2.1温度和温标 学案（含答案）－2021年高中物理人教版（新教材）选择性必修第三册

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1、第第 1 节节 温度和温标温度和温标 核 心 素 养 物理观念 科学思维 科学态度与责任 1.知道什么是热力学系统；什么 是状态参量。 2.知道平衡态、热平衡的定义。 3.掌握热平衡定律的内容。 4.明确温度的定义及判断系统处 于热平衡的条件。 5.知道什么是温标，摄氏温度和 热力学温度的转换关系。 1.体会两个不同系统 接触后建立热平衡的 过程。 2.体会生活中的热平 衡现象。 利用各种物质热 学参量的不同， 解释生产生活中 自动化设备。 知识点一 状态参量与平衡态 观图助学 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、

2、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，容器内各点的压强和温度都不再变化。 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做热力学系统，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，系统所有状态参量都不随时间而变化的稳 定状态。 思考判断 (1)只要温度不变且处处相等，系统就一定处

3、于平衡态。() (2)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。 () 知识点二 热平衡与温度 观图助学 两个系统的热平衡过程 A、B 两个系统接触后，不受外界的影响，其温度变化情况如图所示，由图可知， A 的温度逐渐升高，B 的温度逐渐降低，经过一段时间二者达相同的温度 T，且 T 以后不再随时间变化，我们用热平衡来描述这种现象。 1.热平衡：两个相互接触的热力学系统，最后两个系统的状态参量都不再改变， 这时两个系统具有“共同性质”，我们就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热平衡，那么这两个系统彼 此之间也必定处于热平衡。

4、3.温度：热平衡中具有的“共同热学性质”叫做温度。这就是温度计能够用来测 量温度的基本原理。 思考判断 (1)两个系统处于热平衡时，它们一定具有相同的热量。() (2)热平衡就是平衡态。() (3)热平衡时，两系统的温度相同，压强、体积也一定相同。() 知识点三 温度计与温标 1.温标 (1)定义：定量描述温度的方法。 (2)温标的种类 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，每份算作 1 。 热力学温标 现代科学中常用的表示温度的方法，规定摄氏温度的273.15 为零值，它的一 度等于摄氏温度

5、的一度。 2.摄氏温度与热力学温度 (1)摄氏温度： 摄氏温标表示的温度， 用符号 t 表示， 单位摄氏度， 符号表示为。 (2)热力学温度：热力学温标表示的温度，用符号 T 表示，单位开尔文，符号表示 为 K。 (3)换算关系：Tt273.15_K。 3.温度计 温度计是用来测量物体(系统)温度的仪器，温度计的种类很多，常见的有水银温 度计、金属电阻温度计、气体温度计、热电偶温度计等。 思考判断 (1)温度计测温原理就是热平衡定律。() (2)温度与温标是一回事。() (3)1 K 就是 1 。() (4)摄氏温度升高 1 ，在热力学温标中温度升高 274.15 K。() 平衡态与稳定状态有

6、什么区别？试举例说明。 结论：(1)相同点：平衡态和稳定状态的状态参量都不随时间发生变化。 (2)不同点：二者最主要的区别是受不受外界的影响，如不受外界的影响系统的状 态参量不变为平衡态，反之为稳定状态。 (3)实例：如教室内的空气，不开空调，空气的温度不变是平衡态，而打开空调， 虽然温度不变化，但由于存在外界的影响，是稳定状态。 (1)一切达到热平衡的系统都具有相同的温度。 (2)“平衡态”指的是一个系统的状态。“热平衡”指的是两个系统之间的关系。 (3)分别处于平衡态的两个系统在相互接触时，它们的状态可能发生变化，直到温 度相同时，两个系统便达到了热平衡，达到了热平衡的两个系统都处于平衡态

7、。 温标的确定原则 (1)选择一种测温的物质，且这种物质的某一物理量与温度直接相关。 (2)确定温度的零点和分度的方法。 (1)表示温度变化时 Tt 如 1 K 与 1 相等。 (2)表示温度时 Tt。 关于热力学温标 (1)热力学温度是国际单位制中七个基本物理量之一，因此它的单位属于基本单位。 因为热力学温标在科学计算中特别体现在热力学方程中， 使方程更简单、 更科学。 (2)热力学温标是与具体的测温物质无关的温标。因此是一种更为科学的温标。 (3)热力学温标的零值即 0 K，是低温的极限，摄氏温度等于273.15 ，它是根 据数学表达式经过推理而得出的，实际上可以无限接近但永远达不到。 核

