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

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4溫度和溫標(biāo) 一 狀態(tài)參量與平衡態(tài)1 熱力學(xué)系統(tǒng) 由大量分子組成的一個(gè)研究對(duì)象 在熱學(xué)中就叫做一個(gè)熱學(xué)系統(tǒng) 簡稱系統(tǒng) 2 外界 系統(tǒng)之外與系統(tǒng)發(fā)生相互作用的其他物體統(tǒng)稱外界 3 狀態(tài)參量 在熱學(xué)中 為確定系統(tǒng)的狀態(tài)所需要的物理量叫做系統(tǒng)的狀態(tài)參量 常用的狀態(tài)參量有 幾何參量體積V 力學(xué)參量壓強(qiáng)p 熱學(xué)參量溫度T 4 平衡態(tài) 在沒有外界影響的情況下 無論其初始狀態(tài)如何 只要經(jīng)過足夠長的時(shí)間 系統(tǒng)內(nèi)各部分的狀態(tài)參量能夠達(dá)到穩(wěn)定 這種情況就叫做系統(tǒng)達(dá)到平衡態(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) 經(jīng)過一段時(shí)間以后 這兩個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)參量都不再變化 我們說這兩個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了熱平衡 達(dá)到熱平衡的兩個(gè)系統(tǒng)具有相同的溫度 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)彼此之間也必然處于熱平衡 這個(gè)結(jié)論稱為熱平衡定律 它又叫熱力學(xué)第零定律 三 溫度計(jì)與溫標(biāo)1 溫度計(jì) 選擇一種測量物質(zhì) 根據(jù)這種物質(zhì)隨溫度變化而變化的某個(gè)特性來制造溫度計(jì) 2 常見溫度計(jì)的測溫原理 3 溫標(biāo) 1 定義 定量描述溫度的方法稱為溫標(biāo) 2 兩種溫標(biāo) 攝氏溫標(biāo) 一種常用的表示溫度的方法 這種溫標(biāo)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 每份算作1 熱力學(xué)溫標(biāo) 現(xiàn)代科學(xué)中常用的表示溫度的方法 這種溫標(biāo)規(guī)定攝氏溫度的 273 15 為零值 3 攝氏溫度與熱力學(xué)溫度 攝氏溫度 用攝氏溫標(biāo)表示的溫度 用符號(hào)t表示 單位是攝氏度 用符號(hào) 表示 熱力學(xué)溫度 用熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度 它是國際單位制中七個(gè)基本物理量之一 用符號(hào)T表示 單位是開爾文 簡稱開 符號(hào)為K 換算關(guān)系 T t 273 15K 自我檢測1 判斷正誤 對(duì)的畫 錯(cuò)的畫 1 攝氏溫度和熱力學(xué)溫度的最低溫度都是零度 解析 攝氏溫度可以取負(fù)值 不是從零開始的 答案 2 0 的溫度可以用熱力學(xué)溫度粗略表示為273K 解析 由T t 273K知 當(dāng)t 0 時(shí) T 273K 答案 3 溫度升高了10 也就是升高了10K 解析 攝氏溫度變化1 與熱力學(xué)溫度變化1K是相等的 答案 2 探究討論 1 描述熱力學(xué)系統(tǒng)的主要參量有哪些 答案 主要有體積 壓強(qiáng)和溫度三個(gè)參量 2 攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)有什么區(qū)別和聯(lián)系 答案 攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)是表示溫度的不同方法 最大區(qū)別是規(guī)定的零點(diǎn)不同 3 兩個(gè)相互接觸的物體經(jīng)過一定的時(shí)間一定能夠達(dá)到熱平衡嗎 答案 不一定 如果一個(gè)物體的溫度持續(xù)升高 兩個(gè)物體之間總存在一個(gè)溫度差 此時(shí)就不是熱平衡狀態(tài) 4 一根長鐵絲一端插入100 的沸水中 另一端放入0 的恒溫源中 經(jīng)過足夠長的時(shí)間 溫度隨鐵絲有一定的分布 而且不隨時(shí)間變化 這種狀態(tài)是否為平衡態(tài) 答案 這種狀態(tài)不是平衡態(tài) 只是一種穩(wěn)定狀態(tài) 因?yàn)殍F絲存在外在因素的影響 探究一 探究二 平衡態(tài)與熱平衡問題探究刀劍淬火是制作刀劍的重要過程 如圖所示 是刀劍剛?cè)胨慊鸬乃查g 在這一瞬間 刀劍和水組成的系統(tǒng)是否達(dá)到熱平衡狀態(tài) 經(jīng)過一段時(shí)間后 是否達(dá)到熱平衡狀態(tài) 達(dá)到熱平衡狀態(tài)的標(biāo)志是什么 要點(diǎn)提示淬火瞬間由于一部分刀劍在水的外部 一部分處于水的內(nèi)部 溫度不相同 沒有達(dá)到熱平衡狀態(tài) 當(dāng)經(jīng)過一段時(shí)間后 它們的溫度相等 達(dá)到了熱平衡狀態(tài) 達(dá)到熱平衡狀態(tài)的標(biāo)志是溫度相等 知識(shí)歸納1 對(duì)平衡態(tài)的理解 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 而力學(xué)中的平衡態(tài)是指物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(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 系統(tǒng)處于平衡態(tài)時(shí) 