人教版（2019）选择性必修第三册 2.1 温度和温标 课件(共41张PPT)

(共41张PPT)
2.1 温度和温标
[课标引领]
建构核心素养 物理观念 知道状态参量、平衡态、热平衡、温度、热力学温度的概念及热平衡定律
科学思维 理解平衡态及热平衡定律,掌握摄氏温度与热力学温度的关系,能进行相关的计算,培养学生分析、解决问题的能力
科学探究 会使用常见的温度计,在使用过程中学会与他人合作交流,提高动脑、动手能力
科学态度与责任 学会使用温度计时,应客观记录数据,坚持实事求是的科学态度,增强学习物理的热情
2.1 温度和温标
思考与讨论：
新课引入
假如一个容器用挡板K隔开，容器中的气体被分成A、B两部分，它们的压强分别为pA、PB，温度分别为TA、TB。打开挡板K后，如果容器与外界没有能量交换，经过一段时间后，容器内的气体会是什么状态
阅读教材p19页，并回答问题。
1.什么是系统？什么是外界？
2.什么是系统的状态参量 常用的状态参量有哪些？
3.什么是平衡态
一、状态参量与平衡态
新课讲授
（1）热力学系统（系统）：
在热学中，把某个范围内大量分子组成的研究对象叫做热力学系统，简称系统。
（2）外界：
系统之外与系统发生相互作用的其他物体统称为外界。
例如：酒精灯加热容器中的气体
把气体作为研究对象，它就是一个热力学系统。
而容器和酒精灯就是外界。
在物理学中所研究的对象，称为系统.
1.什么是系统？什么是外界？
一、状态参量与平衡态
系统与外界
如果我们研究一箱气体的热学性质，这箱气体是由大量分子组成的一个研究对象。
气（液）体就是系统
箱子就是外界
例如，用酒精灯加热容器中的液体，把液体作为研究对象。
容器和酒精灯就是外界
力学：为确定物体（质点）机械运动的状态：
引入物理量 →（热力学）系统状态参量
压强P
坐标
速度
热学：为确定研究对象（系统）的状态：
引入物理量
为确定系统的空间范围
体积V
几何参量:
为确定外界与系统之间或系统内部各部分之间的力的作用
力学参量:
为确定系统的冷热程度
温度T
热学参量:
（1）状态参量：描述系统状态的物理量。
（2）热力学系统状的常用态参量
一、状态参量与平衡态
2.什么是系统的状态参量 常用的状态参量有哪些？
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达到稳定（不随时间变化）时的状态 。
5atm
60oC
0oC
2atm
系 统
平衡态
分子做无规则运动
宏观性质
经过一段时间后，容器各点的压强和温度都不再变化。
如果容器与外界没有能量交换
平衡态
一、状态参量与平衡态
3.什么是平衡态
阅读教材p20页，并回答问题。
1.什么是热平衡？
2.平衡态和热平衡有什么区别？
3.热平衡定律的内容是什么？
4.温度是如何定义的？其物理意义是什么？
5.怎样判断"两个系统原来是处于热平衡的"？
二、热平衡与温度
新课讲授
1.什么是热平衡？
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。
二、热平衡与温度
新课讲授
甲
60℃
乙
20℃
30℃
30℃
即使两个物体没接触过，但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就处于热平衡。
1.什么是热平衡？
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。
二、热平衡与温度
平衡态 热平衡
区别 研究对象
判断依据
联系 一个系统
两个接触的系统
系统不受外界影响，状态参量不变
两个系统温度相同
处于热平衡的两个系统都处于平衡态
二、热平衡与温度
2.平衡态和热平衡有什么区别？
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。
热平衡
A
热平衡
B
A B
热平衡
热平衡定律表明，当两个系统A、B处于热平衡时，它们必定具有某个共同的热学性质，我们就把表征这一“共同的热学性质”的物理量叫作温度。
C
C
3.热平衡定律的内容是什么？
二、热平衡与温度
4.温度是如何定义的？其物理意义是什么？
处于热平衡的两个系统具有相同的温度。
5.怎样判断"两个系统原来是处于热平衡的"？
