人教版（2019）高中物理 选择性必修第三册 第2章 第1节　温度和温标课件 33 张PPT

第二章　气体、固体和液体
第1节　温度和温标
核心素养
物理观念
科学思维
科学态度与责任
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.掌握热平衡定律的内容。
4.明确温度的定义及判断系统处于热平衡的条件。
5.知道什么是温标，摄氏温度和热力学温度的转换关系。
1.体会两个不同系统接触后建立热平衡的过程。
2.体会生活中的热平衡现象。
利用各种物质热学参量的不同，解释生产生活中自动化设备。
知识点一　状态参量与平衡态
[观图助学]
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？
压强大的气体会向压强小的一方流动，温度高的气体会向温度低一侧传热。经过一段时间后，容器内各点的压强和温度都不再变化。
1.热力学系统和外界
(1)热力学系统：由__________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__________的其他物体统称外界。
2.状态参量：用来描述__________的物理量。常用的状态参量有体积V、压强p、________等。
3.平衡态：在没有外界影响的情况下，系统______________都不随时间而变化的稳定状态。
大量分子
相互作用
系统状态
温度T
所有状态参量
[思考判断]
(1)只要温度不变且处处相等，系统就一定处于平衡态。( )
(2)两个系统在接触时它们的状态不发生变化，这两个系统原来的温度是相等的。( )
×
√
知识点二　热平衡与温度
[观图助学]
两个系统的热平衡过程
A、B两个系统接触后，不受外界的影响，其温度变化情况如图所示，由图可知，A的温度逐渐升高，B的温度逐渐降低，经过一段时间二者达相同的温度T，且T以后不再随时间变化，我们用热平衡来描述这种现象。
1.热平衡：两个相互接触的热力学系统，最后两个系统的状态参量都不再______，这时两个系统具有“共同性质”，我们就说这两个系统达到了________。
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：热平衡中具有的“______________”叫做温度。这就是________能够用来测量温度的基本原理。
改变
热平衡
热平衡
共同热学性质
温度计
[思考判断]
(1)两个系统处于热平衡时，它们一定具有相同的热量。( )
(2)热平衡就是平衡态。( )
(3)热平衡时，两系统的温度相同，压强、体积也一定相同。( )
×
×
×
知识点三　温度计与温标
1.温标
(1)定义：定量描述温度的方法。
(2)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______，水的沸点为_______。在0 ℃和100 ℃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，它的一度等于摄氏温度的一度。
0 ℃
100 ℃
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，单位摄氏度，符号表示为℃。
(2)热力学温度：热力学温标表示的温度，用符号T表示，单位________，符号表示为K。
(3)换算关系：T＝_____________。
3.温度计
温度计是用来测量物体(系统)温度的仪器，温度计的种类很多，常见的有水银温度计、金属电阻温度计、气体温度计、热电偶温度计等。
开尔文
t＋273.15 K
[思考判断]
(1)温度计测温原理就是热平衡定律。( )
(2)温度与温标是一回事。( )
(3)1 K就是1 ℃。( )
(4)摄氏温度升高1 ℃，在热力学温标中温度升高274.15 K。( )
√
×
×
×
[要点归纳]
核心要点
状态参量与平衡态
三个
概念
系统
在物理学中，通常把所研究的对象称为系统
外界
系统以外的其他物体称之为外界或环境，系统与外界之间往往存在相互的作用
状态
参量
描述系统状态的物理量叫作系统的状态参量。物理学中，需要研究系统的各种性质，包括几何性质、力学性质、热学性质、电磁性质等
三个
参量
体积V
描述系统的几何性质，为了确定系统的空间范围
压强p
描述系统的力学性质，为了确定外界与系统之间或系统内部各部分之间的力的作用
温度T
描述系统的热学性质，确定系统的冷热程度
平衡
态的
三点
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，表现为系统的宏观性质不随时间变化，而力学中的平衡态是指物体处于静止或匀速直线运动的状态
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，由于涨落，仍可能发生偏离平衡状态的微小变化
③平衡态的特点：系统温度、压强、体积不发生变化。由于系统处于平衡态时，所有的性质都不随时间变化，就能比较容易地描述这些性质，所以中学阶段只描述平衡态的问题
[试题案例]
[例1] (多选)在热学中，要描述一定气体的宏观状态，需要确定下列哪些物理量(　　)
A.每个气体分子的运动速率 　　　 B.压强
C.体积 　　　 D.温度
解析　描述系统的宏观状态，其参量是宏观量，每个气体分子的运动速率是微观量，不是气体的宏观状态参量。气体的压强、体积、温度分别是从力学、几何、热学三个角度对气体的性质进行的宏观描述，是确定气体宏观状态的三个状态参量。显然B、C、D选项正确。
答案　BCD
[针对训练1] 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，系统处于非平衡状态时各部分的参量不发生变化
