2022年高中物理 第七章 第四節(jié) 溫度和溫標學案 新人教版選修3-3

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1、物理選修3－3(人教版) 2022年高中物理 第七章 第四節(jié) 溫度和溫標學案 新人教版選修3-3 1．知道什么是狀態(tài)參量，什么是平衡態(tài)． 2．理解熱平衡的概念及熱平衡定律，體會生活中的熱平衡現(xiàn)象．了解熱力學溫度的應用． 3．了解溫度的意義． 4．知道常見溫度計的構(gòu)造，會使用常用的溫度計． 5．掌握溫度的定義，知道什么是溫標、熱力學溫標，以及熱力學溫度的表示．理解攝氏溫度與熱力學溫度的轉(zhuǎn)換關(guān)系． 1．狀態(tài)參量與平衡態(tài)． (1)熱力學系統(tǒng)：通常把由大量分子組成的研究對象稱為熱力學系統(tǒng)． (2)狀態(tài)參量：為了描述系統(tǒng)的狀態(tài)，需要用到一些物理量，這些描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理

2、量，叫作系統(tǒng)的狀態(tài)參量．常用物理量有幾何參量體積、力學參量壓強、熱學參量溫度． (3)平衡態(tài)：沒有外界影響的情況下，系統(tǒng)所有性質(zhì)都不隨時間變化的穩(wěn)定的狀態(tài)． 2．熱平衡與溫度． (1)熱平衡：兩個相互接觸的熱力學系統(tǒng)的狀態(tài)參量不再變化． (2)熱平衡定律：如果兩個系統(tǒng)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． (3)溫度：表征熱平衡系統(tǒng)的“共同熱學性質(zhì)”的物理量．也就是說，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． 3．溫標：溫度的數(shù)值表示法． (1)攝氏溫標：規(guī)定標準大氣壓下冰水混合物的溫度為0 ℃，沸水的溫度為100 ℃，在0和100之間

3、分成100等份，每一等份就是1 ℃，這種表示溫度的方法即為攝氏溫標，表示的溫度叫作攝氏溫度． (2)熱力學溫標：規(guī)定攝氏溫標的－273.15 ℃為零值，這種表示溫度的方法即為熱力學溫標，表示的溫度叫作熱力學溫度(T)，單位為開爾文(K)． (3)熱力學溫度(T)與攝氏溫度(t)的關(guān)系為T＝t＋273.15_K． 1．系統(tǒng)：系統(tǒng)是研究對象的整體． 2．狀態(tài)參量：描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量． 注：物理學中描述物體狀態(tài)的常用參量為壓強、體積、溫度，通常用體積描述它的幾何性質(zhì)，用壓強描述其力學性質(zhì)，用溫度描述其熱學性質(zhì)． 3．平衡態(tài)． 對于一個不受外界影響的系統(tǒng)，無

4、論其初始狀態(tài)如何，經(jīng)過足夠長的時間后，必將達到一個宏觀性質(zhì)不再隨時間變化的穩(wěn)定狀態(tài)，這種狀態(tài)叫平衡態(tài)． ?嘗試應用 1．下列說法中正確的是(B) 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．當系統(tǒng)不受外界影響，且經(jīng)過足夠長的時間，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，而處于熱傳遞過程中

5、的兩系統(tǒng)處于非平衡狀態(tài)，故D項錯誤． 1．熱平衡． 兩個系統(tǒng)相互接觸，它們間沒有隔熱材料，或通過導熱性能好的材料接觸，這兩個系統(tǒng)的狀態(tài)參量不再變化，此時的狀態(tài)叫熱平衡狀態(tài)，我們說兩系統(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． 3．溫度． 達到了熱平衡的系統(tǒng)具有“共同性質(zhì)”，我們用溫度來表征這個“共同性質(zhì)”．也可理解為物體的冷熱程度． 注：(1)一切達到熱平衡的物體都具有相同的溫度． (2)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，這就是溫度計用來測量溫度的基本原理

