选择性必修三第二章气体、固体、液体：第1节 温度和温标（共35张ppt）

(共35张PPT)
第1节 温度和温标
选择性必修三 第二章 气体、固体、液体
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1.知道系统的状态参量及平衡态;
2.明确温度的概念，知道热平衡定律及其与温度的关系;
3.了解温度计的原理，知道热力学温度与摄氏温度的换算关系．
课堂引入：
气体就是系统
容器和酒精灯就是外界
用酒精灯加热容器中的气体
【主题一】状态参量与平衡态
系统：研究某一容器中气体的热学性质，其研究对象是容器中的大量分子组成的系统，这在热学中叫作一个热力学系统，简称系统。
外界：系统之外与系统发生相互作用的其他物体统称外界。
1、
容器和酒精灯就是外界
把气体作为研究对象，它就是一个热力学系统
在力学中，为描述物体（质点）的运动状态，我们使用了物体的位置和速度这两个物理量。
在热学中，为确定系统的状态，也需要用到一些物理量，这些物理量叫作系统的状态参量。
一辆汽车经过某海湾时的速度为30m/s，加速度为5m/s2。
新知探究：
【主题一】状态参量与平衡态
2、状态参量 ： 描述系统状态的物理量
系统间力的作用用压强P
力学参量
确定系统冷热程度用温度T
热学参量
温度为20oC
几何参量
容积为100L
确定空间范围用体积V
状态参量
例1、在热学中，要描述一定气体的宏观状态，不需要确定的物理量是 ( )
A．每个气体分子的运动速率
B．压强
C．体积
D．温度
气体的压强、体积、温度分别是从力学、几何、热学三个角度对气体的性质进行的宏观描述，是确定气体宏观状态的三个状态参量．
每个气体分子的运动速率是微观量，不是气体的宏观状态参量．
【典型例题】
【解析】　
【答案】　
A
5atm
60oC
0oC
2atm
系 统
平衡态
例如：把不同压强，不同温度的两箱气体注入同一容器：
压强大的气体会向压强小的一方流动。
温度高的会向温度低的一方传热。
经过一段时间后，容器各点的压强和温度都不再变化。
没有外界影响的情况下
非平衡态
平衡态
【主题一】状态参量与平衡态
3、平衡态：对于一个封闭系统，在经过足够长的时间，系统各部分的状态参量会达到稳定（不随时间变化）,我们说系统达到了平衡态。
③处于平衡态的系统各处温度相等，但温度各处相等的系统未必处于平衡态。
【主题一】状态参量与平衡态
3、平衡态：对于一个封闭系统，在经过足够长的时间，系统各部分的状态参量会达到稳定（不随时间变化）,我们说系统达到了平衡态。
★注意：
①平衡态是一种理想情况，因为任何系统完全不受外界影响是不可能的。
②类似于化学平衡，热力学系统达到的平衡态也是一种动态平衡。
【典型例题】
例2、
【解析】　
A
【答案】　
如果一个系统达到了平衡态，那么这个系统各处的 ( )
A.温度、压强、体积都必须达到稳定的状态不再变化
B.温度一定达到了某一稳定值，但压强和体积仍是可以变化的
C.温度一定达到了某一稳定值，并且分子不再运动，达到了“凝固”状态
D.温度、压强稳定，但体积仍可变化
如果一个系统达到了平衡态，系统内各部分的状态参量如温度、压强和体积等不再随时间发生变化.当温度达到稳定值时，分子仍然是运动的，不可能达到所谓的“凝固”状态.
变式训练2-1、下列说法中正确的是(　　)
A．状态参量是描述系统状态的物理量，系统处于非平衡状态时各部分的参量不发生变化
B．当系统不受外界影响，且经过足够长的时间，其内部各部分状态参量将会相同
C．只有处于平衡状态的系统才有状态参量
D．两物体发生热传递时，它们组成的系统处于平衡状态
B
【典型例题】
【解析】　
处于非平衡状态的系统也有状态参量，而且参量会发生变化，故A、C项错误；
处于热传递过程中的两系统处于非平衡状态，故D项错误．
【答案】　
经过足够长的时间，系统若不受外界影响，就会达到平衡态，各部分状态参量将会相同，故B项正确；
技法点拨：
两步法判断热力学系统是否处于平衡态
如果系统不受外界的影响,且状态参量不发生变化,系统就处于平衡态,否则就是非平衡态。
2.判断系统的状态参量(压强、体积和温度)是否发生变化。
1.判断热力学系统是否受到外界的影响。
初中学过的温度知识：
当热水中的温度计的读数不再升高的时候，我们自然认为此时温度计的温度（读数）就是热水的温度。
新知探究：
那么，我们凭什么说这个时候温度计的温度就是热水的温度？
【主题二】热平衡与温度
1、热平衡:两个系统相互接触而传热，这两个系统的状态参量将会互相影响而分别改变．经过一段时间，各自的状态参量不再变化，这说明两个系统达到了平衡，这种平衡叫热平衡。
系统1
系统2
两个系统达到热平衡后再把它们分开，如果分开后它们都不受外界影响，再把它们重新接触，它们的状态不会发生新的变化。
★如果两个系统接触后状态不会发生变化，我们就说他们原来处于热平衡状态。
【主题二】热平衡与温度
因此，热平衡的概念也适用于原来没有发生过作用的系统。
系统1
系统2
系统1
系统2
思考：若A与C处于热平衡状态，而B与C也处于热平衡状态，那么A和B之间处于什么状态？
A与B之间也处于热平衡状态
新知探究：
【主题二】热平衡与温度