处于热平衡的两个系统具有相同的温度。
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。
二、热平衡与温度
温度是标志一个系统与另一个系统是否处于热平衡状态的物理量，这就是常用温度计能够用来测量温度的基本原理．
日常生活中我们如何测量温度？
联系生活实际思考：
新课讲授
我们在初中已经学过了测量温度时常用的一种单位——“摄氏度”，它是以标准大气压下，冰水混合物的温度为0度，沸水的温度为100度，在这两温度之间等分100个等份，每一等份为1个温度单位。这种以冰水混合物的温度为0度的测温方法叫摄氏温标，以摄氏温标表示的温度叫摄氏温度。
今天我们将进一步学习有关温度和温标的知识。
知识温顾：
新课讲授
阅读教材p21页，并回答问题。
1.谈谈你对温度计的了解（如测温原理、温度计种类）
2.什么是温标？
3.如何来确定一个温标？并以"摄氏温标"的确定为例加以说明。
4.什么是热力学温标和热力学温度？热力学温度的单位是什么？热力学温度与摄氏温度的换算关系怎样？
三、温度计与温标
1.温度计：用来测量物体（系统）温度的仪器。常用的是液体温度计。
（1）常用温度计原理：一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。
（2）注意：
①温度计是利用物质的某一物理属性随温度变化(比如热胀冷缩的特性)来标志温度的。
细管
玻璃泡
液体
玻管
②温度计是选择的标准物体，标准物体所表示的就是待测物体的温度。
③温度计的热容量必须很小，以便它与待测物体接触并进行热交换时，几乎不改变待测物体的状态。
三、温度计与温标
伽利略的温度计
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。
常见温度计
水银
酒精
气体
2.什么是温标？
温标：定量描述温度的方法叫做温标
三、温度计与温标
3.如何来确定一个温标？并以"摄氏温标"的确定为例加以说明。
建立一种温标的三要素：
①选择某种物质（叫做测温物质）的某一随温度变化的属性（叫做测温属性）来标志温度；
②选定固定点（规定零点）；
③对测温属性随温度的变化关系作出规定（即规定分度的方法）.
常见温标：摄氏温标、热力学温标、华氏温标
三、温度计与温标
4.什么是热力学温标和热力学温度？热力学温度的单位是什么？热力学温度与摄氏温度的换算关系怎样？
(1)定义：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。
(2)单位开尔文，简称开，符号为K，符号: T。
(3) 热力学温标与热力学温度T的关系：T＝t+273.15 K
选定温度零点和分度方法
把标准大气压下，冰水混合物的温度规定为0℃；水的沸腾温度（沸点）规定为100℃。
冰水混合物
0℃
100℃
沸腾的水
并据此把玻璃管上0℃刻度与100℃刻度之间均匀分成100等份，每份算做1℃。
例如，人的正常体温（口腔温）是“37℃”，读作“37摄氏度”；北京一月份的平均气温是“-4.7℃”，读作“零下4.7摄氏度”或“负4.7摄氏度”。
摄氏温标
规定：
摄氏温度：用摄氏温标表示的温度叫做摄氏温度（t）。
单位：摄氏度，“℃”
热力学温标（绝对温标）
选定温度零点和分度方法
规定：
① 定义：1848年，开尔文建立了热力学温标(热力学温标它不依赖于测温物质的具体性质)，规定摄氏温度的-273.15oC为零值，它的一度也等于摄氏温度的一度。这种表示温度的方法就是开尔文温标，也叫热力学温标，表示的温度叫热力学温度（T）。
③ 单位：开尔文，简称开。符号为K．
② 热力学零度(绝对零度): - 273.15 oC
④ 摄氏温度t与热力学温度T的关系：
T＝t+273.15 K
1960年，国际计量大会确定了摄氏温标与热力学温标的关系：摄氏温标由热力学温标导出。
热力学温标（绝对温标）
①热力学温度是国际单位制中七个基本物理量之一.
说明：
③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．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.
