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

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2019-2020年高中物理 第七章 分子動(dòng)理論 第4講 溫度和溫標(biāo)學(xué)案 新人教版選修3-3 [目標(biāo)定位]　1.知道平衡態(tài)、熱平衡的定義.2.明確溫度的定義及判斷系統(tǒng)處于熱平衡的條件.3.能區(qū)分?jǐn)z氏溫度與熱力學(xué)溫度，記住它們之間的關(guān)系． 一、平衡態(tài)和狀態(tài)參量 1．系統(tǒng)：在物理學(xué)中，通常把研究對(duì)象稱為系統(tǒng)． 2．狀態(tài)參量：用來(lái)描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量，叫做系統(tǒng)的狀態(tài)參量． 3．平衡態(tài)：系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不再隨時(shí)間變化，這種情況就說(shuō)系統(tǒng)達(dá)到了平衡態(tài)． 二、熱平衡與溫度 1．熱平衡：兩個(gè)相互接觸的熱力學(xué)系統(tǒng)，最后系統(tǒng)的狀態(tài)參量都不再改變，這時(shí)兩個(gè)系統(tǒng)具有“共同性質(zhì)”，我們就說(shuō)這兩個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了熱平衡． 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，也叫熱力學(xué)第零定律． 3．溫度：熱平衡中具有的“共同熱學(xué)性質(zhì)”叫做溫度． 三、溫度計(jì)與溫標(biāo) 1．?dāng)z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(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，單位是開爾文，符號(hào)為K. 3．?dāng)z氏溫度與熱力學(xué)溫度的關(guān)系為T＝t＋273.15_K. 一、熱平衡與平衡態(tài)的理解 1．平衡態(tài) (1)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(wú)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． 2．一切達(dá)到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度． 例1　下列說(shuō)法正確的是(　　) A．兩個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡時(shí)，它們一定具有相同的熱量 B．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)也必定處于熱平衡 C．溫度是決定兩個(gè)系統(tǒng)是否達(dá)到熱平衡狀態(tài)的唯一物理量 D．熱平衡定律是溫度計(jì)能夠用來(lái)測(cè)量溫度的基本原理 答案　BCD 解析　熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的狀態(tài)參量——溫度，故A錯(cuò)誤，C正確；由熱平衡定律，若物體與A處于熱平衡，它同時(shí)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(lái)測(cè)量溫度的基本原理，故B、D項(xiàng)正確． 針對(duì)訓(xùn)練　關(guān)于平衡態(tài)和熱平衡，下列說(shuō)法中正確的有(　　) 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)的溫度一定相等 答案　BD 解析　一般來(lái)說(shuō)，描述系統(tǒng)的狀態(tài)參量不止一個(gè)，根據(jù)平衡態(tài)的定義可以確定A錯(cuò)；根據(jù)熱平衡的定義可知B和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C錯(cuò)．正確選項(xiàng)為B、D. 二、溫度和溫標(biāo) 1．“溫度”含義的兩種說(shuō)法 (1)宏觀角度：表示物體的冷熱程度． (2)熱平衡角度：兩個(gè)處于熱平衡的系統(tǒng)存在一個(gè)數(shù)值相等的物理量，這個(gè)物理量就是溫度． 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．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)物體相同． 3．熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系 (1)T＝t＋273.15 K (2)ΔT＝Δt 例2　下列關(guān)于熱力學(xué)溫度的說(shuō)法中正確的是(　　) A．－33 ℃＝240 K B．溫度變化1 ℃，也就是溫度變化1 K C．?dāng)z氏溫度與熱力學(xué)溫度都可能取負(fù)值 D．溫度由t ℃升至2t ℃，對(duì)應(yīng)的熱力學(xué)溫度升高了t＋273 K 答案　AB 解析　熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系為T＝t＋273 K，由此可知：－33 ℃＝240 K，故A、B選項(xiàng)正確；D中初態(tài)熱力學(xué)溫度為t＋273 K，末態(tài)為2t＋273 K，溫度升高了t K，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤；對(duì)于攝氏溫度可取負(fù)值的范圍為0～－273 ℃，因絕對(duì)零度達(dá)不到，故熱力學(xué)溫度不可能取負(fù)值，故C選項(xiàng)錯(cuò)誤．