2019-2020学年高中物理 第七章 分子动理论 4 温度和温标课件 新人教版选修3-3

4温度和温标学习目标素养提炼1.知道平衡态、热平衡的定义．2．明确温度的定义及判断系统处于热平衡的条件．3．能区分摄氏温度与热力学温度，记住它们之间的关系.物理观念：平衡态、热平衡、温度和温标．科学思维：热平衡的实质．科学探究：探究平衡状态和非平衡状态的特征.01课前自主梳理02课堂合作探究03课后巩固提升04课时跟踪训练一、状态参量与平衡态1．系统：在物理学中，通常把__________称为系统．2．外界：系统之外与系统发生相互作用的__________统称外界．3．状态参量：在热学中，为确定系统的状态所需要的________叫作系统的状态参量．例如，为了确定系统的空间范围，要用到________；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，要用到________；而要确定系统的冷热程度，要用到________．研究对象其他物体物理量体积V压强p温度T4．平衡态：在没有________影响的情况下，无论其初始状态如何，只要经过足够长的时间，系统内各部分的状态参量能够达到________，这种情况下就说系统达到了平衡态．[思考]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，而且不随时间变化．这种状态是否为平衡态？提示：不是，只是一种稳定状态，因为存在外在因素的影响．外界稳定二、热平衡与温度1．热平衡：两个相互接触的热力学系统，经过一段时间以后，这两个系统的________都不再变化，我们说这两个系统达到了热平衡．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然处于________，这个结论称为热平衡定律．3．温度：两个系统处于热平衡时，它们具有一个“共同_________”，我们把表征这一“共同___________”的物理量叫作温度．一切达到________的系统都具有相同的温度．状态参量热平衡热平衡热学性质热学性质热平衡[思考]平衡态与热平衡是一回事吗？提示：不是．平衡态是对某一系统而言的，而热平衡是对两个相互接触的系统而言的．分别处于平衡态的两个系统在相互接触时，它们的状态可能会发生变化，直到温度相同时，两系统便达到了热平衡．达到了热平衡的两个系统都处于平衡态．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的________的性质来测量温度金属电阻温度计根据铂的________随温度的变化来测量温度气体温度计根据气体的________随温度的变化来测量温度热电偶温度计根据不同导体因________产生电动势的大小来测量温度热膨胀电阻压强温差2.温标(1)定义：________描述温度的方法称为温标．(2)两种温标①摄氏温标：一种常用的表示温度的方法，这种温标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__________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，这种温标规定摄氏温度的___________℃为零值．定量0100100－273.15(3)摄氏温度与热力学温度①摄氏温度：用______温标表示的温度，用符号______表示，单位是________，用符号________表示．②热力学温度：用________温标表示的温度，它是国际单位制中七个________物理量之一，用符号______表示，单位是________，简称________，符号为________．③换算关系：T＝____________.摄氏t摄氏度℃热力学基本T开尔文开Kt＋273.15K[判断辨析](1)温度相同是两个系统达到热平衡的标志．()(2)热力学温标的零度为－273.15℃，叫绝对零度．()(3)在绝对零度附近分子已停止热运动．()√√×要点一对平衡态和热平衡的理解[探究导入]如图，将鸡蛋放在沸水中加热足够长的时间，鸡蛋处于平衡态吗？提示：鸡蛋放在沸水中加热足够长的时间，其温度、压强、体积都不再变化，是平衡状态．[探究归纳]1．正确理解平衡态和热平衡(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．(2)平衡态是一种理想状态，因为任何系统完全不受外界影响是不可能的．(3)热平衡概念也适用于两个原来没有发生过作用的系统．只要两个系统在接触时它们的状态不发生变化，那么这两个系统原来是处于热平衡的．(4)平衡态不是热平衡．平衡态是对某一系统而言的，是系统的状态，热平衡是对两个接触的系统之间的关系而言的；分别处于平衡态的两个系统在相互接触时，它们的状态可能会发生变化，直到温度相同时，两个系统便达到了热平衡．达到热平衡的两个系统都处于平衡态．2．热平衡定律的意义决定两个系统是否达到了热平衡的最主要参量是温度．因为互为热平衡的物体具有相同的温度，所以在比较各物体的温度时，不需要将各物体直接接触，只需将温度计分别与各物体接触，即可比较温度的高低．[特别提醒](1)两个系统达到热平衡后再把它们分开，如果均没受外界影响又重新接触，它们的状态不会发生新的变化．(2)两个温度不同的物体有可能各自处于平衡态．[典例1](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[思路点拨]两个系统达到热平衡的标志是温度相同．系统内温度处处相同，系统也不一定处于平衡态，只有系统所有性质都不变化，才会处于平衡态．