2.3温度和温标 （表格式）课时教案-2025--2026年教科版高中物理选择性必修第三册

2.3《温度和温标》课时教案
学科 物理 年级册别 高三上册 共1课时
教材 教科版选择性必修第三册 授课类型 新授课 第1课时
教材分析
教材分析
本节内容位于教科版高中物理选择性必修第三册第二章第三节，是热学部分的起始课之一。教材从日常生活中对“冷热”的感知引入，逐步过渡到科学意义上的温度定义，系统介绍了温度的物理意义、热平衡概念、热力学第零定律以及摄氏温标与热力学温标的建立过程。本节为后续学习理想气体状态方程、分子动理论等内容奠定基础，具有承上启下的作用。
学情分析
高三学生已具备一定的物理抽象思维能力，熟悉初中阶段的摄氏温标使用，并在前一节中初步接触了分子动理论的基本观点。然而，学生对“温度”这一概念仍停留在主观感受层面，缺乏对温度本质的深刻理解，尤其对热平衡、热力学第零定律等抽象概念存在认知障碍。此外，学生对绝对零度、开尔文温标的意义理解较为模糊。因此，教学中需通过生活情境与实验演示相结合的方式，引导学生实现从感性认识到理性建构的跨越。
课时教学目标
物理观念
1. 理解温度是描述物体冷热程度的物理量，掌握其宏观定义与微观本质（分子平均动能的标志）；
2. 掌握热平衡的概念，理解热力学第零定律的内容及其在温标建立中的基础性作用。
科学思维
1. 能通过类比推理理解热平衡的传递性，构建逻辑链条解释为何可以定义温度；
2. 能比较摄氏温标与热力学温标的异同，进行单位换算并应用于实际问题分析。
科学探究
1. 能设计简易实验验证两物体达到热平衡后温度相等，体会控制变量法的应用；
2. 能通过查阅资料或模拟实验理解绝对零度不可达的物理意义。
科学态度与责任
1. 认识到科学测量需要统一标准，体会温标建立过程中人类智慧的积累；
2. 关注极端低温技术在超导、量子计算等前沿科技中的应用，增强社会责任感与科学兴趣。
教学重点、难点
重点
1. 温度的物理意义及热平衡概念的理解；
2. 热力学第零定律的内容及其在温标建立中的核心地位。
难点
1. 热力学第零定律的逻辑推理与深层含义；
2. 绝对零度的概念及其不可达性的理解。
教学方法与准备
教学方法
情境探究法、合作探究法、讲授法
教具准备
数字温度计两只、金属棒、热水杯、冷水杯、多媒体课件、红外测温仪
教学环节 教师活动 学生活动
情境导入：冷热之争
【5分钟】 一、生活感知引发认知冲突 （一）、创设真实情境，激发探究欲望。
教师拿出三只烧杯，分别装有冰水混合物、室温清水和热水，邀请三位同学上台体验：左手放入冰水中，右手放入热水中，然后同时将两手插入中间的温水中。提问：“现在你们感觉这杯水是冷还是热？”三位同学的回答往往不一致——刚从冰水中出来的手觉得温水很热，而刚从热水中出来的手却觉得温水很冷。
引导语：同样的水，为什么会有不同的冷热感受？这说明我们人体的感觉可靠吗？历史上，伽利略也曾用类似的“气体温度计”来判断冷热，但这种依赖主观感受的方法显然不够精确。那么，如何才能科学地、客观地衡量一个物体的冷热程度呢？今天我们就一起走进《温度和温标》，寻找这个问题的答案。
（二）、引出核心问题，明确学习任务。
进一步追问：如果我们要让全世界的人都能准确交流“冷热”信息，比如医生报告体温、气象台发布天气预报、科学家研究超导材料，就必须有一个统一的标准。这个标准是什么？它是如何建立起来的？我们不仅要学会“读温度”，更要理解“温度是什么”以及“温标怎么来的”。这节课，我们将像科学家一样，一步步揭开温度背后的科学密码。 1. 参与体验，描述不同感受。
2. 思考主观感受的局限性。
3. 明确本节课的学习目标。
4. 进入探究状态，产生疑问。
评价任务 感受描述：☆☆☆
问题提出：☆☆☆
目标理解：☆☆☆
设计意图 通过亲身感受制造认知冲突，打破学生对“冷热”的直觉依赖，凸显主观判断的不可靠性，从而激发其寻求客观测量标准的内在需求。以伽利略的历史故事增加文化厚度，引导学生意识到科学发展的必要性，自然引出“温度”作为物理量的重要性，为后续概念建构铺设情感与思维基础。
