2023-2024学年人教版选择性必修第三册 2.1 温度和温标 课件

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2.1 温度和温标[课标引领]2.1 温度和温标思考与讨论：新课引入 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?阅读教材p19页，并回答问题。1.什么是系统？什么是外界？2.什么是系统的状态参量? 常用的状态参量有哪些？3.什么是平衡态? 一、状态参量与平衡态新课讲授（1）热力学系统（系统）：在热学中，把某个范围内大量分子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相互作用的其他物体统称为外界。例如：酒精灯加热容器中的气体把气体作为研究对象，它就是一个热力学系统。而容器和酒精灯就是外界。在物理学中所研究的对象，称为系统.1.什么是系统？什么是外界？一、状态参量与平衡态系统与外界 如果我们研究一箱气体的热学性质，这箱气体是由大量分子组成的一个研究对象。例如，用酒精灯加热容器中的液体，把液体作为研究对象。力学：为确定物体（质点）机械运动的状态：引入物理量 →（热力学）系统状态参量压强P坐标速度热学：为确定研究对象（系统）的状态：引入物理量为确定系统的空间范围体积V几何参量:为确定外界与系统之间或系统内部各部分之间的力的作用力学参量:为确定系统的冷热程度温度T热学参量:（1）状态参量：描述系统状态的物理量。（2）热力学系统状的常用态参量一、状态参量与平衡态2.什么是系统的状态参量? 常用的状态参量有哪些？ 一个封闭系统，在经过足够长的时间，系统各部分的状态参量达到稳定（不随时间变化）时的状态 。5atm60oC0oC2atm系 统 平衡态 分子做无规则运动宏观性质经过一段时间后，容器各点的压强和温度都不再变化。平衡态一、状态参量与平衡态3.什么是平衡态? 阅读教材p20页，并回答问题。1.什么是热平衡？2.平衡态和热平衡有什么区别？3.热平衡定律的内容是什么？4.温度是如何定义的？其物理意义是什么？5.怎样判断"两个系统原来是处于热平衡的"？二、热平衡与温度新课讲授1.什么是热平衡？ 两个系统相互接触而传热，这两个系统的状态参量将会互相影响而分别改变．最后，两个系统的状态参量不再变化，这说明两个系统对于传热来说已经达到了平衡，这种平衡叫热平衡。二、热平衡与温度新课讲授甲60℃乙20℃30℃30℃即使两个物体没接触过，但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就处于热平衡。1.什么是热平衡？ 两个系统相互接触而传热，这两个系统的状态参量将会互相影响而分别改变．最后，两个系统的状态参量不再变化，这说明两个系统对于传热来说已经达到了平衡，这种平衡叫热平衡。二、热平衡与温度一个系统两个接触的系统系统不受外界影响，状态参量不变两个系统温度相同处于热平衡的两个系统都处于平衡态二、热平衡与温度2.平衡态和热平衡有什么区别？ 实验表明：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。热平衡A 热平衡B A B热平衡 热平衡定律表明，当两个系统A、B处于热平衡时，它们必定具有某个共同的热学性质，我们就把表征这一“共同的热学性质”的物理量叫作温度。 CC3.热平衡定律的内容是什么？二、热平衡与温度4.温度是如何定义的？其物理意义是什么？ 处于热平衡的两个系统具有相同的温度。5.怎样判断"两个系统原来是处于热平衡的"？处于热平衡的两个系统具有相同的温度。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。二、热平衡与温度温度是标志一个系统与另一个系统是否处于热平衡状态的物理量，这就是常用温度计能够用来测量温度的基本原理．日常生活中我们如何测量温度？联系生活实际思考：新课讲授 我们在初中已经学过了测量温度时常用的一种单位——“摄氏度”，它是以标准大气压下，冰水混合物的温度为0度，沸水的温度为100度，在这两温度之间等分100个等份，每一等份为1个温度单位。这种以冰水混合物的温度为0度的测温方法叫摄氏温标，以摄氏温标表示的温度叫摄氏温度。 今天我们将进一步学习有关温度和温标的知识。知识温顾：新课讲授阅读教材p21页，并回答问题。1.谈谈你对温度计的了解（如测温原理、温度计种类）2.什么是温标？3.如何来确定一个温标？并以"摄氏温标"的确定为例加以说明。4.什么是热力学温标和热力学温度？热力学温度的单位是什么？热力学温度与摄氏温度的换算关系怎样？ 三、温度计与温标1.温度计：用来测量物体（系统）温度的仪器。常用的是液体温度计。（1）常用温度计原理：一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。（2）注意：①温度计是利用物质的某一物理属性随温度变化(比如热胀冷缩的特性)来标志温度的。②温度计是选择的标准物体，标准物体所表示的就是待测物体的温度。③温度计的热容量必须很小，以便它与待测物体接触并进行热交换时，几乎不改变待测物体的状态。三、温度计与温标伽利略的温度计1593年，伽利略发明了第一支空气温度计。这种气体温度计是用一根细长的玻璃管制成的。它的一端制成空心圆球形；另一端开口，事先在管内装进一些带颜色的水，并将这一端倒插入盛有水的容器中。在玻璃管上等距离地标上刻度。这样，当外界温度升高时，玻璃球内气体膨胀，使玻璃管中水位降低；反之，温度较低时，玻璃球内气体收缩，玻璃管中的水位就上升。 