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高中物理人教版选择性必修三教案
第二章 气体、固体和液体
第2.1节 温度和温标
学习目标
1.知道什么是热力学系统,什么是状态参量。
2.知道平衡态、热平衡的定义。
3.理解热平衡定律及温度的意义。
4.知道温标、摄氏温标和热力学温标,知道摄氏温度和热力学温度的转换关系。
课前导学
基础知识导学
预习知识点一:状态参量与平衡态
请看课本第19~20页“状态参量与平衡态”相关内容,完成下列填空:
(1)热力学系统:由 组成的系统叫作热力学系统,简称系统.
(2)外界:系统之外与系统发生 的其他物体统称为外界.
(3)状态参量:描述系统热学性质的物理量,常用的物理量有几何参量 、力学参量 、热学参量 .
(4)平衡态:系统内各部分的状态参量不再随时间变化,这种情况下就说 达到了平衡态.
预习知识点二:热平衡与温度
[科学探究] 用手心握住体温计玻璃泡,观察到体温计的示数逐渐上升.当体温计与人体温度 时,达到了 ,体温计的示数不再上升.
请看课本第20页“热平衡与温度”相关内容,完成下列填空:
(1)热平衡:如果两个系统相互接触而 ,它们的 将改变.经过一段时间后,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 ,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:表征处于热平衡的系统的共同 的物理量.
预习知识点三:温度计与温标
[科学探究] 如图所示,伽利略温度计是利用玻璃管内封闭的气体作为测量物质制成的,当外界温度越高时,细管内的水柱 (选填“越低”或“越高”).
[物理观念] 常见温度计的原理
名称 原理
水银温度计 根据水银的 的性质来测量温度
金属电阻温度计 根据金属的 随温度的变化来测量温度
气体温度计 根据气体 随温度的变化来测量温度
热电偶温度计 根据不同导体因 而产生电动势的大小不同来测量温度
双金属温度计 根据线膨胀程度不同的两金属片的 随温度变化来测量温度
看课本第21页“温度计与温标”相关内容,完成下列填空:
(1)摄氏温标
摄氏温标是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 ,水的沸点为 ,并据此把玻璃管上0 ℃刻度和100 ℃刻度之间均匀分成100等份,每份算作1 ℃.
(2)热力学温标
①定义:热力学温标表示的温度叫作热力学温度,它是国际单位制中七个基本量之一,用符号T表示,单位是开尔文, 简称 ,符号为 .
②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,摄氏温标所确定的温度用t表示,它与热力学温度T的关系是 .
知识点探究
知识点一 状态参量与平衡态
在力学中,为了描述物体运动的状态,我们使用了物体的位移和速度等物理量。如图中,玻璃瓶内封闭了一定质量的气体,你可以应用哪些物理量来描述封闭气体的物理状态
提示 温度、体积、压强。
1.热力学系统和外界
(1)热力学系统:由大量分子组成的系统叫作热力学系统,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外界。
2.状态参量:用来描述系统状态的物理量。常用的状态参量有体积V、压强p、温度T等。
(1)体积:几何参量,确定系统的空间范围。
(2)压强:力学参量,确定外界与系统之间或系统内部各部分之间力的作用。
(3)温度:热学参量,确定系统的冷热程度。
3.平衡态:在没有外界影响的情况下,经过足够长的时间,系统内各部分的状态参量能够达到的稳定状态。
【思考】
将一根长铁丝的一端插入100 ℃的沸水中,另一端放入0 ℃的冰水中,经过足够长的时间,温度随铁丝有一定的分布,而且不随时间变化,这种状态是否为平衡态
提示 这种状态不是平衡态,只是一种稳定状态。
例1 (多选)下列说法正确的是( )
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.若系统不受外界影响,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.两个物体发生热传递时,它们组成的系统处于非平衡态