新知建构：温度的本质
【12分钟】 一、从宏观现象到微观本质 （一）、回顾分子动理论，建立联系桥梁。
教师引导学生回忆前一章节所学内容：“我们知道，物质由大量分子组成，这些分子永不停息地做无规则运动，这种运动称为热运动。那么，物体的冷热是否与分子的运动有关呢？”展示动画：同一物体在不同温度下，分子热运动的剧烈程度不同——温度越高，分子平均速率越大，碰撞越频繁。
讲解：科学家发现，温度在宏观上反映的是物体的冷热程度，而在微观上，则是物体内部分子热运动剧烈程度的标志。更准确地说，温度是分子平均动能的宏观体现。这就是温度的物理本质。注意，这里强调的是“平均”动能，因为每个分子的动能都不同，但整体的统计平均值决定了温度。
（二）、引入热平衡概念，构建逻辑起点。
提出问题：如果我们把两个原来温度不同的物体放在一起，会发生什么？例如，把一杯热水倒入一杯冷水中，最终会怎样？学生回答：会变成温水，达到相同温度。
定义：当两个物体长时间接触后，它们之间不再发生热量的净传递，我们就说这两个物体达到了“热平衡”。此时，它们的温度相等。这是判断两个物体是否具有相同温度的操作定义。
举例说明：冬天用手摸铁栏杆和木头椅子，虽然环境温度相同，但铁感觉更冷，是因为铁导热快，短时间内从手吸收更多热量，造成局部温度下降快。但若让手与两者充分接触足够长时间，最终都会达到热平衡，即温度一致。 二、热力学第零定律的发现之旅 （一）、设置递进式问题链，引导逻辑推理。
教师提出三个物体A、B、C的情境：假设物体A与物体B接触并达到热平衡，说明TA = TB；再让物体B与物体C接触并达到热平衡，说明TB = TC。那么，请问物体A与物体C如果直接接触，是否会达到热平衡？它们的温度是否相等？
组织小组讨论，鼓励学生大胆猜测。多数学生会凭直觉认为应该相等。教师肯定这一合理推测，并指出：“这个看似简单的结论，其实是热学中最基本的定律之一——热力学第零定律。”
正式陈述：如果两个系统分别与第三个系统处于热平衡，那么这两个系统彼此也必定处于热平衡。这一定律之所以被称为“第零”定律，是因为它是在第一、第二定律之后才被明确提出，但却是一切温度测量的前提，因此被置于最基础的地位。 1. 回忆旧知，建立知识关联。
2. 观察动画，理解微观机制。
3. 参与讨论，形成初步判断。
4. 理解热平衡与温度的关系。
评价任务 概念理解：☆☆☆
推理能力：☆☆☆
表达清晰：☆☆☆
设计意图 通过动画直观呈现微观机制，帮助学生建立“温度—分子平均动能”的物理图景，实现宏观与微观的贯通。以层层递进的问题驱动学生思维，经历“观察—猜想—验证—归纳”的过程，亲历科学定律的发现路径。特别强调热力学第零定律的基础性地位，使其不再是枯燥的文字，而是成为支撑整个温标体系的“地基”，提升学生的科学哲学意识。
实验探究：温标的建立
【15分钟】 一、动手验证热平衡的传递性 （一）、设计对照实验，培养探究能力。
教师分发实验器材：每组两个数字温度计、一根金属棒、热水杯、冷水杯。布置任务：请设计一个实验，验证热力学第零定律的正确性。
提示步骤：① 将金属棒一端浸入热水，另一端浸入冷水，等待一段时间使其内部温度分布稳定；② 用温度计A测量靠近热水端的金属棒温度T1；③ 用温度计B测量靠近冷水端的金属棒温度T2；④ 再将两个温度计同时插入中间某点，记录是否示数相同。
巡视指导，提醒学生注意读数稳定后再记录，避免误差。实验结果显示：尽管两端温度不同，但一旦两个温度计与金属棒同一位置达到热平衡，它们的读数必然一致。
总结：这说明温度计之所以能测量温度，正是基于热平衡原理——当温度计与被测物体达到热平衡时，其读数就代表了该物体的温度。 二、追溯温标发展历程 （一）、讲述科学史话，感悟人类智慧。
教师播放简短视频片段，介绍温标的发展历程：1714年，德国人华伦海特建立了华氏温标（°F）；1742年，瑞典天文学家摄尔修斯提出摄氏温标（℃），规定标准大气压下冰水混合物为0℃，沸水为100℃，中间等分为100份。
