高中物理 第七章 分子動理論 課時4 溫度和溫標(biāo)學(xué)案 新人教版選修33

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1、學(xué)案4溫度和溫標(biāo)目標(biāo)定位 1.知道平衡態(tài)及系統(tǒng)的狀態(tài)參量.2.明確溫度的概念，知道熱平衡定律及其與溫度的關(guān)系.3.了解溫度計(jì)的原理，知道熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的換算關(guān)系.一、狀態(tài)參量與平衡態(tài)問題設(shè)計(jì)在力學(xué)中，為了確定物體機(jī)械運(yùn)動的狀態(tài)，我們使用了位移和速度這兩個物理量.在熱學(xué)中如果我們要研究一箱氣體的狀態(tài)，需要哪些物理量呢？答案體積、壓強(qiáng)和溫度.要點(diǎn)提煉1.熱力學(xué)系統(tǒng)：由大量分子組成的一個研究對象.2.熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)參量(1)體積V：系統(tǒng)的幾何參量，它可以確定系統(tǒng)的空間范圍.(2)壓強(qiáng)p：系統(tǒng)的力學(xué)參量，它可以描述系統(tǒng)的力學(xué)性質(zhì).(3)溫度T：系統(tǒng)的熱學(xué)參量，它可以確定系統(tǒng)的冷熱程度.3.對平

2、衡態(tài)的理解(1)在沒有外界影響的情況下，系統(tǒng)內(nèi)的各部分的狀態(tài)參量達(dá)到穩(wěn)定，即達(dá)到平衡態(tài).(2)平衡態(tài)是一種理想情況，因?yàn)槿魏蜗到y(tǒng)完全不受外界影響是不可能的.延伸思考處于平衡態(tài)的系統(tǒng)，其內(nèi)部分子是否停止了運(yùn)動？答案不是.熱力學(xué)的平衡態(tài)是一種動態(tài)平衡，組成系統(tǒng)的分子仍在不停地做無規(guī)則運(yùn)動，只是分子運(yùn)動的平均效果不隨時間變化，表現(xiàn)為系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時間變化.二、熱平衡與溫度問題設(shè)計(jì)用手心握住體溫計(jì)玻璃泡，觀察到體溫計(jì)的示數(shù)逐漸上升.當(dāng)上升到36 C左右時，為什么不再上升？當(dāng)把它立即放入40 C的水中時，你又看到什么現(xiàn)象？答案體溫計(jì)與人體溫度相同時，不再上升；又會上升.要點(diǎn)提煉1.熱平衡：兩個系統(tǒng)相

3、互接觸而傳熱，它們的狀態(tài)參量將改變.但是經(jīng)過一段時間以后，狀態(tài)參量就不再變化了，這說明兩個系統(tǒng)對于傳熱來說已經(jīng)達(dá)到了平衡，這種平衡叫做熱平衡.2.熱平衡定律：如果兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定處于熱平衡，這個結(jié)論稱為熱平衡定律.3.理解熱平衡的兩個層面(1)原來兩個系統(tǒng)不是熱平衡，接觸后最終達(dá)到熱平衡.(2)原來兩個系統(tǒng)處于熱平衡，再接觸，兩個系統(tǒng)它們的狀態(tài)不發(fā)生變化.4.熱平衡與溫度(1)一切達(dá)到熱平衡的物體都具有相同的溫度.(2)溫度計(jì)的測溫原理若物體與A處于熱平衡，它同時也與B處于熱平衡，則A的溫度等于B的溫度，這就是溫度計(jì)用來測量溫度的基本原理.三、溫

4、度計(jì)與溫標(biāo)問題設(shè)計(jì)如圖1所示，伽利略溫度計(jì)是利用玻璃管內(nèi)封閉的氣體作為測量物質(zhì)制成的，當(dāng)外界溫度越高時，細(xì)管內(nèi)的水柱越高嗎？圖1答案由熱脹冷縮可知，當(dāng)外界溫度越高時，氣體膨脹越厲害，則細(xì)管內(nèi)的水柱越低.要點(diǎn)提煉1.幾種溫度計(jì)的測量原理(1)水銀溫度計(jì)是根據(jù)水銀熱脹冷縮的性質(zhì)來測量溫度的.(2)金屬電阻溫度計(jì)是根據(jù)金屬的電阻隨溫度的變化來測量溫度的.(3)氣體溫度計(jì)是根據(jù)氣體壓強(qiáng)與溫度的關(guān)系來測量溫度的.(4)熱電偶溫度計(jì)是根據(jù)不同導(dǎo)體因溫差產(chǎn)生的電動勢的大小來測量溫度的.2.溫標(biāo)要素第一，選擇某種具有測溫屬性的測溫物質(zhì)；第二，了解測溫物質(zhì)隨溫度變化的函數(shù)關(guān)系；第三，確定溫度零點(diǎn)和分度的方法.3

