2018-2019學(xué)年高中物理 第七章 分子動理論 課時4 溫度和溫標(biāo)學(xué)案 新人教版選修3-3

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1、 學(xué)案4　溫度和溫標(biāo) [目標(biāo)定位] 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) [問題設(shè)計(jì)] 在力學(xué)中，為了確定物體機(jī)械運(yùn)動的狀態(tài)，我們使用了位移和速度這兩個物理量.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？ 答案　體積、壓強(qiáng)和溫度. [要點(diǎn)提煉] 1.熱力學(xué)系統(tǒng)：由大量分子組成的一個研究對象. 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).

2、 (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(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. [延伸思考]　處于平衡態(tài)的系統(tǒng)，其內(nèi)部分子是否停止了運(yùn)動？ 答案　不是.熱力學(xué)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(yùn)動，只是分子運(yùn)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. 二、熱平衡與溫度 [問題設(shè)計(jì)] 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 °C左右時，為什么不再上升？當(dāng)把它立即放入

3、40 °C的水中時，你又看到什么現(xiàn)象？ 答案　體溫計(jì)與人體溫度相同時，不再上升；又會上升. [要點(diǎn)提煉] 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(dá)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(dá)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.理解熱平衡的兩個層面 (1)原來兩個系統(tǒng)不是熱平衡，接觸后最終達(dá)到熱平衡. (2)原來兩個系統(tǒng)處于熱平衡，再接觸，兩個系統(tǒng)它們的狀態(tài)不發(fā)生變化. 4.熱平衡與溫度 (1)一切達(dá)到熱平衡

4、的物體都具有相同的溫度. (2)溫度計(jì)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(jì)用來測量溫度的基本原理. 三、溫度計(jì)與溫標(biāo) [問題設(shè)計(jì)] 如圖1所示，伽利略溫度計(jì)是利用玻璃管內(nèi)封閉的氣體作為測量物質(zhì)制成的，當(dāng)外界溫度越高時，細(xì)管內(nèi)的水柱越高嗎？ 圖1 答案　由熱脹冷縮可知，當(dāng)外界溫度越高時，氣體膨脹越厲害，則細(xì)管內(nèi)的水柱越低. [要點(diǎn)提煉] 1.幾種溫度計(jì)的測量原理 (1)水銀溫度計(jì)是根據(jù)水銀熱脹冷縮的性質(zhì)來測量溫度的. (2)金屬電阻溫度計(jì)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(jì)是根據(jù)氣體壓強(qiáng)

5、與溫度的關(guān)系來測量溫度的. (4)熱電偶溫度計(jì)是根據(jù)不同導(dǎo)體因溫差產(chǎn)生的電動勢的大小來測量溫度的. 2.溫標(biāo)要素 第一，選擇某種具有測溫屬性的測溫物質(zhì)；第二，了解測溫物質(zhì)隨溫度變化的函數(shù)關(guān)系；第三，確定溫度零點(diǎn)和分度的方法. 3.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T表示，單位是開爾文，符號為K. (3)攝氏溫度與熱力學(xué)

6、溫度的關(guān)系為T＝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. [延伸思考]　“1 K＝1 ℃”對嗎？ 答案　在表示溫度差時“1 K＝1 ℃”是正確的，即ΔT＝Δt.但在表示溫度高低時卻不正確. 一、狀態(tài)參量與平衡態(tài) 例1　下列說法中正確的是(　　) 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(dāng)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)

7、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(dá)到平衡狀態(tài)，各部分狀態(tài)參量將會相同，故B項(xiàng)正確，A、C項(xiàng)錯誤；處于熱傳遞過程中的兩系統(tǒng)處于非平衡狀態(tài)，故D項(xiàng)錯誤. 答案　B 二、熱平衡與溫度 例2　關(guān)于熱平衡，下列說法正確的是(　　) A.系統(tǒng)甲與系統(tǒng)乙達(dá)到熱平衡就是它們的溫度達(dá)到相同的狀態(tài) B.標(biāo)準(zhǔn)狀況下，冰水混合物與0 °C的水未達(dá)到熱平衡 C.量體溫時溫度計(jì)需和身體接觸十分鐘左右是為了讓溫度計(jì)跟身體達(dá)到熱平衡 D.冷熱程度相同的兩系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)

