人教版 (2019)选择性必修 第三册1 温度和温标学案及答案

这是一份人教版 (2019)选择性必修 第三册1 温度和温标学案及答案，共10页。
[学习目标] 1.知道系统的状态参量及平衡态.2.明确温度的概念，知道热平衡定律及其与温度的关系.3.了解温度计的原理，知道热力学温度与摄氏温度的换算关系．
一、状态参量与平衡态
1．热力学系统和外界
(1)热力学系统：由大量分子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相互作用的其他物体统称外界．
2．状态参量：用来确定系统状态的物理量．常用的状态参量有体积V、压强p、温度T等．
3．平衡态：在没有外界影响的情况下，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稳定状态．
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，各自的状态参量不再变化，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热平衡．
3．温度：热平衡中，表征“共同的热学性质”的物理量．
4．热平衡的性质：达到热平衡的系统都具有相同的温度．
三、温度计与温标
1．确定一个温标的方法
(1)选择一种测温物质．
(2)了解测温物质用以测温的某种性质．
(3)确定温度的零点和分度的方法．
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．规定标准大气压下冰的熔点为0 ℃，水的沸点为100 ℃，把玻璃管上0 ℃刻度和100 ℃刻度之间均匀分成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．热力学温标表示的温度叫作热力学温度．用符号T表示，单位是开尔文，简称开，符号为K.
(3)摄氏温度与热力学温度的关系为T＝t＋273.15_K.
1．判断下列说法的正误．
(1)表示系统的状态参量常用的有体积、压强和温度等．( √ )
(2)两个系统处于热平衡时，它们一定具有相同的热量．( × )
(3)温度计测温原理是热平衡定律．( √ )
(4)0 ℃的温度可以用热力学温度粗略地表示为273 K．( √ )
2．(1)两个系统具有相同的________时，即达到了热平衡．
(2)北京时间2016年8月6日是第31届里约奥运会开幕的日子，中央电视台播报天气预报，里约的最高气温是38 ℃，它是________K．我国在研究超导问题方面走在世界前列，我国科学家发现某种超导材料的临界温度是90 K，它是________℃.
答案 (1)温度 (2)311.15 －183.15
一、状态参量与平衡态
导学探究
(1)在力学中，为了确定物体运动的状态，我们使用了物体的坐标和速度这两个物理量．在热学中如果我们要研究一箱气体的状态，需要哪些物理量呢？
(2)如果系统与外界没有能量交换，该系统就达到平衡态了吗？
答案 (1)体积、压强和温度 (2)不是
知识深化
1．热力学系统的状态参量
(1)体积V：系统的几何参量，它可以确定系统的空间范围．
(2)压强p：系统的力学参量，它可以描述系统的力学性质．
(3)温度T：系统的热学参量，它可以确定系统的冷热程度．
2．平衡态的理解
(1)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)不随时间变化．
(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．
(2021·湖南岳阳高二月考)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内教室里的气体处于平衡态
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
解析 开空调2 min内教室里的气体温度要变化，故不是平衡态，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，B正确；0 ℃的冰水混合物放入1 ℃的环境中，周围环境会向冰水混合物传热，不是平衡态，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，D错误．
二、热平衡与温度
导学探究
(1)用手心握住体温计玻璃泡，观察到体温计的示数逐渐上升．当上升到36 ℃左右时，为什么不再上升？
(2)当把它立即放入40 ℃的水中时，你又看到什么现象？为什么？
答案 (1)因为体温计与人体温度相同，即达到了热平衡．
(2)体温计的示数继续上升，因为体温计玻璃泡的温度与水的温度不相同，没有达到热平衡．
知识深化
1．平衡态与热平衡的区别和联系
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．
3．热平衡与温度
(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物体都具有相同的温度．
(2)温度计的测温原理
若物体与A处于热平衡，它同时也与B处于热平衡，则A的温度等于B的温度，这就是温度计用来测量温度的基本原理．
(2021·宁夏吴忠中学高二期末)关于热平衡，下列说法不正确的是( )
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．冷热程度相同的两系统处于热平衡状态
C．量体温时温度计需和身体接触5分钟是为了让温度计跟身体达到热平衡
D．标准状况下冰水混合物与0 ℃的水未达到热平衡
答案 D
解析 两系统达到热平衡时的标志是它们的温度相同，或者说它们的冷热程度相同，故A、B正确；量体温时温度计需和身体接触5分钟是为了让温度计跟身体达到热平衡，故C正确；标准状况下冰水混合物的温度为0 ℃，与0 ℃的水能达到热平衡，故D错误．
(2021·安徽芜湖高二期末)下列有关热平衡的说法，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
解析 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；如果两个系统彼此接触而状态参量不再变化，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，故C正确；两个系统处于热平衡时，它们的温度一定相同，故D错误．
三、温度计与温标
导学探究
(1)如图1所示，伽利略温度计是利用玻璃管内封闭的气体作为测温物质制成的，当外界温度越高时，细管内的水柱越高吗？
图1
(2)如果气体的温度是1 ℃，也可以说气体的温度是多少K？如果气体的温度升高了1 ℃，也可以说气体的温度升高了多少K?