6、． ?嘗試應用 2．關(guān)于平衡態(tài)和熱平衡，下列說法中正確的是(B) 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．處于熱平衡的幾個系統(tǒng)的壓強一定相等 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)的定義要所有性質(zhì)都不變化才行，可以確定A是錯誤的．根據(jù)熱平衡的定義可知B、D是正確．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是錯誤的． 1．溫度計的測溫原理． (1)水銀溫度計是根據(jù)物體熱脹冷縮的性質(zhì)來測量溫度的． (2

7、)金屬電阻溫度計是根據(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)電偶溫度計是根據(jù)不同導體因溫差產(chǎn)生的電動勢大小來測量溫度的． 2．溫標． (1)攝氏溫標． 規(guī)定標準大氣壓下冰水混合物的溫度為零度，沸水的溫度為100 ℃，在0和100之間分成100等份，每一等份就是1 ℃，這種表示溫度的方法就是攝氏溫標，表示的溫度叫攝氏溫度(t)，單位為℃. (2)熱力學溫標． 規(guī)定攝氏溫度的－273.15 ℃為零值，它的一度也等于攝氏溫度的一度，這種表示溫度的方法就是開爾文溫標，也叫熱力學溫標．表示的溫度叫熱力學溫度(T)，單位為開爾文

8、，簡稱開(K)． 3．兩種溫標的關(guān)系． (1)熱力學溫度的分度，大小等于攝氏溫度的1 ℃，在表示溫差時，1 K＝1 ℃；在表示溫度時卻不相等． (2)熱力學溫度與攝氏溫度的關(guān)系T＝t＋273.15 K. (3)攝氏溫度中零上表示比0 ℃高，零下表示比0 ℃低，通常用正負數(shù)表示． (4)熱力學溫標的零值是低溫的極限，永遠達不到． 4．易混淆的問題． 有些同學認為物體感覺冷就是溫度低，其實這種說法是缺乏科學依據(jù)的，人體感受到物體的冷熱程度，一方面取決于被感受的物體的溫度，另一方面還與被感受物體單位時間內(nèi)從人體吸收(或放出)的熱量的多少有關(guān)．冬天溫度相同的鐵塊和木塊，摸上去感覺鐵塊更冷

9、一些，這是因為鐵塊單位時間內(nèi)從手上吸收的熱量多的原因． ?嘗試應用 3．關(guān)于溫度與溫標，下列說法正確的是(D) A．溫度與溫標是一回事，所以熱力學溫標也稱為熱力學溫度 B．攝氏溫度與熱力學溫度都可以取負值 C．溫度升高3 ℃，在熱力學溫標中溫度升高276.15 K D．熱力學溫度每一開爾文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，用熱力學溫標表示的溫度稱為熱力學溫度，選項A錯．攝氏溫度可以取負值，但是熱力學溫度不能取負值，因為熱力學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溫度的每一開爾文的大小相等

10、，選項D正確．溫度升高3 ℃也就是溫度升高了3 K，故選項C錯． 1．三個系統(tǒng)A、B、C處于熱平衡狀態(tài)，則關(guān)于它們的溫度的說法正確的是(C) A．它們的溫度可以有較大的差別 B．它們的溫度可以有微小的差別 C．它們的溫度一定相同 D．無法判斷溫度的關(guān)系 解析：當三個系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)時，它們有相同的狀態(tài)參量，即具有相同的溫度，故C項正確． 2．(多選)下列有關(guān)溫標的說法中正確的是(AD) 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

11、論依據(jù) D．熱力學溫標是從理論上規(guī)定的 解析：不同溫標下，同一溫度在數(shù)值上可能不同，A正確；相同的冷熱程度，用不同的溫標表示，數(shù)值可以是不同的，B錯；熱力學溫標是從理論上做出的規(guī)定，C錯、D正確． 3．關(guān)于熱力學溫標與攝氏溫標的下列說法不正確的是(D) A．熱力學溫標與攝氏溫標的每一分度的大小是相同的 B．熱力學溫標的0度值對應于－273.15 ℃ C．熱力學溫標的0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 解析：由T＝t＋273 K，得知，ΔT＝Δt，即熱力學溫標溫度的變化總等于攝氏溫標溫度的變化，故A正確；熱力學溫度與攝氏溫度的關(guān)系是T