[解析]热平衡的系统都具有相同的状态参量——温度，故A项错误，C项正确；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，故B、D项正确．[答案]BCD解决平衡态问题的三个要点(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．1.关于平衡态和热平衡，下列说法正确的有()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解析：一般来说，描述系统的状态参量不只是一个，根据平衡态的定义知所有性质都不随时间变化时，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，故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，可见C错误．答案：B2．(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．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；系统处于平衡态或非平衡态，其区别是状态参量有无变化，因而C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；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，故D正确．答案：BD要点二对温度和温标的理解[探究导入]将一壶0℃的冷水烧开(100℃)，用摄氏温标和热力学温标分别表示水始末的温度及温度变化有何不同？提示：用摄氏温标表示：初t1＝0℃末t2＝100℃Δt＝t2－t1＝100℃.用热力学温标表示：初T1＝273.15K末T2＝373.15KΔT＝100K.[探究归纳]1．“温度”含义的两种说法宏观角度温度表示物体的冷热程度，这样的定义带有主观性，因为冷热是由人体的感觉器官比较得到的，往往是不准确的热平衡角度温度的严格定义是建立在热平衡定律基础上的．热平衡定律指出，两个系统相互处于热平衡时，存在一个数值相等的物理量，这个物理量就是温度，这样的定义更具有科学性2.温度计测量原理一切互为热平衡的系统都具有相同的温度．使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．3．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)比较摄氏温标和热力学温标摄氏温标热力学温标零度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tT单位名称摄氏度开尔文单位符号℃K关系①T＝t＋273.15K，粗略表示：T＝t＋273K②1K的大小与1℃的大小相等[特别提醒](1)同一状态下，摄氏温度和热力学温度数值不相等，温度变化时，两种温度的变化量相等．(2)热力学温度的零度(绝对零度)是低温的极限，永远达不到，只能接近，故热力学温度不会出现负值．[典例2](多选)关于热力学温度，下列说法正确的是()A．规定－273.15℃为0KB．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[思路点拨]热力学温度的最低值为0K；比较温度的高低必须统一单位．[解析]本题主要考查热力学温度与摄氏温度的关系．规定热力学温度的零度是－273.15℃，A正确，同时B正确；D中初态热力学温度为273K＋t，末态为273K＋2t，温度变化tK，故D错；对于摄氏温度可取负值的范围为－273℃～0℃，因绝对零度达不到，故热力学温度不可能取负值，故C错．[答案]AB(1)解决有关摄氏温度与热力学温度问题的基础为T＝t＋273.15K.(2)温度变化1℃与1K是相等的，即ΔT＝Δt，ΔT≠Δt＋273.15K.3．目前，世界上最大的强子对撞机在法国和瑞士的边境建成，并投入使用．加速器工作时，需要注入约1万吨液氮对电路进行冷却，冷却的最低温度可达到零下271摄氏度．请将该温度用热力学温标来表示()A．2KB．271KC．4KD．0.1K解析：由热力学温标与摄氏温标的关系式T＝t＋273K和t＝－271℃得T＝2K．故A项正确．答案：A4．(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276.15KD．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3K，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[要点分析]平衡态热平衡研究对象一个系统两个接触的系统区别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平衡态与热平衡的区别和联系5．(多选)有甲、乙、丙三个温度不同的物体，将甲和乙接触一段时间后分开，再将乙和丙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热传递，不接触时与外界没有热传递，则()A．甲、乙、丙三个物体都达到了平衡态B．只有乙、丙达到了平衡态，甲没有达到平衡态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热传递，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