2019-2020年高中物理 第七章 分子動理論 第4講 溫度和溫標學案 新人教版選修3-3.doc

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2019-2020年高中物理 第七章 分子動理論 第4講 溫度和溫標學案 新人教版選修3-3 [目標定位]　1.知道平衡態(tài)、熱平衡的定義.2.明確溫度的定義及判斷系統(tǒng)處于熱平衡的條件.3.能區(qū)分攝氏溫度與熱力學溫度，記住它們之間的關(guān)系． 一、平衡態(tài)和狀態(tài)參量 1．系統(tǒng)：在物理學中，通常把研究對象稱為系統(tǒng)． 2．狀態(tài)參量：用來描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量，叫做系統(tǒng)的狀態(tài)參量． 3．平衡態(tài)：系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不再隨時間變化，這種情況就說系統(tǒng)達到了平衡態(tài)． 二、熱平衡與溫度 1．熱平衡：兩個相互接觸的熱力學系統(tǒng)，最后系統(tǒng)的狀態(tài)參量都不再改變，這時兩個系統(tǒng)具有“共同性質(zhì)”，我們就說這兩個系統(tǒng)達到了熱平衡． 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，也叫熱力學第零定律． 3．溫度：熱平衡中具有的“共同熱學性質(zhì)”叫做溫度． 三、溫度計與溫標 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．熱力學溫標：現(xiàn)代科學中常用的表示溫度的方法，熱力學溫標也叫絕對溫標．熱力學溫標表示的溫度叫熱力學溫度．用符號T表示，單位是開爾文，符號為K. 3．攝氏溫度與熱力學溫度的關(guān)系為T＝t＋273.15_K. 一、熱平衡與平衡態(tài)的理解 1．平衡態(tài) (1)熱力學的平衡態(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． (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． 2．一切達到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度． 例1　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　熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的狀態(tài)參量——溫度，故A錯誤，C正確；由熱平衡定律，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項正確． 針對訓(xùn)練　關(guān)于平衡態(tài)和熱平衡，下列說法中正確的有(　　) A．只要溫度不變且處處相等，系統(tǒng)就一定處于平衡態(tài) B．兩個系統(tǒng)在接觸時它們的狀態(tài)不發(fā)生變化，這兩個系統(tǒng)原來的溫度是相等的 C．熱平衡就是平衡態(tài) D．處于熱平衡的兩個系統(tǒng)的溫度一定相等 答案　BD 解析　一般來說，描述系統(tǒng)的狀態(tài)參量不止一個，根據(jù)平衡態(tài)的定義可以確定A錯；根據(jù)熱平衡的定義可知B和D是正確的；平衡態(tài)是針對某一系統(tǒng)而言的，熱平衡是兩個系統(tǒng)相互影響的最終結(jié)果，可見C錯．正確選項為B、D. 二、溫度和溫標 1．“溫度”含義的兩種說法 (1)宏觀角度：表示物體的冷熱程度． (2)熱平衡角度：兩個處于熱平衡的系統(tǒng)存在一個數(shù)值相等的物理量，這個物理量就是溫度． 2．溫度計測量原理 一切互為熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度．溫度計與待測物體接觸，達到熱平衡，其溫度與待測物體相同． 3．熱力學溫度與攝氏溫度的關(guān)系 (1)T＝t＋273.15 K (2)ΔT＝Δt 例2　下列關(guān)于熱力學溫度的說法中正確的是(　　) A．－33 ℃＝240 K B．