2019-2020學(xué)年高中物理 第七章 分子動(dòng)理論 第4節(jié) 溫度和溫標(biāo)學(xué)案 新人教版選修3-3

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1、第4節(jié)　溫度和溫標(biāo) 　1.知道什么是狀態(tài)參量，什么是平衡態(tài)．　2.了解熱平衡的概念及熱平衡定律． 3．知道溫度與溫標(biāo)的定義，理解溫度意義以及熱力學(xué)溫度的表示，理解攝氏溫度與熱力學(xué)溫度的關(guān)系． 一、狀態(tài)參量與平衡態(tài) 1．熱力學(xué)系統(tǒng)和外界 (1)熱力學(xué)系統(tǒng)：在熱學(xué)中，把某個(gè)范圍內(nèi)大量分子組成的研究對(duì)象叫做熱力學(xué)系統(tǒng)，簡稱系統(tǒng)． (2)外界：系統(tǒng)之外與系統(tǒng)發(fā)生相互作用的其他物體統(tǒng)稱為外界． 2．狀態(tài)參量：描述系統(tǒng)熱學(xué)性質(zhì)的物理量，在熱學(xué)中常用的狀態(tài)參量有體積V、壓強(qiáng)p、溫度T等． 3．平衡態(tài)：在沒有外界影響的情況下，系統(tǒng)所有性質(zhì)都不隨時(shí)間而變化的穩(wěn)定狀態(tài)． 1．一根長鐵絲，

2、一端插入100 ℃的沸水中，另一端放入0 ℃恒溫源中，經(jīng)過足夠長的時(shí)間，溫度隨鐵絲有一定的分布，而且不再隨時(shí)間變化，這種狀態(tài)是否為平衡態(tài)？ 提示：這種狀態(tài)不是平衡態(tài)，只是一種穩(wěn)定狀態(tài)，因?yàn)榇嬖谕庠谝蛩氐挠绊懀? 二、熱平衡與溫度 熱平衡：如果兩個(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)過一段時(shí)間以后，狀態(tài)參量就不再變化了，即這兩個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了熱平衡． 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． 溫度：處于熱平衡的系統(tǒng)之間有一“共同熱學(xué)性質(zhì)”，即溫度．這就是溫度計(jì)能夠用來測(cè)量和比較溫度高低的基本原理． 4．熱平衡的性質(zhì)：一切達(dá)到熱

3、平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度． 2．“平衡態(tài)”就是“熱平衡”嗎？ 提示：不是．“平衡態(tài)”指的是一個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)，“熱平衡”指的是兩個(gè)系統(tǒng)之間的關(guān)系，二者的本質(zhì)不同． 三、溫度計(jì)與溫標(biāo) 1．溫度計(jì) 名稱 原理 水銀溫度計(jì) 根據(jù)水銀的熱膨脹的性質(zhì)來測(cè)量溫度 金屬電阻溫度計(jì) 根據(jù)金屬鉑的電阻隨溫度的變化來測(cè)量溫度 氣體溫度計(jì) 根據(jù)氣體壓強(qiáng)隨溫度的變化來測(cè)量溫度 熱電偶溫度計(jì) 根據(jù)不同導(dǎo)體因溫差產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的大小來測(cè)量溫度 2.溫標(biāo)：定量描述溫度的方法． (1)攝氏溫標(biāo)：一種常用的表示溫度的方法，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 ℃刻度與1

4、00 ℃刻度之間均勻分成100等份，每份算作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)”． (3)攝氏溫度與熱力學(xué)溫度 攝氏溫度 攝氏溫標(biāo)表示的溫度，用符號(hào)t表示，單位是攝氏度，符號(hào)為℃ 熱力學(xué)溫度 熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度，用符號(hào)T表示，單位是開爾文(開)，符號(hào)為K 換算關(guān)系 T＝t＋273.15 K (1)27 ℃的溫度可以用熱力學(xué)溫度粗略地表示為300 K．(　　) (2)攝氏溫度和熱力學(xué)溫度都是從零開始的．(　　) (3)溫度升高20 ℃也就是升高了20 K．(　　) (4)熱力學(xué)溫度是國際單位制中基本物理量之一．(　　

