（江蘇專版）2018版高中物理 第七章 分子動(dòng)理論 4 溫度和溫標(biāo)學(xué)案 新人教版選修3-3

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1、 4　溫度和溫標(biāo) [學(xué)習(xí)目標(biāo)] 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(jì)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) [導(dǎo)學(xué)探究]　(1)在力學(xué)中，為了確定物體運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，我們使用了物體的位移和速度這兩個(gè)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？ (2)如果系統(tǒng)與外界沒(méi)有能量交換，該系統(tǒng)就達(dá)到平衡態(tài)了嗎？ 答案　(1)體積、壓強(qiáng)和溫度．(2)不是． [知識(shí)梳理] 1．熱力學(xué)系統(tǒng)：由大量分子組成的一個(gè)研究對(duì)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

2、以確定系統(tǒng)的空間范圍． (2)壓強(qiáng)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(duì)平衡態(tài)的理解 (1)在沒(méi)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(dá)到穩(wěn)定，即達(dá)到平衡態(tài)． (2)平衡態(tài)是一種理想情況，因?yàn)槿魏蜗到y(tǒng)完全不受外界影響是不可能的． 二、熱平衡與溫度 [導(dǎo)學(xué)探究]　(1)用手心握住體溫計(jì)玻璃泡，觀察到體溫計(jì)的示數(shù)逐漸上升．當(dāng)上升到36 ℃左右時(shí)，為什么不再上升？(2)當(dāng)把它立即放入40 ℃的水中時(shí)，你又看到什么現(xiàn)象？為什么？ 答案　(1)因?yàn)轶w溫計(jì)與人體溫度相同，即達(dá)到了熱平衡．(2)體溫計(jì)的示數(shù)繼續(xù)上

3、升，因?yàn)轶w溫計(jì)玻璃泡的溫度與水的溫度不相同，沒(méi)有達(dá)到熱平衡． [知識(shí)梳理] 1．熱平衡：兩個(gè)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(guò)一段時(shí)間以后，狀態(tài)參量就不再變化了，這說(shuō)明兩個(gè)系統(tǒng)對(duì)于傳熱來(lái)說(shuō)已經(jīng)達(dá)到了平衡，這種平衡叫做熱平衡． 2．熱平衡定律：如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，那么這兩個(gè)系統(tǒng)彼此之間也必定處于熱平衡，這個(gè)結(jié)論稱為熱平衡定律． 3．熱平衡與溫度 (1)一切達(dá)到熱平衡的物體都具有相同的溫度． (2)溫度計(jì)的測(cè)溫原理 若物體與A處于熱平衡，它同時(shí)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(jì)用來(lái)測(cè)量溫度的基本原理． 三、溫度計(jì)與溫標(biāo) [導(dǎo)

4、學(xué)探究]　(1)如圖1所示，伽利略溫度計(jì)是利用玻璃管內(nèi)封閉的氣體作為測(cè)量物質(zhì)制成的，當(dāng)外界溫度越高時(shí)，細(xì)管內(nèi)的水柱越高嗎？ 圖1 (2)如果氣體的溫度是1℃，也可以說(shuō)氣體的溫度是多少K？如果氣體的溫度升高了1℃，也可以說(shuō)氣體的溫度升高了多少K? 答案　(1)不是．由熱脹冷縮可知，當(dāng)外界溫度越高時(shí)，氣體膨脹越厲害，細(xì)管內(nèi)的水柱越低．(2)274.15 K　1 K [知識(shí)梳理] 1．確定一個(gè)溫標(biāo)的方法 (1)選擇某種具有測(cè)溫屬性的物質(zhì)． (2)了解測(cè)溫物質(zhì)隨溫度變化的函數(shù)關(guān)系． (3)確定溫度的零點(diǎn)和分度的方法． 2．熱力學(xué)溫度T與攝氏溫度t (1)攝氏溫標(biāo)：一種常用的表示

