2.1 溫度和溫標 課件-高二下學期物理人教版（2019）選擇性必修第三冊

第1節(jié)

溫度和溫標第二章人教版（2019）選擇性必修三CONTENTS目錄狀態(tài)參量與平衡態(tài)01熱平衡與溫度02溫度計與溫標03學以致用提高練習04思考與討論：假如一個容器用擋板K隔開，容器中的氣體被分成A、B兩部分，它們的壓強分別為pA、PB，溫度分別為TA、TB。打開擋板K后，如果容器與外界沒有能量交換，經(jīng)過一段時間后，容器內(nèi)的氣體會是什么狀態(tài)?壓強大的氣體會向壓強小的一方流動，溫度高的氣體會向溫度低一側傳熱，經(jīng)過一段時間后，窗口內(nèi)各點的壓強和溫度都相同且不再變化。新課導入知識講解課堂小結隨堂練習布置作業(yè)一、狀態(tài)參量與平衡態(tài)1.熱力學系統(tǒng)是熱學的研究對象；通常是大量分子組成的，可以是固體、液體、多數(shù)是氣體。（1）熱力學系統(tǒng)定義（系統(tǒng)定義）：（2）外界：系統(tǒng)之外與系統(tǒng)發(fā)生相互作用的其它物體統(tǒng)稱為外界例如：酒精燈加熱容器中的氣體把氣體作為研究對象，它就是一個熱力學系統(tǒng)。而容器和酒精燈就是外界。新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)（3）三種熱力學系統(tǒng)①孤立系統(tǒng)：與外界不發(fā)生任何相互作用的系統(tǒng)稱為孤立系統(tǒng)。此時系統(tǒng)和外界既無能量交換也無物質交換。（在該系統(tǒng)中，物質和能量既不能進也不能出）②封閉系統(tǒng)：與外界沒有物質交換，但有能量交換的系統(tǒng)稱為封閉系統(tǒng)。（在該系統(tǒng)中，物質不能進出，但可以與外界交換能量）③開放系統(tǒng)：與外界既有物質交換，也有能量交換的系統(tǒng)稱為開放系統(tǒng)，簡稱開系。（在該系統(tǒng)中，與外界可以自由進行物質和能量交換）孤立系統(tǒng)：粒子數(shù)N不變、能量E不變。封閉系統(tǒng)：粒子數(shù)N不變、能量E可變。開放系統(tǒng)：粒子數(shù)N可變、能量E可變。新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)2.狀態(tài)參量（1）狀態(tài)參量定義：為了確定系統(tǒng)的狀態(tài)，需要用到一些物理量，表示系統(tǒng)某種性質的物理量稱為狀態(tài)參量。例如：力學：為確定物體（質點）機械運動的狀態(tài)，引入物理量坐標，速度等。幾何：為確定物體的空間范圍狀態(tài)，引入物理量大小、形狀、體積等。(2)熱力學系統(tǒng)常用狀態(tài)參量：①為確定系統(tǒng)的空間范圍，幾何參量：體積V②為確定外界與系統(tǒng)之間或系統(tǒng)內(nèi)部各部分之間的力的作用，力學參量：壓強P③為確定系統(tǒng)的冷熱程度，熱學參量：溫度T例如：某氧氣瓶容積為100L，其內(nèi)氧氣在溫度為20℃時的氣壓為5atm。新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)3.平衡態(tài)在沒有外界影響的情況下，只要經(jīng)過足夠長的時間，系統(tǒng)各部分的狀態(tài)參量（宏觀性質）能夠達到穩(wěn)定狀態(tài)（不隨時間變化），這種狀態(tài)叫做平衡態(tài)。例如：把不同壓強，不同溫度的兩箱氣體注入同一容器：壓強大的氣體會向壓強小的一方流動；溫度高的會向溫度低的一方傳熱。0℃2atm60℃5atm如果容器與外界沒有能量交換，經(jīng)過一段時間后，容器各點的壓強和溫度都不再變化。平衡態(tài)非平衡態(tài)平衡態(tài)新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)對平衡態(tài)的理解：①平衡態(tài)是一種理想情況，因為任何系統(tǒng)完全不受外界影響是不可能的。②類似于化學平衡，熱力學系統(tǒng)達到的平衡態(tài)也是一種動態(tài)平衡。組成系統(tǒng)的分子仍在不停地做無規(guī)則運動，只是分子運動的平均效果不隨時間變化，表現(xiàn)為系統(tǒng)的宏觀性質不隨時間變化。③在外界影響下，系統(tǒng)可以處于一種宏觀性質不隨時間變化的狀態(tài)，但這不是平衡態(tài)，只是一種穩(wěn)定狀態(tài)。100?C的沸水0?C的冰水一根長鐵絲經(jīng)過足夠長時間，溫度隨鐵絲有一定分布，且不隨時間變化，但這不是平衡態(tài)，只是一種穩(wěn)定狀態(tài)。因為撤去外界影響，系統(tǒng)各部分的狀態(tài)參量就會變化。例如：新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)二、熱平衡與溫度1.熱平衡：如果兩個系統(tǒng)相互接觸并發(fā)生熱傳遞，最后它們各自的狀態(tài)參量不再變化，達到相對穩(wěn)定狀態(tài)，也就說明他們已經(jīng)具有了某種共同的性質，這時候我們就說它們達到了熱平衡狀態(tài)。理解兩個系統(tǒng)達到熱平衡的實質：接觸時兩系統(tǒng)不再進行熱傳遞相互接觸而傳熱乙系統(tǒng)熱冷甲系統(tǒng)溫甲系統(tǒng)乙系統(tǒng)新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)思考與討論1：平衡態(tài)和熱平衡有什么區(qū)別？平衡態(tài)不是熱平衡。平衡態(tài)是對某一系統(tǒng)而言的，而熱平衡是對兩個接觸的系統(tǒng)而言的。(一個系統(tǒng)內(nèi)的溫度，壓強和體積都不再變化，才是處于平衡態(tài)；若兩個系統(tǒng)的溫度相等，則這兩個系統(tǒng)已達到熱平衡。)熱平衡概念也適用于兩個原來沒有發(fā)生過作用的系統(tǒng)，只要兩個系統(tǒng)在接觸時不傳熱，我們就說這兩個系統(tǒng)原來是處于熱平衡的。思考與討論2：怎樣判斷"兩個系統(tǒng)原來是處于熱平衡的"？2.熱平衡定律（熱力學第零定律）：如果兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)達到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定處于熱平衡，這個結論稱為熱平衡定律。新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)AB熱平衡AC熱平衡BC熱平衡熱平衡定律表明，當兩個系統(tǒng)A、B處于熱平衡時，它們必定具有某個共同的熱學性質，我們就把表征這一“共同的熱學性質”的物理量叫作溫度。3.溫度：兩個達到熱平衡的系統(tǒng)所具有的共同的熱學性質。溫度是決定一個系統(tǒng)與另一個系統(tǒng)是否達到熱平衡狀態(tài)的物理量，它的特征就是“一切達到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度”這就是常用溫度計能夠用來測量溫度的基本原理。水的溫度和水銀溫度都不再升高，這個系統(tǒng)達到平衡態(tài)新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)熱平衡和溫度視頻演示：新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)日常生活中我們?nèi)绾螠y量溫度？聯(lián)系生活實際思考：新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)