1、热平衡:两个系统相互接触而传热，这两个系统的状态参量将会互相影响而分别改变．最后，两个系统的状态参量不再变化，这说明两个系统对于传热来说已经达到了平衡，这种平衡叫热平衡。
2、热平衡定律：如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡，这个结论称为热平衡定律。
思考：若A与C处于热平衡状态，而B与C也处于热平衡状态，那么A和B之间处于什么状态？
A与B之间也处于热平衡状态
新知探究：
处于热平衡的两个系统，它们必定具有某个共同的热学性质
打开阀门K，最终活塞处于某个位置静止不动。
力学平衡
具有一种相同的力学性质
压强
新知探究：
两带电体相连后，其带电状态不发生变化。
静电平衡
具有一种相同的电学性质
电势
k
10oC、5atm
50oC、6atm
热平衡
具有一种相同的热学性质
温度
【主题二】热平衡与温度
1、热平衡:两个系统相互接触而传热，这两个系统的状态参量将会互相影响而分别改变．最后，两个系统的状态参量不再变化，这说明两个系统对于传热来说已经达到了平衡，这种平衡叫热平衡。
3、温度：两个系统处于热平衡时，它们具有一个“共同性质”。我们就把表征这一“共同性质”的物理量定义为温度。
2、热平衡定律：如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡，这个结论称为热平衡定律。
3、温度：两个系统处于热平衡时，它们具有一个“共同性质”。我们就把表征这一“共同性质”的物理量定义为温度。
【主题二】热平衡与温度
★一切达到热平衡的系统都具有相同的温度。
★系统达到热平衡的宏观标志就是温度相同
★若温度不同即系统处于非平衡态，则系统一定存在着热交换。
水银温度不再升高，这个系统达到平衡态
水的温度不再升高，这个系统达到平衡态
这两个系统达到热平衡
★平衡态与热平衡的区别与联系：
【主题二】热平衡与温度
例3、下列说法不正确的是 （ ）
A.放在腋下足够长时间的水银体温计中的水银与人体达到热平衡
B.温度相同的棉花和石头相接触，需要经过一段时间才能达到热平衡
C.若a与b、c分别达到热平衡，则b、c之间也达到了热平衡
D.两物体温度相同，可以说两物体达到了热平衡
若a与b、c分别达到热平衡，三者温度一定相等，所以b、c之间也达到了热平衡，故C正确.
【答案】　
【解析】　
B
【典型例题】
当温度计的液泡与被测物体紧密接触时，如果两者的温度有差异，它们之间就会发生热传递，高温物体将向低温物体传热，最终使二者的温度达到相等，即达到热平衡，故A、D正确；
两个物体的温度相同时，不会发生热传递，已经达到热平衡，故B错误；
技法点拨：
1.根据两个相接触的系统的状态参量是否发生变化判断。如果不发生变化,处于热平衡,发生变化则不处于热平衡。
判断系统达到热平衡的两个方法
2.根据两个系统的温度是否相同判断。如果相同,处于热平衡,不相同则不处于热平衡。
【主题三】温度计与温标
1、温标：定量描述温度的方法叫做温标
（1）建立一种温标的三要素：
①选择温度计中用于测量温度的物质。（水银/铂/气体/热电偶……）
水银温度计 气体温度计 热电偶温度计
电阻温度计
——水银热胀冷缩
—金属电阻随温度变化
——气体压强随温度变化
——不同导体因温差产生的电动势大小
【主题三】温度计与温标
1、温标：定量描述温度的方法叫做温标
（1）建立一种温标的三要素：
②了解测温物质随温度变化的函数关系。
①选择温度计中用于测量温度的物质。（水银/铂/气体/热电偶……）
③确定温度零点和分度方法．
为了测温读数准确，一般要保证测温物质的测温属性随温度变化的函数关系为线性关系
【主题三】温度计与温标
1、温标：定量描述温度的方法叫做温标
（2）两种温标：
①摄氏温标：一种常用的表示温度的方法，这种温标规定标准大气压下冰的熔点为0℃，水的沸点为100℃。在0℃和100℃之间均匀分成100等份，每份算作1℃。
②热力学温标：现代科学中常用的表示温度的方法，这种温标规定摄氏温度的－273.15℃为零值。
冰水混合物
0℃
100℃
沸腾的水
2、摄氏温度与热力学温度：
(2)热力学温度：用热力学温标表示的温度叫做热力学温度，它是国际单位制中七个基本物理量之一。
用符号T表示。单位：开尔文，简称开，符号为K。
(3) 摄氏温度t与热力学温度T的换算关系：
(1)摄氏温度：用摄氏温标表示的温度叫做摄氏温度，用符号t表示。单位：摄氏度，符号为℃。
【主题三】温度计与温标
(4)注意：
①摄氏温标的单位“℃”是温度的常用单位，但不是国际制单位，温度的国际制单位是开尔文，符号为K。
②由可知，物体温度变化1℃与变化1K的变化量是等同的，
在今后各种相关热力学计算中，一定要牢记将温度单位转换为热力学温度即开尔文。
但物体所处状态为1℃与1K是相隔甚远的。
例4、关于温度与温标，下列说法不正确的是 ( )
A.用摄氏温标和热力学温标表示温度是两种不同的表示方法
B.水的沸点为100℃，用热力学温度表示即为373.15K
C.水从0℃升高到100℃，用热力学温度表示即为从273.15K升高到373.15K
D.温度由摄氏温度t升至2t，对应的热力学温度由T升到2T
温度由摄氏温度t升高到2t，对应的热力学温度从T＝t＋273.15 (K)升高到2t＋273.15 (K)，
选项D错误.