8、解析　兩系統(tǒng)達(dá)到熱平衡時的標(biāo)志是它們的溫度相同，或者說它們的冷熱程度相同，所以A、C、D對，B錯. 答案　ACD 三、溫度計(jì)與溫標(biāo) 例3　關(guān)于溫度與溫標(biāo)，下列說法正確的是(　　) A.溫度與溫標(biāo)是一回事，所以熱力學(xué)溫標(biāo)也稱為熱力學(xué)溫度 B.攝氏溫度與熱力學(xué)溫度都可以取負(fù)值 C.攝氏溫度升高3 °C，在熱力學(xué)溫標(biāo)中溫度升高276.15 K D.熱力學(xué)溫度每一度的大小與攝氏溫度每一度的大小相等 解析　溫標(biāo)是溫度數(shù)值的表示方法，所以溫度與溫標(biāo)是不同的概念，用熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度稱為熱力學(xué)溫度，選項(xiàng)A錯.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

9、選項(xiàng)B錯.攝氏溫度的每一度與熱力學(xué)溫度的每一度的大小相等，選項(xiàng)D正確.攝氏溫度升高3 °C，也就是熱力學(xué)溫度升高了3 K，故選項(xiàng)C錯. 答案　D 針對訓(xùn)練　(1)水的沸點(diǎn)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　(2)－273.15　0　(3)309.5　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

10、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)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(qiáng)、體積都不再變化，是平衡態(tài)，故A、B對；突然被壓縮的氣體溫度升高，壓強(qiáng)變大，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.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(dá)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(dá)到熱

11、平衡狀態(tài)的唯一物理量 D.熱平衡定律是溫度計(jì)能夠用來測量溫度的基本原理 答案　BCD 解析　處于熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的狀態(tài)參量——溫度，故A項(xiàng)錯誤，C項(xiàng)正確；由熱平衡定律可知，若物體與A處于熱平衡，它同時也與B達(dá)到熱平衡，則A的溫度便等于B的溫度，這也是溫度計(jì)用來測量溫度的基本原理，故B、D兩項(xiàng)也正確.故正確答案為B、C、D. 3.(溫度計(jì)與溫標(biāo))嚴(yán)冬，湖面上結(jié)了厚厚的冰，但冰下魚兒仍在游動.為了測出冰下水的溫度，徐強(qiáng)同學(xué)在冰上打了一個洞，拿來一支實(shí)驗(yàn)室溫度計(jì)，用下列四種方法測水溫，正確的做法是(　　) A.用線將溫度計(jì)拴牢從洞中放入水里，待較長時間后從水中提出，讀出示數(shù) B.取

12、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，水灌滿瓶后待較長時間，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，再讀出溫度計(jì)的示數(shù)，可隔著冰又沒法直接讀數(shù)，把溫度計(jì)取出來，顯示的又不是原熱平衡狀態(tài)下的溫度，所以選項(xiàng)A錯誤，B正確.T＝t＋273.15 K＝277.15 K，選項(xiàng)C錯誤，D正確. 4.(溫度計(jì)與溫標(biāo))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)

13、表示溫度是兩種不同的表示方法 B.用兩種溫標(biāo)表示同一溫度的變化時，兩者的數(shù)值相等 C.1 K就是1 ℃ D.當(dāng)溫度變化1 ℃時，也可以說成溫度變化273 K 答案　AB 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)，兩種溫標(biāo)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 ℃. 題組一　對狀態(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.動態(tài)平衡 C.分子已經(jīng)不動 D.分子

14、仍做無規(guī)則運(yùn)動 答案　BD 解析　熱力學(xué)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(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.每個氣體分子的運(yùn)動速率 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，每個氣體分子的運(yùn)動速率是微觀量，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)三個角度對氣體的性質(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

15、乙大 B.甲的比熱容比乙大 C.甲的熱量比乙多 D.甲的溫度比乙高 答案　D 解析　熱傳遞發(fā)生的原因是兩物體的溫度不同，本質(zhì)是熱量從高溫物體傳到低溫物體，故D項(xiàng)正確. 4.兩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(dāng)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

16、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. 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，以下說法正確的是(　　) A.熱力學(xué)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(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溫度計(jì)——空氣溫度計(jì)，如圖1所示，一個細(xì)長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，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(

17、　　) 圖1 A.該溫度計(jì)的測溫物質(zhì)是槽中的液體 B.該溫度計(jì)的測溫物質(zhì)是細(xì)管中的紅色液體 C.該溫度計(jì)的測溫物質(zhì)是球形瓶中的空氣 D.該溫度計(jì)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(xì)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(jì)是利用它的熱脹冷縮的性質(zhì)制造的，故A、B錯，C、D正確. 7.下列關(guān)于熱力學(xué)溫度的說法中，不正確的是(　　) A.熱力學(xué)溫度的零度是－273.15 ℃ B.熱力學(xué)溫度的每一度的大小和攝氏溫度每一度的大小是相同的 C.絕對零度是低溫的極限，永遠(yuǎn)達(dá)不到 D.1 ℃就是1 K

