2021-2022学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册2.1《温度和温标》教学设计(word版教案)

第2章 气体、固体和液体
第1节 温度和温标
教学内容分析
《温度和温标》是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》必修课程必修3模块中“固体、液体和气体”主题下的内容。教材首先引入系统、状态参量、平衡态、热平衡等概念，并根据两个系统达到热平衡时具有相同的热学性质，描述热学性质的物理量定义为温度，温度的这种定义比初中“冷热程度”说话严谨深刻。初中物理学习中，学生知道用温度计测量温度的操作过程，在高中阶段应用热平衡原理解释测量温度操作的物理原理。
本节内容抽象，可以通过对相似概念的比较、列举生活中的具体事例等方法帮助学生理解概念.和第1章不同，本章主要从宏观的角度学习气体、固体和液体的性质，并要求能用分子动理论来解释这些宏观现象。
学情分析
学生在初中已经接触过温度的含义——描述物体的冷热程度，在生活中对温度概念形成朴素的认识，但初中所学的温度定义缺乏严谨性，本节在初中的基础上对温度有了更严格的定义。本节概念多，抽象，教学时可类比力学中的研究对象、受力物体等概念解释系统、外界的含义，类比质量、密度、速度等学生熟悉的概念描述物体，了解状态参量描述系统的物理意义。
教学目标
1.学生知道什么是状态参量，什么是平衡态。
2.学生理解热平衡的概念及热平衡定律，体会生活中的热平衡现象。
3.学生理解温度的意义。
4.学生知道常见温度计的构造，会使用常见的温度计。
5.学生掌握温度的定义，知道什么是温标、热力学温标，以及热力学温度的表示。知道摄氏温度和热力学温度的转换关系。
教学重难点
教学重点：平衡态的含义、温度的定义、热平衡定律、温标
教学难点：对平衡态和热平衡概念的理解、温度的定义
教学方法：讲授法、启发式教学、对话教学
教学过程
师：木块放在地面上。对木块受力分析，木块受哪些力？
生：重力竖直向下，地面施加的弹力竖直向上。
师：在力学中，重点关注我们的研究对象——受力物体，分析研究对象周围其他物体对研究对象作用力。在热力学中，我们的研究对象是大量分子组成的气体，被称为系统。系统外部对气体可能产生作用，例如可以对气体加热、压缩气体等。系统之外与系统发生相互作用的其他物体叫外界。
（板书：系统、外界）
1.状态参量与平衡态
师：描述一个物体需要用一些物理量，例如物体的质量、体积、密度、形状等。描述气体也需要借助一些物理量，这些物理量叫做系统的状态参量。描述气体，常用的状态参量有压强p、体积V和温度T。另外，也有其他的状态参量。
仿真实验 PhET虚拟仿真实验——扩散实验
虚拟实验条件：设置左侧容器中粒子数为180，气体温度为500K；右侧容器中粒子数为100，温度为200K.勾选“质心”选项。
单击“移除隔板”按钮，观察实验现象。
实验现象：经过足够长时间，两种粒子在容器中均匀分布，容器中各位置粒子热运动快慢相同，温度相同。
师：经过足够长时间，容器中气体有何特点？
生：各部分看起来是一样的。
师：“看起来一样”是什么含义？如何准确地描述这种特点？
（学生无法用语言准确描述气体的状态）
师：我们用状态参量描述系统的状态。气体各部分的压强、温度、密度等量相同吗？
生：相同。
师：实践证明，经过足够长的时间，系统内各部分的状态参量相同，并且稳定不变。我们称之为系统处于平衡态。处于平衡态时，状态参量不随时间变化，研究系统的性质，也就是要确定系统的状态参量。
（板书：平衡态。）
2.热平衡与温度
情境1：两个系统A和B通过导热壁接触，初始时B的温度高于A的温度。接触后，热量传递的方向是怎样的？经过足够长时间，两个系统的温度相同吗？
生：热量从B流向A，B的温度降低，A的温度升高，最终温度相等。
师：实践证明，经过一段时间后，两个系统均处于平衡态，具有共同的热学性质，这个共同的性质定义为系统的温度，系统A和B处于热平衡。达到热平衡的两个系统必定具有相同的温度。
情境2：如图所示，A、C两个系统之间导热，B、C两个系统导热。长时间后，将A、B两个系统接触，有热量传递吗？A、B两个系统温度相同吗？
生：不会发生热量传递，A和B温度相同。
师：当两个系统分别和第三个系统达到热平衡，这两个系统也必定处于热平衡。这个结论叫热平衡定律，也被称为热力学第零定律。
课堂评价设计：使用水银体温计时，要求将体温计置于腋下5-10分钟。体温计的工作原理是什么？为什么要求5-10分钟？
生：将体温计与人体接触，热量从人体流向体温计，经过较长时间，体温计和人体处于热平衡，二者温度相同，体温计的示数等于人体的温度。
3.温度计与温标
师：体温计的工作原理用到了热平衡定律。对体温计进行标度，还需要建立具体的温标。
建立温标，需要确立三个因素。
①选择测温物质和测温属性
温度改变，物体的一些属性发生变化，例如水银温度计的体积随温度改变.确立温标，首先选择一特定的物质(如水银)某一随温度变化的属性(如水银的体积、电阻温度计的金属丝的电阻率).表示这种属性的物理量叫做测温属性.测温属性需随温度发生显著、单调而连续的变化。
②规定测温属性随温度的变化关系
测温物质选定后，须规定测温属性随温度的变化关系.通常规定测温属性随温度作线性变化.
③选定标准温度点并规定其数值
摄氏温标由瑞典天文学家摄尔修斯(A.Celsius，1701-1744)1742年制订.摄氏温标规定：标准大气压下冰的熔点为0℃，水的沸点为100℃。
热力学温标：不依赖任何测温物质和测温参量建立的理想温标.由英国物理学家开尔文(L.Kelvin，1824-1907)1848年建立.测量的温度叫热力学温度，用符号T表示，单位为开，符号K.
T = t +273.15
课堂评价 “练习与应用”第4题
板书设计
§ 1 温度和温标
一、状态参量和平衡态
系统：大量分子组成的研究对象
外界：系统之外的物体
状态参量：描述系统处于平衡态性质的物理量
平衡态：系统的状态参量不随时间变化的状态
二、热平衡和温度
热平衡
温度
三、温度与温标
温标
热力学温度 T=t+273.15
教学反思
热平衡定律的结论对学生来说是显而易见的，例如在数学课程中a=b，b=c，那么a=c.实际上，热平衡定律是热学中的一条基本公理，它的正确性由大量实验事实所证实，是物理学中的一条公理，具有重要的地位，可以向学生指明这一点，突出它的重要地位。
温标的建立在后面章节中教材有具体的习题，在学习后续内容后再强调对温标的理解，本节不适宜讲解太深。