高中物理第七章分子動(dòng)理論4溫度和溫標(biāo)學(xué)案新人教版選修33

PAGEPAGE14溫度和溫標(biāo)[學(xué)習(xí)目標(biāo)]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)[導(dǎo)學(xué)探究](1)在力學(xué)中，為了確定物體運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，我們使用了物體的位移和速度這兩個(gè)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？(2)如果系統(tǒng)與外界沒有能量交換，該系統(tǒng)就達(dá)到平衡態(tài)了嗎？答案(1)體積、壓強(qiáng)和溫度．(2)不是．[知識(shí)梳理]1．熱力學(xué)系統(tǒng)：由大量分子組成的一個(gè)研究對(duì)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)．(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(duì)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．二、熱平衡與溫度[導(dǎo)學(xué)探究](1)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℃左右時(shí)，為什么不再上升？(2)當(dāng)把它立即放入40℃的水中時(shí)，你又看到什么現(xiàn)象？為什么？答案(1)因?yàn)轶w溫計(jì)與人體溫度相同，即達(dá)到了熱平衡．(2)體溫計(jì)的示數(shù)繼續(xù)上升，因?yàn)轶w溫計(jì)玻璃泡的溫度與水的溫度不相同，沒有達(dá)到熱平衡．[知識(shí)梳理]1．熱平衡：兩個(gè)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(shí)間以后，狀態(tài)參量就不再變化了，這說明兩個(gè)系統(tǒng)對(duì)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(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．3．熱平衡與溫度(1)一切達(dá)到熱平衡的物體都具有相同的溫度．(2)溫度計(jì)的測(cè)溫原理若物體與A處于熱平衡，它同時(shí)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(cè)量溫度的基本原理．三、溫度計(jì)與溫標(biāo)[導(dǎo)學(xué)探究](1)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(cè)量物質(zhì)制成的，當(dāng)外界溫度越高時(shí)，細(xì)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(dāng)外界溫度越高時(shí)，氣體膨脹越厲害，細(xì)管內(nèi)的水柱越低．(2)274.15K1K[知識(shí)梳理]1．確定一個(gè)溫標(biāo)的方法(1)選擇某種具有測(cè)溫屬性的物質(zhì)．(2)了解測(cè)溫物質(zhì)隨溫度變化的函數(shù)關(guān)系．(3)確定溫度的零點(diǎn)和分度的方法．2．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(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)攝氏溫度與熱力學(xué)溫度的關(guān)系為T＝t＋273.15K.(4)注意：攝氏溫標(biāo)的1℃的分格與熱力學(xué)溫標(biāo)1K的分格是等價(jià)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.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(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)變化時(shí)，其各個(gè)狀態(tài)參量都會(huì)改變D．熱力學(xué)溫度升高3K與攝氏溫度升高3℃是等效的答案AD解析溫標(biāo)是溫度數(shù)值的表示方法，常用的溫標(biāo)有攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)，A正確；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，故選項(xiàng)B錯(cuò)；攝氏溫度升高3℃，也就是熱力學(xué)溫度升高了3K，故選項(xiàng)C錯(cuò)，D正確．熱力學(xué)溫度與攝氏溫度關(guān)系的理解1關(guān)系：T＝t＋273.15K.2攝氏溫度變化1℃與熱力學(xué)溫度變化1K是等效的，即ΔT＝Δt，而不是ΔT＝Δt＋273.15K.3絕對(duì)零度是低溫的極限，只能接近，永遠(yuǎn)達(dá)不到，故熱力學(xué)溫度不能出現(xiàn)負(fù)值，但攝氏溫度可以出現(xiàn)負(fù)值.針對(duì)訓(xùn)練(1)水的沸點(diǎn)是℃＝K.(2)絕對(duì)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)100373.15(2)－273.150(3)309.651.51．(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(zhǎng)的時(shí)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)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(zhǎng)的時(shí)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(duì)；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(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)．2．(熱平衡與溫度)下列說法正確的是()A．放在腋下足夠長(zhǎng)時(shí)間的水銀體溫計(jì)中的水銀與人體達(dá)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(shí)間才能達(dá)到熱平衡C．