高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册1 温度和温标精品同步练习题

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【学习目标】
物理观念∶理解状态参量、平衡态温度、热力学温度的概念，理解热力学温度摄氏温度的区别和联系。
科学思维∶对比分析平衡态与热平衡之间的关系，知道温度它们是共同的热学性质。
科学探究：利用玻璃瓶模拟伽利略的温度计，知道温度计的普遍原理。
科学态度与责任∶温度的使用，再次体现了知识转化为生产力为社会服务的生动例子，激发学生学习物理的兴趣。
【学习重难点】
教学重点：热力学温度和摄氏温度的关系。
教学难点：热平衡与温度的关系。
【知识回顾】
物体是由大量分子组成的，分子在做永不停息的无规则运动，分子之间存在着相互作用力。这些因素决定了分子的三种不同的聚集状态∶气体、固体和液体。物质材料：石器时代、青铜器时代、铁器时代和电子信息。
【自主预习】
一 状态参量与平衡态
1．系统与外界：研究某一容器中气体的热学性质，其研究对象是容器中的大量分子组成的系统，这在热学中叫作一个热力学系统，简称系统。系统之外与系统发生相互作用的其他物体统称外界。
2．状态参量：在热学中，为确定系统的状态，需要用到一些物理量，这些物理量叫作系统的状态参量。
(1)为了确定系统的空间范围，要用到体积V，这是一个几何参量；
(2)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，要用到压强p，这是一个力学参量；
(3)要确定系统的冷热程度，要用到一个热学参量——温度T。
3．平衡态：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就能够达到稳定状态。这种状态叫作平衡态，否则就是非平衡态。
二 热平衡与温度
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，各自的状态参量就不再变化了，这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：当两个系统处于热平衡时，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。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。达到热平衡的系统具有相同的温度。
三 温度计与温标
1．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。确定一个温标时首先要选择一种测温物质，根据这种物质的某个特性来制造温度计。确定了测温物质和它用以测温的某种性质之后，还要确定温度的零点和分度的方法。
2．热力学温度：热力学温标表示的温度叫作热力学温度，它是国际单位制中七个基本物理量之一，用符号T表示，单位是开尔文，简称开，符号为K。
3．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，摄氏温标所确定的温度用t表示，它与热力学温度T的关系是T＝t＋273.15__K。
【课前自测】
1．判一判
(1)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。( √ )
(2)温度升高了1 ℃就是升高了1 K。( √ )
(3)物体的温度由本身决定，数值与所选温标无关。( × )
提示：(1)√ (2)√ (3)×
2．想一想
平衡态与热平衡有什么不同？
提示：平衡态是对一个热力学系统来说的，是一个系统内各部分的状态参量不再变化时的状态，而热平衡是对两个相互接触的热力学系统来说的。
【课堂探究】
【新课导入】
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?
提示：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。
【新课教学】
一、状态参量与平衡态
仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。
活动1：在力学中，我们用位置和速度描述物体的运动状态。在热学中，为了确定如图甲氢气球内氢气的状态，需要哪些物理量？
提示：为了确定氢气的空间范围，需要用到体积V；为了确定氢气与外界大气间力的作用，需要用到压强p；为了确定氢气的冷热程度，需要用到温度T。
活动2：如图乙，隔热的容器内A、B两部分氢气被挡板K分开，其压强、温度不同。打开挡板K，足够长时间后会出现什么情况？
提示：打开挡板K，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的一方传热，足够长的时间后，容器内各部分气体的压强和温度就不再变化。
小试牛刀
【例题】（多选）关于状态参量，下列说法正确的是（ ABC ）
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
【例题】（多选）下列各系统处于平衡态的是( ABD )
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
二、探究热平衡与温度
仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。
活动1：如图，开始时导热板锁定，给隔热极好的容器的A、B部分分别充入压强和温度不同的氦气和氧气，然后解除锁定，会发生什么？最终状态参量有什么特点？
提示：导热板会因两侧压强不同而移动，氦气和氧气之间会传热，最终氦气和氧气的压强、温度、体积不再变化。
活动2：当两部分气体达到力学平衡时，描述“力学性质”的压强相等。类似地，当两部分气体不再传热时，称它们达到了热平衡，试猜想哪个状态参量可以描述热平衡时共同的“热学性质”？
提示：温度。
活动3：实验表明，如果A系统和B系统分别与C系统达到热平衡，那么A和B这两个系统彼此之间也处于热平衡。这说明了什么？
提示：说明只要温度相同，任何系统间都处于热平衡，即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。
小试牛刀
【例题】(多选)下列说法正确的是（ CD ）
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
三、温度计与温标
仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。
活动1：根据热平衡定律，如果温度计与物体A处于热平衡，也同时与物体B处于热平衡，则A与B温度相同。如果用如图甲所示具有热胀冷缩的物质作为温度计测温物质，能比较某物体C(如灯焰)与A、B温度的高低吗？
提示：将物体C与温度计接触，如果测温物质体积膨胀，说明温度计吸热，即C的温度高于A、B，反之C的温度比A、B低。
活动2：为了定量比较温度的高低，参考长度的比较与刻度尺，温度计应标定什么？
提示：温度零点与分度。
活动3：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，现在常见的有摄氏温标和华氏温标，摄氏温标曾经是怎样定量地描述温度的？
提示：摄氏温标曾经规定，标准大气压下冰的熔点为0 ℃，水的沸点为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，每份算作1 ℃。
活动4：如图乙是伽利略根据气体压强与温度变化的规律制造的温度计，此外还有水银温度计、电阻温度计，因为不同测温物质的性质随温度变化的规律不同，所以这些温度计测定同一物质的温度时会有偏差，为了克服这个缺点，人们应该怎么做？
提示：规定与测温物质无关的温标。
小试牛刀
【例题】关于温度与温标,下列说法正确的是 ( D )
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 K
D.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 )
A.300 K,升高了20 K
B.27 K,升高了20 K
C.300 K,升高了293 K
D.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。
【辨析思考】
(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。 ( × )
【自我测评】
【例题】(多选)下列物体处于平衡态的是( BD )
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( B )
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 ）
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( B )
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( BD )
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
【学后反思】本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？