人教版高中物理选择性必修第三册第二章气体、固体和液体第1节温度和温标课件（42页PPT）

(共42张PPT)
[学习目标]
1.知道什么是热力学系统，什么是状态参量以及平衡态、热平衡的定义。
2.掌握热平衡定律的内容，明确温度的定义及判断系统处于热平衡的条件。
3.知道什么是温标，掌握摄氏温度和热力学温度的转换关系。
1.热力学系统和外界
(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_________的其他物体统称外界。
2.状态参量：在热学中，用来描述________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V：系统的____参量，它可以确定系统的空间范围。
(2)压强p：系统的____参量，它可以描述系统的力学性质。
(3)温度T：系统的____参量，它可以确定系统的冷热程度。
3.平衡态：一个热力学系统，在______________情况下，只要经过足够长的时间，系统内各部分的状态参量就能够达到_________，这种状态叫作平衡态。
大量分子
相互作用
系统状态
几何
力学
热学
没有外界影响的
稳定状态
[思考探究]
一根长铁丝，一端插入100 ℃的沸水中，另一端放入0 ℃恒温源中，经过足够长的时间，温度随铁丝有一定的分布，而且不再随时间变化，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，因为存在外在因素的影响。
[例1]　热力学系统的平衡态是一种(　　)
A.定态平衡 B.动态平衡
C.分子已经不动 D.只是温度一定达到了某一稳定值
解析　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动能不随时间变化，系统的状态参量均不随时间发生变化，故选B。
B
[例2]　下列说法正确的是(　　)
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.当系统不受外界影响且经过足够长的时间时，其内部各部分状态参量将会相同
C.只有处于平衡态的系统才有状态参量
D.只要温度不变且处处相等，系统就一定处于平衡态
解析　系统处于非平衡状态时状态参量会发生变化，直至达到平衡态时才不再变化，故A错误；当系统不受外界影响且经过足够长的时间时，其内部各部分状态参量将会相同，即达到平衡态，故B正确；平衡态和非平衡态的系统，均有状态参量，故C错误；不能仅凭温度不变且处处相等就判定系统处于平衡态，还需要压强和体积都不再变化才能判定平衡态，故D错误。
B
[总结提升]
平衡态的理解
(1)平衡态的特点：系统的状态参量(温度、压强和体积等)都不随时间变化。
(2)热力学的平衡态与力学的平衡态的意义不同：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，状态参量(压强、体积和温度等)不随时间变化。
(3)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。
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________，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_______。
3.温度：热平衡中，表征“共同的_____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_____。
不再变化
热平衡
热学
温度
[易错辨析]
(1)两个处于热平衡的系统具有相同的热量。( )
(2)两个处于热平衡的系统具有相同的温度。( )
(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。( )
×
√
√
[例3]　(多选)关于热平衡，下列说法正确的是(　　)
A.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
B.标准状况下冰水混合物与0 ℃的水未达到热平衡
C.量体温时体温计需要和身体接触几分钟是为了让体温计跟身体达到热平衡
D.冷热程度相同的两系统处于热平衡状态
解析　两个系统达到热平衡的标志是它们的温度相同，或者说它们的冷热程度相同，A、C、D正确，B错误。
ACD
[例4]　(多选)有甲、乙、丙三个温度不同的物体，将甲和乙充分接触一段时间后分开，再将乙和丙充分接触一段时间后分开(发生了热交换)，假设只有在它们相互接触时有传热，不接触时与外界没有传热，则(　　)
A.甲、乙、丙三个物体都达到了平衡态
B.只有乙、丙两物体达到了平衡态，甲物体没有达到平衡态
C.乙、丙两物体都和甲达到了热平衡
D.乙、丙两物体达到了热平衡
解析　乙和丙分开后，甲、乙、丙三个物体与外界没有传热，所以甲、乙、丙三个物体都达到了平衡态，A正确，B错误；甲和乙接触一段时间后分开，甲和乙达到了热平衡，但乙和丙接触一段时间后，乙的温度又发生了变化，甲和乙的热平衡被破坏，乙和丙两物体达到了热平衡，C错误，D正确。
AD
[总结提升]　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，状态参量不变 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
1.确定一个温标的方法
(1)选择一种____物质。
(2)确定测温物质用以测温的某种性质。
(3)确定温度的____和____的方法。
2.热力学温度T与摄氏温度t
(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________为0 ℃，________为100 ℃，在0 ℃和100 ℃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。热力学温标表示的温度叫作__________。它是国际单位制中七个基本物理量之一，用符号__表示，单位是______，简称___，符号为___。
(3)摄氏温度t与热力学温度T的关系为T＝___________。