若a與b、c分別達(dá)到熱平衡，則b、c之間也達(dá)到了熱平衡D．兩物體溫度相同，可以說兩物體達(dá)到了熱平衡答案ACD解析當(dāng)溫度計(jì)的液泡與被測(cè)物體緊密接觸時(shí)，如果兩者的溫度有差異，它們之間就會(huì)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(dá)到相等，即達(dá)到熱平衡，故A、D正確；兩個(gè)物體的溫度相同時(shí)，不會(huì)發(fā)生熱傳遞，故B錯(cuò)；若a與b、c分別達(dá)到熱平衡，三者溫度一定相等，所以b、c之間也達(dá)到了熱平衡，故C正確．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(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(zhǎng)時(shí)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4KD．若溫度計(jì)顯示的示數(shù)為攝氏溫度4℃，即熱力學(xué)溫度277.15K答案BD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(cuò)誤，B正確．T＝t＋273.15K＝277.15K，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確．4．(溫度計(jì)與溫標(biāo))下列關(guān)于溫度的說法正確的是()A．水銀溫度計(jì)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(diǎn)為100℃，用熱力學(xué)溫度表示即為373.15KC．水從0℃升高到100℃，用熱力學(xué)溫度表示即為從273.15K升高到373.15KD．水從0℃升高到100℃，用熱力學(xué)溫度表示就是升高了373.15K答案ABC解析水銀溫度計(jì)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＋273.15K可知，100℃相當(dāng)于熱力學(xué)溫標(biāo)373.15K，水從0℃升高到100℃升高了100K，B、C正確，D錯(cuò)誤．題組一對(duì)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(dòng)態(tài)平衡C．分子已經(jīng)不動(dòng) D．分子仍做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(gè)氣體分子的運(yùn)動(dòng)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(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)、體積和溫度分別是從力學(xué)、幾何學(xué)、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．故正確答案為B、C、D.題組二對(duì)熱平衡與溫度概念的理解3．甲、乙兩物體接觸時(shí)，甲向乙傳遞熱量的原因是()A．甲的質(zhì)量比乙大B．甲的比熱容比乙大C．甲的熱量比乙多D．甲的溫度比乙高答案D4．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(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．處于熱平衡的兩個(gè)系統(tǒng)的溫度不一定相等答案B解析平衡態(tài)是針對(duì)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(gè)，還有體積、壓強(qiáng)，當(dāng)溫度不變時(shí)，系統(tǒng)不一定處于平衡態(tài)，故A錯(cuò)誤；根據(jù)熱平衡的定義可知，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)的溫度是相等的，故B正確，D錯(cuò)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(cuò)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(guó)際單位制中的基本單位B．溫度升高了1℃就是升高了1KC．某物體攝氏溫度10℃，即熱力學(xué)溫度10KD．0℃的溫度可用熱力學(xué)溫度粗略地表示為273K答案ABD6．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1A．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)是利用測(cè)溫物質(zhì)的熱脹冷縮的性質(zhì)制造的，故A、B錯(cuò)，C、D正確．7．實(shí)際應(yīng)用中，常用到一種雙金屬溫度計(jì)，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(shí)，其彎曲程度會(huì)增大，則下列各種相關(guān)敘述中正確的有()圖2A．該溫度計(jì)的測(cè)溫物質(zhì)是銅、鐵兩種熱膨脹系數(shù)不同的金屬B．雙金屬溫度計(jì)是利用測(cè)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(jì)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(xiàng)正確；由題圖知，加熱時(shí)雙金屬片彎曲程度增大，即進(jìn)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(xiàng)正確；由題圖知，溫度計(jì)示數(shù)是順時(shí)針方向增大，說明當(dāng)溫度升高時(shí)溫度計(jì)指針順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，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(xiàng)錯(cuò)誤．8．2016年8月6日是第31屆里約奧運(yùn)會(huì)開幕的日子，中央電視臺(tái)播報(bào)天氣預(yù)報(bào)，里約的最高氣溫是38℃，它是K．中國(guó)在研究超導(dǎo)問題方面走在世界前列，中國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)某種超導(dǎo)材料的臨界溫度是90K，它是℃.答案311.15－183.159．家用溫度