物理人教版 (2019)第二章 气体、固体和液体1 温度和温标导学案

这是一份物理人教版 (2019)第二章 气体、固体和液体1 温度和温标导学案，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：由大量分子组成的研究对象叫作热力学系统，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：用来描述系统状态的物理量．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，系统内各部分的状态参量达到的稳定状态．
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 ℃，在0 ℃和100 ℃之间均匀分成100等份，每份算做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热力学温度．用符号T表示，单位是开尔文，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．
(多选)(2019·榆林市高二检测)下列物体中处于平衡态的是( )
A．冰水混合物处在1 ℃的环境中
B．将一铝块放入沸水中加热较长的时间
C．冬天刚打开空调的教室内的气体
D．用玻璃杯盛着的开水放在室内足够长时间
答案 BD
解析 冰水混合物在1 ℃的环境中要吸收热量，温度升高，不是平衡态，A错误；当铝块放在沸水中足够长的时间，铝块各部分的温度与沸水的温度相同，达到平衡态，B正确；同理可知D也正确；冬天刚打开空调的教室内的气体各部分温度不同，不是平衡态，C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．
(多选)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．量体温时体温计需要和身体接触十分钟左右是为了让体温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
答案 ACD
解析 两个系统达到热平衡的标志是它们的温度相同，或者说它们的冷热程度相同，A、C、D正确，B错误．
(多选)有甲、乙、丙三个温度不同的物体，将甲和乙接触一段时间后分开，再将乙和丙接触一段时间后分开(发生了热交换)，假设只有在它们相互接触时有热传递，不接触时与外界没有热传递，则( )
A．甲、乙、丙三个物体都达到了平衡态
B．只有乙、丙达到了平衡态，甲没有达到平衡态
C．乙、丙两物体都和甲达到了热平衡
D．乙、丙两物体达到了热平衡
答案 AD
解析 乙和丙分开后，甲、乙、丙三个物体与外界没有热传递，所以甲、乙、丙三个物体都达到了平衡态，A正确，B错误；甲和乙接触一段时间后分开，甲和乙达到了热平衡，但乙和丙接触一段时间后，乙的温度又发生了变化，甲和乙的热平衡被破坏，乙和丙两物体达到了热平衡，C错误，D正确．
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量物质制成的，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，其温度与待测物体相同．
(2020·湖北省高二期中)下列说法中正确的有( )
A．物体的温度由本身决定，数值与所选温标无关
B．温度升高了1 ℃就是升高了1 K
C．摄氏温度与热力学温度都可以取负值
D．－33 ℃与240.15 K表示不同的温度
答案 B
解析 如热力学温度和摄氏温度，同一温度，在不同的温标下，数值不同，故A错误；根据热力学温度T与摄氏温度t的关系式T＝273.15 K＋t，可知：摄氏温度变化1 ℃，热力学温度变化1 K，当t＝－33 ℃时，T＝240.15 K，故B正确，D错误；热力学温度不可以取负值，故C错误．
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．
2．(热平衡与温度)(多选)下列说法正确的是( )
A．放在腋下足够长时间的水银体温计中的水银与人体达到热平衡
B．温度相同的棉花和石头相接触，需要经过一段时间才能达到热平衡
C．若a与b、c分别达到热平衡，则b、c之间也达到了热平衡
D．两物体温度相同，可以说两物体达到了热平衡
答案 ACD
解析 当温度计的液泡与被测物体紧密接触时，如果两者的温度有差异，它们之间就会发生热传递，高温物体将向低温物体传热，最终使二者的温度达到相等，即达到热平衡，故A、D正确；两个物体的温度相同时，不会发生热传递，已经达到热平衡，故B错误；若a与b、c分别达到热平衡，三者温度一定相等，所以b、c之间也达到了热平衡，故C正确．
3．(温度和温标)(多选)关于温度与温标，下列说法正确的是( )
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．水的沸点为100 ℃，用热力学温度表示即为373.15 K
C．水从0 ℃升高到100 ℃，用热力学温度表示即为从273.15 K升高到373.15 K
D．温度由摄氏温度t升至2t，对应的热力学温度由T升到2T
答案 ABC
