2019-2020年高中物理 第七章 第四節(jié) 溫度和溫標(biāo)學(xué)案 新人教版選修3-3.doc

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物理選修3－3(人教版) 2019-2020年高中物理 第七章 第四節(jié) 溫度和溫標(biāo)學(xué)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(huì)生活中的熱平衡現(xiàn)象．了解熱力學(xué)溫度的應(yīng)用． 3．了解溫度的意義． 4．知道常見(jiàn)溫度計(jì)的構(gòu)造，會(huì)使用常用的溫度計(jì)． 5．掌握溫度的定義，知道什么是溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)，以及熱力學(xué)溫度的表示．理解攝氏溫度與熱力學(xué)溫度的轉(zhuǎn)換關(guān)系． 1．狀態(tài)參量與平衡態(tài)． (1)熱力學(xué)系統(tǒng)：通常把由大量分子組成的研究對(duì)象稱為熱力學(xué)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(xué)參量壓強(qiáng)、熱學(xué)參量溫度． (3)平衡態(tài)：沒(méi)有外界影響的情況下，系統(tǒng)所有性質(zhì)都不隨時(shí)間變化的穩(wěn)定的狀態(tài)． 2．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)的狀態(tài)參量不再變化． (2)熱平衡定律：如果兩個(gè)系統(tǒng)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． (3)溫度：表征熱平衡系統(tǒng)的“共同熱學(xué)性質(zhì)”的物理量．也就是說(shuō)，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． 3．溫標(biāo)：溫度的數(shù)值表示法． (1)攝氏溫標(biāo)：規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)，表示的溫度叫作攝氏溫度． (2)熱力學(xué)溫標(biāo)：規(guī)定攝氏溫標(biāo)的－273.15 ℃為零值，這種表示溫度的方法即為熱力學(xué)溫標(biāo)，表示的溫度叫作熱力學(xué)溫度(T)，單位為開(kāi)爾文(K)． (3)熱力學(xué)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(duì)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(xué)中描述物體狀態(tài)的常用參量為壓強(qiáng)、體積、溫度，通常用體積描述它的幾何性質(zhì)，用壓強(qiáng)描述其力學(xué)性質(zhì)，用溫度描述其熱學(xué)性質(zhì)． 3．平衡態(tài)． 對(duì)于一個(gè)不受外界影響的系統(tǒng)，無(wú)論其初始狀態(tài)如何，經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間后，必將達(dá)到一個(gè)宏觀性質(zhì)不再隨時(shí)間變化的穩(wěn)定狀態(tài)，這種狀態(tài)叫平衡態(tài)． ?嘗試應(yīng)用 1．下列說(shuō)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(shí)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(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，其內(nèi)部各部分狀態(tài)參量將會(huì)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(shí)，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(huì)發(fā)生變化．經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，系統(tǒng)若不受外界影響就會(huì)達(dá)到平衡狀態(tài)，各部分狀態(tài)參量將會(huì)相同，故B項(xiàng)正確，A、C項(xiàng)錯(cuò)誤，而處于熱傳遞過(guò)程中的兩系統(tǒng)處于非平衡狀態(tài)，故D項(xiàng)錯(cuò)誤． 1．熱平衡． 兩個(gè)系統(tǒng)相互接觸，它們間沒(méi)有隔熱材料，或通過(guò)導(dǎo)熱性能好的材料接觸，這兩個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)參量不再變化，此時(shí)的狀態(tài)叫熱平衡狀態(tài)，我們說(shuō)兩系統(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． 3．溫度． 達(dá)到了熱平衡的系統(tǒng)具有“共同性質(zhì)”，我們用溫度來(lái)表征這個(gè)“共同性質(zhì)”．也可理解為物體的冷熱程度． 注：(1)一切達(dá)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(shí)也與B達(dá)到熱平衡，則A的溫度便等于B的溫度，這就是溫度計(jì)用來(lái)測(cè)量溫度的基本原理． ?嘗試應(yīng)用 2．關(guān)于平衡態(tài)和熱平衡，下列說(shuō)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(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．處于熱平衡的幾個(gè)系統(tǒng)的壓強(qiáng)一定相等 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)的定義要所有性質(zhì)都不變化才行，可以確定A是錯(cuò)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(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(jiàn)C是錯(cuò)誤的． 1．溫度計(jì)的測(cè)溫原理． (1)水銀溫度計(jì)是根據(jù)物體熱脹冷縮的性質(zhì)來(lái)測(cè)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(lái)測(cè)量溫度的． (3)氣體溫度計(jì)是根據(jù)氣體壓強(qiáng)與溫度的關(guān)系來(lái)測(cè)量溫度的． (4)電偶溫度計(jì)是根據(jù)不同導(dǎo)體因溫差產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)大小來(lái)測(cè)量溫度的． 2．溫標(biāo)． (1)攝氏溫標(biāo)． 規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)，表示的溫度叫攝氏溫度(t)，單位為℃. (2)熱力學(xué)溫標(biāo)． 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(kāi)爾文溫標(biāo)，也叫熱力學(xué)溫標(biāo)．表示的溫度叫熱力學(xué)溫度(T)，單位為開(kāi)爾文，簡(jiǎn)稱開(kāi)(K)． 3．兩種溫標(biāo)的關(guān)系． (1)熱力學(xué)溫度的分度，大小等于攝氏溫度的1 ℃，在表示溫差時(shí)，1 K＝1 ℃；在表示溫度時(shí)卻不相等． (2)熱力學(xué)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(fù)數(shù)表示． (4)熱力學(xué)溫標(biāo)的零值是低溫的極限，永遠(yuǎn)達(dá)不到． 4．易混淆的問(wèn)題． 有些同學(xué)認(rèn)為物體感覺(jué)冷就是溫度低，其實(shí)這種說(shuō)法是缺乏科學(xué)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(shí)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(jué)鐵塊更冷一些，這是因?yàn)殍F塊單位時(shí)間內(nèi)從手上吸收的熱量多的原因． ?