答案 (1)不是．由热胀冷缩可知，当外界温度越高时，气体膨胀越厉害，细管内的水柱越低．
(2)274.15 K 1 K
知识深化
1．“温度”含义的两种说法
(1)宏观角度：表示物体的冷热程度．
(2)热平衡角度：两个处于热平衡的系统存在一个数值相等的物理量，这个物理量就是温度．
2．常见温度计及其原理
3.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．
(2021·江苏省新丰中学高二期中)关于温度，下列说法中正确的是( )
A．温度升高1 ℃，也可以说温度升高1 K
B．温度由摄氏温度t升至2t，对应的热力学温度便由T升至2T
C．绝对零度就是当一定质量的气体体积为零时，用实验方法测出的温度
D．随着人类制冷技术的不断提高，总有一天绝对零度会达到
答案 A
解析 由T＝t＋273 K可知A对，B错．绝对零度达不到，C、D错.
1．(平衡态)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
答案 A
解析 如果一个系统达到了平衡态，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，故选项A正确．
2．(热平衡与温度)温度不同的两块金属接触，达到热平衡后，下列物理量一定相同的是( )
A．内能 B．分子平均动能
C．分子势能 D．分子平均速率
答案 B
3．(温度和温标)(2021·江苏徐州高二期中)关于温度，下列说法中错误的是( )
A．温度是表示物体冷热程度的物理量
B．温度是分子平均动能大小的量度
C．1 ℃就是1 K
D．摄氏温度改变1 ℃，相应热力学温度也改变1 K，两者是等效的
答案 C
解析 温度是表示物体冷热程度的物理量，故A正确；温度是分子平均动能大小的量度，温度越高，分子的平均动能越大，故B正确；两种温标的0点不同，由T＝t＋273.15 K知， 1 ℃就是274.15 K，故C错误；由T＝t＋273.15 K知，ΔT＝Δt，即热力学温度的变化量总等于摄氏温度的变化量，故D正确．
4．(温度计)(2021·山东临沂高二期中)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2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，则下列说法正确的是( )
图2
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
D．该温度计的测温物质是球形瓶中的空气
答案 D
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热胀冷缩的性质制造的，故A、B、C错误，D正确．
考点一 平衡态与热平衡
1．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达到稳定状态
C．只有处于平衡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态
答案 B
解析 系统处于非平衡态时状态参量会发生变化，两物体发生传热表示温度在发生变化，故A、D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达到稳定状态，即平衡态，故B正确；状态参量是描述系统状态的物理量，无论系统处于何种状态都具有状态参量，故C错误．
2．(2021·河北承德高二期中)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 B
解析 一般来说，描述系统的状态参量不止温度一个，还有体积、压强等，当温度不变时，系统不一定处于平衡态，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．
3．两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5 K，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．两个系统的温度不再相同了