答案 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都有描述其状态的状态参量,C错误;两个物体发生热传递时,两个物体组成的系统内部仍存在温差,故系统处于非平衡态,D正确。
平衡态的理解
(1)热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,表现为系统不受外界的影响,系统所有状态参量(压强、体积和温度)都不随时间变化。
(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。
训练1 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、压强保持不变,但体积仍可变化
答案 A
解析 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。温度达到稳定值,分子仍然是运动的,不可能达到所谓的“凝固”状态,故A项正确。
知识点二 热平衡与温度
如图,烧杯和试管中都装有适量的水,用酒精灯持续对烧杯进行加热,利用初中的知识判断试管内的水会不会沸腾(设水的沸点是100 ℃),为什么
提示 试管内的水不会沸腾,因为烧杯内的水最高温度为100 ℃,当试管内的水达到100 ℃后,将不会从烧杯内吸收热量,所以不会沸腾。
1.热平衡:两个相互接触的热力学系统,经过一段时间,各自的状态参量不再变化,说明两个系统达到了平衡。这种平衡叫作热平衡。
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。
3.温度:热平衡中,表征“共同的热学性质”的物理量。
4.热平衡的性质:达到热平衡的系统具有相同的温度,如图
【思考】
1.用手心握住体温计玻璃泡,观察到体温计的示数逐渐上升。当上升到36 ℃左右时,为什么不再上升
提示 因为体温计与人体温度相同,即达到了热平衡。
2.当把它立即放入40 ℃的水中时,你又看到什么现象 为什么
提示 体温计的示数继续上升,因为体温计玻璃泡的温度与水的温度不相同,没有达到热平衡。
例2 关于平衡态和热平衡,下列说法正确的是( )
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压强一定相等
答案 B
解析 一般来说,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量都不随时间变化,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系统温度相同,B正确,D错误;平衡态是针对某一系统而言的,热平衡是两个系统达到温度相同的状态,C错误。
平衡态与热平衡的区别和联系
平衡态 热平衡
区 别 研究对象 一个系统 两个接触的系统
判断依据 系统不受外界影响时,各个状态参量都不变 两个系统的温度相同
联系 处于热平衡的两个系统都处于平衡态
训练2 (多选)下列说法正确的是( )
A.两个系统达到热平衡时,它们一定具有相同的热量
B.如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡,那么这两个系统也必定处于热平衡
C.温度是决定两个系统是否达到热平衡状态的唯一物理量
D.热平衡定律是温度计能够用来测量温度的基本原理
答案 BCD
解析 处于热平衡的系统都具有相同的温度,A错误,C正确;由热平衡定律可知,若物体与A处于热平衡,它同时也与B处于热平衡,则A的温度便等于B的温度,热平衡定律也是温度计用来测量温度的基本原理,B、D正确。
知识点三 温度计与温标
如图所示,伽利略温度计是利用玻璃管内封闭的气体作为测温物质制成的,试分析水银柱的高度为什么可以表示气体温度的高低
提示 由热胀冷缩可知,当外界温度越高时,气体膨胀越厉害,细管内的水银柱高度减小,即水银柱不同的高度对应气体不同的温度,所以水银柱的高度可以表示气体温度的高低。
1.温标
(1)定义:定量地描述温度的方法。
(2)确定一个温标的方法
①选择一种测温物质。
②确定测温物质用以测温的某种性质。
③确定温度的零点和分度的方法。
(3)温标的种类
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 ℃。在玻璃管上0 ℃刻度与100 ℃刻度之间均匀分成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,规定摄氏温度的-273.15 ℃为零值,它的一开等于摄氏温度的一度。