18、答案　D 解析　由T＝t＋273.15 K可知選項(xiàng)A、B說法正確；絕對零度只能無限接近，不能達(dá)到，C項(xiàng)說法正確；表示變化量時，改變1 ℃就是改變1 K，但是表示溫度時，1 ℃與1 K不同，D項(xiàng)說法錯誤，故選D. 8.小麗測量燒杯中熱水的溫度時，將熱水倒入另一燒杯中很少一部分，然后如圖2中那樣去測量和讀數(shù)，她這樣做被小寧發(fā)現(xiàn)了，小寧指出她的錯誤如下，你認(rèn)為小寧找得對的是(　　) 圖2 A.不應(yīng)倒入另一燒杯中，這會使溫度降低 B.水倒得太少，溫度計(jì)的玻璃泡不能完全浸沒 C.讀數(shù)時，視線應(yīng)該與刻度線相平，而不應(yīng)斜視 D.應(yīng)該將溫度計(jì)取出讀數(shù)，而不應(yīng)該放在水里讀 答案　ABC 解

19、析　題中將少量水倒入另一燒杯測量，有兩處錯誤：其一，少量水沒能浸沒溫度計(jì)的玻璃泡，達(dá)到熱平衡時測量的不是水的溫度；其二，少量水倒入另一燒杯，這少量水與另一燒杯又達(dá)到一個新的熱平衡，溫度已改變，再用溫度計(jì)測量時，測出的是這個新的熱平衡狀態(tài)的溫度，而不是待測水的溫度.題中C選項(xiàng)讀數(shù)時的錯誤小寧找得對，但是小寧在D選項(xiàng)中要把溫度計(jì)取出來讀數(shù)就不對了.當(dāng)把溫度計(jì)取出來時，在空氣中溫度計(jì)與空氣間存在溫度差，有熱傳遞，會破壞原來的熱平衡，示數(shù)會變化. 9.攝氏溫標(biāo)：在1954年以前，標(biāo)準(zhǔn)溫度的間隔是用兩個定點(diǎn)確定的.它們是水在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的沸點(diǎn)(汽化點(diǎn))和冰在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下與飽和空氣的水相平衡時的熔點(diǎn)(冰

20、點(diǎn)).攝氏溫標(biāo)(以前稱為百分溫標(biāo))是由瑞典物理學(xué)家攝爾修斯設(shè)計(jì)的.如圖3所示，把冰點(diǎn)定為0 ℃，汽化點(diǎn)定為100 ℃，因此在這兩個固定點(diǎn)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(biāo)表示的溫度叫做攝氏溫度.攝氏溫標(biāo)用度作單位，常用t表示.熱力學(xué)溫標(biāo)由英國科學(xué)家威廉·湯姆遜(開爾文)創(chuàng)立，把－273.15 ℃作為零度的溫標(biāo)，叫做熱力學(xué)溫標(biāo)(或絕對溫標(biāo)).熱力學(xué)溫標(biāo)的單位用K表示，常用T表示.試回答： 圖3 (1)熱力學(xué)溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)之間的關(guān)系為： . (2)如果可以粗略地?。?73 ℃為絕對零度.在一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰的熔點(diǎn)為 ℃，

21、即為 K，水的沸點(diǎn)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(biāo)冰點(diǎn)溫度為0 ℃，汽化點(diǎn)溫度為100 ℃，且用t表示；而熱力學(xué)溫標(biāo)是把－273.15 ℃作為零開爾文的，用T表示，所以熱力學(xué)溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)之間的關(guān)系為T＝t＋273.15 K. 10.寒冷的冬天，人在室外拿鐵棒和木頭時，感覺到鐵棒明顯比木頭涼，由于表示物體冷熱程度的是溫度，于是有人得出當(dāng)時“鐵棒比木頭溫度低”的結(jié)論，你認(rèn)為他的結(jié)論對嗎？為什么？ 答案　見解析 解析　不對.由于鐵棒和木頭都與周圍的環(huán)境達(dá)到熱平衡，故它們的溫度是一樣的.感覺到鐵棒特別涼，是因?yàn)槿嗽趩挝粫r間內(nèi)傳遞給鐵棒的熱量比傳遞給木頭的熱量多，所以他的結(jié)論不對. 9