（江蘇專版）2018版高中物理 第七章 分子動理論 4 溫度和溫標學案 新人教版選修3-3

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1、 4　溫度和溫標 [學習目標] 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) [導學探究]　(1)在力學中，為了確定物體運動的狀態(tài)，我們使用了物體的位移和速度這兩個物理量．在熱學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)與外界沒有能量交換，該系統(tǒng)就達到平衡態(tài)了嗎？ 答案　(1)體積、壓強和溫度．(2)不是． [知識梳理] 1．熱力學系統(tǒng)：由大量分子組成的一個研究對象． 2．熱力學系統(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p：系統(tǒng)的力學參量，它可以描述系統(tǒng)的力學性質(zhì)． (3)溫度T：系統(tǒng)的熱學參量，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． 二、熱平衡與溫度 [導學探究]　(1)用手心握住體溫計玻璃泡，觀察到體溫計的示數(shù)逐漸上升．當上升到36 ℃左右時，為什么不再上升？(2)當把它立即放入40 ℃的水中時，你又看到什么現(xiàn)象？為什么？ 答案　(1)因為體溫計與人體溫度相同，即達到了熱平衡．(2)體溫計的示數(shù)繼續(xù)上

3、升，因為體溫計玻璃泡的溫度與水的溫度不相同，沒有達到熱平衡． [知識梳理] 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．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 [導

4、學探究]　(1)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，當外界溫度越高時，細管內(nèi)的水柱越高嗎？ 圖1 (2)如果氣體的溫度是1℃，也可以說氣體的溫度是多少K？如果氣體的溫度升高了1℃，也可以說氣體的溫度升高了多少K? 答案　(1)不是．由熱脹冷縮可知，當外界溫度越高時，氣體膨脹越厲害，細管內(nèi)的水柱越低．(2)274.15 K　1 K [知識梳理] 1．確定一個溫標的方法 (1)選擇某種具有測溫屬性的物質(zhì)． (2)了解測溫物質(zhì)隨溫度變化的函數(shù)關(guān)系． (3)確定溫度的零點和分度的方法． 2．熱力學溫度T與攝氏溫度t (1)攝氏溫標：一種常用的表示

5、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. (4)注意：攝氏溫標的1 ℃的分格與熱力學溫標1 K的分格是等價的，故用熱力學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. 一、平衡態(tài)與熱平衡 例1　下列說法正確的是(　　) 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，故當系統(tǒng)狀態(tài)變化時，其各個狀態(tài)參量都會改變 C．兩物體發(fā)生熱傳遞時，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)無關(guān)，且系統(tǒng)狀態(tài)變化時，不一定各個狀態(tài)參量都改變，A、B錯誤；處于熱傳遞過程中的兩系統(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，周圍環(huán)境會向冰水混合物傳熱，不是平衡態(tài)，D錯誤． 兩步法判斷熱力學系統(tǒng)是否處于平衡態(tài) (1)判斷熱力學系統(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、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、丙三個溫度不同的物體，將甲和乙接觸一段時間后分開，再將乙和丙接觸一段時間后分開，假設(shè)只有在它們相互接觸時有熱傳遞，不接觸時與外界沒有熱傳遞，則(　　) A．甲、乙、丙三個物體都達到了平衡態(tài) B．只有乙、丙達到了平衡態(tài)，甲沒有達到平衡態(tài) C．乙、丙兩物體都和甲達到了熱平衡 D．乙、丙兩物體達到了熱平衡 答案　AD 解析　乙和丙分開后，甲、乙、丙三個物體與外界沒有熱傳遞，所以甲、乙、丙三個物體都達到了平衡態(tài)，A正確，B錯誤；甲和乙接觸一段時間后分開，甲

8、和乙達到了熱平衡，但乙和丙接觸一段時間后，乙的溫度又發(fā)生了變化，甲和乙的熱平衡被破壞，乙和丙兩物體達到了熱平衡，C錯誤，D正確． 判斷系統(tǒng)達到熱平衡的兩個方法 (1)根據(jù)兩個相接觸的系統(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 例3　關(guān)于溫度與溫標，下列說法正確的是(　　) 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．攝氏溫度與熱力學溫度都可以取負值 C．攝氏溫度升高3 ℃，在熱力學溫標中溫度升高276.1