常见温度计水银酒精气体2.什么是温标？温标：定量描述温度的方法叫做温标 三、温度计与温标3.如何来确定一个温标？并以"摄氏温标"的确定为例加以说明。建立一种温标的三要素：①选择某种物质（叫做测温物质）的某一随温度变化的属性（叫做测温属性）来标志温度；②选定固定点（规定零点）；③对测温属性随温度的变化关系作出规定（即规定分度的方法）. 常见温标：摄氏温标、热力学温标、华氏温标三、温度计与温标4.什么是热力学温标和热力学温度？热力学温度的单位是什么？热力学温度与摄氏温度的换算关系怎样？ (1)定义：热力学温标表示的温度叫做热力学温度，它是国际单位制中七个基本物理量之一。 (2)单位开尔文，简称开，符号为K，符号: T。(3) 热力学温标与热力学温度T的关系：T＝t+273.15 K 选定温度零点和分度方法把标准大气压下，冰水混合物的温度规定为0℃；水的沸腾温度（沸点）规定为100℃。并据此把玻璃管上0℃刻度与100℃刻度之间均匀分成100等份，每份算做1℃。例如，人的正常体温（口腔温）是“37℃”，读作“37摄氏度”；北京一月份的平均气温是“-4.7℃”，读作“零下4.7摄氏度”或“负4.7摄氏度”。摄氏温标规定：摄氏温度：用摄氏温标表示的温度叫做摄氏温度（t）。单位：摄氏度，“℃”热力学温标（绝对温标）选定温度零点和分度方法规定： ① 定义：1848年，开尔文建立了热力学温标(热力学温标它不依赖于测温物质的具体性质)，规定摄氏温度的-273.15oC为零值，它的一度也等于摄氏温度的一度。这种表示温度的方法就是开尔文温标，也叫热力学温标，表示的温度叫热力学温度（T）。③ 单位：开尔文，简称开。符号为K．② 热力学零度(绝对零度): - 273.15 oC ④ 摄氏温度t与热力学温度T的关系：T＝t+273.15 K 1960年，国际计量大会确定了摄氏温标与热力学温标的关系：摄氏温标由热力学温标导出。热力学温标（绝对温标）①热力学温度是国际单位制中七个基本物理量之一.说明：③摄氏温标的单位“℃”是温度的常用单位，但不是国际制单位，温度的国际制单位是开尔文，符号为K．在今后各种相关热力学计算中，一定要牢记将温度单位转换为热力学温度即开尔文.④由T＝t+273.15 K可知，物体温度变化l℃与变化l K的变化量是等同的，但物体所处状态为l℃与l K是相隔甚远的。∆T = ∆t②热力学温度的零度（0K）是低温的极限，永远达不到。故热力学温度不能出现负值。两种温标的区别温度的两种数值表示法：摄氏温标和热力学温标科学漫步形形色色的温度计固体温度升高时会膨胀 把线膨胀程度不同的两种金属片压合在一起，温度变化时，双金属片的弯曲程度会发生变化，带动指针偏转，指示温度 把一条金属丝的两端分别与另一条不同材料金属丝的两端熔焊，接成闭合电路，倘若两个焊点之间有温度差，电路中就有电动势产生，温度差越大，电动势也越大。根据电动势就可以度量两个焊点之间的温度差。温差电现象各种温度计各种温度计中，起测温作用的器件种类是不同的，即随温度变化的物理量不同，说说下面几种分别是依据哪种物理量随温度的变化来实现测温？水银温度计            气体温度计                   热电偶温度计 ——水银热胀冷缩电阻温度计—金属电阻随温度变化——气体压强随温度变化——不同导体因温差产生的电动势大小小 结状态参量与平衡态平衡态：没有外界影响的情况下，系统所有性质都不随时间变化的稳定的状态 热平衡与温度热平衡：状态参量不再变化，两个系统对于传热已经达到平衡热平衡定律：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温度：两个系统处于热平衡时，具有的共同的热学性质温标温度和温标摄氏温标(t)热力学温标(T)关系式：T＝t＋273.15 K状态参量体积V压强P温度T标准大气压下100℃0℃[例1] (多选)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,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.处于平衡态的系统与外界无能量交换BD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;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;系统处于平衡态或非平衡态,只是状态参量有无变化,不论是否处于平衡态均有状态参量,C错误;处于平衡态的系统与外界无能量交换,D正确。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。[例2] 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;热平衡定律可以研究多个系统,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;温度相同是热平衡的标志,两个系统处于热平衡时,它们的温度一定相同,故D错误。名师点拨热平衡与温度理解的两个误区(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,系统才处于平衡态。(2)误认为平衡态就是热平衡。产生误区的原因是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。[例3] (多选)关于热力学温度,下列说法中正确的是(　 　)A.温度变化1 ℃,也就是温度变化1 KB.摄氏温度与热力学温度都可能取负值C.