5、溫度的方法，規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點(diǎn)為0 ℃，水的沸點(diǎn)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(biāo)：現(xiàn)代科學(xué)中常用的表示溫度的方法，熱力學(xué)溫標(biāo)也叫絕對(duì)溫標(biāo)．熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度叫熱力學(xué)溫度．用符號(hào)T表示，單位是開(kāi)爾文，符號(hào)為K. (3)攝氏溫度與熱力學(xué)溫度的關(guān)系為T(mén)＝t＋273.15 K. (4)注意：攝氏溫標(biāo)的1 ℃的分格與熱力學(xué)溫標(biāo)1 K的分格是等價(jià)的，故用熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度和攝氏溫標(biāo)表示的溫度，雖然起點(diǎn)不同，但表示溫度的溫度差是相同的，即ΔT＝Δt. 一、平衡態(tài)與熱平衡 例1　下列說(shuō)法正確的是(　　) A．只有處于平衡態(tài)的

6、系統(tǒng)才有狀態(tài)參量 B．狀態(tài)參量是描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量，故當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)變化時(shí)，其各個(gè)狀態(tài)參量都會(huì)改變 C．兩物體發(fā)生熱傳遞時(shí)，它們組成的系統(tǒng)處于非平衡態(tài) D．0 ℃的冰水混合物放入1 ℃的環(huán)境中，冰水混合物處于平衡態(tài) 答案　C 解析　狀態(tài)參量是描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量，與系統(tǒng)是否處于平衡態(tài)無(wú)關(guān)，且系統(tǒng)狀態(tài)變化時(shí)，不一定各個(gè)狀態(tài)參量都改變，A、B錯(cuò)誤；處于熱傳遞過(guò)程中的兩系統(tǒng)處于非平衡態(tài)，C正確；0 ℃的冰水混合物放入1 ℃的環(huán)境中，周?chē)h(huán)境會(huì)向冰水混合物傳熱，不是平衡態(tài)，D錯(cuò)誤． 兩步法判斷熱力學(xué)系統(tǒng)是否處于平衡態(tài) (1)判斷熱力學(xué)系統(tǒng)是否受到外界的影響. (2)判斷系統(tǒng)的狀態(tài)參量

7、(壓強(qiáng)、體積和溫度)是否發(fā)生變化.如果系統(tǒng)不受外界的影響，且狀態(tài)參量不發(fā)生變化，系統(tǒng)就處于平衡態(tài)，否則就是非平衡態(tài). 例2　有甲、乙、丙三個(gè)溫度不同的物體，將甲和乙接觸一段時(shí)間后分開(kāi)，再將乙和丙接觸一段時(shí)間后分開(kāi)，假設(shè)只有在它們相互接觸時(shí)有熱傳遞，不接觸時(shí)與外界沒(méi)有熱傳遞，則(　　) A．甲、乙、丙三個(gè)物體都達(dá)到了平衡態(tài) B．只有乙、丙達(dá)到了平衡態(tài)，甲沒(méi)有達(dá)到平衡態(tài) C．乙、丙兩物體都和甲達(dá)到了熱平衡 D．乙、丙兩物體達(dá)到了熱平衡 答案　AD 解析　乙和丙分開(kāi)后，甲、乙、丙三個(gè)物體與外界沒(méi)有熱傳遞，所以甲、乙、丙三個(gè)物體都達(dá)到了平衡態(tài)，A正確，B錯(cuò)誤；甲和乙接觸一段時(shí)間后分開(kāi)，甲

8、和乙達(dá)到了熱平衡，但乙和丙接觸一段時(shí)間后，乙的溫度又發(fā)生了變化，甲和乙的熱平衡被破壞，乙和丙兩物體達(dá)到了熱平衡，C錯(cuò)誤，D正確． 判斷系統(tǒng)達(dá)到熱平衡的兩個(gè)方法 (1)根據(jù)兩個(gè)相接觸的系統(tǒng)的狀態(tài)參量是否發(fā)生變化判斷．如果不發(fā)生變化，處于熱平衡狀態(tài)，發(fā)生變化則不處于熱平衡狀態(tài)． (2)根據(jù)兩個(gè)系統(tǒng)的溫度是否相同判斷．如果相同，處于熱平衡狀態(tài)，不相同則不是熱平衡狀態(tài)． 二、溫度與溫標(biāo) 例3　關(guān)于溫度與溫標(biāo)，下列說(shuō)法正確的是(　　) A．用攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)表示溫度是兩種不同的表示方法 B．?dāng)z氏溫度與熱力學(xué)溫度都可以取負(fù)值 C．?dāng)z氏溫度升高3 ℃，在熱力學(xué)溫標(biāo)中溫度升高276.1