2.摄氏温度与热力学温度
(1)摄氏温度:摄氏温标表示的温度,用符号t表示,单位是摄氏度,符号表示为℃。
(2)热力学温度:热力学温标表示的温度,是国际单位制中七个基本物理量之一,用符号T表示,单位是开尔文,简称开,符号为K。
(3)换算关系:T=t+273.15 K。
3.常见温度计及其原理
名称 原理
水银温度计 根据水银热胀冷缩的性质来测量温度
电阻温度计 根据金属的电阻率随温度的升高而变化的原理制成
压力表式温度计 根据气体压强随温度的变化的规律制作的
热电偶温度计 根据不同导体因温差而产生电动势的大小不同来制作
【思考】
用不同的温度计测量两物体温度时,得到两个记录结果,分别是282 K和28 ℃。
(1)282 K与28 ℃哪一个温度高
(2)若两物体中的一个温度升高1 K,另一个升高1 ℃,它们升高的温度是否相同
提示 (1)28 ℃温度高 (2)相同。
例3 关于温标下列说法正确的是( )
A.温标不同,测量时得到同一系统的温度数值可能是不同的
B.不同温标表示的温度数值不同,则说明温度不同
C.温标的规定都是人为的,没有什么理论依据
D.热力学温度和摄氏温度是两种不同的温度表示方法,表示的温度数值没有关系
答案 A
解析 温标不同,测量同一系统的温度数值一般不同,但所表示的温度是相同的,A正确,B错误;每一种温标的规定都有理论依据,有一定意义,如摄氏温标的0 ℃表示标准大气压下冰的熔点,100 ℃为标准大气压下水的沸点,C错误;热力学温度和摄氏温度在数值上的关系为T=t+273.15 K,D错误。
热力学温度与摄氏温度的关系
(1)T=t+273.15 K是解决有关热力学温度与摄氏温度关系问题的基础。
(2)摄氏温度变化1 ℃与热力学温度变化1 K是等效的,即ΔT=Δt,而不是ΔT=Δt+273.15 K。
(3)绝对零度是低温的极限,只能无限接近,永远达不到,故热力学温度不能出现负值,但摄氏温度可以出现负值。
训练3 (多选)关于热力学温度和摄氏温度,下列说法错误的是( )
A.某物体摄氏温度为10 ℃,即热力学温度为10 K
B.热力学温度升高1 K等于摄氏温度升高1 ℃
C.摄氏温度升高10 ℃,对应热力学温度升高283 K
D.热力学温度和摄氏温度的温标不同,两者表示的温度无法比较
答案 ACD
解析 由热力学温度与摄氏温度的关系T=t+273.15 K,可知选项A错误;对于T=t+273.15 K,有许多同学错误地认为可变形为ΔT=Δt+273.15 K,实际上ΔT=T2-T1=t 2-t1=Δt,即用摄氏温度表示的温差等于用热力学温度表示的温差,所以选项B正确,C、D错误。
随堂对点自测
1.(状态参量与平衡态)(多选)下列各系统处于平衡态的是( )
A.放在0 ℃的房间里的冰水混合物
B.放在沸水中加热足够长时间的铜块
C.刚刚放在教室中2分钟的一杯热水和一杯加较多冰块的可乐
D.一瓶放在房间中很久的84消毒液
答案 ABD
解析 系统处于平衡态时,其状态参量不变,冰水混合物放在0 ℃环境中,铜块放在沸水中加热足够长的时间,其状态参量不再变化,即处于平衡态,A、B正确;刚刚放在教室中2分钟的一杯热水和一杯加较多冰块的可乐,温度仍在发生变化,则未处于平衡态,C错误;一瓶放在房间中很久的84消毒液,与环境温度相同,其状态参量不变,则处于平衡态,D正确。
2.(热平衡与温度)(多选)下列说法正确的是( )
A.用温度计测量温度是根据热平衡的原理
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,可以说两物体达到热平衡
答案 ACD
解析 当温度计的玻璃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,最终二者的温度相等,即达到热平衡,故A、D正确;两个物体的温度相同时,已经达到热平衡,不会发生热传递,故B错误;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。
3.(温度计与温标)关于温度与温标,下列说法正确的是( )
A.温度与温标是一回事,所以热力学温标也称为热力学温度
B.摄氏温度与热力学温度都可以取负值
C.摄氏温度升高3 ℃,在热力学温标中温度升高276.15 K
D.热力学温度升高3 K,摄氏温度升高3 ℃
答案 D