仍可能發(fā)生偏離平衡態(tài)的微小變化 3 兩個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡后再把它們分開 如果分開后它們都不受外界影響 再把它們重新接觸 它們的狀態(tài)不會(huì)發(fā)生新的變化 因此 熱平衡概念也適用于兩個(gè)原來沒有發(fā)生過作用的系統(tǒng) 因此可以說 只要兩個(gè)系統(tǒng)在接觸時(shí)它們的狀態(tài)不發(fā)生變化 我們就說這兩個(gè)系統(tǒng)原來是處于熱平衡的 探究一 探究二 探究一 探究二 2 對(duì)熱平衡的理解 1 相互接觸的兩個(gè)系統(tǒng) 各自的狀態(tài)參量將會(huì)相互影響而分別改變 最后 兩個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)參量將不再變化 我們就說兩系統(tǒng)達(dá)到了熱平衡 2 一切達(dá)到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度 所以兩個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡的標(biāo)志是系統(tǒng)具有相同的溫度 3 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 探究一 探究二 3 平衡態(tài)與熱平衡概念的區(qū)別 1 平衡態(tài)不是熱平衡 平衡態(tài)是對(duì)某一系統(tǒng)而言的 熱平衡是對(duì)兩個(gè)接觸的系統(tǒng)而言的 2 分別處于平衡態(tài)的兩個(gè)系統(tǒng)在相互接觸時(shí) 它們的狀態(tài)可能會(huì)發(fā)生變化 直到溫度相同時(shí) 兩系統(tǒng)便達(dá)到了熱平衡 達(dá)到熱平衡的兩個(gè)系統(tǒng)都處于平衡態(tài) 典例剖析 例題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)穩(wěn)定 但體積仍可變化 思考問題 平衡態(tài)的標(biāo)志是什么 提示各狀態(tài)參量不再發(fā)生變化 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) 答案 A 探究一 探究二 探究一 探究二 處理平衡態(tài)問題的注意事項(xiàng) 1 平衡態(tài)指的是一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部達(dá)到的一種平衡 2 必須要經(jīng)過較長一段時(shí)間 直到系統(tǒng)內(nèi)所有狀態(tài)參量都不隨時(shí)間變化為止 3 系統(tǒng)與外界沒有能量的交換 探究一 探究二 變式訓(xùn)練1 多選 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(shí)間B 冰水混合物處在0 環(huán)境中C 突然被壓縮的氣體D 開空調(diào)2分鐘內(nèi)教室中的氣體解析 系統(tǒng)處于平衡態(tài)時(shí) 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(shí)間 冰水混合物在0 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(duì) 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(cuò) 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(cuò) 答案 AB 探究一 探究二 溫度計(jì)與溫標(biāo)問題探究1 溫度計(jì)能夠用來測量溫度的基本原理是什么 要點(diǎn)提示熱平衡定律 例如 溫度計(jì)跟物體A處于熱平衡 它同時(shí)也跟物體B達(dá)到熱平衡 那么A的溫度與B的溫度相等 溫度計(jì)與待測物體達(dá)到熱平衡時(shí) 二者溫度相同 2 海明威在短篇小說 一天的等待 中有這樣一段對(duì)話 爸爸 人發(fā)燒到一百零二度是不會(huì)死的 你真是在說傻話 兒子 我知道會(huì)的 在法國上學(xué)的時(shí)候 同學(xué)們告訴我 發(fā)燒到四十度就活不了了 我已經(jīng)一百零二度了 其中的102度是指的華氏溫度 40度是指的攝氏溫度 同學(xué)們可以查閱資料 進(jìn)一步了解它們之間的關(guān)系 并把40 換算成熱力學(xué)溫度 要點(diǎn)提示40 換算成熱力學(xué)溫度為313 15K 知識(shí)歸納1 溫度 含義的兩種說法 1 溫度表示物體的冷熱程度 這樣的定義帶有主觀性 因?yàn)槔錈崾怯扇梭w的感覺器官比較得到的 往往是不準(zhǔn)確的 2 溫度的嚴(yán)格定義是建立在熱平衡定律基礎(chǔ)上的 熱平衡定律指出 兩個(gè)物體相互處于熱平衡時(shí) 存在一個(gè)數(shù)值相等的態(tài)函數(shù) 這個(gè)態(tài)函數(shù)就是溫度 這樣的定義更具有科學(xué)性 2 對(duì)溫標(biāo)的理解 1 溫標(biāo) 如果要定量地描述 溫度 就必須有一套方法 這套方法就是溫標(biāo) 2 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就是攝氏溫標(biāo) 表示的溫度叫做攝氏溫度 t 探究一 探究二 探究一 探究二 3 熱力學(xué)溫標(biāo) 1848年 開爾文建立了熱力學(xué)溫標(biāo) 它不依賴于測溫物體的具體性質(zhì) 規(guī)定攝氏溫度的 273 15 為零值 它的1度也等于攝氏溫度的1度 這種表示溫度的方法就是開爾文溫標(biāo) 也叫熱力學(xué)溫標(biāo) 表示的溫度叫熱力學(xué)溫度 