我們在初中已經(jīng)學過了測量溫度時常用的一種單位——“攝氏度”，它是以標準大氣壓下，冰水混合物的溫度為0度，沸水的溫度為100度，在這兩溫度之間等分100個等份，每一等份為1個溫度單位。這種以冰水混合物的溫度為0度的測溫方法叫攝氏溫標，以攝氏溫標表示的溫度叫攝氏溫度。

今天我們將進一步學習有關溫度和溫標的知識。新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)三、溫度計與溫標1.溫度計：用來測量物體（系統(tǒng)）溫度的儀器。常用的是液體溫度計。常見溫度計的測量原理:水銀溫度計——水銀的熱膨脹電阻溫度計——金屬電阻隨溫度變化氣體溫度計——氣體壓強隨溫度變化電偶溫度計——電勢差隨溫度變化細管玻璃泡液體玻管新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)2.溫標（1）溫標：定量描述溫度的方法叫做溫標。（2）溫標建立的三要素：①溫度計中用于測量溫度的物質。（水銀/鉑/氣體/熱電偶……）②了解測溫物質隨溫度變化的函數(shù)關系。為了測溫讀數(shù)準確一般要保證測溫物質的測溫屬性隨溫度變化的函數(shù)關系為線性關系③確定溫度零點和分度方法。（3）常見溫標：攝氏溫標、熱力學溫標新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)選定溫度零點和分度方法把標準大氣壓下，冰水混合物的溫度規(guī)定為0℃；水的沸騰溫度（沸點）規(guī)定為100℃。并據(jù)此把玻璃管上0℃刻度與100℃刻度之間均勻分成100等份，每份算做1℃。冰水混合物0℃100℃沸騰的水例如：人的正常體溫（口腔溫）是“37℃”，讀作“37攝氏度”；北京一月份的平均氣溫是“-4.7℃”，讀作“零下4.7攝氏度”或“負4.7攝氏度”。攝氏溫標規(guī)定：攝氏溫度：用攝氏溫標表示的溫度叫做攝氏溫度（t）。單位：攝氏度，“℃”新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)選定溫度零點和分度方法熱力學溫標（絕對溫標）規(guī)定：

①定義：1848年，開爾文建立了熱力學溫標(熱力學溫標它不依賴于測溫物質的具體性質)，規(guī)定攝氏溫度的-273.15oC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爾文溫標，也叫熱力學溫標，表示的溫度叫熱力學溫度（T）。③單位：開爾文，簡稱開。符號為K．②熱力學零度(絕對零度):-273.15oC④攝氏溫度t與熱力學溫度T的關系：T＝t+273.15K