8、心要点 状态参量与平衡态 要点归纳 三个 概念 系统 在物理学中，通常把所研究的对象称为系统 外界 系统以外的其他物体称之为外界或环境， 系统与外界之 间往往存在相互的作用 状态 参量 描述系统状态的物理量叫作系统的状态参量。物理学 中，需要研究系统的各种性质，包括几何性质、力学性 质、热学性质、电磁性质等 三个 参量 体积 V 描述系统的几何性质，为了确定系统的空间范围 压强 p 描述系统的力学性质， 为了确定外界与系统之间或系统 内部各部分之间的力的作用 温度 T 描述系统的热学性质，确定系统的冷热程度 平衡 态的 三点 理解 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

9、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 体处于静止或匀速直线运动的状态 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。系统处于平衡态时，由于涨落，仍可能发生偏离平 衡状态的微小变化 平衡态的特点：系统温度、压强、体积不发生变化。由于系 统处于平衡态时，所有的性质都不随时间变化，就能比较容易 地描述这些性质，所以中学阶段只描述平衡态的问题 试题案例 例 1 (多选)在热学中，要描述一定气体的宏观状态，需要确定下列哪些物理量 ( ) A.每个气体分子的运动速率 B.压强 C.体积 D.温度 解析 描述系统的宏观状态，

10、其参量是宏观量，每个气体分子的运动速率是微观 量，不是气体的宏观状态参量。气体的压强、体积、温度分别是从力学、几何、 热学三个角度对气体的性质进行的宏观描述，是确定气体宏观状态的三个状态参 量。显然 B、C、D 选项正确。 答案 BCD 针对训练 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.两物体发生传热时，它们组成的系统处于平衡状态 解析 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

11、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：处于传热过程中的两系统处于非平衡状态，故 D 项错 误。 答案 B 核心要点 热平衡与温度 要点归纳 1.热平衡的理解 相互接触的两个系统，各自的状态参量将会相互影响而分别改变，最后，两个系 统的状态参量将不再变化，我们就说两系统达到了热平衡。一切达到热平衡的系 统都具有相同的温度，所以两个系统达到热平衡的标准是系统具有相同的温度。 2.热平衡定律及意义 (1)内容 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，这个结论称为热平衡定律。 (2)热平衡定律的意义 热

12、平衡定律为温度的测量提供了理论依据。因为互为热平衡的物体具有相同的温 度，所以比较各物体温度时，不需要将各个物体直接接触，只需将作为标准物体 的温度计分别与各物体接触，即可比较温度的高低。 3.温度 (1)对温度的理解 宏观上，表示物体的冷热程度。 微观上，反映分子热运动的剧烈程度。 一切达到热平衡的系统都具有相同的温度。 (2)用物体的冷热程度定义温度，具有主观性，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 衡定律表明，两个系统处于热平衡时，存在一个数值相等的状态参量，这个状态 参量就是温度，这样的定义更具有科学性。 (3)若温度计

13、跟物体 A 处于热平衡，它同时也跟物体 B 处于热平衡，根据热平衡定 律，A 的温度便与 B 的温度相等，这就是温度计能够用来测量温度的基本原理。 系统达到热平衡的宏观标志就是温度相同，若温度不同，即系统处于非平衡态， 则系统一定存在着热交换。 试题案例 例 2 有关热平衡的说法正确的是( ) A.如果两个系统在某时刻处于热平衡状态，则这两个系统永远处于热平衡状态 B.热平衡定律只能研究三个系统的问题 C.如果两个系统彼此接触而不发生状态参量的变化， 这两个系统又不受外界影响， 那么这两个系统一定处于热平衡状态 D.两个处于热平衡状态的系统，温度可以有微小的差别 解析 本题考查的知识点是热平衡

14、。处于热平衡状态的系统，如果受到外界的影 响，状态参量会随之变化，温度也会变化，故 A 错误；热平衡定律对多个系统也 适用， 故 B 错误； 由热平衡的意义知， C 正确； 温度是热平衡的标志， 必须相同， 故 D 错误。 答案 C 温馨提示 要正确解答热平衡的问题，必须明确热平衡状态的意义，理解热平衡 定律的含义。 针对训练 2 (多选)下列说法中正确的有( ) A.处于热平衡的两个系统的状态参量不再变化 B.达到热平衡的两个系统分开后，再接触时有可能发生新的变化 C.两个未接触的系统不可能处于热平衡 D.处于热平衡的几个系统的温度一定相等 解析 根据热平衡的定义，两个处于热平衡的系统，无论