9、5 K D．熱力學(xué)溫度升高3 K與攝氏溫度升高3 ℃是等效的 答案　AD 解析　溫標(biāo)是溫度數(shù)值的表示方法，常用的溫標(biāo)有攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)，A正確；攝氏溫度可以取負(fù)值，但是熱力學(xué)溫度不能取負(fù)值，因?yàn)闊崃W(xué)溫度的零點(diǎn)是低溫的極限，故選項(xiàng)B錯(cuò)；攝氏溫度升高3 ℃，也就是熱力學(xué)溫度升高了3 K，故選項(xiàng)C錯(cuò)，D正確． 熱力學(xué)溫度與攝氏溫度關(guān)系的理解 (1)關(guān)系：T＝t＋273.15 K. (2)攝氏溫度變化1 ℃與熱力學(xué)溫度變化1 K是等效的，即ΔT＝Δt，而不是ΔT＝Δt＋273.15 K. (3)絕對(duì)零度是低溫的極限，只能接近，永遠(yuǎn)達(dá)不到，故熱力學(xué)溫度不能出現(xiàn)負(fù)值，但攝氏溫度可以

10、出現(xiàn)負(fù)值. 針對(duì)訓(xùn)練　(1)水的沸點(diǎn)是 ℃＝ K. (2)絕對(duì)零度是 ℃＝ K. (3)某人體溫是36.5 ℃，也可以說(shuō)體溫為 K，此人體溫升高1.5 ℃，也可以說(shuō)體溫升高 K. 答案　(1)100　373.15　(2)－273.15　0 (3)309.65　1.5 1．(狀態(tài)參量與平衡態(tài))下列狀態(tài)中處于平衡態(tài)的是(　　) A．將一金屬塊放在沸水中加熱足夠長(zhǎng)的時(shí)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(kāi)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)

11、時(shí)，其狀態(tài)參量穩(wěn)定不變．金屬塊放在沸水中加熱足夠長(zhǎng)的時(shí)間，冰水混合物在0 °C環(huán)境中，其溫度、壓強(qiáng)、體積都不再變化，是平衡態(tài)，故A、B對(duì)；突然被壓縮的氣體狀態(tài)參量發(fā)生變化，故其不是平衡態(tài)，C錯(cuò)；開(kāi)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(cuò)． 2．(熱平衡與溫度)下列說(shuō)法正確的是(　　) A．放在腋下足夠長(zhǎng)時(shí)間的水銀體溫計(jì)中的水銀與人體達(dá)到熱平衡 B．溫度相同的棉花和石頭相接觸，需要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間才能達(dá)到熱平衡 C．若a與b、c分別達(dá)到熱平衡，則b、c之間也達(dá)到了熱平衡 D．兩物體溫度相同，可以說(shuō)兩物體達(dá)到了熱平衡 答案　ACD 解析　當(dāng)溫度計(jì)的液泡與被測(cè)物體緊

12、密接觸時(shí)，如果兩者的溫度有差異，它們之間就會(huì)發(fā)生熱傳遞，高溫物體將向低溫物體傳熱，最終使二者的溫度達(dá)到相等，即達(dá)到熱平衡，故A、D正確；兩個(gè)物體的溫度相同時(shí)，不會(huì)發(fā)生熱傳遞，故B錯(cuò)；若a與b、c分別達(dá)到熱平衡，三者溫度一定相等，所以b、c之間也達(dá)到了熱平衡，故C正確． 3．(溫度計(jì)與溫標(biāo))嚴(yán)冬，湖面上結(jié)了厚厚的冰，但冰下魚(yú)兒仍在游動(dòng)．為了測(cè)出冰下水的溫度，徐強(qiáng)同學(xué)在冰上打了一個(gè)洞，拿來(lái)一支實(shí)驗(yàn)室溫度計(jì)，用下列四種方法測(cè)水溫，正確的做法是(　　) A．用線將溫度計(jì)拴牢從洞中放入水里，待較長(zhǎng)時(shí)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(jì)懸吊在瓶中，再將瓶拴住從洞中放入水里，水灌