④由T＝t+273.15 K可知，物体温度变化l℃与变化l K的变化量是等同的，但物体所处状态为l℃与l K是相隔甚远的。
T = t
②热力学温度的零度（0K）是低温的极限，永远达不到。
故热力学温度不能出现负值。
两种温标的区别
温度的两种数值表示法：摄氏温标和热力学温标
摄氏温标 热力学温标
提出者 摄氏萨斯和施勒默尔 英国物理学家开尔文
零度的规定 一个标准大气压下冰水混合物的温度 －273.15 ℃
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 ℃ K
关系 (1)T＝t＋273.15 K，粗略表示：T＝t＋273 K (2)每一开尔文的大小与每一摄氏度的大小相等 科学漫步
形形色色的温度计
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
各种温度计
各种温度计中，起测温作用的器件种类是不同的，即随温度变化的物理量不同，说说下面几种分别是依据哪种物理量随温度的变化来实现测温？
水银温度计 气体温度计 热电偶温度计
——水银热胀冷缩
电阻温度计
—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
小 结
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＝t＋273.15 K
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℃
[例1] (多选)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,故当系统的状态变化时,其各个状态参量都会改变
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达到稳定
C.只有处于平衡态的系统才有状态参量
D.处于平衡态的系统与外界无能量交换
BD
解析:由于描述系统的各种性质需要不同的物理量,只要其中某个量变化,系统的状态就会发生变化,不一定各个状态参量都发生变化,A错误;当系统不受外界影响时,系统总要趋于平衡,其内部各部分状态参量趋于稳定,B正确;系统处于平衡态或非平衡态,只是状态参量有无变化,不论是否处于平衡态均有状态参量,C错误;处于平衡态的系统与外界无能量交换,D正确。
处理平衡态的问题要注意以下三点
(1)平衡态与热平衡不同,平衡态指的是一个系统内部达到的一种动态 平衡。
(2)必须要经过较长一段时间,直到系统内所有性质都不随时间变化为止。
(3)系统与外界没有能量的交换。
[例2] 下列有关热平衡的说法,正确的是(　 　)
A.如果两个系统在某时刻处于热平衡状态,则这两个系统永远处于热平衡 状态
B.热平衡定律只能研究三个系统的问题
C.如果两个系统彼此接触而不发生状态参量的变化,这两个系统又不受外界影响,那么这两个系统一定处于热平衡状态
D.两个处于热平衡状态的系统,温度可以有微小的差别
C
解析:处于热平衡状态的系统,如果受到外界的影响,状态参量会随之变化,温度也会变化,故A错误;热平衡定律可以研究多个系统,对多个系统也适 用,故B错误;如果两个系统彼此接触而状态参量不再变化,这两个系统又不受外界影响,那么这两个系统一定处于热平衡状态,故C正确;温度相同是热平衡的标志,两个系统处于热平衡时,它们的温度一定相同,故D错误。
名师点拨
热平衡与温度理解的两个误区
(1)误认为只要温度不变,系统就处于平衡态。
产生误区的原因是没有正确理解平衡态的概念,当系统内包括温度在内的所有状态参量都不随时间变化时,系统才处于平衡态。
(2)误认为平衡态就是热平衡。
产生误区的原因是不理解热平衡与平衡态的关系,错误地认为处于平衡态的两个物体之间一定会处于热平衡状态。其实各自处于平衡态的两个物体温度不一定相同,它们接触后各自的状态会发生变化,直到达到热平衡为止。
[例3] (多选)关于热力学温度,下列说法中正确的是(　 　)
A.温度变化1 ℃,也就是温度变化1 K
B.摄氏温度与热力学温度都可能取负值
C.温度由t ℃升至2t ℃,对应的热力学温度升高了 273 K+t K
D.-136 ℃比136 K温度高
AD
解析:T=273 K+t,由此可知Δt=ΔT,故A正确;对于摄氏温度可取负值的范围为0 ℃到-273 ℃,因绝对零度达不到,故热力学温度不可能取负值,故B错误;温度由t ℃升至2t ℃时,初态热力学温度为273 K+t K,末态为 273 K+2t K,温度变化 t K,故C错误;根据T=t K+273 K,可知-136 ℃= 137 K,D正确。
热力学温度和摄氏温度的关系的两个误区
(1)单位混淆。
(2)错用公式T=t+273.15 K,把物体的温度和物体升高的温度混淆,认为摄氏温度升高1 ℃,热力学温度升高ΔT=Δt+273.15 K从而出错。
弄清两者关系一要强调两者的单位,二要明确热力学温标和摄氏温标表示的温差相同,即ΔT=Δt。
[示例] (2020·浙江台州期末)关于温度的概念,下列说法中正确的是(　 　)