15、分开，还是再接触，系 统的状态参量都不再发生变化，故 A 正确，B 错误；一切达到热平衡的系统一定 都具有相同的温度，两个未接触的系统也可能处于热平衡，故 C 错误，D 正确。 答案 AD 核心要点 温度计与温标 要点归纳 1.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。 2.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。 (3)温度的两种数值表示法：摄氏温标和热力学温标 摄氏温

16、标 热力学温标 提出者 安德斯 摄尔修斯 开尔文 零点的规定 一个标准大气压下冰水混合物的温度 273.15 温度名称 摄氏温度 热力学温度 温度符号 t T 单位名称 摄氏度 开尔文 单位符号 K 关系 (1)Tt273.15 K，粗略表示：Tt273 K (2)每一开尔文与每一摄氏度相等 试题案例 例 3 (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.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.热力学温度每一开的大小与摄氏温度每一度的大小相等 解析 温标是温度数值的表示

17、方法，常用的温标有摄氏温标和热力学温标，A 正 确；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错误； 摄氏温度升高3 ， 也就是热力学温度升高了3 K， 故选项 C 错误；摄氏温度的每一度与热力学温度的每一开的大小相等，选项 D 正 确。 答案 AD 方法总结 热力学温度与摄氏温度关系的理解 (1)Tt273.15 K 是解决有关热力学温度与摄氏温度关系问题的基础。 (2)摄氏温度变化 1 与热力学温度变化 1 K 是等效的，即 Tt。 (3)绝对零度是低温的极限， 只能接近， 永远达不到， 故热力学温度不能出现负值， 但摄氏温度可以出现负值。

18、 针对训练 3 (多选)下列关于热力学温度的说法中正确的是( ) A.热力学温度与摄氏温度的每一度的大小是相同的 B.热力学温度的零度等于273.15 C.热力学温度的零度是不可能达到的 D.气体温度趋近于绝对零度时，其体积趋近于零 解析 每升高(或降低)1 K 等价于升高(或降低)1 ， 故 A 正确； 热力学温度的 0 K 是摄氏温度的273.15 ，因此 B 正确；热力学温度的零度只能无限接近，却不 可能达到，且趋近于绝对零度时，气体液化或凝固，但有体积，故 C 正确，D 错 误。 答案 ABC 1.(平衡态概念的理解)下列关于系统是否处于平衡态的说法正确的是( ) A.将一根铁丝的一端

19、插入 100 的水中，另一端插入 0 的冰水混合物中，假设 水和冰水混合物的温度恒定，经过足够长的时间，铁丝处于平衡态 B.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 C.0 的冰水混合物放入 1 的环境中，冰水混合物处于平衡态 D.压缩密闭容器中的空气，空气处于平衡态 解析 铁丝受到外界因素影响，不是平衡态，只是一种稳定状态，A 错误；两物 体温度不同，接触后高温物体会向低温物体传热，是非平衡态，B 正确；0 的 冰水混合物放入 1 的环境中，周围环境会向冰水混合物传热，不是平衡态，C 错误； 压缩密闭容器中的空气， 要对空气做功， 机械能转化为内能， 不是平衡态， D

20、错误。 答案 B 2.(热平衡与温度)(多选)关于热平衡，下列说法中正确的是( ) 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.量体温时体温计需和身体接触 5 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 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，故选项 A、C、D 正确，B 错误。 答案 ACD 3.(温度与温标)有关温标的说法正确的是( ) A.温标不同，测量时得到的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

21、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 温标不同， 测量时得到的同一系统的温度数值一般不同， A 正确， B 错误； 每一种温标的规定都有一定意义，如摄氏温标的 0 表示一个标准大气压下冰的 熔点，100 为一个标准大气压下水的沸点，C 错误；热力学温标和摄氏温标在 数值上的关系为 Tt273.15 K，D 错误。 答案 A 4.(温度和温标)关于热力学温标的示数 273.15 K 和摄氏温标的示数 0 的大小关 系，下列说法正确的是( ) A.273.15 K0 B.273.15 K0 C.273.15 K0 D.温标不同无法比较 解析 根据热力学温标和摄氏温标的转化关系 Tt273.15 K 可以进行两者之间 的转化，把它们转化为同一温标后进行大小比较，C 正确。 答案 C