解析 温标就是按照一定的标准划分的温度标志,就像测量物体的长度要用长度标尺一样,是一种人为的规定,或者叫作一种单位制,分华氏温标、热力学温标、摄氏温标。而温度表示的是物体的冷热程度,所以温度与温标不是一回事,A错误;热力学温度不可以取负值,B错误;根据T=t+273.15 K可知,摄氏温度升高3 ℃,在热力学温标中温度升高3 K,C错误,同理可知D正确。
课后巩固训练
对点题组练
题组一 状态参量与平衡态
1.下列关于系统是否处于平衡态的说法,正确的是( )
A.状态参量是描述系统状态的物理量,系统处于非平衡态时各部分的状态参量不发生变化
B.压缩密闭容器中的空气,空气处于平衡态
C.两个温度不同的物体相互接触时,这两个物体组成的系统处于非平衡态
D.在热学中,要描述一定质量的气体的宏观状态,只需要确定温度
答案 C
解析 状态参量是描述系统状态的物理量,系统处于非平衡态时至少有一种状态参量发生变化,故A错误;压缩密闭容器中的空气时,气体的体积和压强均发生变化,空气处于非平衡态,故B错误;两个温度不同的物体相互接触时,会发生热传递,系统处于非平衡态,故C正确;压强、体积、温度分别从力学、几何学、热学三个角度对气体的性质进行宏观描述,是描述气体宏观状态的三个状态参量,故D错误。
2.(多选)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
答案 AC
解析 冰水混合物在1 ℃的环境中要吸收热量,温度升高,不是平衡态,A正确;当铝块放在沸水中足够长的时间,铝块各部分的温度与沸水的温度相同,达到平衡态,B错误; 冬天刚打开空调的教室内的气体各部分温度不同,不是平衡态,C正确;用玻璃杯盛着的开水放在室内足够长时间,最终开水温度与环境温度相同,达到平衡态,D错误。
题组二 热平衡与温度
3.温度不同的两块金属接触,达到热平衡后,相同的物理量是( )
A.内能 B.分子势能
C.分子平均动能 D.热量
答案 C
解析 温度不同的两块金属接触,达到热平衡后,温度相同,即分子平均动能相同,故C正确。
4.(多选)下列关于热平衡定律的说法正确的是( )
A.两系统的温度相同时,才能达到热平衡
B.A、B两系统分别与C系统达到热平衡,则A、B两系统处于热平衡
C.甲、乙、丙物体温度各不相等,先把甲、乙接触,最终达到热平衡,再将丙与乙接触,最终也达到热平衡,则甲、丙是处于热平衡的
D.热平衡时,两系统的温度相同,压强、体积也一定相同
答案 AB
解析 根据热平衡的特点可知,两个系统热平衡的标志是它们的温度相同,但压强、体积不一定相同,A正确,D错误;根据热平衡定律可知,A、B两系统分别与C系统达到热平衡,则A、B两系统处于热平衡,B正确;甲、乙、丙物体温度各不相等,先把甲、乙接触,最终达到热平衡,再将丙与乙接触,最终也达到热平衡,此时乙、丙与甲的温度不一定相等,所以甲、丙不一定处于热平衡,C错误。
5.(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
答案 AB
解析 中学常用的两种表示温度的方法是摄氏温标和热力学温标,A正确;两者的关系为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 K的温差等于1 ℃的温差,C、D错误。
6.(多选)关于热平衡,下列说法正确的是( )
A.处于热平衡的两个系统内能一定相同
B.标准状态下冰水混合物与0 ℃的水未达到热平衡
C.系统甲与系统乙达到热平衡就是它们的温度达到相同的数值
D.测量体温的温度计需和身体接触十分钟左右是为了让温度计跟身体达到热平衡
答案 CD
解析 处于热平衡的两个系统温度一定相同,但体积不一定相同,内能不一定相同,故A错误;标准状态下,冰水混合物与0 ℃的水的温度相同,则已达到热平衡,故B错误;系统甲与系统乙达到热平衡,就是它们的温度达到相同的数值,故C正确;测量体温的温度计需和身体接触十分钟左右是为了让温度计跟身体温度相同,即达到热平衡状态,故D正确。
题组三 温度计与温标
7.气体初始温度为27 ℃,升高了20 ℃,则初始温度和温度变化量用热力学温标表示分别为( )
A.27 K,20 K B.300 K,20 K
C.27 K,293 K D.300 K,293 K
答案 B
解析 气体初始温度为27 ℃,根据摄氏温度与热力学温度的关系T=t+273 K,可得气体初始温度用热力学温标表示为T=(t+273)K=300 K。温度升高了ΔT=20 K,故B正确,A、C、D错误。
综合提升练
