2019高中物理第七章4温度和温标教学案(含解析)新人教版

4温度和温标[学习目标]1.知道什么是状态参量，知道平衡态和非平衡态的概念.2.理解热平衡定律及温度的意义，体会生活中的热平衡现象．(重点)3.了解温度计的构造，会使用常见温度计测温度．(重点)4.掌握热力学温度的定义，知道什么是温标，理解摄氏温度与热力学温度的区别与联系．(难点)知识点一状态参量与平衡态1．热力学系统：由大量分子组成的研究对象．2．外界：系统之外与系统发生相互作用的其他物体．3．状态参量：为确定系统的状态所需要的一些量，如：体积、压强、温度等．4．平衡态：无外界影响、状态参量稳定的状态．[思考]一根长铁丝，一端插入100℃的沸水中，另一端放入0℃的恒温源中，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．[判断]1．处于平衡状态的系统其温度、压强、体积等都不变化(√)2．系统的状态参量永远不会达到稳定．(×)3．当系统处于平衡态时，系统所有的性质都不随时间变化．(√)知识点二热平衡与温度1．热平衡：两个相互接触的热力学系统的状态参量不再变化．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．热平衡状态的特征：一切达到热平衡的系统都具有相同的温度．[思考]两个相互接触的物体经过一定的时间一定能够达到热平衡吗？【提示】不一定，如果一个物体的温度持续升高，两个物体之间总存在一个温度差，此时就不是热平衡状态．[判断]1．热平衡是一种动态平衡，系统内的分子仍在不停地做无规则运动．(√)2．温度是决定两个系统是否达到热平衡状态的唯一物理量．(√)3．系统达到热平衡，其温度不一定相同．(×)知识点三温度计与温标1．常见温度计的测温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铂的电阻随温度的变化而变化来测量温度气体温度计根据气体压强随温度的变化而变化来测量温度热电偶温度计根据不同导体，因温差产生电动势的大小不同来测量温度2.温标：定量描述温度的方法(1)摄氏温标：一种表示温度的方法，规定标准大气压下冰的熔点为0_℃，水的沸点为100_℃.在0和100之间分成100等份，每一份就是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．(3)摄氏温度与热力学温度：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℃.热力学温度：热力学温标表示的温度，用符号T表示，单位开尔文，符号表示为K.换算关系：T＝t＋273.15_K.[思考]物体温度升高了1℃就是升高了273.15K吗？【提示】不是．温度升高了1℃，也就是升高了1K，即在表示温差时，ΔT＝Δt数值上相等．[判断]1．摄氏温度和热力学温度都是从零开始的．(×)2．0℃的温度可以用热力学温度粗略地表示为273K．(√)3．热力学温标的零度是－273.15℃，也叫绝对零度．(√)考点一平衡态和热平衡的理解(深化理解)1．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，表现为系统的宏观性质不随时间变化，而力学中的平衡态是指物体的运动状态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，由于外界影响，仍可能发生偏离平衡状态的微小变化．(3)两个系统达到热平衡后再把它们分开，如果分开后它们都不受外界影响，再把它们重新接触，它们的状态不会发生新的变化．因此，热平衡概念也适用于两个原来没有发生过作用的系统．因此可以说，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是处于热平衡状态．2．热平衡定律的意义热平衡定律又叫热力学第零定律，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．【例题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分钟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【答案】B【规律总结】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．【及时训练】1．关于平衡态和热平衡，下列说法中正确的有()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】B2．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【答案】C考点二摄氏温度和热力学温度的对比(深化理解)摄氏温度与热力学温度的比较摄氏温度热力学温度提出者瑞典天文学家摄尔西斯英国物理学家开尔文零度的规定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tT单位名称摄氏度开尔文单位符号℃K关系(1)T＝t＋273.15K，粗略表示：T＝t＋273K(2)ΔT＝Δt【例题2】(多选)关于热力学温度，下列说法中正确的是()A．－33℃＝240KB．温度变化1℃，也就是温度变化1KC．摄氏温度与热力学温度都可能取负值D．温度由t℃升至2t℃，对应的热力学温度升高了273K＋t【答案】AB【规律总结】1．热力学温度与摄氏温度的关系是T＝t＋273.15K．