2.1 温度和温标（学案） 高二物理人教版（2019）选择性必修第三册

第二章 气体、固体和液体
第一节 温度和温标
学习目标
1.了解系统的状态参量以及平衡态的概念。
2.掌握热平衡的概念及热平衡定律。
3.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。
4.理解摄氏温度与热力学温度的转换关系。
重点难点
重点
热平衡的定义及热平衡定律的内容。
难点
有关热力学温度的计算。
自主探究
1.研究某一容器中气体的热学性质，其是容器中的大量分子组成的系统，这在热学中叫作一个，简称系统。
2.系统之外与系统发生相互作用的其他物体统称
3.在热学中，为确定系统的状杰，需要用到一些物理量，这些物理量叫作系统的。例如，压强、温度等。
4.如果两个系统相互接触而传热，这两个系统的将会相互影响而分别改变。经过一段时间，各自的状态参量就不再变化了，这说明两个系统达到了平衡。这种平衡叫作
5.实验表明：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。这就是温度计能够用来测量温度的基本原理。
6.处于热平衡的系统之间具有某个共同的热学性质，我们把表征这一“共同的热学性质”的物理量叫作。
7.温度计：
名称 原理
水银温度计 根据水银 的性质来测量温度
金属电阻温度计 根据金属铂的 随温度的变化来测量温度
气体温度计 根据气体的 随温度的变化来测量温度
热电偶温度计 根据不同导体因 产生电动势的大小来测量温度
8.温标：如果要定量地描述温度，就必须有一套方法，这套方法就是
(1)摄氏温标：一种常用的表示温度的方法，规定标准大气压下冰的熔点为0℃，水的沸点为100℃，并据此把玻璃管上0℃刻度与100℃刻度之间均匀分成 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，热力学温标也叫 或开氏温标。
(3)摄氏温度与热力学温度：
名称 摄氏温度 热力学温度
定义 用摄氏温标表示的温度 用热力学温标表示的温度
符号 T T
单位 摄氏度，符号为°C 开尔文，符号为K
换算关系
答案
1.研究对象 热力学系统
2.外界
3.状态参量 体积
4.状态参量 热平衡
5.热平衡定律
6.温度
7.热胀冷缩 电阻 压强 温差
8.温标 (1)100 (2)绝对温标 (3)T=t+273.15K
预习检测
1.判断正误。
(1)当系统处于平衡态时，系统的温度、压强、体积等都不随时间变化。 （ ）
(2)平衡态是一种理想情况。 （ ）
(3)温度是决定两个系统是否达到热平衡状态的唯一物理量。 （ ）
(4)处于热平衡状态的系统内的分子仍在不停地做无规则运动，热平衡是一种动态平衡。（ ）
(5)摄氏温度和热力学温度都是从零开始的。 （ ）
2.下列物体中处于非平衡态的是 （ ）
A.冰水混合物处在1℃的环境中 B.将一铝块放入沸水中加热较长的时间
C.冬天刚打开空调的教室内的气体 D.用玻璃杯盛着的开水放在室内足够长时间
3.两个处于热平衡状态的系统，由于受外界影响，状态参量发生了变化，下列关于它们后来是否能处于热平衡状态的说法中正确的是 （ ）
A.不能 B.可能
C.要看它们后来的温度是否相同 D.取决于其他状态参量是否相同
答案1.（1）√ （2）√ （3）√ （4）√ （5）× 2.AC 3.BC
探究思考
【探究一】状态参量与平衡态
1执力学的平衡态是一种动态平衡，组成系统的分子仍在不停地做无规则运动，只是分子运动的平均效果不随时间变化，表现为系统的宏观性质不随时间变化。而力学中的平衡态是指物体的运动状态处于静止或匀速直线运动状态。
2.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。系统处于平衡态时，仍可能发生偏离平衡态的微小变化。
3.两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。因此，热平衡概念也适用于两个原来没有发生过作用的系统。因此可以说，只要两个系统在接触时它们的状态不发生变化，我们就说这两个系统原来是处于热平衡的。
【探究二】热平衡与温度
1.温度
(1)宏观上来看：
①温度的物理意义：表示物体冷热程度的物理量。
②与热平衡的关系：各自处于热平衡状态的两个系统，相互接触时，它们相互之间发生了热量的传递，热量从高温系统传递给低温系统，经过一段时间后两系统温度相同，达到一个新的平衡状态。
(2)微观上来看：
①反映物体内分子热运动的剧烈程度，是大量分子热运动平均动能的标志。
②温度是大量分子热运动的集体表现，是含有统计意义的，对个别分子来说温度是没有意义的。
2.热平衡
(1)一切达到热平衡的物体都具有相同的温度。
