2024-2025學(xué)年高中物理第七章分子動理論4溫度和溫標(biāo)學(xué)案新人教版選修3-3

PAGE8-溫度和溫標(biāo)一、平衡態(tài)和狀態(tài)參量1．系統(tǒng)：在物理學(xué)中，通常把所探討的對象稱為系統(tǒng)．2．狀態(tài)參量：用來描述系統(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)間變更，這種狀況就說系統(tǒng)達(dá)到了平衡態(tài)．平衡態(tài)和熱平衡是一回事嗎？提示：不是．平衡態(tài)是對某一系統(tǒng)而言的．熱平衡是對兩個(gè)相互接觸的系統(tǒng)而言的．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)可能會發(fā)生變更，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)．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)，最終系統(tǒng)的狀態(tài)參量都不再變更，這時(shí)兩個(gè)系統(tǒng)具有“共同性質(zhì)”，我們就說這兩個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了熱平衡．2．熱平衡定律：假如兩個(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，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“共同的熱學(xué)性質(zhì)”叫做溫度．溫度是表示物體冷熱程度的物理量，反映了組成物體的大量分子的無規(guī)則運(yùn)動的激烈程度．一切達(dá)到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度．2013年1月1～3日，濟(jì)南人度過了30年來最冷的元旦，據(jù)氣象專家說“冷”的緣由竟是全球變暖變更了大氣循環(huán)，將來幾年的冬天會更冷，濟(jì)南不是這個(gè)冬天唯一“冷得顫抖”的城市，包括美國東部在內(nèi)的全球多個(gè)城市都將度過一個(gè)“異樣”寒冷的冬天，“千年極寒”到來了嗎？以上信息中提到的“寒”和“熱”在我們物理學(xué)中是如何表示的呢？提示：在物理學(xué)中，物體的冷熱程度是用溫度來表示的．三、溫標(biāo)1．定義：用來定量描述溫度的方法稱為溫標(biāo)．2．?dāng)z氏溫標(biāo)：一種生活中常用的表示溫度的方法．規(guī)定一個(gè)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℃之間均分成100等份，每一份就叫做1℃.3．熱力學(xué)溫標(biāo)：現(xiàn)代科學(xué)中用得更多的是熱力學(xué)溫標(biāo)，又叫熱力學(xué)溫度，用字母T表示，它是國際單位制中七個(gè)基本物理量之一，單位是開爾文，簡稱開，符號為K.4．熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系：T＝t＋273.15K，熱力學(xué)溫度的每1K跟攝氏溫度的每1℃是相等的．物體溫度上升了1℃就是上升了273.15K嗎？提示：不是．溫度上升了1℃，也就是上升了1K，即在表示溫差時(shí)，ΔT＝Δt.考點(diǎn)一對平衡態(tài)和熱平衡的理解1．正確理解平衡態(tài)(1)熱力學(xué)的平衡態(tài)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(yùn)動，只是分子運(yùn)動的平均效果不隨時(shí)間變更，表現(xiàn)為系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變更．(2)平衡態(tài)是一種志向狀態(tài)，因?yàn)槿魏蜗到y(tǒng)完全不受外界影響是不行能的．(3)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)．只要兩個(gè)系統(tǒng)在接觸時(shí)它們的狀態(tài)不發(fā)生變更，那么這兩個(gè)系統(tǒng)原來是處于熱平衡的．(4)平衡態(tài)不是熱平衡：平衡態(tài)是對某一系統(tǒng)而言的，是系統(tǒng)的狀態(tài)，熱平衡是對兩個(gè)接觸的系統(tǒng)之間的關(guān)系而言的；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)可能會發(fā)生變更，直到溫度相同時(shí)，兩個(gè)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)．2．熱平衡定律的意義：確定兩個(gè)系統(tǒng)是否達(dá)到了熱平衡的最主要參量是溫度．因?yàn)榛闊崞胶獾奈矬w具有相同的溫度，所以在比較各物體的溫度時(shí)，不須要將各物體干脆接觸，只需將溫度計(jì)分別與各物體接觸，即可比較溫度的凹凸．【例1】(多選)下列說法正確的是()A．兩個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡時(shí)，它們肯定具有相同的熱量B．假如兩個(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．溫度是確定兩個(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)能夠用來測量溫度的基本原理熱平衡的關(guān)鍵是達(dá)到相同的溫度．