高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册1 温度和温标一等奖ppt课件

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册1 温度和温标一等奖ppt课件，共60页。PPT课件主要包含了新课导入，想一想，状态参量与平衡态，PART01，热力学系统系统，三种热力学系统，各种系统，系统与外界，状态参量，非平衡态等内容，欢迎下载使用。
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?
压强大的气体会向压强小的一方流动，温度高的气体会向温度低一侧传热，经过一段时间后，窗口内各点的压强和温度都相同且不再变化。
日常生活中我们会借助这些仪器和设备测量什么？什么是系统？什么是外界？什么是系统的状态参量? 常用的状态参量有哪些？
（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。
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.
根据系统和外界相互作用的情况，我们可以区分出如下几种热力学系统：
①孤立系统：与外界不发生任何相互作用的系统称为孤立系统。此时系统和外界既无能量交换也无物质交换。（在该系统中，物质和能量既不能进也不能出）
孤立系统： 粒子数 N 不变、 能量 E 不变。
小球、弹簧、地球组成的系统
②封闭系统：与外界没有物质交换，但有能量交换的系统称为封闭系统。 （在该系统中，物质不能进出，但可以与外界交换能量）
封闭系统： 粒子数 N 不变、 能量 E 可变。
③开放系统：与外界既有物质交换，也有能量交换的系统称为开放系统，简称开系。（在该系统中，与外界可以自由进行物质和能量交换）
开放系统： 粒子数 N 可变、 能量 E 可变。  
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
热学：为确定研究对象（系统）的状态：
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
状态参量：为了确定系统的状态，需要用到一些物理量，表示系统某种性质的物理量称为状态参量。
热力学系统状的常用态参量
一般的系统，要研究以下几种状态参量：
描述系统在电、磁场作用下的性质，如电场强度，磁感应强度等。
描述系统的大小、形状、体积等。
描述系统的压强、应力、表面张力等。
人民医院某氧气瓶容积为100L，其内氧气在温度为20C时的气压为5atm。
——描写系统状态的物理量
如：一辆汽车经过白马中学门口时的速度为10m/s，加速度为1m/s2。
描述系统的速度、加速度、位移等。
例如：某钢瓶容积为100L，其内煤气温度为20C时的气压为5atm。
表示系统某种性质的物理量
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 。
例如：把不同压强，不同温度的两箱气体注入同一容器：
压强大的气体会向压强小的一方流动。
温度高的会向温度低的一方传热。
经过一段时间后，容器各点的压强和温度都不再变化。
对于一个封闭的系统，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（温度，压强和体积）能够达到稳定，都不再随时间变化。即：平衡态：系统整体的宏观性质（P、V、T）将不随时间而变化、且具有确定的状态
注意：①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。②类似于化学平衡，热力学系统达到的平衡态也是一种动态平衡。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。（力学中的平衡态是指物体处于静止或匀速直线运动）③在外界影响下，系统可以处于一种宏观性质不随时间变化的状态，但这不是平衡态，只是一种稳定状态。
经过足够长时间，温度随铁丝有一定分布，且不随时间变化，但这不是平衡态，只是一种稳定状态。因为撤去外界影响，系统各部分的状态参量就会变化。
1. （多项）关于状态参量，下列说法正确的是（ ）A．体积是几何参量B．压强是力学参量C．温度是热学参量D．压强是热学参量
解析：热学中，为了描述系统所处的状态，所用到的物理量称为状态参量。确定系统空间范围用到的体积，是一个几何参量；确定外界与系统之间或系统内部各部分之间的力的作用用到的压强，是一个力学参量；确定系统的冷热程度用到的温度，是一个热学参量。故ABC正确，D错误。故选ABC。
2.（多选）下列各系统处于平衡态的是(　 　)A.放在0 ℃的房间里的密闭导热容器中的冰水混合物B.静止在沸水中足够长时间的铜块C.刚刚放在教室中的一杯热水和一杯加较多冰块的可乐D.放在恒温房间中很久的密闭导热容器中的84消毒液