9、5 K D．熱力學溫度升高3 K與攝氏溫度升高3 ℃是等效的 答案　AD 解析　溫標是溫度數(shù)值的表示方法，常用的溫標有攝氏溫標和熱力學溫標，A正確；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；攝氏溫度升高3 ℃，也就是熱力學溫度升高了3 K，故選項C錯，D正確． 熱力學溫度與攝氏溫度關(guān)系的理解 (1)關(guān)系：T＝t＋273.15 K. (2)攝氏溫度變化1 ℃與熱力學溫度變化1 K是等效的，即ΔT＝Δt，而不是ΔT＝Δt＋273.15 K. (3)絕對零度是低溫的極限，只能接近，永遠達不到，故熱力學溫度不能出現(xiàn)負值，但攝氏溫度可以

10、出現(xiàn)負值. 針對訓練　(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)100　373.15　(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)

11、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；突然被壓縮的氣體狀態(tài)參量發(fā)生變化，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．放在腋下足夠長時間的水銀體溫計中的水銀與人體達到熱平衡 B．溫度相同的棉花和石頭相接觸，需要經(jīng)過一段時間才能達到熱平衡 C．若a與b、c分別達到熱平衡，則b、c之間也達到了熱平衡 D．兩物體溫度相同，可以說兩物體達到了熱平衡 答案　ACD 解析　當溫度計的液泡與被測物體緊

12、密接觸時，如果兩者的溫度有差異，它們之間就會發(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到相等，即達到熱平衡，故A、D正確；兩個物體的溫度相同時，不會發(fā)生熱傳遞，故B錯；若a與b、c分別達到熱平衡，三者溫度一定相等，所以b、c之間也達到了熱平衡，故C正確． 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

13、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．(溫度計與溫標)下列關(guān)于溫度的說法正確的是(　　) A．水銀溫度計是根據(jù)水銀的熱膨脹與溫度的線性關(guān)系制造的 B．水的沸點為100 ℃，用熱力學溫

14、度表示即為373.15 K C．水從0 ℃升高到100 ℃，用熱力學溫度表示即為從273.15 K升高到373.15 K D．水從0 ℃升高到100 ℃，用熱力學溫度表示就是升高了373.15 K 答案　ABC 解析　水銀溫度計是根據(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 ℃相當于熱力學溫標373.15 K，水從0℃升高到100 ℃升高了100 K，B、C正確，D錯誤． 題組一　對狀態(tài)參量與平衡態(tài)的理解 1．熱力學系統(tǒng)的平衡態(tài)是一種(　　) 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　B

15、D 解析　熱力學系統(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、幾何學、熱學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 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

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)的溫度不一定相等 答案　B 解析　平衡態(tài)是針對某一系統(tǒng)而言的，描述系統(tǒng)狀態(tài)的參量不只溫度一個，還有體積、壓強，當溫度不變時，系統(tǒng)不一定處于平衡態(tài)，故A錯誤；根據(jù)熱平衡的定義可知，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)的溫度是相等的，故B正確，D錯誤；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

17、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．某物體攝氏溫度10 ℃，即熱力學溫度10 K D．0 ℃的溫度可用熱力學溫度粗略地表示為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

18、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，該溫度計是利用測溫物質(zhì)的熱脹冷縮的性質(zhì)制造的，故A、B錯，C、D正確． 7．實際應(yīng)用中，常用到一種雙金屬溫度計，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，其彎曲程度會增大，則下列各種相關(guān)敘述中正確的有(　　) 圖2 A．該溫度計的測溫物質(zhì)是銅、鐵兩種熱膨脹系數(shù)不同的金屬 B．雙金

19、屬溫度計是利用測溫物質(zhì)熱脹冷縮的性質(zhì)來工作的 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工作的，A、B選項正確；由題圖知，加熱時雙金屬片彎曲程度增大，即進一步向上彎曲，說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選項正確；由題圖知，溫度計示數(shù)是順時針方向增大，說明當溫度升高時溫度計指針順時針方向轉(zhuǎn)動，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選項錯誤． 8．201

20、6年8月6日是第31屆里約奧運會開幕的日子，中央電視臺播報天氣預(yù)報，里約的最高氣溫是38 ℃，它是 K．中國在研究超導問題方面走在世界前列，中國科學家發(fā)現(xiàn)某種超導材料的臨界溫度是90 K，它是 ℃. 答案　311.15?。?83.15 9．家用溫度計經(jīng)常標有攝氏溫度和華氏溫度，攝氏溫度是把冰點的溫度定為0 ℃，水沸點的溫度為100 ℃，兩溫度之間分為100等份，每一份為1 ℃；而華氏溫度把冰點定為32華氏度，把水的沸點定為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