【解析】熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的狀態(tài)參量——溫度，所以A錯(cuò)，C正確；若溫度計(jì)與物體A處于熱平衡，它同時(shí)也與物體B處于熱平衡，依據(jù)熱平衡定律，則物體A的溫度便與物體B的溫度相等，這就是溫度計(jì)能夠用來測量溫度的基本原理，故B、D正確．【答案】BCD總結(jié)提能(1)一切達(dá)到熱平衡的物體都具有相同的溫度．(2)若溫度計(jì)與A處于熱平衡，它同時(shí)也與B處于熱平衡，則A的溫度便等于B的溫度，這就是溫度計(jì)用來測量溫度的基本原理．(多選)下列狀態(tài)處于熱平衡態(tài)的是(AB)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．一個(gè)裝有氣體的密閉絕熱容器勻速運(yùn)動，容器突然停止運(yùn)動，容器內(nèi)的氣體D．開空調(diào)2分鐘內(nèi)教室內(nèi)的氣體解析：系統(tǒng)處于熱平衡態(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)、體積都不再變更，是平衡態(tài)，故A、B對；一個(gè)裝有氣體的密閉絕熱容器勻速運(yùn)動突然停止時(shí)，容器內(nèi)氣體的溫度上升，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)教室內(nèi)的氣體，溫度、體積均要變更，故其不是平衡態(tài)，D錯(cuò)．考點(diǎn)二對溫度和溫標(biāo)的理解1．“溫度”含義的兩種說法宏觀角度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，往往是不精確的熱平衡角度溫度的嚴(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)系統(tǒng)相互處于熱平衡時(shí)，存在一個(gè)數(shù)值相等的物理量，這個(gè)物理量就是溫度，這樣的定義更具有科學(xué)性2.溫度計(jì)測量原理一切互為熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度．使溫度計(jì)與待測物體接觸，達(dá)到熱平衡，其溫度與待測物體的溫度相同．3．溫標(biāo)(1)常見的溫標(biāo)有攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)．(2)溫標(biāo)要素：第一，選擇某種具有測溫屬性的測溫物質(zhì)；其次，了解測溫物質(zhì)隨溫度變更的函數(shù)關(guān)系；第三，確定溫度零點(diǎn)和分度的方法．(3)比較攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)【例2】(多選)關(guān)于熱力學(xué)溫度下列說法中正確的是()A．－33℃＝240KB．溫度變更1℃，也就是溫度變更1KC．?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℃，對應(yīng)的熱力學(xué)溫度上升了t＋273K熱力學(xué)溫度T與攝氏溫度t之間的關(guān)系是T＝t＋273K，雖然熱力學(xué)溫度與攝氏溫度起點(diǎn)不同，但表示溫度的間隔時(shí)是相同的，ΔT＝Δt.【解析】熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系為T＝t＋273K，由此可知－33℃＝240K，A正確；從上式也可看出，就一個(gè)分度值來說，1℃與1K相等，即ΔT＝Δt，所以B正確；對于攝氏溫度可取負(fù)值的范圍為－273℃～0，因肯定零度達(dá)不到，故熱力學(xué)溫度不行能取負(fù)值，故C錯(cuò)誤；D中初態(tài)熱力學(xué)溫度為273K＋t，末態(tài)為273K＋2t，溫度變更tK，故D錯(cuò)誤．【答案】AB總結(jié)提能就一個(gè)分度值來說，1℃與1K相等，即ΔT＝Δt.對于同一溫度來說，用不同的溫標(biāo)表示，數(shù)值不同，這是因?yàn)榱阒颠x取不同．依據(jù)圖象推斷，溫度計(jì)中選擇的測溫物質(zhì)及其依據(jù)是(D)A．水，水的密度小B．水，水的密度出現(xiàn)異樣現(xiàn)象C．汞，汞的密度大D．汞，汞的密度與溫度成規(guī)則的線性關(guān)系解析：由于水的密度和溫度的關(guān)系曲線是不規(guī)則曲線，且不是單調(diào)的，假如選水為測溫物質(zhì)，則溫度計(jì)刻度不勻稱．汞的密度與溫度成規(guī)則的線性關(guān)系，選汞作為測溫物質(zhì)，溫度計(jì)刻度是勻稱的．故選D.常見誤區(qū)例析熱平衡與溫度理解的三個(gè)誤區(qū)誤區(qū)1：誤認(rèn)為只要溫度不變，系統(tǒng)就處于平衡態(tài)產(chǎn)生誤區(qū)的緣由是沒有正確理解平衡態(tài)的概念，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)包括溫度在內(nèi)的全部狀態(tài)參量都不隨時(shí)間變更時(shí)，系統(tǒng)才會處于平衡態(tài)．誤區(qū)2：誤認(rèn)為平衡態(tài)就是熱平衡產(chǎn)生誤區(qū)的緣由是由于不理解熱平衡與平衡態(tài)的關(guān)系，錯(cuò)誤地認(rèn)為處于平衡態(tài)的兩個(gè)物體之間肯定會處于熱平衡狀態(tài)．其實(shí)各自處于平衡態(tài)的兩個(gè)物體溫度不肯定相同，它們接觸后各自的狀態(tài)會發(fā)生變更，直到達(dá)到熱平衡為止．