解析：系统处于平衡态时,其状态参量不变,铜块静止在沸水中足够长的时间,密闭导热容器中的冰水混合物处在0 ℃环境中,其状态参量不再变化,即处于平衡态,故A、B正确;刚刚放在教室中的一杯热水和一杯加较多冰块的可乐,温度未达到稳定状态,则处于非平衡态,故C错误;放在恒温房间中很久的密闭导热容器中的84消毒液,其温度、体积等状态参量不再变化,处于平衡态,故D正确。
前面所说的平衡态，指的是一个系统的状态参量不再改变。下面我们要研究一个系统与另一个系统相互作用的问题。
初中学过的温度知识：当热水中的温度计的读数不再升高的时候，我们自然认为此时温度计的温度（读数）就是热水的温度。那么，我们凭什么说这个时候温度计的温度就是热水的温度？
热力学系统间的相互作用
具有一种相同的力学参量
（1）热平衡：如果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。经过一段时间后，各自的状态参量不再变化（达到了相同的温度），这说明两个系统达到了平衡，我们就说两个系统达到了热平衡。（两个系统是通过热传递达到的平衡）
（2）两个系统达到热平衡的实质：接触时两系统不再进行热传递。不传热的充分条件是温度相同，因此两系统达到热平衡时，两个系统不再变化的状态参量是温度T。
（3）理解：①平衡态不是热平衡。平衡态是对某一系统而言的，而热平衡是对两个接触的系统而言的。
②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。
【问题】“平衡态”就是“热平衡”吗？【答】不是。1）“平衡态”指的是一个系统的状态。“热平衡”指的是两个或多个系统之间的关系。二者本质不同。2）“平衡态”是指在没有外界影响下，一个系统的温度，压强，体积都不变了；而热平衡是指两个或多个系统的之间的关系，不要混淆。
冷空气
温空气
【拓展】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。
★★一个系统内的温度，压强和体积都不再变化，才是处于平衡态； 若两个系统的温度相等，则这两个系统已达到热平衡。
系统不受外界影响，状态参量不变
处于热平衡的两个系统都处于平衡态
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。
A
B
A B
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（temperature）。
热平衡定律（热力学第零定律）
一切达到热平衡的系统都具有相同的温度。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．
即：两系统处于热平衡时，存在一个数值相等的态函数，这个态函数就是温度。定义中“共同的热学性质”就是初中所说的“冷热程度”
问题: 用温度计为什么能测量温度？试根据热平衡定律说明其中的原理.
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，它的特征就是“一切达到热平衡的系统都具有相同的温度”这就是常用温度计能够用来测量温度的基本原理．
若系统A，C达到热平衡若系统B，C达到热平衡则A和B也是处于热平衡
如果温度计和A处于热平衡，同时和B处于热平衡，那么根据热平衡定律，A和B的温度相等，因此这就是温度计能够测量温度的基本原理。
用管道把两个装着气体的容器导通，不久，两个容器中的气体达到了力学平衡.
我们用压强“P”这个物理量来描述它。
它们有了一种相同的“力学性质”
用导线把两个带电导体连接，不久，两个导体达到了静电平衡。
我们用电势“φ”这个物理量来描述它。
它们有了一种相同的“电学性质”
将高温物体放入低温的液体中，不久，物体和液体达到了热平衡。
我们用温度“T”这个物理量来描述它。
它们有了一种相同的“热学性质”
“温度”在热平衡中的角色，与压强，电势相似。
温度是描述物体冷热程度的物理量-----宏观上
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标志物体内部分子无规则热运动的剧烈程度-----微观上
尽管初中的认识比较肤浅，但它与我们高中对温度的定义是一致的。设想两个温度不同的物体相互接触后，过一段时间当它们达到热平衡态时，两个物体不就是“冷热相同”吗！
【拓展】热平衡的概念也适用于两个原来没有发生过作用的系统。换句话说：只要温度相同的两个系统，无论它们是相互接触了，还是分隔千里，它们都是处于热平衡状态。
例、一金属棒的一端与0℃冰接触，另一端与100℃水接触，并且保持两端冰、水的温度不变．问当经过充分长时间后，金属棒所处的状态是否为热平衡态?为什么?