1960年，國際計量大會確定了攝氏溫標與熱力學溫標的關系：攝氏溫標由熱力學溫標導出。新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)①熱力學溫度是國際單位制中七個基本物理量之一.說明：③攝氏溫標的單位“℃”是溫度的常用單位，但不是國際制單位，溫度的國際制單位是開爾文，符號為K．在今后各種相關熱力學計算中，一定要牢記將溫度單位轉換為熱力學溫度即開爾文。④由T＝t+273.15K可知，物體溫度變化l℃與變化lK的變化量是等同的，但物體所處狀態(tài)為l℃與lK是相隔甚遠的。?T=?t②熱力學溫度的零度（0K）是低溫的極限，永遠達不到。故熱力學溫度不能出現(xiàn)負值。新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)兩種溫標的區(qū)別攝氏溫標熱力學溫標提出者攝氏薩斯和施勒默爾英國物理學家開爾文零度的規(guī)定一個標準大氣壓下冰水混合物的溫度－273.15℃溫度名稱攝氏溫度熱力學溫度溫度符號tT單位名稱攝氏度開爾文單位符號℃K關系(1)T＝t＋273.15K，粗略表示：T＝t＋273K(2)每一開爾文的大小與每一攝氏度的大小相等新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)3.各類溫度計各種溫度計中，起測溫作用的器件種類是不同的，即隨溫度變化的物理量不同。水銀溫度計水銀熱脹冷縮氣體壓強隨溫度變化不同導體因溫差產(chǎn)生的電動勢大小金屬電阻隨溫度變化水銀溫度計氣體溫度計熱電偶溫度計電阻溫度計固體溫度升高時會膨脹，把線膨脹程度不同的兩種金屬片壓合在一起，溫度變化時，雙金屬片的彎曲程度會發(fā)生變化，帶動指針偏轉，指示溫度。新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)視頻演示：各類溫度計及工作原理新課導入知識講解隨堂練習課堂小結布置作業(yè)狀態(tài)參量與平衡態(tài)平衡態(tài)：沒有外界影響的情況下，系統(tǒng)所有性質都不隨時間變化的穩(wěn)定的狀態(tài)

熱平衡與溫度熱平衡：狀態(tài)參量不再變化，兩個系統(tǒng)對于傳熱已經(jīng)達到平衡熱平衡定律：如果兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)達到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定處于熱平衡溫度：兩個系統(tǒng)處于熱平衡時，具有的共同的熱學性質溫度計與溫標溫度和溫標攝氏溫標(t)熱力學溫標(T)關系式：T＝t＋273.15K狀態(tài)參量體積V壓強P溫度T標準大氣壓下100等份冰水混合物沸騰的水100℃0℃溫度計及種類原理布置作業(yè)課堂小結新課導入知識講解隨堂練習四、學以致用提高練習1．關于熱力學溫度，下列說法中正確的是（）A．-330C與240.15K表示不同的溫度B．攝氏溫度與熱力學溫度都可能取負值C．溫度變化10C，也就是溫度變化1KD．溫度由t升至2t，對應的熱力學溫度升高了273.15K+t【答案】C【解析】A．由T=273.15K+t可知-330C與240.15K表示相同的溫度，A錯誤；B．因絕對零度達不到，故熱力學溫度不可能取負值，B錯誤；C．由T=273.15K+t可知?T=?t即熱力學溫標溫度的變化總等于攝氏溫標溫度的變化，溫度變化10C，也就是溫度變化1K，C正確；D．初始熱力學溫度為273.15K+t，末態(tài)為273.15K+2t，溫度變化了t，D錯誤；故選C。隨堂練習新課導入知識講解課堂小結布置作業(yè)2.(多選)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，故當系統(tǒng)狀態(tài)變化時，其各個狀態(tài)參量都會改變C.兩物體發(fā)生熱傳遞時，兩系統(tǒng)處于非平衡態(tài)D.0℃的冰水混合物放入0℃的環(huán)境中，冰水混合物處于平衡態(tài)【答案】CD【解析】狀態(tài)參量是描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量，與系統(tǒng)是否處于平衡態(tài)無關，且系統(tǒng)狀態(tài)變化時，不一定各個狀態(tài)參量都改變，A、B錯誤；處于熱傳遞過程中的兩系統(tǒng)處于非平衡態(tài)，C正確；0℃的冰水混合物放入0℃的環(huán)境中，其溫度、壓強、體積都不再變化，冰水混合物處于平衡態(tài)，D正確.隨堂練習新課導入知識講解課堂小結布置作業(yè)3.(多選)關于平衡態(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.兩個系統(tǒng)在接觸時它們的狀態(tài)不發(fā)生變化，說明這兩個系統(tǒng)原來的溫度是相等的C.熱平衡就是平衡態(tài)D.處于熱平衡的幾個系統(tǒng)的溫度一定相等【答案】BD【解析】描述系統(tǒng)的狀態(tài)參量不止一個，僅僅根據(jù)溫度不變且處處相等，不能得出系統(tǒng)一定處于平衡態(tài)的結論，A錯誤；根據(jù)熱平衡的定義可知，B、D正確；平衡態(tài)是針對某一系