13、滿瓶后待較長(zhǎng)時(shí)間，然后將瓶提出，立即讀出溫度計(jì)的示數(shù) C．若溫度計(jì)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(jì)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(cè)量冰下水的溫度，必須使溫度計(jì)與冰下的水達(dá)到熱平衡時(shí)，再讀出溫度計(jì)的示數(shù)，可隔著冰又沒(méi)法直接讀數(shù)，把溫度計(jì)取出來(lái)，顯示的又不是原熱平衡狀態(tài)下的溫度，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確．T＝t＋273.15 K＝277.15 K，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確． 4．(溫度計(jì)與溫標(biāo))下列關(guān)于溫度的說(shuō)法正確的是(　　) A．水銀溫度計(jì)是根據(jù)水銀的熱膨脹與溫度的線性關(guān)系制造的 B．水的沸點(diǎn)為100 ℃，用熱力學(xué)溫

14、度表示即為373.15 K C．水從0 ℃升高到100 ℃，用熱力學(xué)溫度表示即為從273.15 K升高到373.15 K D．水從0 ℃升高到100 ℃，用熱力學(xué)溫度表示就是升高了373.15 K 答案　ABC 解析　水銀溫度計(jì)是根據(jù)水銀的熱膨脹與溫度的線性關(guān)系制造的，A正確；根據(jù)T＝t＋273.15 K可知，100 ℃相當(dāng)于熱力學(xué)溫標(biāo)373.15 K，水從0℃升高到100 ℃升高了100 K，B、C正確，D錯(cuò)誤． 題組一　對(duì)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(　　) A．定態(tài)平衡 B．動(dòng)態(tài)平衡 C．分子已經(jīng)不動(dòng) D．分子仍做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng) 答案　B

15、D 解析　熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡是大量分子的平均效果，是動(dòng)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(gè)氣體分子的運(yùn)動(dòng)速率 B．壓強(qiáng) 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(gè)氣體分子的運(yùn)動(dòng)速率是微觀量，不是氣體的宏觀狀態(tài)參量．氣體的壓強(qiáng)、體積和溫度分別是從力學(xué)、幾何學(xué)、熱學(xué)三個(gè)角度對(duì)氣體的性質(zhì)進(jìn)行的宏觀描述，是確定氣體宏觀狀態(tài)的三個(gè)狀態(tài)參量．故正確答案為B、C、D. 題組二　對(duì)熱平衡與溫度概念的理解 3．甲、乙兩物體接觸時(shí)，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

16、大 C．甲的熱量比乙多 D．甲的溫度比乙高 答案　D 4．關(guān)于平衡態(tài)和熱平衡，下列說(shuō)法中正確的是(　　) 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(gè)系統(tǒng)在接觸時(shí)它們的狀態(tài)不發(fā)生變化，這兩個(gè)系統(tǒng)原來(lái)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(gè)系統(tǒng)的溫度不一定相等 答案　B 解析　平衡態(tài)是針對(duì)某一系統(tǒng)而言的，描述系統(tǒng)狀態(tài)的參量不只溫度一個(gè)，還有體積、壓強(qiáng)，當(dāng)溫度不變時(shí)，系統(tǒng)不一定處于平衡態(tài)，故A錯(cuò)誤；根據(jù)熱平衡的定義可知，系統(tǒng)在接觸時(shí)它們的狀態(tài)不發(fā)生變化，這兩個(gè)系統(tǒng)的溫度是相等的，故B正確，D錯(cuò)誤；據(jù)以上分析可知，平衡態(tài)和熱平衡兩者是不同的，故C錯(cuò)