T 單位為開爾文 簡稱開 K 熱力學(xué)溫標(biāo)的零度 0K 是低溫的極限 永遠(yuǎn)達(dá)不到 它是國際單位制的七個(gè)基本物理量之一 1960年 國際計(jì)量大會(huì)確定了攝氏溫標(biāo)與熱力學(xué)溫標(biāo)的關(guān)系 攝氏溫標(biāo)由熱力學(xué)溫標(biāo)導(dǎo)出 攝氏溫標(biāo)所確定的溫度用t表示 它與熱力學(xué)溫度T的關(guān)系是T t 273 15K 探究一 探究二 4 溫度的兩種數(shù)值表示法 攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo) 探究一 探究二 典例剖析 例題2 多選 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之一B 溫度升高了1 就是升高了1KC 物體的溫度由本身決定 數(shù)值與所選溫標(biāo)無關(guān)D 0 的溫度可用熱力學(xué)溫度粗略地表示為273K解析 熱力學(xué)溫度 K 是國際單位制中七個(gè)基本物理量之一 其單位稱為基本單位 選項(xiàng)A正確 用攝氏溫標(biāo)與熱力學(xué)溫標(biāo)表示同一物體的溫度數(shù)值不同 必有T t 273 15K 可知選項(xiàng)C錯(cuò)誤 選項(xiàng)D正確 兩種溫標(biāo)每變化一度的大小相同 選項(xiàng)B正確 答案 ABD 探究一 探究二 攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo) 1 攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)的零點(diǎn)不同 2 就一個(gè)分度而言 1 和1K相等 即 T t 探究一 探究二 變式訓(xùn)練2下圖是四種測液體溫度的方法 其中正確的是 解析 用溫度計(jì)測量液體溫度時(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 答案 D 1 2 3 4 5 1 多選 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(gè)氣體分子的運(yùn)動(dòng)速率B 壓強(qiáng)C 體積D 溫度解析 描述系統(tǒng)的宏觀狀態(tài) 其參量是宏觀量 每個(gè)氣體分子的運(yùn)動(dòng)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 溫度分別是從力學(xué) 幾何 熱學(xué)三個(gè)角度對(duì)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(gè)狀態(tài)參量 顯然選項(xiàng)B C D正確 答案 BCD 1 2 3 4 5 2 關(guān)于平衡態(tài)和熱平衡 下列說法正確的是 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(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 一般來說 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項(xiàng)錯(cuò)誤 根據(jù)熱平衡的定義 處于熱平衡的兩個(gè)系統(tǒng)溫度相同 可知B項(xiàng)正確 D項(xiàng)錯(cuò)誤 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項(xiàng)錯(cuò)誤 答案 B 1 2 3 4 5 3 多選 下列關(guān)于熱力學(xué)溫度的說法中 正確的是 A 136 比136K溫度高B 0 等于273 15KC 1 就是1KD 升高1 就是升高274 15K解析 根據(jù)T t 273 15K可知 136 等于137 15K 0 等于273 15K 選項(xiàng)A B正確 由 T t判斷選項(xiàng)C D錯(cuò)誤 答案 AB 1 2 3 4 5 4 多選 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)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 1K就是1 D 當(dāng)溫度變化1 時(shí) 也可以說成溫度變化274K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(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1K 也可以說物體的溫度升高1 但在表示物體的溫度時(shí) 物體的溫度為1K 而不能說成物體的溫度為1 A B兩項(xiàng)正確 解析 AB 1 2 3 4 5 5 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) 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 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(duì)溫標(biāo) 熱力學(xué)溫標(biāo)用K表示單位 常用T表示 則 1 2 3 4 5 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 15K 答案 1 T t 273 15K 2 0273100373 3 1 1 熱力學(xué)溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)之間的關(guān)系為 2 如果可以粗略地取 273 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K