5、.熱力學(xué)溫度T與攝氏溫度t(1)攝氏溫標(biāo)：一種常用的表示溫度的方法，規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點(diǎn)為0 ，水的沸點(diǎn)為100 ，在0 和100 之間均勻分成100等份，每份算做1 .(2)熱力學(xué)溫標(biāo)：現(xiàn)代科學(xué)中常用的表示溫度的方法，熱力學(xué)溫標(biāo)也叫絕對溫標(biāo).熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度叫熱力學(xué)溫度.用符號T表示，單位是開爾文，符號為K.(3)攝氏溫度與熱力學(xué)溫度的關(guān)系為Tt273.15 K.(4)注意：攝氏溫標(biāo)的1 的分格與熱力學(xué)溫標(biāo)1 K的分格是等價(jià)的，故用熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度和攝氏溫標(biāo)表示的溫度，雖然起點(diǎn)不同，但表示溫度的溫度差是相同的，即Tt.延伸思考“1 K1 ”對嗎？答案在表示溫度差時“1 K1 ”是

6、正確的，即Tt.但在表示溫度高低時卻不正確.一、狀態(tài)參量與平衡態(tài)例1下列說法中正確的是()A.狀態(tài)參量是描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量，系統(tǒng)處于非平衡狀態(tài)時各部分的參量不發(fā)生變化B.當(dāng)系統(tǒng)不受外界影響，且經(jīng)過足夠長的時間，其內(nèi)部各部分狀態(tài)參量將會相同C.只有處于平衡狀態(tài)的系統(tǒng)才有狀態(tài)參量D.兩物體發(fā)生熱傳遞時，它們組成的系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)解析處于非平衡狀態(tài)的系統(tǒng)也有狀態(tài)參量，而且參量會發(fā)生變化.經(jīng)過足夠長的時間，系統(tǒng)若不受外界影響就會達(dá)到平衡狀態(tài)，各部分狀態(tài)參量將會相同，故B項(xiàng)正確，A、C項(xiàng)錯誤；處于熱傳遞過程中的兩系統(tǒng)處于非平衡狀態(tài)，故D項(xiàng)錯誤.答案B二、熱平衡與溫度例2關(guān)于熱平衡，下列說法正確的是()

7、A.系統(tǒng)甲與系統(tǒng)乙達(dá)到熱平衡就是它們的溫度達(dá)到相同的狀態(tài)B.標(biāo)準(zhǔn)狀況下，冰水混合物與0 C的水未達(dá)到熱平衡C.量體溫時溫度計(jì)需和身體接觸十分鐘左右是為了讓溫度計(jì)跟身體達(dá)到熱平衡D.冷熱程度相同的兩系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài)解析兩系統(tǒng)達(dá)到熱平衡時的標(biāo)志是它們的溫度相同，或者說它們的冷熱程度相同，所以A、C、D對，B錯.答案ACD三、溫度計(jì)與溫標(biāo)例3關(guān)于溫度與溫標(biāo)，下列說法正確的是()A.溫度與溫標(biāo)是一回事，所以熱力學(xué)溫標(biāo)也稱為熱力學(xué)溫度B.攝氏溫度與熱力學(xué)溫度都可以取負(fù)值C.攝氏溫度升高3 C，在熱力學(xué)溫標(biāo)中溫度升高276.15 KD.熱力學(xué)溫度每一度的大小與攝氏溫度每一度的大小相等解析溫標(biāo)是溫度數(shù)值的