溫度變化1 ℃，也就是溫度變化1 K C．攝氏溫度與熱力學溫度都可能取負值 D．溫度由t ℃升至2t ℃，對應(yīng)的熱力學溫度升高了t＋273 K 答案　AB 解析　熱力學溫度與攝氏溫度的關(guān)系為T＝t＋273 K，由此可知：－33 ℃＝240 K，故A、B選項正確；D中初態(tài)熱力學溫度為t＋273 K，末態(tài)為2t＋273 K，溫度升高了t K，故D選項錯誤；對于攝氏溫度可取負值的范圍為0～－273 ℃，因絕對零度達不到，故熱力學溫度不可能取負值，故C選項錯誤．本題應(yīng)選A、B. 針對訓(xùn)練　關(guān)于熱力學溫度和攝氏溫度，以下說法正確的是(　　) A．熱力學溫度的單位“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．物體的溫度由本身決定，數(shù)值與所選溫標無關(guān) D．0 ℃的溫度可用熱力學溫度粗略地表示為273 K 答案　ABD 熱平衡與平衡態(tài) 1．兩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，當分別升高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． 溫標與溫度 2．下列關(guān)于熱力學溫度的說法中，不正確的是(　　) A．熱力學溫度與攝氏溫度的每一度的大小是相同的 B．熱力學溫度的零度等于－273.15 ℃ C．熱力學溫度的零度是不可能達到的 D．氣體溫度趨近于絕對零度時，其體積趨近于零 答案　D 解析　熱力學溫度的0 K是攝氏溫度的－273.15 ℃，因此B正確；每升高(或降低)1 K等價于升高(或降低)1 ℃，故A正確；熱力學溫度的零度只能無限接近，卻不可能達到，且趨近絕對零度時，氣體液化或凝固，但有體積，故C正確，D錯誤． 3．下列有關(guān)溫度的說法正確的是(　　) A．用攝氏溫標和熱力學溫標表示溫度是兩種不同的表示方法 B．用兩種溫度表示溫度的變化時，兩者的數(shù)值相等 C．1 K就是1 ℃ D．當溫度變化1 ℃時，也可以說成溫度變化274 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 ℃. (時間：60分鐘) 題組一　平衡態(tài)與熱平衡 1．如果一個系統(tǒng)達到了平衡態(tài)，那么這個系統(tǒng)各處的(　　) A．溫度、壓強、體積都必須達到穩(wěn)定的狀態(tài)不再變化 B．溫度一定達到了某一穩(wěn)定值，但壓強和體積仍是可以變化的 C．溫度一定達到了某一穩(wěn)定值，并且分子不再運動，達到了“凝固”狀態(tài) D．溫度、壓強就會變得一樣，但體積仍可變化 答案　A 解析　如果一個系統(tǒng)達到了平衡態(tài)，系統(tǒng)內(nèi)各部分的狀態(tài)參量如溫度、壓強和體積等不再隨時間發(fā)生變化．溫度達到穩(wěn)定值，分子仍然是運動的，不可能達到所謂的“凝固”狀態(tài)． 2．有關(guān)熱平衡的說法正確的是(　　) A．如果兩個系統(tǒng)在某時刻處于熱平衡狀態(tài)，則這兩個系統(tǒng)永遠處于熱平衡狀態(tài) B．熱平衡定律只能研究三個系統(tǒng)的問題 C．如果兩個系統(tǒng)彼此接觸而不發(fā)生狀態(tài)參量的變化，這兩個系統(tǒng)又不受外界影響，那么這兩個系統(tǒng)一定處于熱平衡狀態(tài) D．兩個處于熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，溫度可以有微小的差別 答案　C 解析　處于熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，如果受到外界的影響，狀態(tài)參量會隨之變化，溫度也會變化，故A錯；熱平衡定律對多個系統(tǒng)也適用，故B錯；由熱平衡的意義知，C正確；溫度是熱平衡的標志，必須相同，故D錯． 題組二　溫度與溫標 3．關(guān)于溫度的物理意義，下列說法中正確的是(　　) A．溫度是物體冷熱程度的客觀反映 B．人如果感覺到某個物體很涼，就說明這個物體的溫度很低 C．熱量會自發(fā)地從含熱量多的物體傳向含熱量少的物體 D．