A.温度是分子平均动能的标志,物体温度高,则物体的分子平均动能大
B.物体温度高,则物体每一个分子的动能都大
C.某物体内能增大时,其温度一定升高
D.甲物体温度比乙物体温度高,则甲物体的分子平均速率比乙物体的大
解析:温度是物体分子热运动平均动能的标志,温度越高,分子的平均动能就越大,但不是每一个分子的动能都大,故A正确,B错误;内能取决于温度、体积和物质的量,故内能增大时,温度不一定升高,故C错误;同一温度下,不同物质分子的平均动能都相同,但由于不同物质的分子质量不尽相同,所以分子运动的平均速率不尽相同,故D错误。
A
[针对训练1] 下列关于系统是否处于平衡态的说法正确的是(　 　)
A.开空调2 min内教室内的气体处于平衡态
B.两个温度不同的物体相互接触,这两个物体组成的系统处于非平衡态
C.0 ℃的冰水混合物放入1 ℃的环境中,冰水混合物处于平衡态
D.压缩密闭容器中的空气,空气处于平衡态
B
解析:开空调2 min内教室内的气体温度要变化,故不是平衡态,A错误;两物体温度不同,接触后高温物体会向低温物体传热,是非平衡态,B正确; 0 ℃的冰水混合物放入1 ℃的环境中,周围环境会向冰水混合物传热,不是平衡态,C错误;压缩密闭容器中的空气,要对空气做功,机械能转化为内能,不是平衡态,D错误。
[针对训练2] (多选)两个原来处于热平衡状态的系统,分开后,由于受外界的影响,其中一个系统的温度升高了5 K,另一个系统的温度升高了5 ℃,则下列说法正确的是(　 　)
A.两个系统不再是热平衡状态
B.两个系统此时仍是热平衡状态
C.两个系统的状态都发生了变化
D.两个系统的状态都没有发生变化
BC
解析:由于两个系统原来处于热平衡状态,温度相同,当分别升高5 ℃和 5 K后,温度仍相同,两个系统仍为热平衡状态,故A错误,B正确;由于温度发生了变化,系统的状态也发生了变化,故C正确,D错误。
[针对训练3] (多选)下列关于摄氏温标和热力学温标的说法正确的是 (　 　)
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.用两种温标表示温度的变化时,两者的数值相等
C.1 K就是1 ℃
D.当温度变化1 ℃时,也可说成温度变化274.15 K
AB
解析:中学常用的两种表示温度的方法就是摄氏温标和热力学温标,A正确;两者的关系是T=t+273.15 K,所以用两者表示温度的变化时,两者的数值相等,B正确;当温度变化1 ℃时,也可说成温度变化1 K,不能说1 K就是1 ℃,只能是1开尔文的温差等于1摄氏度的温差,C、D错误。
1．下列说法正确的是（　　）
A．只有处于平衡态的系统才有状态参量
B．状态参量是描述系统状态的物理量，故当系统状态变化时，其各个状态参量都会改变
C．两物体发生热传递时，两系统处于非平衡态
D．0℃的冰水混合物放入 0℃的环境中，冰水混合物处于平衡态
CD
课堂练习
【详解】AB．状态参量是描述系统状态的物理量，与系统是否处于平衡态无关，且系统状态变化时，不一定各个状态参量都改变，AB错误；
C．处于热传递过程中的两系统因温度不同发生热传递，最终两系统温度相同，处于非平衡态，C正确；
D．0℃的冰水混合物放入0℃的环境中，其温度、压强、体积都不再变化，冰水混合物处于平衡态，D正确。
2．关于平衡态和热平衡，下列说法中正确的是（　　）
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温度一定相等
BD
课堂练习
A．一般来说，描述系统的状态参量不止一个，仅仅根据温度不变且处处相等不能得出系统一定处于平衡态的结论。A错误；
BD．由热平衡定义可知，只要温度相同，系统就处于热平衡，系统接触时它们的状态不再发生变化。B正确，D正确；
C．平衡态是针对某一系统而言的，热平衡是两个系统相互影响的最终结果。C错误。
3．下列说法正确的是（　　）
A．温度计测温原理就是热平衡定律
B．温度计与被测系统的温度不相同时，读不出示数
C．温度计读出的示数是它自身这个系统的温度，若它与被测系统热平衡，这一示数也是被测系统的温度
D．温度计读出的示数总是被测系统的温度，无论是否达到热平衡
AC
课堂练习
【详解】ACD．温度计能测出被测物体的温度的原理就是热平衡定律，即温度计与被测物体达到热平衡时温度相同，其示数也就是被测物体的温度，故AC正确，D错误；
B．温度计与被测系统的温度不相同时，仍有示数，故B错误。
4．下列关于热力学温度的说法中，正确的是（　　）
A．－136 ℃比136 K温度高
B．0 ℃等于273.15 K
C．1 ℃就是1 K
D．升高1 ℃就是升高274.15 K
AB
课堂练习
ABC．根据热力学温度和摄氏温度的关系有T=t+273.15K
可知-136 ℃=-136 +273.15K =137.15 K，0 ℃=0+273.15K =273.15K，1 ℃=1+273.15K =274.15K，AB正确，C错误；
D．根据热力学温度和摄氏温度的关系有T=t+273.15K可知ΔT=Δt可知，升高1 ℃就是升高1K，D错误。