本題應(yīng)選A、B. 針對(duì)訓(xùn)練　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．物體的溫度由本身決定，數(shù)值與所選溫標(biāo)無(wú)關(guān) D．0 ℃的溫度可用熱力學(xué)溫度粗略地表示為273 K 答案　ABD 熱平衡與平衡態(tài) 1．兩個(gè)原來(lái)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(gè)系統(tǒng)的溫度升高了5 K，另一個(gè)系統(tǒng)的溫度升高了5 ℃，則下列說(shuō)法正確的是(　　) A．兩個(gè)系統(tǒng)不再是熱平衡狀態(tài) B．兩個(gè)系統(tǒng)此時(shí)仍是熱平衡狀態(tài) C．兩個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)都發(fā)生了變化 D．兩個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)都沒(méi)有發(fā)生變化 答案　BC 解析　由于兩個(gè)系統(tǒng)原來(lái)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(gè)系統(tǒng)仍為熱平衡狀態(tài)，故A錯(cuò)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(cuò)誤． 溫標(biāo)與溫度 2．下列關(guān)于熱力學(xué)溫度的說(shuō)法中，不正確的是(　　) A．熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的每一度的大小是相同的 B．熱力學(xué)溫度的零度等于－273.15 ℃ C．熱力學(xué)溫度的零度是不可能達(dá)到的 D．氣體溫度趨近于絕對(duì)零度時(shí)，其體積趨近于零 答案　D 解析　熱力學(xué)溫度的0 K是攝氏溫度的－273.15 ℃，因此B正確；每升高(或降低)1 K等價(jià)于升高(或降低)1 ℃，故A正確；熱力學(xué)溫度的零度只能無(wú)限接近，卻不可能達(dá)到，且趨近絕對(duì)零度時(shí)，氣體液化或凝固，但有體積，故C正確，D錯(cuò)誤． 3．下列有關(guān)溫度的說(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．用兩種溫度表示溫度的變化時(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(shuō)成溫度變化274 K 答案　AB 解析　溫標(biāo)是用來(lái)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(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．若物體的溫度升高1 K，也可以說(shuō)物體的溫度升高1 ℃，但在表示物體的溫度時(shí)，物體的溫度為1 K，而不能說(shuō)成物體的溫度為1 ℃. (時(shí)間：60分鐘) 題組一　平衡態(tài)與熱平衡 1．如果一個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了平衡態(tài)，那么這個(gè)系統(tǒng)各處的(　　) A．溫度、壓強(qiáng)、體積都必須達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)不再變化 B．溫度一定達(dá)到了某一穩(wěn)定值，但壓強(qiáng)和體積仍是可以變化的 C．溫度一定達(dá)到了某一穩(wěn)定值，并且分子不再運(yùn)動(dòng)，達(dá)到了“凝固”狀態(tài) D．溫度、壓強(qiáng)就會(huì)變得一樣，但體積仍可變化 答案　A 解析　如果一個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了平衡態(tài)，系統(tǒng)內(nèi)各部分的狀態(tài)參量如溫度、壓強(qiáng)和體積等不再隨時(shí)間發(fā)生變化．溫度達(dá)到穩(wěn)定值，分子仍然是運(yùn)動(dòng)的，不可能達(dá)到所謂的“凝固”狀態(tài)． 2．有關(guān)熱平衡的說(shuō)法正確的是(　　) A．如果兩個(gè)系統(tǒng)在某時(shí)刻處于熱平衡狀態(tài)，則這兩個(gè)系統(tǒng)永遠(yuǎn)處于熱平衡狀態(tài) B．熱平衡定律只能研究三個(gè)系統(tǒng)的問(wèn)題 C．如果兩個(gè)系統(tǒng)彼此接觸而不發(fā)生狀態(tài)參量的變化，這兩個(gè)系統(tǒng)又不受外界影響，那么這兩個(gè)系統(tǒng)一定處于熱平衡狀態(tài) D．兩個(gè)處于熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，溫度可以有微小的差別 答案　C 解析　處于熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，如果受到外界的影響，狀態(tài)參量會(huì)隨之變化，溫度也會(huì)變化，故A錯(cuò)；熱平衡定律對(duì)多個(gè)系統(tǒng)也適用，故B錯(cuò)；由熱平衡的意義知，C正確；溫度是熱平衡的標(biāo)志，必須相同，故D錯(cuò)． 題組二　溫度與溫標(biāo) 3．關(guān)于溫度的物理意義，下列說(shuō)法中正確的是(　　) A．溫度是物體冷熱程度的客觀反映 B．人如果感覺(jué)到某個(gè)物體很涼，就說(shuō)明這個(gè)物體的溫度很低 C．熱量會(huì)自發(fā)地從含熱量多的物體傳向含熱量少的物體 D．