熱量會自發(fā)地從溫度較高的物體傳向溫度較低的物體 答案　AD 解析　溫度是表示物體冷熱程度的物理量，但人們對物體冷熱程度的感覺具有相對性，A正確，B錯誤；熱傳遞的方向是熱量自發(fā)地從溫度較高的物體傳向溫度較低的物體，而熱量是過程量，不能說物體含有熱量，C錯誤，D正確． 4．下列有關(guān)溫標的說法正確的是(　　) A．溫標不同，測量時得到同一系統(tǒng)的溫度數(shù)值可能是不同的 B．不同溫標表示的溫度數(shù)值不同，則說明溫度不同 C．溫標的規(guī)定都是人為的，沒有什么理論依據(jù) D．熱力學溫標和攝氏溫標是兩種不同的溫度表示方法，表示的溫度數(shù)值沒有關(guān)系 答案　A 解析　溫標不同，測量同一系統(tǒng)的溫度數(shù)值一般不同，A對，B錯；每一種溫標的規(guī)定都有一定意義，如攝氏溫標的0 ℃表示標準大氣壓下冰的熔點，100 ℃為標準大氣壓下水的沸點，C錯；熱力學溫標和攝氏溫標，數(shù)值上有T＝t＋273.15 K，D錯． 5．下列敘述正確的是(　　) A．若不斷冷凍，物體的溫度就不斷地下降 B．溫度是決定一個系統(tǒng)與另一個系統(tǒng)是否達到熱平衡狀態(tài)的物理量 C．熱力學零度是低溫的下限 D．任何物體，溫度下降到某一點就不能再降 答案　BCD 解析　熱力學零度是低溫的下限，永遠不能達到，故A錯． 題組三　溫度與溫度計 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，該溫度計是利用空氣的熱脹冷縮的性質(zhì)制造的，故A、B錯，C、D正確． 7．如圖是四種測液體溫度的方法，其中正確的是(　　) 答案　D 解析　溫度計的正確使用方法是將溫度計的玻璃泡而非整個溫度計放入液體中，并且不要讓溫度計液泡與容器壁或底接觸，所以D項正確． 8．根據(jù)圖2判斷，人們選擇的溫度計中的測量物質(zhì)及其依據(jù)是(　　) 圖2 A．水，水的密度小 B．水，水的密度出現(xiàn)異常現(xiàn)象 C．汞，汞的密度大 D．汞，汞的密度與溫度呈規(guī)則的線性關(guān)系 答案　D 解析　由于水的密度和溫度關(guān)系的曲線是不規(guī)則曲線，如果選水為測溫物質(zhì)，則溫度計刻度不均勻；汞的密度與溫度呈規(guī)則的線性關(guān)系，選汞為測溫物質(zhì)，溫度計刻度均勻．故正確答案為D. 題組四　綜合應(yīng)用 9．嚴冬湖面上結(jié)了厚厚的冰，但冰下面魚兒仍在游動．為了測出冰下水的溫度，徐強同學在冰上打了一個洞，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．取一塑料飲水瓶，將瓶拴住從洞中放入水里，水灌滿瓶后取出，再用溫度計測瓶中水的溫度 C．取一塑料飲水瓶，將溫度計懸掛在瓶中，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，立即從瓶外觀察溫度計的示數(shù) D．手拿溫度計，從洞中將溫度計插入水中，待較長時間后取出立即讀出示數(shù) 答案　C 解析　要測量冰下水的溫度，必須在溫度計與冰下的水達到熱平衡時，再讀出溫度計的示數(shù)，但是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A、D的做法不正確，C的做法正確；B的做法也失去了原來的熱平衡，飲水瓶提出后，再用溫度計測，這時，周圍空氣也參與了熱交換，測出的溫度不再是冰下水的溫度． 10．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)是由瑞典物理學家攝爾修斯設(shè)計的．如圖3所示，以冰點定為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．熱力學溫標由開爾文創(chuàng)立，把－273.15 ℃作為零度的溫標，叫做熱力學溫標(或絕對溫標)．熱力學溫標用K表示單位，常用T表示．試回答： 圖13 (1)熱力學溫標與攝氏溫標之間的關(guān)系為：________. (2)如果可以粗略地取－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；而熱力學溫標是把－273.15 ℃作為零開爾文的，用T表示，所以熱力學溫標與攝氏溫標之間的關(guān)系為T＝t＋273.15 K.