12、＝t＋273 K．可知，當T＝0時，則t＝－273 ℃，故B正確；根據(jù)熱力學第三定律可知，熱力學溫標的零K達不到．故C正確；氣體溫度趨近于絕對零度時，可能是壓強p趨近于零，故D錯誤． 4．關(guān)于溫度與溫標，下列說法正確的是(D) A．溫度與溫標是一回事，所以熱力學溫標也稱為熱力學溫度 B．攝氏溫度與熱力學溫度都可以取負值 C．溫度升高3 ℃，在熱力學溫標中溫度升高276.15 K D．熱力學溫度每一開爾文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，用熱力學溫標表示的溫度稱為熱力學溫度，選項A錯．攝氏溫度可以取負值，但是熱力

13、學溫度不能取負值，因為熱力學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溫度的每一開爾文的大小相等，選項D正確．溫度升高3 ℃也就是溫度升高了3 K，故選項C錯． 5．關(guān)于熱力學溫度，下列說法中正確的是(A) A．－33 ℃＝240 K B．溫度變化1 ℃，也就是溫度變化274 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，對應的熱力學溫度升高了273 K＋t 解析：本題主要考查熱力學溫度與攝氏溫度的關(guān)系．T＝273 K＋t，由此可知：－33 ℃＝240 K，A正確；溫度變化1 ℃，也就是溫度變化1 K，故B項錯誤；對于攝氏溫度可取負值

14、的范圍為－273 ℃～0，因絕對零度達不到，故熱力學溫度不可能取負值，故C錯；D中初態(tài)熱力學溫度為273 K＋t，末態(tài)為273 K＋2t，溫度升高了t，故D錯． 6．當甲、乙兩物體相互接觸后，熱量從甲物體流向乙物體，這樣的情況表示甲物體具有何種特性(D) A．較高的熱量 B．較大的比熱容 C．較大的密度 D．較高的溫度 解析：根據(jù)熱量的傳遞特性：熱量總是自發(fā)地從高溫物體傳到低溫物體，或從物體的高溫部分傳遞到低溫部分，因此決定熱能傳遞方向的決定因素是溫度，A、B、C各選項所提到的條件均與此無關(guān)，故D正確． 7．下列敘述正確的是(D) A．若不斷冷凍，物

15、體的溫度就不斷地下降，沒有止境 B．目前尚不知最低溫是多少，最高溫是多少 C．攝氏零下373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 解析：在目前的技術(shù)條件下最低溫可使銅原子核降至10－6 K，但是極不穩(wěn)定無法持久，故A、B錯誤．攝氏零下273.15 ℃是低溫的極限，故C錯．運用熱平衡原理可知D是正確的． 8．下圖是四種測液體溫度的方法，其中正確的是(D) 解析：用溫度計測量液體溫度時，溫度計必須置于液體中，而且不能與器壁接觸，只有D正確． 9．目前世界上最大的強子對撞機在法國和瑞士的邊境建成，并投入使用．加速器工作時，需要注入約1

16、萬噸液氮對電路進行冷卻，冷卻的最低溫度可達到零下271攝氏度，請將該溫度用熱力學溫標來表示(A) A．2 K B．271 K C．4 K D．0.1 K 解析：由熱力學溫標與攝氏溫標的關(guān)系式T＝t＋273 K和t＝－271 ℃得T＝2 K．故A項正確． 10．嚴冬，湖面上結(jié)了厚厚的冰，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(C) 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，

17、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) 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下的溫度，所以A的做法不正確，C的做法正確，D的做法不正確，B的做法也失去了原來的熱平衡，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了． 11．一般實驗室里常用的一種攝氏

18、溫度計叫攝氏溫標：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計的．如圖所示，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．熱力學溫標由英國科學家威廉·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： (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. 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. 答案：(1)T＝t＋273.15 K　(2)0　273　100　373　(3)1