正確的是(　　) A.兩個系統(tǒng)不再是熱平衡狀態(tài) B.兩個系統(tǒng)此時仍是熱平衡狀態(tài) C.兩個系統(tǒng)的狀態(tài)都發(fā)生了變化 D.兩個系統(tǒng)的狀態(tài)都沒有發(fā)生變化 答案　BC 解析　由于兩個系統(tǒng)原來處于熱平衡狀態(tài)，溫度相同

16、，當(dāng)分別升高5 ℃和5 K后，溫度仍相同，兩個系統(tǒng)仍為熱平衡狀態(tài)，故A錯誤，B正確；由于溫度發(fā)生了變化，系統(tǒng)的狀態(tài)也發(fā)生了變化，故C正確，D錯誤. 題組三　溫度計的使用和兩種溫標的關(guān)系 5.關(guān)于熱力學(xué)溫度和攝氏溫度，以下說法正確的是(　　) A.熱力學(xué)溫度的單位“K”是國際單位制中的基本單位 B.溫度升高了1 ℃就是升高了1 K C.某物體攝氏溫度10 ℃，即熱力學(xué)溫度10 K D.0 ℃的溫度可用熱力學(xué)溫度粗略地表示為273 K 答案　ABD 6.伽利略在1593年制造了世界上第一個溫度計——空氣溫度計，如圖1所示，一個細長頸的球形瓶倒插在裝有紅色液體的槽中，細管中的液面清晰

17、可見，如果不考慮外界大氣壓的變化，就能根據(jù)液面的變化測出溫度的變化，則(　　) 圖1 A.該溫度計的測溫物質(zhì)是槽中的液體 B.該溫度計的測溫物質(zhì)是細管中的紅色液體 C.該溫度計的測溫物質(zhì)是球形瓶中的空氣 D.該溫度計是利用測溫物質(zhì)的熱脹冷縮性質(zhì)制造的 答案　CD 解析　細管中的紅色液體是用來顯示球形瓶中空氣的體積隨溫度變化情況的，測溫物質(zhì)是球形瓶中封閉的空氣，該溫度計是利用它的熱脹冷縮的性質(zhì)制造的，故A、B錯，C、D正確. 7.下列關(guān)于熱力學(xué)溫度的說法中，不正確的是(　　) A.熱力學(xué)溫度的零度是－273.15 ℃ B.熱力學(xué)溫度的每一度的大小和攝氏溫度每一度的大小是相

18、同的 C.絕對零度是低溫的極限，永遠達不到 D.1 ℃就是1 K 答案　D 解析　由T＝t＋273.15 K可知選項A、B說法正確；絕對零度只能無限接近，不能達到，C項說法正確；表示變化量時，改變1 ℃就是改變1 K，但是表示溫度時，1 ℃與1 K不同，D項說法錯誤，故選D. 8.小麗測量燒杯中熱水的溫度時，將熱水倒入另一燒杯中很少一部分，然后如圖2中那樣去測量和讀數(shù)，她這樣做被小寧發(fā)現(xiàn)了，小寧指出她的錯誤如下，你認為小寧找得對的是(　　) 圖2 A.不應(yīng)倒入另一燒杯中，這會使溫度降低 B.水倒得太少，溫度計的玻璃泡不能完全浸沒 C.讀數(shù)時，視線應(yīng)該與刻度線相平，而不應(yīng)斜

19、視 D.應(yīng)該將溫度計取出讀數(shù)，而不應(yīng)該放在水里讀 答案　ABC 解析　題中將少量水倒入另一燒杯測量，有兩處錯誤：其一，少量水沒能浸沒溫度計的玻璃泡，達到熱平衡時測量的不是水的溫度；其二，少量水倒入另一燒杯，這少量水與另一燒杯又達到一個新的熱平衡，溫度已改變，再用溫度計測量時，測出的是這個新的熱平衡狀態(tài)的溫度，而不是待測水的溫度.題中C選項讀數(shù)時的錯誤小寧找得對，但是小寧在D選項中要把溫度計取出來讀數(shù)就不對了.當(dāng)把溫度計取出來時，在空氣中溫度計與空氣間存在溫度差，有熱傳遞，會破壞原來的熱平衡，示數(shù)會變化. 9.攝氏溫標：在1954年以前，標準溫度的間隔是用兩個定點確定的.它們是水在標準大

20、氣壓下的沸點(汽化點)和冰在標準大氣壓下與飽和空氣的水相平衡時的熔點(冰點).攝氏溫標(以前稱為百分溫標)是由瑞典物理學(xué)家攝爾修斯設(shè)計的.如圖3所示，把冰點定為0 ℃，汽化點定為100 ℃，因此在這兩個固定點之間共為100 ℃，即一百等份，每等份代表1度，用1 ℃表示，用攝氏溫標表示的溫度叫做攝氏溫度.攝氏溫標用度作單位，常用t表示.熱力學(xué)溫標由英國科學(xué)家威廉·湯姆遜(開爾文)創(chuàng)立，把－273.15 ℃作為零度的溫標，叫做熱力學(xué)溫標(或絕對溫標).熱力學(xué)溫標的單位用K表示，常用T表示.試回答： 圖3 (1)熱力學(xué)溫標與攝氏溫標之間的關(guān)系為： . (2)如果可以粗略地?。?/p>

21、273 ℃為絕對零度.在一標準大氣壓下，冰的熔點為 ℃，即為 K，水的沸點是 ℃，即 K. (3)如果物體的溫度升高1 ℃，那么，物體的溫度將升高 K. 答案　(1)T＝t＋273.15 K (2)0　273　100　373　(3)1 解析　(1)攝氏溫標冰點溫度為0 ℃，汽化點溫度為100 ℃，且用t表示；而熱力學(xué)溫標是把－273.15 ℃作為零開爾文的，用T表示，所以熱力學(xué)溫標與攝氏溫標之間的關(guān)系為T＝t＋273.15 K. 10.寒冷的冬天，人在室外拿鐵棒和木頭時，感覺到鐵棒明顯比木頭涼，由于表示物體冷熱程度的是溫度，于是有人得出當(dāng)時“鐵棒比木頭溫度低”的結(jié)論，你認為他的結(jié)論對嗎？為什么？ 答案　見解析 解析　不對.由于鐵棒和木頭都與周圍的環(huán)境達到熱平衡，故它們的溫度是一樣的.感覺到鐵棒特別涼，是因為人在單位時間內(nèi)傳遞給鐵棒的熱量比傳遞給木頭的熱量多，所以他的結(jié)論不對.