誤區(qū)3：誤認(rèn)為熱力學(xué)溫度可以出現(xiàn)負(fù)值產(chǎn)生誤區(qū)的緣由是混淆了熱力學(xué)溫度和攝氏溫度，錯(cuò)誤地認(rèn)為二者都可以為負(fù)值．事實(shí)上，0K是熱力學(xué)溫度的低溫極限，依據(jù)熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系T＝273.15＋t，攝氏溫度也有最低值，為－273.15℃，即自然界中的高溫沒有極限，但低溫是有極限的．【典例】有關(guān)熱平衡的說法正確的是()A．假如兩個(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)恒久處于熱平衡狀態(tài)B．熱平衡定律只能探討三個(gè)系統(tǒng)的問題C．假如兩個(gè)系統(tǒng)彼此接觸而不發(fā)生狀態(tài)參量的變更，這兩個(gè)系統(tǒng)又不受外界影響，那么這兩個(gè)系統(tǒng)肯定處于熱平衡狀態(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【解析】通過以下表格進(jìn)行逐項(xiàng)分析：選項(xiàng)情景與過程分析推斷A處于熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，假如受到外界的影響，狀態(tài)參量會隨之變更，溫度也會變更×B熱平衡定律對多個(gè)系統(tǒng)也適用×C由熱平衡的定義可知，系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)√D溫度相同是熱平衡的充要條件×【答案】C1．小明自定一種新溫標(biāo)p，他將冰點(diǎn)與沸點(diǎn)之間的溫度等分為200格，且將冰點(diǎn)的溫度定為50p，今小明測量一杯水的溫度為150p時(shí)，則該溫度用攝氏溫度表示時(shí)應(yīng)為(C)A．30℃B．40℃C．50℃D．60℃解析：每格表示的攝氏度為eq\f(100,200)＝0.5℃，比冰點(diǎn)高出的溫度為(150－50)×0.5℃＝50℃，C對，A、B、D錯(cuò)．2．小麗測量燒杯中熱水的溫度時(shí)，將熱水倒入另一燒杯中很少一部分，然后像圖中那樣去測量和讀數(shù)，她這樣做被小寧發(fā)覺了，小寧指出她的錯(cuò)誤如下．你認(rèn)為小寧找錯(cuò)的是(D)A．不應(yīng)倒入另一個(gè)燒杯中，這會使溫度降低B．水倒的太少，溫度計(jì)玻璃泡不能完全浸沒C．讀數(shù)時(shí)，視線應(yīng)當(dāng)與刻度線相平，而不應(yīng)斜視D．應(yīng)當(dāng)將溫度計(jì)取出讀數(shù)，而不應(yīng)當(dāng)放在水里讀解析：題中將少量水倒入另一燒杯，測量有兩處錯(cuò)誤：其一，少量水不能完全浸沒溫度計(jì)玻璃泡，達(dá)熱平衡時(shí)測量的不是水的溫度；其二，少量水倒入另一燒杯，這少量水與另一燒杯又達(dá)到一個(gè)熱平衡，溫度已變更，再用溫度計(jì)測量時(shí)，測出的是這個(gè)熱平衡狀態(tài)的溫度，而不是待測水的溫度了．所以小寧A、B找對了．題中C項(xiàng)讀數(shù)小寧找得對，但小寧在D選項(xiàng)中要把溫度計(jì)取出來讀數(shù)就不對了，當(dāng)把溫度計(jì)取出時(shí)，在空氣中它與空氣間存在溫度差，有熱交換會失去原來的熱平衡，示數(shù)變更．3.(多選)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)，如圖所示一個(gè)瘦長頸的球形瓶倒插在裝有紅色液體的槽中，細(xì)管中的液面清楚可見，假如不考慮外界大氣壓的變更，就能依據(jù)液面的變更測出溫度的變更，則(CD)A．該溫度計(jì)的測溫物質(zhì)是槽中的液體B．該溫度計(jì)的測溫物質(zhì)是細(xì)管中的紅色液體C．該溫度計(jì)的測溫物質(zhì)是球形瓶中的空氣D．該溫度計(jì)是利用測溫物質(zhì)的熱脹冷縮性質(zhì)制造的解析：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更狀況的，測溫物質(zhì)是球形瓶中封閉的空氣，該溫度計(jì)是利用它的熱脹冷縮的性質(zhì)制造的，故A、B錯(cuò)，C、D正確．4．(多選)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更的原理制成的，如圖所示．已知左圖中雙金屬片被加熱時(shí)，其彎曲程度會增大，則下列各種相關(guān)敘述正確的有(ABC)A．該溫度計(jì)的測溫物質(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)是利用測溫物質(zhì)熱脹冷縮的性質(zhì)來工作的C．由左圖可知，銅的熱膨脹系數(shù)大于鐵的熱膨脹系數(shù)D．由右圖可知，其雙金屬片的內(nèi)層肯定為銅，外層肯定為鐵解析：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更的原理來工作的，選項(xiàng)A、B是正確的．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，選項(xiàng)C正確．溫度計(jì)示數(shù)是順時(shí)針方向增大，說明當(dāng)溫度上升時(shí)溫度計(jì)指針順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動，則其雙金屬片的彎曲程度在增大