嘗試應(yīng)用 3．關(guān)于溫度與溫標(biāo)，下列說(shuō)法正確的是(D) 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．?dāng)z氏溫度與熱力學(xué)溫度都可以取負(fù)值 C．溫度升高3 ℃，在熱力學(xué)溫標(biāo)中溫度升高276.15 K D．熱力學(xué)溫度每一開(kāi)爾文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(cuò)．?dāng)z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，故選項(xiàng)B錯(cuò)．?dāng)z氏溫度的每一度與熱力學(xué)溫度的每一開(kāi)爾文的大小相等，選項(xiàng)D正確．溫度升高3 ℃也就是溫度升高了3 K，故選項(xiàng)C錯(cuò)． 1．三個(gè)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(shuō)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(wú)法判斷溫度的關(guān)系 解析：當(dāng)三個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)時(shí)，它們有相同的狀態(tài)參量，即具有相同的溫度，故C項(xiàng)正確． 2．(多選)下列有關(guān)溫標(biāo)的說(shuō)法中正確的是(AD) 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)是從理論上規(guī)定的 解析：不同溫標(biāo)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(biāo)表示，數(shù)值可以是不同的，B錯(cuò)；熱力學(xué)溫標(biāo)是從理論上做出的規(guī)定，C錯(cuò)、D正確． 3．關(guān)于熱力學(xué)溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)的下列說(shuō)法不正確的是(D) A．熱力學(xué)溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)的每一分度的大小是相同的 B．熱力學(xué)溫標(biāo)的0度值對(duì)應(yīng)于－273.15 ℃ C．熱力學(xué)溫標(biāo)的0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 解析：由T＝t＋273 K，得知，ΔT＝Δt，即熱力學(xué)溫標(biāo)溫度的變化總等于攝氏溫標(biāo)溫度的變化，故A正確；熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系是T＝t＋273 K．可知，當(dāng)T＝0時(shí)，則t＝－273 ℃，故B正確；根據(jù)熱力學(xué)第三定律可知，熱力學(xué)溫標(biāo)的零K達(dá)不到．故C正確；氣體溫度趨近于絕對(duì)零度時(shí)，可能是壓強(qiáng)p趨近于零，故D錯(cuò)誤． 4．關(guān)于溫度與溫標(biāo)，下列說(shuō)法正確的是(D) 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．?dāng)z氏溫度與熱力學(xué)溫度都可以取負(fù)值 C．溫度升高3 ℃，在熱力學(xué)溫標(biāo)中溫度升高276.15 K D．熱力學(xué)溫度每一開(kāi)爾文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(cuò)．?dāng)z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，故選項(xiàng)B錯(cuò)．?dāng)z氏溫度的每一度與熱力學(xué)溫度的每一開(kāi)爾文的大小相等，選項(xiàng)D正確．溫度升高3 ℃也就是溫度升高了3 K，故選項(xiàng)C錯(cuò)． 5．關(guān)于熱力學(xué)溫度，下列說(shuō)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．?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273 K＋t 解析：本題主要考查熱力學(xué)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(xiàng)錯(cuò)誤；對(duì)于攝氏溫度可取負(fù)值的范圍為－273 ℃～0，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錯(cuò)；D中初態(tài)熱力學(xué)溫度為273 K＋t，末態(tài)為273 K＋2t，溫度升高了t，故D錯(cuò)． 6．當(dāng)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(xiàng)所提到的條件均與此無(wú)關(guān)，故D正確． 7．下列敘述正確的是(D) A．若不斷冷凍，物體的溫度就不斷地下降，沒(méi)有止境 B．目前尚不知最低溫是多少，最高溫是多少 C．?dāng)z氏零下373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 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(wú)法持久，故A、B錯(cuò)誤．?dāng)z氏零下273.15 ℃是低溫的極限，故C錯(cuò)．運(yùn)用熱平衡原理可知D是正確的． 8．下圖是四種測(cè)液體溫度的方法，其中正確的是(D) 解析：用溫度計(jì)測(cè)量液體溫度時(shí)，溫度計(jì)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(qiáng)子對(duì)撞機(jī)在法國(guó)和瑞士的邊境建成，并投入使用．加速器工作時(shí)，需要注入約1萬(wàn)噸液氮對(duì)電路進(jìn)行冷卻，冷卻的最低溫度可達(dá)到零下271攝氏度，請(qǐng)將該溫度用熱力學(xué)溫標(biāo)來(lái)表示(A) A．2 K B．271 K C．4 K D．0.1 K 解析：由熱力學(xué)溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)的關(guān)系式T＝t＋273 K和t＝－271 ℃得T＝2 K．故A項(xiàng)正確． 10．嚴(yán)冬，湖面上結(jié)了厚厚的冰，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(C) 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)懸吊在瓶中，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) 解析：要測(cè)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(shí)，再讀出溫度計(jì)的示數(shù)．可隔著冰又沒(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(lái)的熱平衡，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了． 11．一般實(shí)驗(yàn)室里常用的一種攝氏溫度計(jì)叫攝氏溫標(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)由英國(guó)科學(xué)家威廉湯姆遜(開(kāi)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： (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_(kāi)___ ℃，即為_(kāi)___ 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. 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(kāi)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. 答案：(1)T＝t＋273.15 K　(2)0　273　100　373　(3)1