17、誤． 題組三　溫度計(jì)的使用和兩種溫標(biāo)的關(guān)系 5．關(guān)于熱力學(xué)溫度和攝氏溫度，以下說(shuō)法正確的是(　　) A．熱力學(xué)溫度的單位“K”是國(guó)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(gè)溫度計(jì)——空氣溫度計(jì)，如圖1所示，一個(gè)細(xì)長(zhǎng)頸的球形瓶倒插在裝有紅色液體的槽中，細(xì)管中的液面清晰可見(jiàn)，如果不考慮外界大氣壓的變化，就能根據(jù)液面的變化測(cè)出溫度的變化，則(　　) 圖1 A．該溫度計(jì)的測(cè)溫物質(zhì)是槽中的液體 B．該溫度

18、計(jì)的測(cè)溫物質(zhì)是細(xì)管中的紅色液體 C．該溫度計(jì)的測(cè)溫物質(zhì)是球形瓶中的空氣 D．該溫度計(jì)是利用測(cè)溫物質(zhì)的熱脹冷縮性質(zhì)制造的 答案　CD 解析　細(xì)管中的紅色液體是用來(lái)顯示球形瓶中空氣的體積隨溫度變化情況的，測(cè)溫物質(zhì)是球形瓶中封閉的空氣，該溫度計(jì)是利用測(cè)溫物質(zhì)的熱脹冷縮的性質(zhì)制造的，故A、B錯(cuò)，C、D正確． 7．實(shí)際應(yīng)用中，常用到一種雙金屬溫度計(jì)，它是利用銅片與鐵片鉚合在一起的雙金屬片的彎曲程度隨溫度變化的原理制成的，如圖2所示，已知甲圖中雙金屬片被加熱時(shí)，其彎曲程度會(huì)增大，則下列各種相關(guān)敘述中正確的有(　　) 圖2 A．該溫度計(jì)的測(cè)溫物質(zhì)是銅、鐵兩種熱膨脹系數(shù)不同的金屬 B．雙金

19、屬溫度計(jì)是利用測(cè)溫物質(zhì)熱脹冷縮的性質(zhì)來(lái)工作的 C．由甲圖可知，銅的熱膨脹系數(shù)大于鐵的熱膨脹系數(shù) D．由乙圖可知，其雙金屬片的內(nèi)層一定為銅，外層一定為鐵 答案　ABC 解析　雙金屬溫度計(jì)是利用熱膨脹系數(shù)不同的銅、鐵兩種金屬制成的雙金屬片的彎曲程度隨溫度變化的原理來(lái)工作的，A、B選項(xiàng)正確；由題圖知，加熱時(shí)雙金屬片彎曲程度增大，即進(jìn)一步向上彎曲，說(shuō)明雙金屬片下層熱膨脹系數(shù)較大，即銅的熱膨脹系數(shù)較大，C選項(xiàng)正確；由題圖知，溫度計(jì)示數(shù)是順時(shí)針?lè)较蛟龃?，說(shuō)明當(dāng)溫度升高時(shí)溫度計(jì)指針順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，則其雙金屬片的彎曲程度在增大，故可以推知雙金屬片的內(nèi)層一定是鐵，外層一定是銅，D選項(xiàng)錯(cuò)誤． 8．201

20、6年8月6日是第31屆里約奧運(yùn)會(huì)開(kāi)幕的日子，中央電視臺(tái)播報(bào)天氣預(yù)報(bào)，里約的最高氣溫是38 ℃，它是 K．中國(guó)在研究超導(dǎo)問(wèn)題方面走在世界前列，中國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)某種超導(dǎo)材料的臨界溫度是90 K，它是 ℃. 答案　311.15?。?83.15 9．家用溫度計(jì)經(jīng)常標(biāo)有攝氏溫度和華氏溫度，攝氏溫度是把冰點(diǎn)的溫度定為0 ℃，水沸點(diǎn)的溫度為100 ℃，兩溫度之間分為100等份，每一份為1 ℃；而華氏溫度把冰點(diǎn)定為32華氏度，把水的沸點(diǎn)定為212華氏度，中間分為180等份，每一等份為1華氏度．求： (1)溫度每上升1 ℃，即上升多少華氏度？ (2)人的正常體溫若取37 ℃，為多少華氏度？ 答案　(1)1.8華氏度　(2)98.6華氏度 解析　(1)1 ℃＝ 華氏度＝1.8華氏度 (2)37×1.8華氏度＋32華氏度＝98.6華氏度． 9