高中物理人教版 (新课标)选修34 温度和温标教学ppt课件

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1.平衡态的理解(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.实际上系统处于平衡态时，仍可能发生偏离平衡态的微小变化.(3)两个系统达到热平衡后再把它们分开，如果分开后它们都不受外界影响，再把它们重新接触，它们的状态不会发生新的变化.因此，热平衡概念也适用于两个原来没有发生过作用的系统.因此可以说，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.热平衡定律的意义热平衡定律又叫热力学第零定律，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，理解热平衡定律时一定要抓住温度这个状态量.比较各物体温度时，不需要将各个物体直接接触，只需将温度计分别与各物体接触，即可比较温度的高低. (1)两个温度不同的物体相互接触时，这两个物体组成的系统处于非平衡态；最终两个系统之间的关系是热平衡.(2)两个温度不同的物体，各自可能处于平衡态. 【典例1】下列状态中处于平衡态的是( )A.将一金属块放在沸水中加热足够长的时间B.冰水混合物处在0℃环境中C.突然被压缩的气体D.开空调2分钟内教室内的气体 【解题指导】解答本题时要明确热力学系统处于平衡态的特点，根据其特点作出判断.【标准解答】选A、B.系统处于平衡态时,其状态参量稳定不变.金属块放在沸水中加热足够长的时间,冰水混合物在0℃环境中,其温度、压强、体积都不再变化,是平衡状态,故A、B对；突然被压缩的气体温度升高,压强变大,故其不是平衡状态,C错；开空调2分钟内教室内的气体温度、体积均要变化,故其不是平衡状态,D错.【规律方法】 解决平衡态问题的技巧处理平衡态的问题要注意以下三点：(1)平衡态问题与热平衡不同，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.【变式训练】关于热平衡，下列说法正确的是( )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.标准状况下冰水混合物与0 ℃的水未达到热平衡C.量体温时温度计需和身体接触十分钟左右是为了让温度计跟身体达到热平衡D.冷热程度相同的两系统处于热平衡状态【解析】选A、C、D.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，所以A、C、D对，B错. 【变式备选】(2011·徐州高二检测)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，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】选B.一般来说，描述系统的状态参量不止一个，根据平衡态的定义要所有性质都不变化才行，可以确定A是错误的.根据热平衡的定义：处于热平衡的两个系统温度相同，可知B是正确的，D是错误的，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是错误的.1.“温度”含义的两种说法(1)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.(2)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态函数，这个态函数就是温度，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.温度的两种数值表示法：摄氏温标和热力学温标 (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. 【典例2】(2011·日照高二检测)关于热力学温度和摄氏温度，下列说法正确的是( )A.某物体摄氏温度为10 ℃，即热力学温度为10 KB.热力学温度升高1 K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 KD.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 【解题指导】解答本题可按以下思路分析：【标准解答】选B.热力学温度与摄氏温度的关系T=t+273.15 K,所以选项A错误；对于T=t+273.15 K，有许多同学错误地认为可变形为ΔT=Δt+273.15 K,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，选项C、D错误.【规律方法】 温度、温标知识的灵活应用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+273.15 K,并且温度变化相等，关系式为ΔT=Δt.【变式训练】关于温标下列说法正确的是( )A.温标不同，测量时得到同一系统的温度数值可能是不同的B.不同温标表示的温度数值不同，则说明温度不同C.温标的规定都是人为的，没有什么理论依据D.热力学温标和摄氏温标是两种不同的温度表示方法，表示的温度数值没有关系【解析】选A.温标不同，测量同一系统的温度数值一般不同，A对，B错.每一种温标的规定都有一定意义，如摄氏温标的0 ℃表示标准大气压下冰的熔点，100 ℃为标准大气压下水的沸点，C错.热力学温标和摄氏温标在数值上有T=t+273.15 K，D错.【典例】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 ℃时对应的温度计的示数，其中正确的是( )A.41 ℃，60 ℃ B.21 ℃，40 ℃C.35 ℃，56 ℃ D.35 ℃，36 ℃ 【解题指导】解答本题时应把握以下三点：(1)找参照点,即20 ℃相当于真正的零度，80 ℃相当于真正的沸点100 ℃.(2)不准的温度计从20 ℃到80 ℃分成100等份，即不准的温度计上每0.6 ℃对应于真正的一度.