(2021新人教版)高中物理选择性必修第三册第2章 1.温度和温标讲义.doc
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1、1.温度和温标温度和温标 学习目标:学习目标:1物理观念物理观念知道状态参量、平衡态、热平衡、温度、热力学温度的知道状态参量、平衡态、热平衡、温度、热力学温度的 概念及热平衡定律。概念及热平衡定律。2.科学思维科学思维理解平衡态及热平衡定律理解平衡态及热平衡定律,掌握摄氏温标与热力学掌握摄氏温标与热力学 温度的关系温度的关系,能进行相关的计算能进行相关的计算,培养学生分析、解决问题的能力。培养学生分析、解决问题的能力。3.科学探究科学探究会会 使用常见的温度计使用常见的温度计,在使用过程中学会与他人合作交流在使用过程中学会与他人合作交流,提高动脑提高动脑、动手能力动手能力。4.科科 学态度与责
2、任学态度与责任学会使用温度计时学会使用温度计时,应应客观记录数据客观记录数据,坚持实事求是的科学态度坚持实事求是的科学态度,增强增强 学习物理的热情。学习物理的热情。 阅读本节教材阅读本节教材, 回答第回答第 19 页页“问题问题”并梳理必要的知识点并梳理必要的知识点。 教材教材 P19“问题问题”提示提示: 经过一段时间后经过一段时间后,容器内的气体会达到压强处处相等容器内的气体会达到压强处处相等,温度处处相同。温度处处相同。 一、状态参量与平衡态一、状态参量与平衡态 1热力学系统:热力学系统:由大量分子组成的由大量分子组成的系统系统。 2外界:外界:系统之外与系统发生相互作用的其他物体系统
3、之外与系统发生相互作用的其他物体。 3状态参量:状态参量:为确定系统的状态所需要的一些量为确定系统的状态所需要的一些量,如:如:体积体积、压强压强、温度等温度等。 4平衡态:平衡态:无外界影响无外界影响,状态参量稳定状态参量稳定的状态 的状态。 说明说明:平衡态是状态参量平衡态是状态参量,不是过程量不是过程量,处于平衡态的系统处于平衡态的系统,状态参量在较长时间状态参量在较长时间 内不发生变化。内不发生变化。 二、热平衡与温度二、热平衡与温度 1热平衡:热平衡:如果两个系统相互接触而传热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这两个系统的状态参量将会互相影响 而分别而分别改
4、变改变。 经过一段时间经过一段时间, 各自的状态参量不再变化了各自的状态参量不再变化了, 即这两个系统达到了即这两个系统达到了热平衡热平衡。 2热平衡定律:热平衡定律:如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡, ,那么这两个系统彼那么这两个系统彼 此之间也必定处于此之间也必定处于热平衡热平衡。 3温度:温度:处于热平衡的系统之间有一处于热平衡的系统之间有一“共同热学性质 共同热学性质”,即即温度温度。这就是温度计这就是温度计 能够用来测量温度的基本原理能够用来测量温度的基本原理。 三、温度计与温标三、温度计与温标 1温度计温度计 名称名称原原理理 水银温度计
5、水银温度计根据水银的根据水银的热膨胀热膨胀的性质来测量温度的性质来测量温度 金属电阻温度计金属电阻温度计根据金属铂的根据金属铂的电阻电阻随温度的变化来测量温度随温度的变化来测量温度 气体温度计气体温度计根据气体根据气体压强压强随温度的变化来测量温度随温度的变化来测量温度 热电偶温度计热电偶温度计根据不同导体因根据不同导体因温差温差产生电动势的大小来测量温度产生电动势的大小来测量温度 2.温标:温标:定量描述定量描述温度温度的方法的方法。 (1)摄氏温标摄氏温标:一种常用的表示温度的方法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规定标准大气压下冰的熔点为 0 ,水水 的沸点为的沸点为
6、100 。在在 0 刻度与刻度与 100 刻度之间均匀分成刻度之间均匀分成 100 等份等份,每一份算每一份算作作 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:现代科学中常用的表示温度的方法,热力学热力学温度温度。 (3)摄氏温度与热力学温度:摄氏温度与热力学温度: 摄氏温度摄氏温度摄氏温标表示的温度摄氏温标表示的温度,用符号用符号 t 表示表示,单位是单位是摄氏度摄氏度,符号为符号为 热力学温度热力学温度热力学温标表示的温度热力学温标表示的温度,用符号用符号 T 表示表示,单位是单位是开尔文开尔文,符号为符号为 K 换算关系换算关系Tt273.15 K 注意:注意:变
7、化变化 1 与变化与变化 1 K 是相等的。是相等的。 1思考判断思考判断(正确的打正确的打“”“”,错误的打错误的打“”“”) (1)当系统处于平衡态时当系统处于平衡态时,系统的温度系统的温度、压强压强、体积等都不随时间变化体积等都不随时间变化。() (2)平衡态是一种理想情况平衡态是一种理想情况。() (3)温度是决定两个系统是否达到热平衡状态的唯一物理量温度是决定两个系统是否达到热平衡状态的唯一物理量。() (4)处于热平衡状态的系统内的分子仍在不停地做无规则运动处于热平衡状态的系统内的分子仍在不停地做无规则运动,热平衡是一种动态热平衡是一种动态 平衡平衡。() 2(多选多选)下列物体中