D．两个系统的状态都没有发生变化
答案 B
解析 由于两个系统原来处于热平衡状态，温度相同，当分别升高5 ℃和5 K后，温度仍相同，两个系统仍为热平衡状态，温度相同，故A、C错误，B正确；由于温度发生了变化，系统的状态也发生了变化，故D错误．
考点二 温度、温度计与温标
4．关于温度的概念，下列说法正确的是( )
A．某物体的温度为0 ℃，则其中每个分子的温度都为0 ℃
B．温度是物体分子热运动的平均速率的标志
C．温度是物体分子热运动平均动能的标志
D．温度可从高温物体传递到低温物体，达到热平衡时，两物体温度相等
答案 C
解析 温度是物体的宏观特征，是大量分子热运动的宏观表现，对一个分子不能谈温度，A错误．温度是物体分子热运动平均动能的标志，而不是分子热运动平均速率的标志，B错误，C正确．热量才可从高温物体传递到低温物体，达到热平衡时，两物体温度相等，D错误．
5．(2020·南京市中华中学高二月考)强子对撞机加速器工作时，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，这时该温度用热力学温标来表示为( )
A．2 K B．271 K C．4 K D．0.1 K
答案 A
解析 由热力学温标与摄氏温标的关系式T＝t＋273 K和t＝－271 ℃得T＝2 K，A正确．
6．冬天，内蒙古的气温最低可达－42 ℃，为了测量那里的气温应选用(已知水银的熔点是－39.3 ℃；酒精的熔点是－114 ℃)( )
A．水银温度计 B．酒精温度计
C．水温度计 D．体温计
答案 B
解析 水银的熔点是－39.3 ℃，低于－39.3 ℃时水银会凝固．而酒精的熔点是－114 ℃.水在零度就结冰，而体温计的测量范围为35～42 ℃，所以只能选B.
7．关于热力学温标和摄氏温标，下列说法正确的是( )
A．某物体摄氏温度10 ℃，即热力学温度10 K
B．热力学温度升高1 K大于摄氏温度升高1 ℃
C．热力学温度升高1 K小于摄氏温度升高1 ℃
D．热力学温标中的每1 K与摄氏温标中每1 ℃大小相等
答案 D
解析 某物体摄氏温度10 ℃，即热力学温度(273＋10) K＝283 K，选项A错误；热力学温标中的每1 K与摄氏温标中每1 ℃大小相等，则热力学温度升高1 K等于摄氏温度升高1 ℃，选项B、C错误，D正确．
8．下列说法中正确的是( )
A．若物体的温度增加1 ℃，也就是增加274 K
B．随着低温技术的发展，我们可以使温度逐渐降低，并最终达到绝对零度
C．我们可以根据铂的电阻随温度的变化来制造金属电阻温度计
D．常见的体温计是根据玻璃泡的热膨胀原理制成的
答案 C
解析 由T＝t＋273 K得ΔT＝Δt，则若物体的温度增加1 ℃，也就是增加1 K，选项A错误；绝对零度是低温的极限，永远不可能达到，选项B错误；金属铂的电阻随温度变化较明显，故可用来制作电阻温度计，选项C正确；常见的体温计是根据玻璃泡内的液体热胀冷缩原理制成的，选项D错误．
9．(2021·河南商丘高二期中)实验室有一支读数不准确的温度计，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 ℃时温度计的示数，其中正确的是( )
A．41 ℃，60 ℃ B．21 ℃，40 ℃
C．35 ℃，56 ℃ D．35 ℃，36 ℃
答案 C
解析 此温度计每一刻度表示的实际温度为eq \f(100,80－20) ℃＝eq \f(5,3) ℃，当它的示数为41 ℃时，它上升的格数为41－20＝21(格)，对应的实际温度应为21×eq \f(5,3) ℃＝35 ℃，当实际温度为60 ℃时，此温度计应从20 ℃开始上升格数为eq \f(60,\f(5,3))＝36(格)，它的示数应为(36＋20) ℃＝56 ℃，故选C.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
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
气体温度计
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产生电动势的大小来测量温度