熱量會(huì)自發(fā)地從溫度較高的物體傳向溫度較低的物體 答案　AD 解析　溫度是表示物體冷熱程度的物理量，但人們對(duì)物體冷熱程度的感覺(jué)具有相對(duì)性，A正確，B錯(cuò)誤；熱傳遞的方向是熱量自發(fā)地從溫度較高的物體傳向溫度較低的物體，而熱量是過(guò)程量，不能說(shuō)物體含有熱量，C錯(cuò)誤，D正確． 4．下列有關(guān)溫標(biāo)的說(shuō)法正確的是(　　) A．溫標(biāo)不同，測(cè)量時(shí)得到同一系統(tǒng)的溫度數(shù)值可能是不同的 B．不同溫標(biāo)表示的溫度數(shù)值不同，則說(shuō)明溫度不同 C．溫標(biāo)的規(guī)定都是人為的，沒(méi)有什么理論依據(jù) D．熱力學(xué)溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)是兩種不同的溫度表示方法，表示的溫度數(shù)值沒(méi)有關(guān)系 答案　A 解析　溫標(biāo)不同，測(cè)量同一系統(tǒng)的溫度數(shù)值一般不同，A對(duì)，B錯(cuò)；每一種溫標(biāo)的規(guī)定都有一定意義，如攝氏溫標(biāo)的0 ℃表示標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點(diǎn)，100 ℃為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的沸點(diǎn)，C錯(cuò)；熱力學(xué)溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)，數(shù)值上有T＝t＋273.15 K，D錯(cuò)． 5．下列敘述正確的是(　　) A．若不斷冷凍，物體的溫度就不斷地下降 B．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 C．熱力學(xué)零度是低溫的下限 D．任何物體，溫度下降到某一點(diǎn)就不能再降 答案　BCD 解析　熱力學(xué)零度是低溫的下限，永遠(yuǎn)不能達(dá)到，故A錯(cuò)． 題組三　溫度與溫度計(jì) 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，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)是利用空氣的熱脹冷縮的性質(zhì)制造的，故A、B錯(cuò)，C、D正確． 7．如圖是四種測(cè)液體溫度的方法，其中正確的是(　　) 答案　D 解析　溫度計(jì)的正確使用方法是將溫度計(jì)的玻璃泡而非整個(gè)溫度計(jì)放入液體中，并且不要讓溫度計(jì)液泡與容器壁或底接觸，所以D項(xiàng)正確． 8．根據(jù)圖2判斷，人們選擇的溫度計(jì)中的測(cè)量物質(zhì)及其依據(jù)是(　　) 圖2 A．水，水的密度小 B．水，水的密度出現(xiàn)異?，F(xiàn)象 C．汞，汞的密度大 D．汞，汞的密度與溫度呈規(guī)則的線性關(guān)系 答案　D 解析　由于水的密度和溫度關(guān)系的曲線是不規(guī)則曲線，如果選水為測(cè)溫物質(zhì)，則溫度計(jì)刻度不均勻；汞的密度與溫度呈規(guī)則的線性關(guān)系，選汞為測(cè)溫物質(zhì)，溫度計(jì)刻度均勻．故正確答案為D. 題組四　綜合應(yīng)用 9．嚴(yán)冬湖面上結(jié)了厚厚的冰，但冰下面魚兒仍在游動(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．取一塑料飲水瓶，將瓶拴住從洞中放入水里，水灌滿瓶后取出，再用溫度計(jì)測(cè)瓶中水的溫度 C．取一塑料飲水瓶，將溫度計(jì)懸掛在瓶中，再將瓶拴住從洞中放入水里，水灌滿瓶后待較長(zhǎng)時(shí)間，然后將瓶提出，立即從瓶外觀察溫度計(jì)的示數(shù) D．手拿溫度計(jì)，從洞中將溫度計(jì)插入水中，待較長(zhǎng)時(shí)間后取出立即讀出示數(shù) 答案　C 解析　要測(cè)量冰下水的溫度，必須在溫度計(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)，但是隔著冰又沒(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A、D的做法不正確，C的做法正確；B的做法也失去了原來(lái)的熱平衡，飲水瓶提出后，再用溫度計(jì)測(cè)，這時(shí)，周圍空氣也參與了熱交換，測(cè)出的溫度不再是冰下水的溫度． 10．?dāng)z氏溫標(biāo)：在1954年以前，標(biāo)準(zhǔn)溫度的間隔是用兩個(gè)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(shí)的熔點(diǎn)(冰點(diǎn))．?dāng)z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，以冰點(diǎn)定為0 ℃，汽化點(diǎn)定為100 ℃，因此在這兩個(gè)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．?dāng)z氏溫標(biāo)用度作單位，常用t表示．熱力學(xué)溫標(biāo)由開爾文創(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(duì)溫標(biāo))．熱力學(xué)溫標(biāo)用K表示單位，常用T表示．試回答： 圖13 (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(duì)零度．在一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰的熔點(diǎn)為________℃，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_(dá)_______ 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.