B.当系统不受外界影响，且经过足够长的时间，其内部各部分状态参量将会相同
C.只有处于平衡状态的系统才有状态参量
D.两物体发生传热时，它们组成的系统处于平衡状态
解析　处于非平衡状态的系统也有状态参量，而且参量会发生变化，经过足够长的时间，系统若不受外界影响就会达到平衡状态，各部分状态参量将会相同，故B项正确，A、C项错误：处于传热过程中的两系统处于非平衡状态，故D项错误。
答案　B
[要点归纳]
1.热平衡的理解
相互接触的两个系统，各自的状态参量将会相互影响而分别改变，最后，两个系统的状态参量将不再变化，我们就说两系统达到了热平衡。一切达到热平衡的系统都具有相同的温度，所以两个系统达到热平衡的标准是系统具有相同的温度。
核心要点
热平衡与温度
2.热平衡定律及意义
(1)内容
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，这个结论称为热平衡定律。
(2)热平衡定律的意义
热平衡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。
3.温度
(1)对温度的理解
①宏观上，表示物体的冷热程度。
②微观上，反映分子热运动的剧烈程度。
③一切达到热平衡的系统都具有相同的温度。
(2)用物体的冷热程度定义温度，具有主观性，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。温度的严格定义是建立在热平衡定律基础上的。热平衡定律表明，两个系统处于热平衡时，存在一个数值相等的状态参量，这个状态参量就是温度，这样的定义更具有科学性。
(3)若温度计跟物体A处于热平衡，它同时也跟物体B处于热平衡，根据热平衡定律，A的温度便与B的温度相等，这就是温度计能够用来测量温度的基本原理。
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。
[试题案例]
[例2] 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
解析　本题考查的知识点是热平衡。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；热平衡定律对多个系统也适用，故B错误；由热平衡的意义知，C正确；温度是热平衡的标志，必须相同，故D错误。
答案　C
温馨提示　要正确解答热平衡的问题，必须明确热平衡状态的意义，理解热平衡定律的含义。
[针对训练2] (多选)下列说法中正确的有(　　)
A.处于热平衡的两个系统的状态参量不再变化
B.达到热平衡的两个系统分开后，再接触时有可能发生新的变化
C.两个未接触的系统不可能处于热平衡
D.处于热平衡的几个系统的温度一定相等
解析　根据热平衡的定义，两个处于热平衡的系统，无论分开，还是再接触，系统的状态参量都不再发生变化，故A正确，B错误；一切达到热平衡的系统一定都具有相同的温度，两个未接触的系统也可能处于热平衡，故C错误，D正确。
答案　AD
[要点归纳]
1.温度计测温原理
一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。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。
核心要点
温度计与温标
2.温标
(1)常见的温标有摄氏温标、华氏温标、热力学温标。
(2)温标要素：第一，选择某种具有测温属性的测温物质；第二，了解测温物质随温度变化的函数关系；第三，确定温度零点和分度的方法。
(3)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
安德斯·摄尔修斯
开尔文
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
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)每一开尔文与每一摄氏度相等
[试题案例]
[例3] (多选)关于温度与温标，下列说法正确的是(　　)
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.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.热力学温度每一开的大小与摄氏温度每一度的大小相等
解析　温标是温度数值的表示方法，常用的温标有摄氏温标和热力学温标，A正确；摄氏温度可以取负值，但是热力学温度不能取负值，因为热力学温度的零点是低温的极限，故选项B错误；摄氏温度升高3 ℃，也就是热力学温度升高了3 K，故选项C错误；摄氏温度的每一度与热力学温度的每一开的大小相等，选项D正确。
答案　AD
方法总结　热力学温度与摄氏温度关系的理解
(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。
(3)绝对零度是低温的极限，只能接近，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。
[针对训练3] (多选)下列关于热力学温度的说法中正确的是(　　)
A.热力学温度与摄氏温度的每一度的大小是相同的
B.热力学温度的零度等于－273.15 ℃
C.热力学温度的零度是不可能达到的
D.气体温度趋近于绝对零度时，其体积趋近于零
解析　每升高(或降低)1 K等价于升高(或降低)1 ℃，故A正确；热力学温度的0 K是摄氏温度的－273.15 ℃，因此B正确；热力学温度的零度只能无限接近，却不可能达到，且趋近于绝对零度时，气体液化或凝固，但有体积，故C正确，D错误。
答案　ABC