8、表示方法，所以溫度與溫標(biāo)是不同的概念，用熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度稱為熱力學(xué)溫度，選項(xiàng)A錯.攝氏溫度可以取負(fù)值，但是熱力學(xué)溫度不能取負(fù)值，因?yàn)闊崃W(xué)溫度的零點(diǎn)是低溫的極限，故選項(xiàng)B錯.攝氏溫度的每一度與熱力學(xué)溫度的每一度的大小相等，選項(xiàng)D正確.攝氏溫度升高3 C，也就是熱力學(xué)溫度升高了3 K，故選項(xiàng)C錯.答案D針對訓(xùn)練(1)水的沸點(diǎn)是 K.(2)絕對零度是 K.(3)某人體溫是36.5，也可以說體溫為 K，此人體溫升高1.5，也可以說體溫升高 K.答案(1)100373(2)273.150(3)309.51.51.(狀態(tài)參量與平衡態(tài))下列狀態(tài)中處于平衡態(tài)的是()A.將一金屬塊放在沸水中加熱足夠長的時

9、間B.冰水混合物處在0 C環(huán)境中C.突然被壓縮的氣體D.開空調(diào)2分鐘內(nèi)教室中的氣體答案AB解析系統(tǒng)處于平衡態(tài)時，其狀態(tài)參量穩(wěn)定不變.金屬塊放在沸水中加熱足夠長的時間，冰水混合物在0 C環(huán)境中，其溫度、壓強(qiáng)、體積都不再變化，是平衡態(tài)，故A、B對；突然被壓縮的氣體溫度升高，壓強(qiáng)變大，故其不是平衡態(tài)，C錯；開空調(diào)2分鐘內(nèi)教室中的氣體溫度、體積均要變化，故其不是平衡態(tài)，D錯.2.(熱平衡與溫度)下列說法正確的是()A.兩個系統(tǒng)處于熱平衡時，它們一定具有相同的熱量B.如果兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)也必定處于熱平衡C.溫度是決定兩個系統(tǒng)是否達(dá)到熱平衡狀態(tài)的唯一物理量D.熱平衡定律是

10、溫度計(jì)能夠用來測量溫度的基本原理答案BCD解析處于熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的狀態(tài)參量溫度，故A項(xiàng)錯誤，C項(xiàng)正確；由熱平衡定律可知，若物體與A處于熱平衡，它同時也與B達(dá)到熱平衡，則A的溫度便等于B的溫度，這也是溫度計(jì)用來測量溫度的基本原理，故B、D兩項(xiàng)也正確.故正確答案為B、C、D.3.(溫度計(jì)與溫標(biāo))嚴(yán)冬，湖面上結(jié)了厚厚的冰，但冰下魚兒仍在游動.為了測出冰下水的溫度，徐強(qiáng)同學(xué)在冰上打了一個洞，拿來一支實(shí)驗(yàn)室溫度計(jì)，用下列四種方法測水溫，正確的做法是()A.用線將溫度計(jì)拴牢從洞中放入水里，待較長時間后從水中提出，讀出示數(shù)B.取一空的塑料飲水瓶，將溫度計(jì)懸吊在瓶中，再將瓶拴住從洞中放入水里，水灌滿瓶

11、后待較長時間，然后將瓶提出，立即讀出溫度計(jì)的示數(shù)C.若溫度計(jì)顯示的示數(shù)為攝氏溫度4，即熱力學(xué)溫度4 KD.若溫度計(jì)顯示的示數(shù)為攝氏溫度4，即熱力學(xué)溫度277.15 K答案BD解析要測量冰下水的溫度，必須使溫度計(jì)與冰下的水達(dá)到熱平衡時，再讀出溫度計(jì)的示數(shù)，可隔著冰又沒法直接讀數(shù)，把溫度計(jì)取出來，顯示的又不是原熱平衡狀態(tài)下的溫度，所以選項(xiàng)A錯誤，B正確.Tt273.15 K277.15 K，選項(xiàng)C錯誤，D正確.4.(溫度計(jì)與溫標(biāo))下列有關(guān)溫度的說法正確的是()A.用攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)表示溫度是兩種不同的表示方法B.用兩種溫標(biāo)表示同一溫度的變化時，兩者的數(shù)值相等C.1 K就是1 D.當(dāng)溫度變化1

12、時，也可以說成溫度變化273 K答案AB解析溫標(biāo)是用來定量描述溫度的方法，常用的溫標(biāo)有攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)，兩種溫標(biāo)表示同一溫度時，數(shù)值不同，但在表示同一溫度變化時，數(shù)值是相同的.若物體的溫度升高1 K，也可以說物體的溫度升高1 ，但在表示物體的溫度時，物體的溫度為1 K，而不能說成物體的溫度為1 .題組一對狀態(tài)參量與平衡態(tài)的理解1.熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡態(tài)是一種()A.定態(tài)平衡B.動態(tài)平衡C.分子已經(jīng)不動D.分子仍做無規(guī)則運(yùn)動答案BD解析熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡是大量分子的平均效果，是動態(tài)平衡.2.在熱學(xué)中，要描述一定氣體的宏觀狀態(tài)，需要確定下列哪些物理量()A.每個氣體分子的運(yùn)動速率B.壓強(qiáng)C.體積D.