提问：这样的规定是否绝对？有没有更低的温度？引导学生思考：自然界是否存在温度的下限？
（二）、引入绝对零度，拓展认知边界。
讲解：根据分子动理论，温度对应分子平均动能。当分子完全停止运动时，动能为零，此时温度达到最低极限——这就是“绝对零度”。英国物理学家开尔文据此建立了热力学温标（K），其零点即为绝对零度（-273.15℃）。
强调：绝对零度只能无限接近，无法真正达到，这是热力学第三定律的内容。但在现代科技中，科学家已能在实验室中获得接近绝对零度的极低温环境，用于研究超流、超导等奇异现象。
给出换算公式：T(K) = t(℃) + 273.15，并举例计算：人体正常体温37℃等于多少开尔文？（310.15 K） 1. 分组实验，记录数据。
2. 验证热平衡传递性。
3. 听取科学史，拓宽视野。
4. 进行单位换算练习。
评价任务 实验操作：☆☆☆
数据分析：☆☆☆
单位换算：☆☆☆
设计意图 通过亲手实验，让学生在实践中验证抽象定律，强化“实践是检验真理标准”的科学信念。实验中使用金属棒形成温度梯度，巧妙体现局部热平衡思想，提升实验思维深度。结合科学史教育，展现温标并非天生就有，而是人类不断探索、修正、完善的结果，培养学生尊重科学、敬畏规律的情感态度。引入绝对零度与现代科技的联系，打开学生通往前沿物理的大门，点燃探索热情。
巩固应用：温度的测量
【8分钟】 一、现代测温技术展示 （一）、演示高科技测温手段。
教师使用红外测温仪对教室内的不同物体进行非接触式测温：黑板、窗户玻璃、学生额头、灯罩等，实时投影数据。提问：为什么不用接触就能测温？原来，一切温度高于绝对零度的物体都会向外辐射红外线，辐射强度与温度相关。这就是红外测温的原理。
对比传统水银温度计、电子温度计与红外测温仪的优缺点：精度、响应速度、安全性、适用场景等。
（二）、解决实际问题，提升应用能力。
出示问题情境：某医院急诊室接收一名昏迷病人，护士需快速测量其体温。现有三种工具：水银体温计（需5分钟）、电子耳温枪（需3秒）、额温枪（需1秒）。请根据实际情况选择最合适的方式，并说明理由。
组织讨论，引导学生综合考虑测量速度、准确性、卫生安全等因素作出决策。答案应为额温枪或耳温枪，适用于紧急情况。 1. 观察红外测温过程。
2. 比较不同测温方式。
3. 分析案例，做出选择。
4. 表达选择依据。
评价任务 技术理解：☆☆☆
情境判断：☆☆☆
决策合理：☆☆☆
设计意图 通过现代化测温设备的现场演示，拉近物理与生活的距离，让学生感受到科技的力量。设置真实医疗情境问题，促使学生将所学知识迁移至复杂现实场景中，锻炼其综合分析与决策能力，体现“从物理走向社会”的课程理念。同时渗透安全意识与人文关怀，如避免交叉感染、尊重患者隐私等，落实科学态度与责任目标。
课堂总结：温度的哲思
【5分钟】 一、结构化回顾知识点 （一）、梳理主线，形成知识网络。
教师带领学生共同回顾本节课的核心脉络：我们从“冷热的感觉不可靠”出发，认识到需要客观标准；于是引入“温度”作为物理量，其本质是分子平均动能的体现；通过“热平衡”判断温度是否相等；借助“热力学第零定律”确保温度定义的一致性；在此基础上建立了“摄氏温标”与“热力学温标”，并掌握了单位换算方法；最后了解了现代测温技术的应用。
板书同步整理关键术语与关系图，帮助学生构建完整的知识框架。 二、升华主题，启迪人生智慧 （一）、由物理规律引申人生哲理。
总结语：温度不仅是一个物理量，也是一种生命的隐喻。正如分子永不停息地运动，生命也需要持续的能量与活力。绝对零度虽不可达，但人类对极低温的追求从未停止——这正如我们面对困难时，即使知道完美难以企及，依然要不断逼近理想的目标。温度计教会我们的，不只是读数，更是对客观世界的敬畏与探索未知的勇气。
引用爱因斯坦名言结束：“我没有什么特殊的天赋，我只是极度好奇。”愿同学们保持这份好奇心，在物理的世界里继续前行。 1. 跟随回顾，梳理知识。
2. 构建思维导图。
3. 领悟科学精神。
4. 激发持续探究欲。