5、) 提示：(1)√　(2)×　(3)√　(4)√ 　平衡態(tài)與熱平衡的比較 1．平衡態(tài)的理解 (1)熱力學(xué)的平衡態(tài)與力學(xué)的平衡態(tài)的意義不同，熱力學(xué)的平衡態(tài)是一種動(dòng)態(tài)平衡，組成系統(tǒng)的分子仍在不停地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，只是分子運(yùn)動(dòng)的平均效果不隨時(shí)間變化，表現(xiàn)為系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化． (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． 2．熱平衡的理解 (1)平衡態(tài)與熱平衡的區(qū)別：平衡態(tài)是對(duì)某一系統(tǒng)而言的，是系統(tǒng)的狀態(tài)，熱平衡是對(duì)兩個(gè)接觸的系統(tǒng)之間的關(guān)系而言的．分別處于平衡態(tài)的兩個(gè)系統(tǒng)在相互接觸時(shí)，它們的狀態(tài)可能會(huì)發(fā)生變化，直到溫度相同時(shí)，兩個(gè)系統(tǒng)便達(dá)到了熱平衡．

6、達(dá)到熱平衡的兩個(gè)系統(tǒng)都處于平衡態(tài)． (2)熱平衡概念也適用于兩個(gè)原來沒有發(fā)生過作用的系統(tǒng)，只要兩個(gè)系統(tǒng)在接觸時(shí)它們的狀態(tài)不發(fā)生變化，那么這兩個(gè)系統(tǒng)原來是處于熱平衡的． 3．熱平衡定律的意義：決定兩個(gè)系統(tǒng)是否達(dá)到了熱平衡的最主要參量是溫度．因?yàn)榛闊崞胶獾奈矬w具有相同的溫度，所以在比較各物體的溫度時(shí)，不需要將各物體直接接觸，只需將溫度計(jì)分別與各物體接觸，即可比較溫度的高低． 　(1)熱平衡的特征方面：溫度是決定一個(gè)系統(tǒng)與另一個(gè)系統(tǒng)是否達(dá)到熱平衡狀態(tài)的物理量． (2)熱平衡的條件方面：達(dá)到熱平衡的兩個(gè)系統(tǒng)一定具有相同的溫度． 　(多選)關(guān)于平衡態(tài)和熱平衡，下列說法中正確的是(　　) A

7、．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，說明這兩個(gè)系統(tǒng)原來的溫度是相等的 C．熱平衡就是平衡態(tài) D．處于熱平衡的幾個(gè)系統(tǒng)都處于平衡態(tài) [審題突破]　(1)一個(gè)系統(tǒng)的溫度、壓強(qiáng)、體積都不再變化，該系統(tǒng)處于何種狀態(tài)？ (2)若兩個(gè)系統(tǒng)的什么相等，則兩個(gè)系統(tǒng)已達(dá)到熱平衡？ [解析]　一般來說，描述系統(tǒng)的狀態(tài)參量不止一個(gè)，僅僅根據(jù)溫度不變且處處相等不能得出系統(tǒng)一定處于平衡態(tài)的結(jié)論，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；根據(jù)熱平衡的定義可知B、D是正確的；平衡態(tài)是針對(duì)某一系統(tǒng)而言的，熱平衡是兩個(gè)系統(tǒng)相互影響的最終結(jié)果，可見選項(xiàng)C錯(cuò)誤． [答案]　BD 解答熱平

8、衡問題的三個(gè)要點(diǎn) (1)平衡態(tài)與熱平衡不同，平衡態(tài)指的是一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部達(dá)到的一種動(dòng)態(tài)平衡． (2)必須要經(jīng)過較長一段時(shí)間，直到系統(tǒng)內(nèi)所有性質(zhì)都不隨時(shí)間變化為止． (3)系統(tǒng)與外界沒有能量的交換．　 　1.(多選)有甲、乙、丙三個(gè)溫度不同的物體，將甲和乙接觸較長一段時(shí)間后分開．再將乙和丙接觸較長一段時(shí)間后分開，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、丙兩物體一定達(dá)到了熱平衡 解析：選AD.乙和丙分開后，甲、乙、丙三個(gè)物體與