8.实验室有一支读数不准确的温度计，在测冰水混合物的温度时，其读数为20℃；在测一标准大气压下沸水的温度时，其读数为80℃，下面分别是温度计示数为41℃时对应的实际温度和实际温度为60℃时温度计的示数，其中正确的是( )
A.41℃，60℃ B.21℃，40℃
C.35℃，56℃ D.35℃，36℃
答案：C
解析：此温度计每一刻度表示的是实际温度为，当它的示数为41℃时，它上升的格数为格，对应的实际温度应为；同理，当实际温度为60℃时，此温度计应从20开始上升的格数为格，它的示数应为56℃，故ABD错误，C正确。故选：C。
培优加强练
9.(人教版教材P22T4练习与应用改编)图甲表示某电阻阻值R随摄氏温度t变化的情况。把该电阻与电池、电流表串联起来,如图乙所示,用该电阻做测温探头,把电流表的刻度改为相应的温度刻度,就得到了一个简易温度计。下列说法正确的是 ( )
A.该电阻阻值R与热力学温度T是线性关系
B.摄氏温度与电流是线性关系
C.温度越高,电源的总功率越大
D.tA与tB相比,tB应标在电流较大的刻度上
答案 A
解析 由题图甲可得R=R0+kt,又T=t+273.15 K,联立可得R=(R0-273.15k)+kT,由此可知该电阻R与热力学温度T是线性关系,A正确;由闭合电路的欧姆定律可得I=,代入R=R0+kt,整理得t= —,可知摄氏温度与电流不是线性关系,B错误;由题图甲可知,温度越高,R的阻值越大,由闭合电路的欧姆定律知,回路中的电流越小,根据P=EI可知,电源的总功率越小,C错误;由题图甲可知,tA对应的电阻阻值小于tB对应的电阻阻值,结合闭合电路的欧姆定律可知,阻值小时电流大,故tA应标在电流较大的刻度上,D错误。
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第二章 气体、固体和液体
第2.1节 温度和温标
学习目标
1.知道什么是热力学系统,什么是状态参量。
2.知道平衡态、热平衡的定义。
3.理解热平衡定律及温度的意义。
4.知道温标、摄氏温标和热力学温标,知道摄氏温度和热力学温度的转换关系。
课前导学
基础知识导学
预习知识点一:状态参量与平衡态
请看课本第19~20页“状态参量与平衡态”相关内容,完成下列填空:
(1)热力学系统:由 组成的系统叫作热力学系统,简称系统.
(2)外界:系统之外与系统发生 的其他物体统称为外界.
(3)状态参量:描述系统热学性质的物理量,常用的物理量有几何参量 、力学参量 、热学参量 .
(4)平衡态:系统内各部分的状态参量不再随时间变化,这种情况下就说 达到了平衡态.
预习知识点二:热平衡与温度
[科学探究] 用手心握住体温计玻璃泡,观察到体温计的示数逐渐上升.当体温计与人体温度 时,达到了 ,体温计的示数不再上升.
请看课本第20页“热平衡与温度”相关内容,完成下列填空:
(1)热平衡:如果两个系统相互接触而 ,它们的 将改变.经过一段时间后,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 ,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:表征处于热平衡的系统的共同 的物理量.
预习知识点三:温度计与温标
[科学探究] 如图所示,伽利略温度计是利用玻璃管内封闭的气体作为测量物质制成的,当外界温度越高时,细管内的水柱 (选填“越低”或“越高”).
[物理观念] 常见温度计的原理
名称 原理
水银温度计 根据水银的 的性质来测量温度
金属电阻温度计 根据金属的 随温度的变化来测量温度
气体温度计 根据气体 随温度的变化来测量温度
热电偶温度计 根据不同导体因 而产生电动势的大小不同来测量温度
双金属温度计 根据线膨胀程度不同的两金属片的 随温度变化来测量温度
看课本第21页“温度计与温标”相关内容,完成下列填空:
(1)摄氏温标
摄氏温标是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 ,水的沸点为 ,并据此把玻璃管上0 ℃刻度和100 ℃刻度之间均匀分成100等份,每份算作1 ℃.
(2)热力学温标
①定义:热力学温标表示的温度叫作热力学温度,它是国际单位制中七个基本量之一,用符号T表示,单位是开尔文, 简称 ,符号为 .
②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,摄氏温标所确定的温度用t表示,它与热力学温度T的关系是 .