(2)若物体与系统A达到热平衡，它同时也与系统B达到热平衡，则系统A的温度等于系统B的温度，这就是温度计用来测量温度的基本原理。
3.热平衡定律的意义
热平衡定律又叫热力学第零定律，为温度的测量提供了理论依据。因为互为热平衡的物体具有相同的温度，所以比较各物体温度时，不需要将各个物体直接接触，只需将作为标准物体的温度计分别与各物体接触，即可比较温度的高低。
【探究三】温度计和温标
1.“温度”含义的两种说法
宏观角度 温度表示物体的冷热程度，这样的定义带有主观性，因为冷热是由人体的感觉器官比较得到的，往往是不准确的
热平衡角度 温度的严格定义是建立在热平衡定律基础上的。热平衡定律指出，两个系统相互处于热平衡时，存在一个数值相等的物理量，这个物理量就是温度，这样的定义更具有科学性
2.温度计的测量原理
一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。使温度计与待测物体接触，达到热平衡，其温度与待测物体的温度相同。
3.温标
(1)常见的温标有摄氏温标、华氏温标、热力学温标等。
(2)比较摄氏温标和热力学温标。
名称 摄氏温标 热力学温标
提出者 摄尔修斯和施勒默尔 开尔文
0度的规定 标准大气压下并水混合物的温度 -273.115°C（绝对零度）
温度名称 摄氏温度 热力学温度
温度符号 t T
单位名称 摄氏度 开尔文
单位符号 °C K
换算关系 T=t+273.15K，粗略表示：T=t+273K
知识梳理
一、状态参量与平衡态
1.状态参量
2.平衡态：系统所有状态参量都不随时间变化的状态
二、热平衡与温度
1.热平衡：状态参量不再变化，两个系统已经达到平衡
2.热平衡定律：两个系统分别与第三个系统达到平衡，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡
3.温度：两个系统处于热平衡时，具有的共同热学性质
三、温标
1.摄氏温标
2.热力学温标
3.关系式：T=t+273.15K
随堂训练
1.有甲、乙两个物体,已知甲的温度比乙的温度高,则可以肯定( )
A.甲物体的内能比乙物体的内能大
B.甲物体含的热量比乙物体含的热量多
C.甲物体分子的平均动能比乙物体分子的平均动能大
D.如果降低相同的温度,甲比乙放出的热量多
2.关于平衡态和热平衡.下列说法中正确的有( )
A.只要温度不变且处处相等,系统就一定处于平衡态
B.两个系统在接触时它们的状态不发生变化,说明这两个系统原来的温度是相等的
C.热平衡就是平衡态
D.处于热平衡的几个系统的压强一定相等
3.温度计是生活、生产中常用的测温装置。下图为一个简易温度计,一根装有一小段有色水柱的细玻璃管穿过橡皮塞插入烧瓶内,封闭一定质量的气体。当外界温度发生变化时,水柱位置将上下变化。已知A、D间的测量范围为20°C~80°C,A、D间刻度均匀分布。由图可知,A、D及有色水柱下端所示温度分别为( )
A.20°C、80°C、64°C B.20°C、80°C、68°C
C.80°C、20°C、32°C D.80°C、20°C、34°C
4.湿泡温度计与干泡温度计的示数差越大,表示( )
A.空气的绝对湿度越大
B.空气的相对湿度越大
C.空气中水汽离饱和程度越近
D.空气中水汽离饱和程度越远
答案以及解析
1.答案：C
解析：温度是分子平均动能的标志,温度高的物体,分子平均动能一定大,而内能则是所有分子动能、势能的总和,故温度高的物体内能不一定大,A错误、C正确;热量是热传递过程中内能的转移,与内能的多少无关,不能说物体含有热量.故B错误;放出热量的多少与物体的质量、降低的温度及比热容均有关,与温度高低无关,D错误。
2.答案：B
解析：—般来说,描述系统的状态参量不止一个,根据平衡态的定义知所有状态参设都不随时间变化,系统才处于平衡态,A错误;根据热平衡的定义知处于热平衡的两个系统温度相同,故B正确、D错误; 平衡态是针对一个系统而言的,热平衡是两个系统相互影响的最终结果,可见C错误。
3.答案：C
解析：该温度计是利用气体热胀冷缩原理制成的,温度升高时烧瓶内气体膨胀,有色水柱上升;温度降低时烧瓶内气体收缩,有色水柱下降,已知A、D间的测量范围为20~80°C,可得A点对应80°C,D点对应20°C,A、D间刻度均匀分布,每格表示,则有色水柱下端温度为20°C+3×4°C=32°C,故C正确,ABD错误。
4.答案：D
解析：干泡温度计和湿泡温度计组成干湿泡温度计,由于蒸发吸热,湿泡所示的温度低于干泡所示的温度。干、湿泡温度计温差的大小与空气的相对湿度有关,温度相差越大,说明空气越干燥,即空气中水汽离饱和程度越远,故选D
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