9、外界沒有熱傳遞，它們中各自的宏觀性質(zhì)將不隨時(shí)間而變化且具有確定的狀態(tài)，所以甲、乙、丙三個(gè)物體都達(dá)到了平衡態(tài)，A選項(xiàng)正確，B選項(xiàng)錯(cuò)誤；甲和乙接觸一段時(shí)間分開后，甲和乙達(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、丙兩物體達(dá)到了熱平衡，故C選項(xiàng)錯(cuò)誤，D選項(xiàng)正確． 　對(duì)溫度和溫標(biāo)的理解 1．“溫度”含義的兩種說法 宏觀角度 溫度表示物體的冷熱程度，這樣的定義帶有主觀性，因?yàn)槔錈崾怯扇梭w的感覺器官比較得到的，往往是不準(zhǔn)確的 熱平衡角度 溫度的嚴(yán)格定義是建立在熱平衡定律基礎(chǔ)上的．熱平衡定律指出，兩個(gè)系統(tǒng)相互處于熱平衡時(shí)，存在一個(gè)數(shù)值相等的物理量，這個(gè)

10、物理量就是溫度，這樣的定義更具有科學(xué)性 2.溫度計(jì)測(cè)量原理：一切互為熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度．使溫度計(jì)與待測(cè)物體接觸，達(dá)到熱平衡，其溫度與待測(cè)物體的溫度相同． 3．溫標(biāo) (1)常見的溫標(biāo)有攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)． (2)比較攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)． 攝氏溫標(biāo) 熱力學(xué)溫標(biāo) 提出者 攝爾修斯和施勒默爾 英國物理學(xué)家開爾文 零度的規(guī)定 一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰水混合物的溫度 －273.15 ℃ 溫度名稱 攝氏溫度 熱力學(xué)溫度 溫度符號(hào) t T 單位名稱 攝氏度 開爾文 單位符號(hào) ℃ K 關(guān)系 ①T＝t＋273.15 K，粗略表示：T＝t＋2

11、73 K ②1 K的大小與1 ℃的大小相等 　(多選)下列有關(guān)溫度的說法正確的是(　　) 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．用兩種溫標(biāo)表示溫度的變化時(shí)，兩者的數(shù)值相等 C．1 K就是1 ℃ D．當(dāng)溫度變化1 ℃時(shí)，也可以說成溫度變化274 K [解題探究]　(1)熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系式為________________． (2)1 ℃與1 K意義相同嗎？ [解析]　溫標(biāo)是用來定量描述溫度的方法，常用的溫標(biāo)有攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)，A項(xiàng)正確；兩種溫標(biāo)表示同一溫度時(shí)，數(shù)值不同，但在表示同一溫度變化時(shí)，數(shù)值是相同的，B項(xiàng)正確；攝氏溫度變化1 ℃與熱力學(xué)

12、溫度變化1 K是等效的，D錯(cuò)誤；在數(shù)值上T＝1 ℃＋273 K＝274 K，1 ℃對(duì)應(yīng)274 K，C錯(cuò)誤． [答案]　AB 熱力學(xué)溫度與攝氏溫度關(guān)系的理解 (1)T＝t＋273.15 K是解決有關(guān)熱力學(xué)溫度與攝氏溫度關(guān)系問題的基礎(chǔ)． (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，但攝氏溫度可以出現(xiàn)負(fù)值．　 　2.關(guān)于熱力學(xué)溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)，下列說法正確的是(　　) A．熱力學(xué)溫標(biāo)中的每1 K與攝氏溫標(biāo)中每1 ℃大小相等 B．熱力學(xué)溫度升高1 K大于攝氏溫度升高1 ℃ C．熱力學(xué)溫度升高1 K小于攝氏溫度升高1 ℃ D．某物體攝氏溫度10 ℃，即熱力學(xué)溫度10 K 解析：選A．熱力學(xué)溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)的起點(diǎn)是不同的，但是熱力學(xué)溫標(biāo)中的每1 K與攝氏溫標(biāo)中每1 ℃大小相等，故熱力學(xué)溫度升高1 K等于攝氏溫度升高1 ℃；選項(xiàng)A正確，B、C錯(cuò)誤；某物體攝氏溫度10 ℃，即熱力學(xué)溫度(273＋10 )K＝283 K，選項(xiàng)D錯(cuò)誤. - 5 -