解析：因金属棒一端与0℃冰接触，另一端与100℃水接触，并且保持两端冰、水的温度不变时，金属棒两端温度始终不相同，虽然金属棒内部温度分布处于一种从低到高逐渐升高稳定状态，但其内部总存在着沿一定方向的能量交换，所以金属棒所处的状态不是平衡态．
答案：否，因金属棒各部分温度不相同，存在热量交换．
部分人们已观测到的温度
【例题】(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
【例题】(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
如果要定量地描述温度，就必须有一套方法，这套方法就是温标。
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。
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。
（1）温标：定量描述温度的方法叫做温标 。如果要定量地描述温度，就必须有一套方法，这套方法就是温标。
①温度计中用于测量温度的物质。（水银/铂/气体/热电偶……）②了解测温物质随温度变化的函数关系。为了测温读数准确一般要保证测温物质的测温属性随温度变化的函数关系为线性关系③确定温度零点和分度方法．
（2）温标建立的三要素：
（3）常见温标：摄氏温标、热力学温标、华氏温标
（4）热力学温度（T）：在国际单位制中，用热力学温标表示的温度，叫热力学温度。它是国际单位制中七个基本物理量之一。单位：开尔文，简称开，符号为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）
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-273.15C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 C
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。
①热力学温度是国际单位制中七个基本物理量之一.
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。
②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。
1）T = t + 273.15 K中，等式仅反映数值关系，单位不同。 【问】当温度升高100C,那它是升高了几K呢？ 2）就一个分度来说，?t=?T.【问】270C的温度用热力学温度粗略的表示为_____K.3）对于同一温度来说，用不同的温标表示，数值不同，这是因为零值的选取不同。【问】摄氏温度和热力学温度都是从零开始的？4）热力学温度的零度是低温极限，也叫绝对零度，永远达不到，只能接近，故热力学温度不能出现负值。所以热力学温度从零开始.而摄氏温度有负值，不是从零开始。
在标准大气压下，规定冰的熔点为32°F，水的沸点为212°F，中间有180等份，每等份为华氏1度。
华氏温标的温度tF与摄氏温度t之间的关系： tF＝32+9/5t
华氏温标在欧美使用非常普遍，摄氏温标在亚洲使用较多，科学研究中多使用热力学温标（绝对温标）。
温度的两种数值表示法：摄氏温标和热力学温标
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。
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 
——气体压强随温度变化
——不同导体因温差产生的电动势大小
【例题】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.摄氏温度升高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：温度与温标不是一回事,A错误;热力学温度不可以取负值,B错误;根据T=t+273.15 K可知,摄氏温度升高3 ℃,在热力学温标中,温度升高3 K,C错误;热力学温标的分度与摄氏温标的分度是相等的,即热力学温度每一度的大小与摄氏温度每一度的大小相等,D正确。故选D。
【例题】气体初始温度为27 ℃,升高了20 ℃,用热力学温标表示,气体初始温度为(　　)A.300 K,升高了20 KB.27 K,升高了20 KC.300 K,升高了293 KD.27 K,升高了293 K
解析：摄氏温度与热力学温度的关系是T=t+273 K,气体初始温度为27 ℃,用热力学温标表示为T=t+273 K=300 K,温度升高了Δt=20 ℃=20 K,故A正确。
『判一判』(1)温度可以从高温物体传递到低温物体。(　　)(2)处于热平衡的几个系统的温度一定相等。(　　)(3)0 ℃的温度可以用热力学温度粗略表示为273 K。(　　)(4)温度是决定一个系统与另一个系统是否达到热平衡的物理量。 (　　)(5)温度升高了1 ℃就是升高了1 K。 (　　)(6)物体的温度由本身决定，数值与所选温标无关。 (　　)
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：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
关系式：T＝t＋273.15 K
【例题】(多选)下列物体处于平衡态的是(　　)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
【例题】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.两个物体发生热传递时,能量在它们组成的系统中传递,对整个系统而言处于平衡态D.压缩密闭容器中的空气,空气处于平衡态
【例题】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
【例题】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压强一定相等
【例题】(多选)两个处于热平衡状态的系统,由于受外界影响,状态参量发生了变化,下列关于它们后来是否能处于热平衡状态的说法,正确的是(　　)A.不能B.要看它们后来的温度是否相同C.取决于其他状态参量是否相同D.系统达到热平衡,其温度一定相同
【例题】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
【例题】(多选)关于热力学温度,下列说法正确的是(　　)A.-33 ℃=240 KB.温度变化1 ℃,也就是温度变化1 KC.-136 ℃比136 K温度高D.温度由t(t的单位为摄氏度)升至2t,对应的热力学温度升高了273 K+t
【例题】(多选)如果物体的温度从27 ℃升高到127 ℃,用热力学温度表示,以下说法正确的是(　　)A.物体的温度升高了400 KB.物体的温度升高了100 KC.物体的温度升高到400 KD.物体的温度升高到373 K
【例题】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( )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