8、处于非平衡态的是下列物体中处于非平衡态的是( ) A冰水混合物处在冰水混合物处在 1 的环境中的环境中 B将一铝块放入沸水中加热较长的时间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用玻璃杯盛着的开水放在室内足够长时间 AC冰水混合物在冰水混合物在 1 的环境中要吸收热量的环境中要吸收热量,温度升高温度升高,不是平衡态不是平衡态,A 正确正确; 当铝块放在沸水中足够长的时间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铝块各部分的温度与沸水的温度相同,达到平衡态达到平衡态, B 错误错误;同
9、理可知同理可知 D 错误错误;冬天刚打开空调的教室内的气体各部分温度不同冬天刚打开空调的教室内的气体各部分温度不同,不是平衡不是平衡 态态,C 正确。正确。 3(多选多选)两个处于热平衡状态的系统两个处于热平衡状态的系统,由于受外界影响由于受外界影响,状态参量发生了变化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,正确的是正确的是() A不能不能 B可能可能 C要看它们后来的温度是否相同要看它们后来的温度是否相同 D取决于其他状态参量是否相同取决于其他状态参量是否相同 BC只要两个系统的温度相同只要两个系统的温度相同,两个系统就处于
10、热平衡状态两个系统就处于热平衡状态,而与其他参量是否而与其他参量是否 相同无关相同无关,故故 B、C 正确。正确。 状态参量与平衡态状态参量与平衡态 如图如图,将鸡蛋放在沸水中加热足够长的时间将鸡蛋放在沸水中加热足够长的时间,鸡蛋处于平衡态吗?鸡蛋处于平衡态吗? 提示提示:鸡蛋放在沸水中加热足够长的时间其温度鸡蛋放在沸水中加热足够长的时间其温度、压强压强、体积都不再变化体积都不再变化,是平衡是平衡 状态。状态。 1热力学的平衡态是一种动态平衡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只是分子运
11、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表现为系统的宏观性质不随时间变化,而力学而力学 中的平衡态是指物体的运动状态处于静止或匀速直线运动状态中的平衡态是指物体的运动状态处于静止或匀速直线运动状态。 2平衡态是一种理想情况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因为任何系统完全不受外界影响是不可能的。 。系统处系统处 于平衡态时于平衡态时,仍可能发生偏离平衡态的微小变化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如果分开后它们都不受外界影响,再把再把 它们重新接触它们重新
12、接触,它们的状态不会发生新的变化它们的状态不会发生新的变化。因此因此,热平衡概念也适用于两个原来没热平衡概念也适用于两个原来没 有发生过作用的系统有发生过作用的系统。因此可以说因此可以说,只要两个系统在接触时它们的状态不发生变化只要两个系统在接触时它们的状态不发生变化,我我 们就说这两个系统原来是处于热平衡的们就说这两个系统原来是处于热平衡的。 【例【例 1】(多选多选)下列说法中正确的是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状态参量是描述系统状态的物理量,故当系统的状态变化时故当系统的状态变化时,其各个状态参量其各个状态参量 都会改变都会改变 B当系统不受外界影响当系统不受
13、外界影响,且经过足够长的时间且经过足够长的时间, ,其内部各部分状态参量将会达到其内部各部分状态参量将会达到 稳定稳定 C只有处于平衡态的系统才有状态参量只有处于平衡态的系统才有状态参量 D两个物体间发生热传递时两个物体间发生热传递时,它们组成的系统处于非平衡态它们组成的系统处于非平衡态 思路点拨:思路点拨:(1)各个系统都有状态参量。各个系统都有状态参量。 (2)当处于平衡态时当处于平衡态时,状态参量不再变化状态参量不再变化,非平衡时非平衡时,状态参量要变化。状态参量要变化。 BD由于描述系统的各种性质需要不同的物理量由于描述系统的各种性质需要不同的物理量,只要其中某个量变化只要其中某个量变