(3)利用两种温度之间的一次函数关系进行换算.【标准解答】选C.不准确温度计上升的格数与温度成正比，但每一刻度显示的温度与实际温度不同，此温度计每一刻度表示的实际温度为 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 同理，当实际温度为60 ℃时，此温度计从20 ℃开始上升的格数应为 它的示数为20 ℃+36 ℃=56 ℃，所以选项C正确.一、选择题1.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，系统处于非平衡状态时各部分的参量不发生变化B.当系统不受外界影响，且经过足够长的时间，其内部各部分状态参量将会相同C.只有处于平衡状态的系统才有状态参量D.两物体发生热传递时，它们组成的系统处于平衡状态【解析】选B.处于非平衡状态的系统也有状态参量，而且参量会发生变化.经过足够长的时间，系统若不受外界影响就会达到平衡状态，各部分状态参量将会相同，故B项正确,A、C项错误，而处于热传递过程中的两系统处于非平衡状态，故D项错误.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，请将该温度用热力学温标来表示( )A.2 K B.271 KC.4 K D.0.1 K【解析】选A.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.故A项正确.3.(2011·宝鸡高二检测)关于温度与温标，下列说法正确的是 ( )A.温度与温标是一回事，所以热力学温标也称为热力学温度B.摄氏温度与热力学温度都可以取负值C.温度升高3 ℃，在热力学温标中温度升高276.15 KD.热力学温度每一度的大小与摄氏温度每一度的大小相等【解析】选D.温标是温度数值的表示方法，所以温度与温标是不同的概念，用热力学温标表示的温度称为热力学温度，选项A错.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.摄氏温度的每一度与热力学温度的每一度的大小相等，选项D正确.温度升高3 ℃也就是温度升高了3 K，故选项C错. 4.关于热力学温标的说法正确的是( )A.热力学温标是现代科学中用得最多的温标B.热力学温标的1 K比摄氏温标的1 ℃大C.气体温度趋近于绝对零度时其体积为零D.在绝对零度附近分子已停止热运动【解析】选A.热力学温标中的绝对零度是低温极限，在接近0 K时，所有物体都被液化或凝固.热力学温标在科学计算中特别是在热力学方程中，使方程更简单，更科学，所以用得更多，故A对；1 K与1℃的大小相等，故B项错；气体趋近于绝对零度时，已液化或凝固，但有体积，C错；分子的热运动永不停止，D错.5.甲、乙两物体接触时，甲向乙传递热量的原因是( )A.甲的质量比乙大B.甲的比热容比乙大C.甲的热量比乙大D.甲的温度比乙高【解析】选D.热传递发生的原因是两物体的温度不同，本质是热量从高温物体传到低温物体，故D项正确.6.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惟一物理量D.热平衡定律是温度计能够用来测量温度的基本原理【解析】选B、C、D.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;由热平衡定律知,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.7.三个系统A、B、C处于热平衡状态，则关于它们的温度的说法正确的是( )A.它们的温度可以有较大的差别B.它们的温度可以有微小的差别C.它们的温度一定相同D.无法判断温度的关系【解析】选C.当三个系统处于热平衡状态时，它们有相同的状态参量,即具有相同的温度，故C项正确.8.关于热力学温度，下列说法中正确的是( )A.-33 ℃=240 KB.温度变化1 ℃，也就是温度变化274 KC.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273 K+t【解析】选A.本题主要考查热力学温度与摄氏温度的关系.T=273 K+t，由此可知：-33 ℃=240 K，A正确；温度变化1℃，也就是温度变化1 K，故B项错误；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；D中初态热力学温度为273 K+t，末态为273 K+2t，温度升高了t，故D错.二、非选择题9.2010年又是一个寒冷的冬天，人在室外拿铁棒和木头时，感觉到铁棒明显比木头凉，由于表示物体冷热程度的是温度，于是有人得出当时“铁棒比木头温度低”的结论，你认为他的结论对吗？【解析】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.感觉到铁棒特别凉，是因为人在单位时间内传递给铁棒的热量比传递给木头的热量多，所以他的结论不对.答案：见解析10.(2011·绍兴高二检测)小明在家制作了简易温度计，一根装有一小段有色水柱的细玻璃管穿过橡皮塞插入烧瓶内，封闭一定质量的气体.当外界温度发生变化时，水柱位置将上下移动.当有色水柱下端与D和A对齐时，温度分别为20 ℃和80 ℃.A、D间刻度均匀分布.由图可知，图中有色水柱下端所示温度为多少℃？【解析】由题图知A、D间共有15个格，每个格表示温度为有色水柱的下端离D点3个格即3×4 ℃=12 ℃，所以温度为t=20 ℃+12 ℃=32 ℃答案：32 ℃ 【方法技巧】 非标准温度计的换算标准大气压下，冰水混合物的温度为0 ℃，水的沸点为100 ℃.并把玻璃管上0 ℃刻度与100 ℃刻度之间均匀分成100等份，每份算作1 ℃.由此可知摄氏温度的分布是均匀的.对于非标准温度计，首先应当计算出温度计上每一个刻度所表示的温度值，然后根据对应的刻度计算出实际的温度，或者根据题中给出的温度算出在温度计上指示的刻度.此类题目要把握好温度计上刻度值与实际温度的对应关系，然后再解决好均分问题就可以顺利解决.Thank you!