【典型例题】
【解析】　
温标是温度数值的表示方法，常用的温标有摄氏温标和热力学温标，选项A正确；
根据T＝t＋273.15 (K)可知，100 ℃相当于热力学温度373.15 K，选项B正确；
水从0 ℃升高到100 ℃，即从273.15 K升高到373.15 K，选项C正确；
【答案】　
D
1593年，伽利略发明了第一支空气温度计。
这种气体温度计是用一根细长的玻璃管制成的。
它的一端制成空心圆球形；
另一端开口，事先在管内装进一些带颜色的水，并将这一端倒插入盛有水的容器中。
在玻璃管上等距离地标上刻度。
这样，当外界温度升高时，玻璃球内气体膨胀，使玻璃管中水位降低；
反之，温度较低时，玻璃球内气体收缩，玻璃管中的水位就上升。
例5、伽利略在1593年制造了世界上第一个温度计——空气温度计，如图所示，一个细长颈的球形瓶倒插在装有红色液体的槽中，细管中的液面清晰可见，如果不考虑外界大气压的变化，就能根据液面的变化测出温度的变化，则 （ ）
A.该温度计的测温物质是槽中的液体
B.该温度计的测温物质是细管中的红色液体
C.该温度计的测温物质是球形瓶中的空气
D.该温度计是利用细管中的红色液体的热胀冷缩的性质制造的
【解析】　
【答案】　
【典型例题】
细管中的红色液体是用来显示球形瓶中空气的体积随温度变化情况的，测温物质是球形瓶中封闭的空气，该温度计是利用空气的热胀冷缩的性质制造的，故A、B、D错误，C正确.
C
固体温度升高时会膨胀
把线膨胀程度不同的两种金属片压合在一起，温度变化时，双金属片的弯曲程度会发生变化，带动指针偏转，指示温度
把一条金属丝的两端分别与另一条不同材料金属丝的两端熔焊，接成闭合电路，倘若两个焊点之间有温度差，电路中就有电动势产生，温度差越大，电动势也越大。
根据电动势就可以度量两个焊点之间的温度差。
温差电现象
形形色色的温度计
变式训练5-1、实际应用中，常用到一种双金属温度计，它是利用铜片与铁片压合在一起的双金属片的弯曲程度随温度的变化而变化的原理制成的，如图甲中双金属片被加热时，其弯曲程度会增大，则下列各种相关叙述中不正确的有 （ ）
A.该温度计的测温物质是铜、铁两种热膨胀系数不同的金属
B.双金属温度计是利用测温物质热胀冷缩的性质来工作的
C.由图甲可知，铜的热膨胀系数大于铁的热膨胀系数
D.由图乙可知，双金属片的内层一定为铜，外层一定为铁
【解析】　
【答案】　
题图乙中，温度计示数是沿顺时针方向增大的，说明当温度升高时温度计指针沿顺时针方向转动，则其双金属片的弯曲程度在增大，故可以推知双金属片的内层一定是铁，外层一定是铜，D错误.
D
【典型例题】
双金属温度计是利用热膨胀系数不同的铜、铁两种金属制成的，双金属片的弯曲程度随温度变化而变化，A、B正确；
题图甲中，加热时，双金属片弯曲程度增大，即进一步向上弯曲，说明双金属片下层热膨胀系数较大，即铜的热膨胀系数较大，C正确；
状态参量与平衡态
平衡态：没有外界影响的情况下，系统所有性质都不随时间变化的稳定的状态
热平衡与温度
热平衡：状态参量不再变化，两个系统对于传热已经达到平衡
热平衡定律：如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，
那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡
温度：两个系统处于热平衡时，具有的共同的热学性质
温标
温度和温标
摄氏温标(t)
热力学温标(T)
关系式：T
状态参量
体积V
压强P
温度T
标准大气压下
100等份
冰水混合物
沸腾的水
100℃
0℃
课堂小结：
再 见 ！