14、化,系统的系统的 状态就会发生变化状态就会发生变化,不一定各个状态参量都发生变化不一定各个状态参量都发生变化,选项选项 A 错误;系统处于平衡态错误;系统处于平衡态 或非平衡态或非平衡态,只是状态参量有无变化只是状态参量有无变化,选项选项 C 错误;当系统不受外界影响时错误;当系统不受外界影响时,系统总系统总 要趋于平衡要趋于平衡,其内部各部分状态参量趋于稳定其内部各部分状态参量趋于稳定,选项选项 B 正确;两个物体间发生热传递正确;两个物体间发生热传递 时时,两个物体组成的系统内部仍存在温差两个物体组成的系统内部仍存在温差,故系统处于非平衡态故系统处于非平衡态,选项选项 D 正确。正确。 处
15、理平衡态的问题要注意以下三点处理平衡态的问题要注意以下三点 (1)平衡态与热平衡不同平衡态与热平衡不同,平衡态指的是一个系统内部达到的一种动态平衡。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。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。系统与外界没有能量的交换。 跟进训练跟进训练 1下列关于系统是否处于平衡态的说法正确的是下列关于系统是否处于平衡态的说法正确的是( ) A开空调开空调 2min 内教室内的气体处于平衡态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两个
16、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这两个物体组成的系统处于非平衡态 C0 的冰水混合物放入的冰水混合物放入 1 的环境中的环境中,冰水混合物处于平衡态冰水混合物处于平衡态 D压缩密闭容器中的空气压缩密闭容器中的空气,空气处于平衡态空气处于平衡态 B开空调开空调 2min 内教室内的气体温度要变化内教室内的气体温度要变化,故不是平衡状态故不是平衡状态,A 错误;两物体错误;两物体 温度不同温度不同,接触后高温物体会向低温物体传热接触后高温物体会向低温物体传热,是非平衡态是非平衡态,B 正确;正确;0 的冰水混合的冰水混合 物放入物放入 1 的环境中的环境中,周围环境会向冰水
17、混合物传热周围环境会向冰水混合物传热,不是平衡态不是平衡态,C 错误错误;压缩密闭压缩密闭 容器中的空气容器中的空气,要对空气做功要对空气做功,机械能转化为内能机械能转化为内能,不是平衡态不是平衡态,D 错误错误。本题选本题选 B。 热平衡与温度热平衡与温度 某工人在某工人在拿拿铁棒和木头时感觉到铁棒明显比木头凉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由于表示物体冷热程度的是温 度度,于是这位工人得出当时于是这位工人得出当时“铁棒比木头温度低铁棒比木头温度低”的结论的结论,你认为他的结论对吗?请说你认为他的结论对吗?请说 明理由。明理由。 提示提示: 不对不对。 由于铁
18、棒和木头都与周围的环境达到热平衡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故它们的温度是一样的。 之所以感觉到铁棒特别凉之所以感觉到铁棒特别凉,是因为这位工人在单位时间内传递给铁棒的热量比较多。是因为这位工人在单位时间内传递给铁棒的热量比较多。 1温度温度 (1)宏观上宏观上 温度的物理意义:表示物体冷热程度的物理量温度的物理意义:表示物体冷热程度的物理量。 与热平衡的关系与热平衡的关系:各自处于热平衡状态的两个系统各自处于热平衡状态的两个系统,相互接触时相互接触时,它们相互之间它们相互之间 发生了热量的传递发生了热量的传递, 热量从高温系统传递给低温系统热量从高温系统传递
19、给低温系统, 经过一段时间后两系统温度相同经过一段时间后两系统温度相同, 达到一个新的平衡状态达到一个新的平衡状态。 (2)微观上微观上 反映物体内分子热运动的剧烈程度反映物体内分子热运动的剧烈程度,是大量分子热运动平均动能的标志是大量分子热运动平均动能的标志。 温度是大量分子热运动的集体表现温度是大量分子热运动的集体表现,是含有统计意义的是含有统计意义的,对个别分子来说温度是对个别分子来说温度是 没有意义的没有意义的。 2热平衡热平衡 (1)一切达到热平衡的物体都具有相同的温度一切达到热平衡的物体都具有相同的温度。 (2)若物体与若物体与 A 处于热平衡处于热平衡, 它同时也与它同时也与 B
20、 达到热平衡达到热平衡, 则则 A 的温度等于的温度等于 B 的温度的温度, 这就是温度计用来测量温度的基本原理这就是温度计用来测量温度的基本原理。 3热平衡定律的意义热平衡定律的意义 热平衡定律又叫热力学第零定律热平衡定律又叫热力学第零定律,为温度的测量提供了理论依据为温度的测量提供了理论依据。因为互为热平衡因为互为热平衡 的物体具有相同的温度的物体具有相同的温度,所以比较各物体温度时所以比较各物体温度时,不需要将各个物体直接接触不需要将各个物体直接接触,只需将只需将 作为标准物体的温度计分别与各物体接触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即可比较温度的高低。 【例【例
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