13、溫度答案BCD解析描述系統(tǒng)的宏觀狀態(tài)，其參量是宏觀量，每個氣體分子的運(yùn)動速率是微觀量，不是氣體的宏觀狀態(tài)參量.氣體的壓強(qiáng)、體積和溫度分別是從力學(xué)、幾何學(xué)、熱學(xué)三個角度對氣體的性質(zhì)進(jìn)行的宏觀描述，是確定氣體宏觀狀態(tài)的三個狀態(tài)參量.故正確答案為B、C、D.題組二對熱平衡與溫度概念的理解3.甲、乙兩物體接觸時，甲向乙傳遞熱量的原因是()A.甲的質(zhì)量比乙大B.甲的比熱容比乙大C.甲的熱量比乙多D.甲的溫度比乙高答案D解析熱傳遞發(fā)生的原因是兩物體的溫度不同，本質(zhì)是熱量從高溫物體傳到低溫物體，故D項(xiàng)正確.4.兩個原來處于熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，分開后，由于受外界的影響，其中一個系統(tǒng)的溫度升高了5 K，另一個系統(tǒng)

14、的溫度升高了5 ，則下列說法正確的是()A.兩個系統(tǒng)不再是熱平衡狀態(tài)B.兩個系統(tǒng)此時仍是熱平衡狀態(tài)C.兩個系統(tǒng)的狀態(tài)都發(fā)生了變化D.兩個系統(tǒng)的狀態(tài)都沒有發(fā)生變化答案BC解析由于兩個系統(tǒng)原來處于熱平衡狀態(tài)，溫度相同，當(dāng)分別升高5 和5 K后，溫度仍相同，兩個系統(tǒng)仍為熱平衡狀態(tài)，故A錯誤，B正確；由于溫度發(fā)生了變化，系統(tǒng)的狀態(tài)也發(fā)生了變化，故C正確，D錯誤.題組三溫度計(jì)的使用和兩種溫標(biāo)的關(guān)系5.關(guān)于熱力學(xué)溫度和攝氏溫度，以下說法正確的是()A.熱力學(xué)溫度的單位“K”是國際單位制中的基本單位B.溫度升高了1 就是升高了1 KC.某物體攝氏溫度10 ，即熱力學(xué)溫度10 KD.0 的溫度可用熱力學(xué)溫度粗

15、略地表示為273 K答案ABD6.伽利略在1593年制造了世界上第一個溫度計(jì)空氣溫度計(jì)，如圖1所示，一個細(xì)長頸的球形瓶倒插在裝有紅色液體的槽中，細(xì)管中的液面清晰可見，如果不考慮外界大氣壓的變化，就能根據(jù)液面的變化測出溫度的變化，則()圖1A.該溫度計(jì)的測溫物質(zhì)是槽中的液體B.該溫度計(jì)的測溫物質(zhì)是細(xì)管中的紅色液體C.該溫度計(jì)的測溫物質(zhì)是球形瓶中的空氣D.該溫度計(jì)是利用測溫物質(zhì)的熱脹冷縮性質(zhì)制造的答案CD解析細(xì)管中的紅色液體是用來顯示球形瓶中空氣的體積隨溫度變化情況的，測溫物質(zhì)是球形瓶中封閉的空氣，該溫度計(jì)是利用它的熱脹冷縮的性質(zhì)制造的，故A、B錯，C、D正確.7.下列關(guān)于熱力學(xué)溫度的說法中，不正