知识点探究
知识点一 状态参量与平衡态
在力学中,为了描述物体运动的状态,我们使用了物体的位移和速度等物理量。如图中,玻璃瓶内封闭了一定质量的气体,你可以应用哪些物理量来描述封闭气体的物理状态
提示 温度、体积、压强。
1.热力学系统和外界
(1)热力学系统:由大量分子组成的系统叫作热力学系统,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外界。
2.状态参量:用来描述系统状态的物理量。常用的状态参量有体积V、压强p、温度T等。
(1)体积:几何参量,确定系统的空间范围。
(2)压强:力学参量,确定外界与系统之间或系统内部各部分之间力的作用。
(3)温度:热学参量,确定系统的冷热程度。
3.平衡态:在没有外界影响的情况下,经过足够长的时间,系统内各部分的状态参量能够达到的稳定状态。
【思考】
将一根长铁丝的一端插入100 ℃的沸水中,另一端放入0 ℃的冰水中,经过足够长的时间,温度随铁丝有一定的分布,而且不随时间变化,这种状态是否为平衡态
例1 (多选)下列说法正确的是( )
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.若系统不受外界影响,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.两个物体发生热传递时,它们组成的系统处于非平衡态
平衡态的理解
(1)热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,表现为系统不受外界的影响,系统所有状态参量(压强、体积和温度)都不随时间变化。
(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。
训练1 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、压强保持不变,但体积仍可变化
知识点二 热平衡与温度
如图,烧杯和试管中都装有适量的水,用酒精灯持续对烧杯进行加热,利用初中的知识判断试管内的水会不会沸腾(设水的沸点是100 ℃),为什么
1.热平衡:两个相互接触的热力学系统,经过一段时间,各自的状态参量不再变化,说明两个系统达到了平衡。这种平衡叫作热平衡。
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。
3.温度:热平衡中,表征“共同的热学性质”的物理量。
4.热平衡的性质:达到热平衡的系统具有相同的温度,如图
【思考】
1.用手心握住体温计玻璃泡,观察到体温计的示数逐渐上升。当上升到36 ℃左右时,为什么不再上升
2.当把它立即放入40 ℃的水中时,你又看到什么现象 为什么
例2 关于平衡态和热平衡,下列说法正确的是( )
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压强一定相等
平衡态与热平衡的区别和联系
平衡态 热平衡
区 别 研究对象 一个系统 两个接触的系统
判断依据 系统不受外界影响时,各个状态参量都不变 两个系统的温度相同
联系 处于热平衡的两个系统都处于平衡态
训练2 (多选)下列说法正确的是( )
A.两个系统达到热平衡时,它们一定具有相同的热量
B.如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡,那么这两个系统也必定处于热平衡
C.温度是决定两个系统是否达到热平衡状态的唯一物理量
D.热平衡定律是温度计能够用来测量温度的基本原理
知识点三 温度计与温标
如图所示,伽利略温度计是利用玻璃管内封闭的气体作为测温物质制成的,试分析水银柱的高度为什么可以表示气体温度的高低
1.温标
(1)定义:定量地描述温度的方法。
(2)确定一个温标的方法
①选择一种测温物质。
②确定测温物质用以测温的某种性质。
③确定温度的零点和分度的方法。
(3)温标的种类
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 ℃。在玻璃管上0 ℃刻度与100 ℃刻度之间均匀分成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,规定摄氏温度的-273.15 ℃为零值,它的一开等于摄氏温度的一度。
2.摄氏温度与热力学温度
(1)摄氏温度:摄氏温标表示的温度,用符号t表示,单位是摄氏度,符号表示为℃。
(2)热力学温度:热力学温标表示的温度,是国际单位制中七个基本物理量之一,用符号T表示,单位是开尔文,简称开,符号为K。
(3)换算关系:T=t+273.15 K。
3.常见温度计及其原理
名称 原理
水银温度计 根据水银热胀冷缩的性质来测量温度
电阻温度计 根据金属的电阻率随温度的升高而变化的原理制成
压力表式温度计 根据气体压强随温度的变化的规律制作的