因此对于同一温度来说，用不同的温标表示，数值不同，这是因为零值选取不同．2．在热力学温标与摄氏温标中，热力学温度升高(或降低)1K，则摄氏温度也升高(或降低)1℃.【及时训练】1．(多选)下列关于热力学温度的说法中，正确的是()A．－136℃比136K温度高B．0℃等于273.15KC．1℃就是1KD．升高1℃就是升高274.15K【答案】AB2．(多选)如果物体的温度从27℃升高到127℃，用热力学温度表示，以下说法正确的是()A．物体的温度升高了400KB．物体的温度升高了100KC．物体的温度升高到400KD．物体的温度升高到373K【答案】BC【学法指导】如何理解热平衡和温度【例题3】(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【规律总结】热平衡与温度理解的三个误区误区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，系统才会处于平衡态．误区2：误认为平衡态就是热平衡产生误区的原因是由于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．误区3：误认为热力学温度可以出现负值产生误区的原因是混淆了热力学温度和摄氏温度，错误地认为二者都可以为负值．实际上，0K是热力学温度的低温极限，根据热力学温度与摄氏温度的关系T＝273.15＋t，摄氏温度也有最低值，为－273.15℃，即自然界中高温没有极限，但低温是有极限的．【及时训练】(多选)一个系统的温度由200K升高到300K，另一个系统的温度由200℃升高到300℃，则有关这两个温度及其变化的说法正确的是()A．它们升高了相同的温度B．它们升高的温度不同C．它们后来的温度相同D．它们后来的温度不同【答案】AD【课时作业】[全员参与·基础练]1．(多选)下列物体中处于平衡态的是()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】BD2．(多选)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．分子仍做无规则运动【答案】BD3．(多选)关于热力学温度和摄氏温度，以下说法正确的是()A．热力学温度的单位“K”是国际单位制中的基本单位B．温度升高1℃就是升高了1KC．1℃就是1KD．0℃的温度可用热力学温度粗略地表示为273K【答案】ABD4．(多选)(2015·绍兴高二检测)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【答案】BCD5．(多选)关于温度的物理意义，下列说法中正确的是()A．温度是物体冷热程度的客观反映B．人们如果感觉到某个物体很凉，就说明这个物体的温度一定很低C．热传递的方向是从含热量多的物体传向含热量少的物体D．热量从温度较高的物体传向温度较低的物体【答案】AD6．(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5K，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【答案】BC7．小明自定一种新温标p，他将冰点与沸点之间的温度等分为200格，且将冰点的温度定为50p，今小明测量一杯水的温度为150p时，则该温度用摄氏温度表示时应为()A．30℃B．40℃C．50℃D．69℃【答案】C8．入冬以来，冷空气频繁来袭，我省气温不断下降，24日更是降到自入冬来的最低，鲁中山区更是低至－5℃，如果用热力学温度表示该温度为________K；高温超导材料是各国争相研究的新型导体材料，有着非常广阔的应用前景，目前临界温度比较高的超导体是铋锶钙铜氧超导体，临界温度为110K，用摄氏温度表示为________℃.【答案】268－163[超越自我·提升练]9．严冬，湖面上结了厚厚的冰，但冰下面鱼儿仍在游动．为了测出冰下水的温度，徐强同学在冰上打了一个洞，拿来一支实验室温度计，用下列四种方法测水温，正确的做法是()A．用线将温度计拴牢从洞中放入水里，待较长时间后从水中提出，读出示数B．取一塑料饮水瓶，将瓶拴住从洞中放入水里，水灌满瓶后取出，再用温度计测瓶中水的温度C．取一塑料饮水瓶，将温度计悬吊在瓶中，再将瓶拴住从洞中放入水里，水灌满瓶后待较长时间，然后将瓶提出，立即从瓶外观察温度计的示数D．手拿温度计，从洞中将温度计插入水中，待较长时间后取出立即读出示数【答案】C10．(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铆合在一起的双金属片的弯曲程度随温度变化的原理制成的，如图7­4­1所示．已知左图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中正确的有()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．由左图可知，铜的热膨胀系数大于铁的热膨胀系数D．由右图可知，其双金属片的内层一定为铜，外层一定为铁【答案】ABC11．在某一温度计的管子上刻有150格均匀的标度．在1标准大气压下，当温度计的玻璃泡进入冰水混合物中时，水银柱位置在40刻度处；当玻璃泡进入沸水中时，水银柱的位置在90刻度处．当水银柱上升到100刻度处时，应相当于多少摄氏度？相当于热力学温度多少度？【解析】摄氏温标规定：冰水混合物的温度为0度，1标准大气压下沸水温度为100℃，由此可见，题中所说的40刻度处