评价任务 知识梳理：☆☆☆
哲理领悟：☆☆☆
情感共鸣：☆☆☆
设计意图 采用结构化与升华式相结合的总结方式，既帮助学生系统整合零散知识，形成清晰的知识结构，又通过富有诗意的语言将物理规律升华为人生启示，实现学科育人价值的最大化。引用名人名言增强感染力，营造积极向上的课堂氛围，激励学生以科学精神面对未来挑战。
作业设计
一、基础巩固题
1. 下列关于温度的说法中，正确的是（　　）
　　A．温度是表示物体冷热程度的物理量
　　B．温度反映了物体内大量分子做无规则运动的剧烈程度
　　C．两个系统处于热平衡时，它们的温度一定相等
　　D．以上说法都正确
2. 根据热力学第零定律，如果物体A与物体B热平衡，物体B与物体C热平衡，则物体A与物体C（　　）
　　A．一定热平衡　　　B．一定不热平衡
　　C．可能热平衡　　　D．无法判断
3. 完成下列单位换算：
　　（1）0 ℃ ＝ ______ K　　　（2）－273.15 ℃ ＝ ______ K
　　（3）300 K ＝ ______ ℃　　（4）100 ℃ ＝ ______ K
二、拓展探究题
4. 查阅资料，了解“玻色-爱因斯坦凝聚态”是在何种极端温度条件下实现的？这一状态的发现有何重大科学意义？请写出不少于100字的小短文。
5. 设计一个家庭小实验：利用家中常见的物品（如冰箱、室温水、温度计等），验证热平衡现象。写出实验步骤、观察现象及结论。
【答案解析】
一、基础巩固题
1. D　解析：A、B、C均为本节核心概念，全部正确。
2. A　解析：热力学第零定律直接结论。
3. （1）273.15　（2）0　（3）26.85　（4）373.15
二、拓展探究题
4. 示例：玻色-爱因斯坦凝聚态通常在接近绝对零度（约几纳开尔文）的极低温下实现。在这种状态下，大量原子聚集到能量最低的量子态，表现出宏观量子现象。它的发现验证了量子统计理论，推动了冷原子物理、量子精密测量等领域发展。
5. 示例：将一支温度计放入冰箱冷冻室10分钟，取出后立即插入一杯室温水中，每隔半分钟记录一次温度，直至示数稳定。现象：温度逐渐上升并最终保持不变。结论：温度计与水达到热平衡，显示共同温度。
板书设计
温度与温标
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一、温度的本质
　　● 宏观：冷热程度 → 物理量
　　● 微观：分子平均动能的标志
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二、热平衡与第零定律
　　A B（热平衡）→ TA = TB
　　B C（热平衡）→ TB = TC
　　 A C（热平衡）→ TA = TC
　　↑
　　热力学第零定律（基础）
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三、温标的建立
　　1. 摄氏温标（℃）：0℃ ~ 100℃（冰点~沸点）
　　2. 热力学温标（K）：T = t + 273.15
　　● 绝对零度：0 K = -273.15℃（不可达）
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四、测量技术
　　接触式：水银/电子温度计
　　非接触式：红外测温仪（辐射原理）
教学反思
成功之处
1. 以“冷热感受差异”为切入点，有效激发学生兴趣，成功引发认知冲突，为新知建构提供了强有力的动机支持；
2. 实验设计巧妙，利用金属棒形成温度梯度，使学生直观验证热平衡传递性，增强了探究的真实感与说服力；
3. 将科学史与现代科技融入教学，拓宽了学生视野，体现了物理学科的时代性与人文性。
不足之处
1. 对“绝对零度不可达”的解释略显简略，部分学生仍存疑惑，可补充简要提及热力学第三定律；
2. 红外测温演示时间较短，未能让每位学生亲自操作，影响体验深度；
3. 小组讨论环节个别学生参与度不高，今后需优化分组策略与任务分配机制。