温度由t ℃升至2t ℃,对应的热力学温度升高了 273 K+t KD.-136 ℃比136 K温度高AD解析:T=273 K+t,由此可知Δt=ΔT,故A正确;对于摄氏温度可取负值的范围为0 ℃到-273 ℃,因绝对零度达不到,故热力学温度不可能取负值,故B错误;温度由t ℃升至2t ℃时,初态热力学温度为273 K+t K,末态为 273 K+2t K,温度变化 t K,故C错误;根据T=t K+273 K,可知-136 ℃= 137 K,D正确。热力学温度和摄氏温度的关系的两个误区(1)单位混淆。(2)错用公式T=t+273.15 K,把物体的温度和物体升高的温度混淆,认为摄氏温度升高1 ℃,热力学温度升高ΔT=Δt+273.15 K从而出错。弄清两者关系一要强调两者的单位,二要明确热力学温标和摄氏温标表示的温差相同,即ΔT=Δt。[示例] (2020·浙江台州期末)关于温度的概念,下列说法中正确的是(　 　)A.温度是分子平均动能的标志,物体温度高,则物体的分子平均动能大B.物体温度高,则物体每一个分子的动能都大C.某物体内能增大时,其温度一定升高D.甲物体温度比乙物体温度高,则甲物体的分子平均速率比乙物体的大解析:温度是物体分子热运动平均动能的标志,温度越高,分子的平均动能就越大,但不是每一个分子的动能都大,故A正确,B错误;内能取决于温度、体积和物质的量,故内能增大时,温度不一定升高,故C错误;同一温度下,不同物质分子的平均动能都相同,但由于不同物质的分子质量不尽相同,所以分子运动的平均速率不尽相同,故D错误。A[针对训练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 min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B解析:开空调2 min内教室内的气体温度要变化,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。[针对训练2] (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.两个系统的状态都发生了变化D.两个系统的状态都没有发生变化BC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,故A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C正确,D错误。[针对训练3] (多选)下列关于摄氏温标和热力学温标的说法正确的是 (　 　)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.用两种温标表示温度的变化时,两者的数值相等C.1 K就是1 ℃D.当温度变化1 ℃时,也可说成温度变化274.15 KAB解析:中学常用的两种表示温度的方法就是摄氏温标和热力学温标,A正确;两者的关系是T=t+273.15 K,所以用两者表示温度的变化时,两者的数值相等,B正确;当温度变化1 ℃时,也可说成温度变化1 K,不能说1 K就是1 ℃,只能是1开尔文的温差等于1摄氏度的温差,C、D错误。1．下列说法正确的是（　　）A．只有处于平衡态的系统才有状态参量B．状态参量是描述系统状态的物理量，故当系统状态变化时，其各个状态参量都会改变C．两物体发生热传递时，两系统处于非平衡态D．0℃的冰水混合物放入 0℃的环境中，冰水混合物处于平衡态CD课堂练习【详解】AB．状态参量是描述系统状态的物理量，与系统是否处于平衡态无关，且系统状态变化时，不一定各个状态参量都改变，AB错误；C．处于热传递过程中的两系统因温度不同发生热传递，最终两系统温度相同，处于非平衡态，C正确；D．0℃的冰水混合物放入0℃的环境中，其温度、压强、体积都不再变化，冰水混合物处于平衡态，D正确。2．关于平衡态和热平衡，下列说法中正确的是（　　）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温度一定相等BD课堂练习A．一般来说，描述系统的状态参量不止一个，仅仅根据温度不变且处处相等不能得出系统一定处于平衡态的结论。A错误；BD．由热平衡定义可知，只要温度相同，系统就处于热平衡，系统接触时它们的状态不再发生变化。B正确，D正确；C．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．下列说法正确的是（　　）A．温度计测温原理就是热平衡定律B．温度计与被测系统的温度不相同时，读不出示数C．温度计读出的示数是它自身这个系统的温度，若它与被测系统热平衡，这一示数也是被测系统的温度D．温度计读出的示数总是被测系统的温度，无论是否达到热平衡AC课堂练习【详解】ACD．温度计能测出被测物体的温度的原理就是热平衡定律，即温度计与被测物体达到热平衡时温度相同，其示数也就是被测物体的温度，故AC正确，D错误；B．温度计与被测系统的温度不相同时，仍有示数，故B错误。4．下列关于热力学温度的说法中，正确的是（　　）A．－136 ℃比136 K温度高B．0 ℃等于273.15 KC．1 ℃就是1 KD．升高1 ℃就是升高274.15 KAB课堂练习ABC．根据热力学温度和摄氏温度的关系有T=t+273.15K可知-136 ℃=-136 +273.15K =137.15 K，0 ℃=0+273.15K =273.15K，1 ℃=1+273.15K =274.15K，AB正确，C错误；D．根据热力学温度和摄氏温度的关系有T=t+273.15K可知ΔT=Δt可知，升高1 ℃就是升高1K，D错误。