解析 温标是温度数值的表示方法，常用的温标有摄氏温标和热力学温标，选项A正确；根据T＝t＋273.15 K可知，100 ℃相当于热力学温度373.15 K，水从0 ℃升高到100 ℃，即从273.15 K升高到373.15 K；温度由摄氏温度t升高到2t，对应的热力学温度从T＝t＋273.15 K升高到2t＋273.15 K，选项B、C正确，D错误．
4．(温度计)(多选)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( )
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中的空气
D．该温度计是利用测温物质的热胀冷缩的性质制造的
答案 CD
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的热胀冷缩的性质制造的，故A、B错误，C、D正确．
考点一 平衡态与热平衡
1．(多选)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
答案 CD
解析 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，A、B错误；处于热传递过程中的两系统处于非平衡态，C正确；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．(多选)关于平衡态和热平衡，下列说法正确的是( )
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
答案 BD
解析 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；根据热平衡的定义可知，B、D正确；平衡态是针对某一系统而言的，热平衡是两个接触的系统相互影响的最终结果，C错误．
3．(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
答案 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．
考点二 温度、温度计与温标
4．(多选)关于温度的物理意义，下列说法中正确的是( )
A．温度是物体冷热程度的客观反映
B．人如果感觉到某个物体很凉，就说明这个物体的温度很低
C．人如果感觉到某个物体很热，就说明这个物体的温度很高
D．达到热平衡的两个系统温度相同
答案 AD
解析 温度是表示物体冷热程度的物理量，但人们对物体冷热程度的感觉具有相对性，A正确，B、C错误；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，两系统达到热平衡，则温度相同，D正确．
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．(多选)下列关于热力学温度的说法中，正确的是( )
A．热力学温度的零度是－273.15 ℃
B．热力学温度的每一度的大小和摄氏度是相同的
C．绝对零度是低温的极限，永远达不到
D．1 ℃就是1 K
答案 ABC
解析 热力学温度的零度是所能无限接近的绝对零度，此温度不可达到，为－273.15 ℃，故A、C正确；摄氏温度与热力学温度的差别为所选的零值的起点不同，单位不同，但每一度表示的冷热差别是相同的(ΔT＝Δt)，故B正确；在数值上T＝t＋273.15 K，所以1 ℃对应274.15 K，故D错误．
8．(多选)严冬，湖面上结了厚厚的冰，但冰下鱼儿仍在游动．为了测出冰下水的温度，徐强同学在冰上打了一个洞，拿来一支实验室温度计，用下列四种方法测水温，正确的做法是( )
A．用线将温度计拴牢从洞中放入水里，待较长时间后从水中提出，读出温度计的示数
B．取一空的塑料饮水瓶，将温度计悬吊在瓶中，再将瓶拴住从洞中放入水里，水灌满瓶后待较长时间，然后将瓶提出，立即读出温度计的示数
C．若温度计显示的示数为摄氏温度4 ℃，即热力学温度4 K
D．若温度计显示的示数为摄氏温度4 ℃，即热力学温度277.15 K
答案 BD
解析 要测量冰下水的温度，必须使温度计与冰下的水达到热平衡时，再读出温度计的示数，但因隔着冰无法直接读数，把温度计取出来，显示的也不再是原热平衡状态下的温度，故选项A错误，B正确．T＝t＋273.15 K＝277.15 K，故选项C错误，D正确．
9.(多选)实际应用中，常用到一种双金属温度计，它是利用铜片与铁片压合在一起的双金属片的弯曲程度随温度的变化而变化的原理制成的，如图1甲中双金属片被加热时，其弯曲程度会增大，则下列各种相关叙述中正确的有( )
图1
A．该温度计的测温物质是铜、铁两种热膨胀系数不同的金属
B．双金属温度计是利用测温物质热胀冷缩的性质来工作的
C．由图甲可知，铜的热膨胀系数大于铁的热膨胀系数
D．由图乙可知，双金属片的内层一定为铜，外层一定为铁
答案 ABC
解析 双金属温度计是利用热膨胀系数不同的铜、铁两种金属制成的，双金属片的弯曲程度随温度变化而变化，A、B正确；题图甲中，加热时，双金属片弯曲程度增大，即进一步向上弯曲，说明双金属片下层热膨胀系数较大，即铜的热膨胀系数较大，C正确；题图乙中，温度计示数是沿顺时针方向增大的，说明当温度升高时温度计指针沿顺时针方向转动，则其双金属片的弯曲程度在增大，故可以推知双金属片的内层一定是铁，外层一定是铜，D错误．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