测温
零点
分度
冰的熔点
水的沸点
100
热力学温度
开尔文
T
开
K
t＋273.15 K
3.摄氏温标和热力学温标的比较
摄氏温标 热力学温标
零点的规定 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
表示符号 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)1 ℃与1 K相等
4.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
金属电阻温度计 根据金属的电阻随温度的变化来测量温度
压力表式温度计 根据气体压强随温度的变化来测量温度
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测量温度
[例5]　下列关于温度的说法正确的是(　　)
A.热力学温度的0 K相当于摄氏温度的273.15 ℃
B.热力学温度每升高1 K和摄氏温度每升高1 ℃对应的温度变化是相同的
C.绝对零度是低温的极限，随着技术的进步是可能达到的
D.在国际单位制中，温度的单位是 ℃
解析　根据T＝t＋273.15 K可知，热力学温度的0 K相当于摄氏温度的－273.15 ℃，A错误；根据T＝t＋273.15 K可知，热力学温度每升高1 K和摄氏温度每升高1 ℃对应的温度变化是相同的，B正确；绝对零度是低温的极限，表示分子热运动停止，不可能达到，C错误；在国际单位制中，温度的单位是K，D错误。
B
[例6]　小明自定一种新温标p，他将冰点温度到沸点温度等分为200格，且将冰点的温度定为50 p。当小明测量一杯水的温度为150 p时，这杯水的摄氏温度为(　　)
A.30 ℃ B.40 ℃
C.50 ℃ D.60 ℃
解析　新温标把冰点温度到沸点温度等分为200格，则每一格对应的摄氏温度为0.5 ℃，冰点的温度定为50 p，测量一杯水的温度为150 p，则水的温度比冰点温度大100 p，对应摄氏温度为Δt＝0.5×100 ℃＝50 ℃，即这杯水的摄氏温度为50 ℃，故选C。
C
1.(状态参量与平衡态)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.两个物体发生热传递时，能量在它们组成的系统中传递，对整个系统而言处于平衡态
D.压缩密闭容器中的空气，空气处于平衡态
解析　开空调2 min内教室内的气体温度要变化，故不是平衡状态，故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，故B正确；两个物体发生热传递时，能量在它们组成的系统中传递，系统内部存在温差，处于非平衡态，故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，故D错误。
B
2.(热平衡与温度)下列对热平衡的理解正确的是(　　)
A.标准状况下冰水混合物与0 ℃的水未达到热平衡
B.A、B两系统分别与C系统达到热平衡，则A、B两系统达到热平衡
C.热平衡时，两系统的温度、压强可以不相同，体积一定不相同
D.热平衡时，两系统的温度相同，压强、体积也一定相同
解析　标准状况下冰水混合物的温度为0 ℃，与0 ℃的水达到了热平衡，故A错误；根据热平衡定律，A、B两系统分别与C系统达到热平衡，则A、B两系统达到热平衡，故B正确；根据热平衡的特点可知，两个系统达到热平衡的标志是它们的温度相同，但压强、体积不一定相同，故C、D错误。
B
3.(温度与温标)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.热力学温标和摄氏温标是两种不同的温度表示方法，表示的温度数值没有关系
解析　温标不同，测量同一系统的温度数值一般不同，但所表示的温度可能是相同的，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；热力学温标和摄氏温标在数值上的关系为T＝t＋273.15 K，D错误。
A
4.(温度与温标)关于热力学温度和摄氏温度，下列说法正确的是(　　)
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
解析　由T＝t＋273 K知，热力学温度和摄氏温度可以相互转换，某物体摄氏温度为10 ℃时，热力学温度为T＝283 K，ΔT＝Δt，即热力学温度升高1 K等于摄氏温度升高1 ℃，摄氏温度升高10 ℃，对应热力学温度升高10 K，B正确，A、C、D错误。
B
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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、压强稳定，但体积仍可变化
解析　如果一个系统达到了平衡态，则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正确。
A
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2.(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
解析　系统处于平衡态时，其状态参量不再变化，铜块放在沸水中加热足够长的时间，冰水混合物处在0 ℃环境中，其状态参量不再变化，即处于平衡态，故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，其温度与环境温度未达到相同，则未处于平衡态，故C错误；一瓶放在房间中很久的84消毒液，与环境温度相同，则处于平衡态，故D正确。
ABD
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3.(2025·榆林市高二月考)(多选)下列说法正确的是(　　)
A.两个系统处于热平衡时，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
解析　达到热平衡的系统都具有相同的温度，无法确定是否具有相同的热量，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，这也是温度计用来测量温度的基本原理，B、D正确。