16、確的是()A.熱力學(xué)溫度的零度是273.15 B.熱力學(xué)溫度的每一度的大小和攝氏溫度每一度的大小是相同的C.絕對零度是低溫的極限，永遠(yuǎn)達(dá)不到D.1 就是1 K答案D解析由Tt273.15 K可知選項(xiàng)A、B說法正確；絕對零度只能無限接近，不能達(dá)到，C項(xiàng)說法正確；表示變化量時，改變1 就是改變1 K，但是表示溫度時，1 與1 K不同，D項(xiàng)說法錯誤，故選D.8.小麗測量燒杯中熱水的溫度時，將熱水倒入另一燒杯中很少一部分，然后如圖2中那樣去測量和讀數(shù)，她這樣做被小寧發(fā)現(xiàn)了，小寧指出她的錯誤如下，你認(rèn)為小寧找得對的是()圖2A.不應(yīng)倒入另一燒杯中，這會使溫度降低B.水倒得太少，溫度計(jì)的玻璃泡不能完全浸沒

17、C.讀數(shù)時，視線應(yīng)該與刻度線相平，而不應(yīng)斜視D.應(yīng)該將溫度計(jì)取出讀數(shù)，而不應(yīng)該放在水里讀答案ABC解析題中將少量水倒入另一燒杯測量，有兩處錯誤：其一，少量水沒能浸沒溫度計(jì)的玻璃泡，達(dá)到熱平衡時測量的不是水的溫度；其二，少量水倒入另一燒杯，這少量水與另一燒杯又達(dá)到一個新的熱平衡，溫度已改變，再用溫度計(jì)測量時，測出的是這個新的熱平衡狀態(tài)的溫度，而不是待測水的溫度.題中C選項(xiàng)讀數(shù)時的錯誤小寧找得對，但是小寧在D選項(xiàng)中要把溫度計(jì)取出來讀數(shù)就不對了.當(dāng)把溫度計(jì)取出來時，在空氣中溫度計(jì)與空氣間存在溫度差，有熱傳遞，會破壞原來的熱平衡，示數(shù)會變化.9.攝氏溫標(biāo)：在1954年以前，標(biāo)準(zhǔn)溫度的間隔是用兩個定點(diǎn)確

18、定的.它們是水在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的沸點(diǎn)(汽化點(diǎn))和冰在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下與飽和空氣的水相平衡時的熔點(diǎn)(冰點(diǎn)).攝氏溫標(biāo)(以前稱為百分溫標(biāo))是由瑞典物理學(xué)家攝爾修斯設(shè)計(jì)的.如圖3所示，把冰點(diǎn)定為0 ，汽化點(diǎn)定為100 ，因此在這兩個固定點(diǎn)之間共為100 ，即一百等份，每等份代表1度，用1 表示，用攝氏溫標(biāo)表示的溫度叫做攝氏溫度.攝氏溫標(biāo)用度作單位，常用t表示.熱力學(xué)溫標(biāo)由英國科學(xué)家威廉湯姆遜(開爾文)創(chuàng)立，把273.15 作為零度的溫標(biāo)，叫做熱力學(xué)溫標(biāo)(或絕對溫標(biāo)).熱力學(xué)溫標(biāo)的單位用K表示，常用T表示.試回答：圖3(1)熱力學(xué)溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)之間的關(guān)系為： .(2)如果可以粗略地取273 為絕對零度.在一

19、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰的熔點(diǎn)為 ，即為 K，水的沸點(diǎn)是 ，即 K.(3)如果物體的溫度升高1 ，那么，物體的溫度將升高 K.答案(1)Tt273.15 K(2)0273100373(3)1解析(1)攝氏溫標(biāo)冰點(diǎn)溫度為0 ，汽化點(diǎn)溫度為100 ，且用t表示；而熱力學(xué)溫標(biāo)是把273.15 作為零開爾文的，用T表示，所以熱力學(xué)溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)之間的關(guān)系為Tt273.15 K.10.寒冷的冬天，人在室外拿鐵棒和木頭時，感覺到鐵棒明顯比木頭涼，由于表示物體冷熱程度的是溫度，于是有人得出當(dāng)時“鐵棒比木頭溫度低”的結(jié)論，你認(rèn)為他的結(jié)論對嗎？為什么？答案見解析解析不對.由于鐵棒和木頭都與周圍的環(huán)境達(dá)到熱平衡，故它們的溫度是一樣的.感覺到鐵棒特別涼，是因?yàn)槿嗽趩挝粫r間內(nèi)傳遞給鐵棒的熱量比傳遞給木頭的熱量多，所以他的結(jié)論不對.6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375