高中物理第七章分子动理论第4节温度和温标导学案新人教版选修3-31 5页

4　温度和温标内容要求状态参量与平衡态知道什么是状态参量，什么是平衡态。热平衡与温度理解热平衡的概念及热平衡定律，体会生活中的热平衡现象；理解温度的意义，掌握温度的定义，了解热力学温度的应用。温度计与温标知道常见温度计的构造，会使用常见的温度计；知道什么是温标，理解摄氏温度与热力学温度的转换关系。2008年春节前夕，我国南方遭遇了几十年一遇的特大雪灾，很多地方交通阻断，电力遭到严重破坏。大雪中，电力工人冒着严寒抢修电路，某工人在找铁棒和木头时，感觉到铁棒明显比木头凉，由于表示物体冷热程度的物理量是温度，于是这位工人得出当时“铁棒比木头温度低”的结论，你认为他的结论对吗？提示：不对。由于铁棒和木头都与周围的环境达到热平衡，故它们的温度是一样的。之所以感觉到铁棒特别凉，是因为这位工人在单位时间内传递给铁棒的热量比较多的缘故。一、状态参量与平衡态1．热力学系统：在热学中，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________叫做系统的状态参量。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力的作用，要用到________；而要确定系统的冷热程度，要用到________。4．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1：一根长铁丝，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？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，它又叫____________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__________”的物理量叫做温度。一切达到________的系统都具有相同的温度。思考2：平衡态与热平衡是一回事吗？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，每份为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。(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＝____________。思考3：“在新疆某些地区，夏季昼夜温差达15℃”“在我国东部沿海地区，秋、冬两季最高气温相差15K”，以上两种叙述中的温度差哪种说法大些？答案：一、1.研究对象2．其他物体3．物理量　体积V　压强p　温度T4．外界　稳定思考1提示：不是，只是一种稳定状态，因为存在外在因素的影响。二、1.状态参量2．热平衡　热平衡　热力学第零3．热学性质　热学性质　热平衡思考2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，此时的两个系统都处于平衡态。三、1.热膨胀　电阻　压强　温差2．(1)定量(2)0　100　100　－273.15(3)摄氏　t　摄氏度　℃　热力学　基本　T　开尔文　开　K　t＋273.15K思考3提示：一样大。因为用热力学温度和摄氏温度表示温度变化时，每变化1℃和每变化1K数值上是相等的，只是它们的零值规定不同。一、对平衡态与热平衡的理解1．平衡态是一个系统所处的状态，在该状态下系统的所有状态参量(如温度、压强等)不再发生变化。而热平衡是两个系统达到了相同的温度，温度是判断两系统是否达到热平衡的唯一参量。2．平衡态不是热平衡，平衡态是对某一系统而言的，热平衡是对两个接触的系统而言的。3．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。达到热平衡的两个系统都处于平衡态。 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。二、对温度与温标的理解1．“温度”含义的两种说法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。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，两个物体相互处于热平衡时，存在某个共同的热学性质，这一“共同热学性质”就是温度，这样的定义更具有科学性。2．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。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。温度的两种数值表示法：摄氏温标和热力学温标摄氏温标热力学温标提出者摄尔修斯英国物理学家开尔文零度的规定一个标准大气压下冰水混合物的温度－273.15℃百度文库-让每个人平等地提升自我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)每一开尔文的大小与每一摄氏度的大小相等(1)温度计的热容量必须很小，与待测物体接触时，几乎不改变待测物体状态。