BCD
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4.(2025·广东普宁期末)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
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，处于热平衡的两个系统温度相同，B正确，D错误；平衡态是针对某一系统而言的，热平衡是两个系统相互影响的最终结果，C错误。
B
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5.关于热力学温度，下列说法正确的是(　　)
A.－33 ℃与240.15 K表示不同的温度
B.摄氏温度与热力学温度都不可能取负值
C.温度变化1 ℃，也就是温度变化1 K
D.温度由t升至2t，对应的热力学温度升高了273.15 K＋t
解析　由T＝t＋273.15 K可知，－33 ℃与240.15 K表示相同的温度，A错误；因绝对零度达不到，故热力学温度不可能取负值，但摄氏温度可取负值，B错误；由T＝t＋273.15 K可知，ΔT＝Δt，即热力学温标温度的变化总等于摄氏温标温度的变化，温度变化1 ℃，也就是温度变化1 K，C正确；初态热力学温度为273.15 K＋t，末态为273.15 K＋2t，温度变化了t，D错误。
C
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6.某城市6月某天的最高温度为36 ℃，最低温度为27 ℃，用热力学温标来表示该城市这一天的最高温度和最大温差分别为(　　)
A.36 K；9 K B.309 K；9 K
C.36 K；300 K D.309 K；282 K
解析　最高温度和最低温度分别为T1＝273 K＋t1＝(273＋36)K＝309 K，T2＝273 K＋t2＝(273＋27)K＝300 K，最大温差为ΔT＝T1－T2＝(309－300)K＝9 K，故选B。
B
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7.(多选)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封闭的空气
D.该温度计是利用测温物质的热胀冷缩的性质制造的
解析　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错误，C、D正确。
CD
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[能力提升练]
8.图甲表示某电阻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
A
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9.(多选)两个原来处于热平衡状态的系统分开后，由于外界的影响，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 ℃，则下列说法不正确的是(　　)
A.两个系统不再是热平衡系统了
B.两个系统仍处于热平衡
C.两个系统的状态都发生了变化
D.两个系统的状态没有变化
解析　由于热力学温度和摄氏温度每一度表示的冷热差别是相同的，所以两系统温度均升高5 ℃，温度仍然相等，因此两个系统的状态虽然均已变化，但是仍处于热平衡，B、C正确，不符合题意，A、D错误，符合题意。
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10.(多选)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
ABC
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解析　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；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。
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11.实验室有一支读数不准确但刻度均匀的温度计，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 ℃时对应的温度计的示数，其中正确的是(　　)
A.41 ℃，60 ℃ B.21 ℃，40 ℃
C.35 ℃，56 ℃ D.35 ℃，36 ℃
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[拓展培优练]
12.(多选)下列关于温度的说法正确的是(　　)
A.27 ℃相当于301.15 K
B.水的沸点为100 ℃，用热力学温度表示即为373.15 K
C.水从0 ℃升高到100 ℃，用热力学温度表示即为从273.15 K升高到373.15 K
D.温度由摄氏温度t升至2t(t>0 ℃)，对应的热力学温度由T升至2T
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解析　根据T＝t＋273.15 K可知，27 ℃相当于T＝(27＋273.15)K＝300.15 K，100 ℃相当于T＝(100＋273.15)K＝373.15 K，故A错误，B正确；同理可知0 ℃相当于T＝(0＋273.15)K＝273.15 K，且100 ℃相当于T＝(100＋273.15)K＝373.15 K，水从0 ℃升高到100 ℃，用热力学温度表示即为从273.15 K升高到373.15 K，故C正确；根据T＝t＋273.15 K可知，温度为t相当于T＝(t＋273.15)K，温度为2t相当于T′＝(2t＋273.15)K，可知T′≠2T，故温度由摄氏温度t升至2t(t>0 ℃)，对应的热力学温度不是由T升至2T，故D错误。