热电偶温度计 根据不同导体因温差而产生电动势的大小不同来制作
【思考】
用不同的温度计测量两物体温度时,得到两个记录结果,分别是282 K和28 ℃。
(1)282 K与28 ℃哪一个温度高
(2)若两物体中的一个温度升高1 K,另一个升高1 ℃,它们升高的温度是否相同
例3 关于温标下列说法正确的是( )
A.温标不同,测量时得到同一系统的温度数值可能是不同的
B.不同温标表示的温度数值不同,则说明温度不同
C.温标的规定都是人为的,没有什么理论依据
D.热力学温度和摄氏温度是两种不同的温度表示方法,表示的温度数值没有关系
热力学温度与摄氏温度的关系
(1)T=t+273.15 K是解决有关热力学温度与摄氏温度关系问题的基础。
(2)摄氏温度变化1 ℃与热力学温度变化1 K是等效的,即ΔT=Δt,而不是ΔT=Δt+273.15 K。
(3)绝对零度是低温的极限,只能无限接近,永远达不到,故热力学温度不能出现负值,但摄氏温度可以出现负值。
训练3 (多选)关于热力学温度和摄氏温度,下列说法错误的是( )
A.某物体摄氏温度为10 ℃,即热力学温度为10 K
B.热力学温度升高1 K等于摄氏温度升高1 ℃
C.摄氏温度升高10 ℃,对应热力学温度升高283 K
D.热力学温度和摄氏温度的温标不同,两者表示的温度无法比较
随堂对点自测
1.(状态参量与平衡态)(多选)下列各系统处于平衡态的是( )
A.放在0 ℃的房间里的冰水混合物
B.放在沸水中加热足够长时间的铜块
C.刚刚放在教室中2分钟的一杯热水和一杯加较多冰块的可乐
D.一瓶放在房间中很久的84消毒液
2.(热平衡与温度)(多选)下列说法正确的是( )
A.用温度计测量温度是根据热平衡的原理
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,可以说两物体达到热平衡
3.(温度计与温标)关于温度与温标,下列说法正确的是( )
A.温度与温标是一回事,所以热力学温标也称为热力学温度
B.摄氏温度与热力学温度都可以取负值
C.摄氏温度升高3 ℃,在热力学温标中温度升高276.15 K
D.热力学温度升高3 K,摄氏温度升高3 ℃
课后巩固训练
对点题组练
题组一 状态参量与平衡态
1.下列关于系统是否处于平衡态的说法,正确的是( )
A.状态参量是描述系统状态的物理量,系统处于非平衡态时各部分的状态参量不发生变化
B.压缩密闭容器中的空气,空气处于平衡态
C.两个温度不同的物体相互接触时,这两个物体组成的系统处于非平衡态
D.在热学中,要描述一定质量的气体的宏观状态,只需要确定温度
2.(多选)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
题组二 热平衡与温度
3.温度不同的两块金属接触,达到热平衡后,相同的物理量是( )
A.内能 B.分子势能
C.分子平均动能 D.热量
4.(多选)下列关于热平衡定律的说法正确的是( )
A.两系统的温度相同时,才能达到热平衡
B.A、B两系统分别与C系统达到热平衡,则A、B两系统处于热平衡
C.甲、乙、丙物体温度各不相等,先把甲、乙接触,最终达到热平衡,再将丙与乙接触,最终也达到热平衡,则甲、丙是处于热平衡的
D.热平衡时,两系统的温度相同,压强、体积也一定相同
5.(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
6.(多选)关于热平衡,下列说法正确的是( )
A.处于热平衡的两个系统内能一定相同
B.标准状态下冰水混合物与0 ℃的水未达到热平衡
C.系统甲与系统乙达到热平衡就是它们的温度达到相同的数值
D.测量体温的温度计需和身体接触十分钟左右是为了让温度计跟身体达到热平衡
题组三 温度计与温标
7.气体初始温度为27 ℃,升高了20 ℃,则初始温度和温度变化量用热力学温标表示分别为( )
A.27 K,20 K B.300 K,20 K
C.27 K,293 K D.300 K,293 K
综合提升练
8.实验室有一支读数不准确的温度计，在测冰水混合物的温度时，其读数为20℃；在测一标准大气压下沸水的温度时，其读数为80℃，下面分别是温度计示数为41℃时对应的实际温度和实际温度为60℃时温度计的示数，其中正确的是( )
A.41℃，60℃ B.21℃，40℃
C.35℃，56℃ D.35℃，36℃
培优加强练
9.(人教版教材P22T4练习与应用改编)图甲表示某电阻阻值R随摄氏温度t变化的情况。把该电阻与电池、电流表串联起来,如图乙所示,用该电阻做测温探头,把电流表的刻度改为相应的温度刻度,就得到了一个简易温度计。下列说法正确的是 ( )
A.该电阻阻值R与热力学温度T是线性关系
B.摄氏温度与电流是线性关系
C.温度越高,电源的总功率越大
D.tA与tB相比,tB应标在电流较大的刻度上
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