(2)热力学温度单位“开尔文”是国际单位制中七个基本单位之一。类型一热平衡与温度【例1】下列说法中正确的是(　　)。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点拨：温度是决定一个系统与另一个系统是否达到热平衡状态的物理量。反之，达到热平衡的两个系统一定具有相同的温度。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，若物体与A处于热平衡，它同时也与B达到热平衡，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项也正确。答案：BCD题后反思：对于热平衡的理解要从两个层面展开，一是原来两个系统不是热平衡，接触后最终达到热平衡，一是原来两个系统已经处于热平衡，再接触，两个系统不发生变化。初学者往往认为只有两个系统接触时才会有热平衡。实际上接触只是可以“检验”两个系统是否处于热平衡而已。类型二热力学温度与摄氏温度【例2】 (2011·日照高二检测)关于热力学温度和摄氏温度，下列说法中正确的是(　　)。A．某物体摄氏温度为10℃，即热力学温度为10KB．热力学温度升高1K等于摄氏温度升高1℃C．摄氏温度升高10℃，对应热力学温度升高283.15KD．热力学温度和摄氏温度的温标不同，两者表示的温度无法比较点拨：热力学温度与摄氏温度在表示温差时，1K＝1℃，而在表示温度时却不相等，即ΔT＝Δt，但T≠t。解析：热力学温度与摄氏温度的关系T＝t＋273.15K，所以选项A错误；对于T＝t＋273.15K，有许多同学错误地认为可变形为ΔT＝Δt＋273.15K，而错误地选择选项C，实际上ΔT＝T2－T1＝t2－t1＝Δt，即用摄氏温度表示的温差等于用热力学温度表示的温差，所以选项B正确，C、D错误。答案：B题后反思：温标是温度的表示方法，热力学温标与摄氏温标是不同的表示方法，但两者表示的温度既可以比较也可以换算。它们之间的关系式为T＝t＋273.15K，并且温度变化相等，关系式为ΔT＝Δt。1．关于热力学温度与摄氏温度的说法中，正确的是(　　)。A．摄氏温度升高了10℃，则热力学温度升高了283.15KB．摄氏温度升高了10℃，则热力学温度升高了10KC．随着科学技术的进步，绝对零度是可以达到的D．摄氏温标的零度与热力学温标的零度相同2．(2011·合肥高二检测)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，该温度用热力学温标(取T＝t＋273K)可表示为(　　)。A．2K　　　　　B．271KC．4KD．0.1K3．关于热力学温度和摄氏温度，以下说法中正确的是(　　)。A．热力学温度的单位“K”是国际单位制中的基本单位之一B．温度升高了1℃就是升高了1KC．物体的温度由本身决定，数值与所选温标无关D．0℃的温度可用热力学温度粗略地表示为273K4．你知道1℃与1K是怎样规定的吗？摄氏温标：在1954年以前，标准温度的间隔是用两个定点确定的。它们是水在一个标准大气压下的沸点(汽化点)和冰在一个标准大气压下与空气饱和的水相平衡时的熔点(冰点)。摄氏温标(以前称为百分温标)是由瑞典天文学家A·摄尔修斯设计的。如图所示，以冰点定作0℃，汽化点定作100℃，因此在这两个固定点之间共为100℃，即一百等份，每等份代表1度，用1℃表示，用摄氏温标表示的温度叫做摄氏温度。摄氏温标用℃作单位，常用t表示。 热力学温标由英国科学家开尔文创立，把-273.15℃作为零度的温标，叫做热力学温标(或绝对温标)。热力学温标用K表示单位，常用T表示。试回答：(1)热力学温标与摄氏温标之间的关系为：______。(2)如果可以粗略地取－273℃为绝对零度，在一标准大气压下，冰的熔点为______℃，即为______K；水的沸点是______℃，即______K。(3)如果物体的温度升高1℃，那么物体的温度将升高______K。答案：1．B　摄氏温标与热力学温标的零点不同，但温差是相同的，在现有的知识体系中，绝对零度是低温的极限，是不可能达到的，故选项A、C、D错误。2．A　由热力学温标与摄氏温标之间的关系可知，T＝t＋273K＝(－271＋273)K＝2K3．ABD　热力学温度“K”是国际单位制中七个基本物理量之一，其单位称为基本单位，A项正确；用摄氏温标与热力学温标表示同一物体的温度数值不同，必有T＝t＋273.15K，可知C项错误，D正确；两种温标每一度的含义相同，即1℃＝1K，B项正确。4．解析：(1)摄氏温标冰点温度为0℃，汽化点温度为100℃，且用t表示；而热力学温标把－273.15℃作为0K，用T表示，故它们间的关系为T＝t＋273.15K。(2)若取－273℃为绝对零度，则T＝t＋273K，显然在一个标准大气压下，冰的熔点为0℃，即273K；水的沸点为100℃，即373K。(3)因为T＝t＋273.15K，所以当t由1℃增加到2℃时，T就由(1＋273.15)K增加到(2＋273.15)K，升高1K。答案：(1)T＝t＋273.15K(2)0　273　100　373(3)1