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高中物理 第七章 分子動(dòng)理論 課時(shí)4 溫度和溫標(biāo)學(xué)案 新人教版選修33

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1、 學(xué)案4 溫度和溫標(biāo) [目標(biāo)定位] 1.知道平衡態(tài)及系統(tǒng)的狀態(tài)參量.2.明確溫度的概念,知道熱平衡定律及其與溫度的關(guān)系.3.了解溫度計(jì)的原理,知道熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的換算關(guān)系. 一、狀態(tài)參量與平衡態(tài) [問題設(shè)計(jì)] 在力學(xué)中,為了確定物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)的狀態(tài),我們使用了位移和速度這兩個(gè)物理量.在熱學(xué)中如果我們要研究一箱氣體的狀態(tài),需要哪些物理量呢? 答案 體積、壓強(qiáng)和溫度. [要點(diǎn)提煉] 1.熱力學(xué)系統(tǒng):由大量分子組成的一個(gè)研究對象. 2.熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)參量 (1)體積V:系統(tǒng)的幾何參量,它可以確定系統(tǒng)的空間范圍. (2)壓強(qiáng)p:系統(tǒng)的力學(xué)參量,它可以描述系統(tǒng)的力學(xué)性質(zhì).

2、 (3)溫度T:系統(tǒng)的熱學(xué)參量,它可以確定系統(tǒng)的冷熱程度. 3.對平衡態(tài)的理解 (1)在沒有外界影響的情況下,系統(tǒng)內(nèi)的各部分的狀態(tài)參量達(dá)到穩(wěn)定,即達(dá)到平衡態(tài). (2)平衡態(tài)是一種理想情況,因?yàn)槿魏蜗到y(tǒng)完全不受外界影響是不可能的. [延伸思考] 處于平衡態(tài)的系統(tǒng),其內(nèi)部分子是否停止了運(yùn)動(dòng)? 答案 不是.熱力學(xué)的平衡態(tài)是一種動(dòng)態(tài)平衡,組成系統(tǒng)的分子仍在不停地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng),只是分子運(yùn)動(dòng)的平均效果不隨時(shí)間變化,表現(xiàn)為系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化. 二、熱平衡與溫度 [問題設(shè)計(jì)] 用手心握住體溫計(jì)玻璃泡,觀察到體溫計(jì)的示數(shù)逐漸上升.當(dāng)上升到36 C左右時(shí),為什么不再上升?當(dāng)把它立即放入4

3、0 C的水中時(shí),你又看到什么現(xiàn)象? 答案 體溫計(jì)與人體溫度相同時(shí),不再上升;又會(huì)上升. [要點(diǎn)提煉] 1.熱平衡:兩個(gè)系統(tǒng)相互接觸而傳熱,它們的狀態(tài)參量將改變.但是經(jīng)過一段時(shí)間以后,狀態(tài)參量就不再變化了,這說明兩個(gè)系統(tǒng)對于傳熱來說已經(jīng)達(dá)到了平衡,這種平衡叫做熱平衡. 2.熱平衡定律:如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡,那么這兩個(gè)系統(tǒng)彼此之間也必定處于熱平衡,這個(gè)結(jié)論稱為熱平衡定律. 3.理解熱平衡的兩個(gè)層面 (1)原來兩個(gè)系統(tǒng)不是熱平衡,接觸后最終達(dá)到熱平衡. (2)原來兩個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡,再接觸,兩個(gè)系統(tǒng)它們的狀態(tài)不發(fā)生變化. 4.熱平衡與溫度 (1)一切達(dá)到熱平衡的物

4、體都具有相同的溫度. (2)溫度計(jì)的測溫原理 若物體與A處于熱平衡,它同時(shí)也與B處于熱平衡,則A的溫度等于B的溫度,這就是溫度計(jì)用來測量溫度的基本原理. 三、溫度計(jì)與溫標(biāo) [問題設(shè)計(jì)] 如圖1所示,伽利略溫度計(jì)是利用玻璃管內(nèi)封閉的氣體作為測量物質(zhì)制成的,當(dāng)外界溫度越高時(shí),細(xì)管內(nèi)的水柱越高嗎? 圖1 答案 由熱脹冷縮可知,當(dāng)外界溫度越高時(shí),氣體膨脹越厲害,則細(xì)管內(nèi)的水柱越低. [要點(diǎn)提煉] 1.幾種溫度計(jì)的測量原理 (1)水銀溫度計(jì)是根據(jù)水銀熱脹冷縮的性質(zhì)來測量溫度的. (2)金屬電阻溫度計(jì)是根據(jù)金屬的電阻隨溫度的變化來測量溫度的. (3)氣體溫度計(jì)是根據(jù)氣體壓強(qiáng)與溫

5、度的關(guān)系來測量溫度的. (4)熱電偶溫度計(jì)是根據(jù)不同導(dǎo)體因溫差產(chǎn)生的電動(dòng)勢的大小來測量溫度的. 2.溫標(biāo)要素 第一,選擇某種具有測溫屬性的測溫物質(zhì);第二,了解測溫物質(zhì)隨溫度變化的函數(shù)關(guān)系;第三,確定溫度零點(diǎn)和分度的方法. 3.熱力學(xué)溫度T與攝氏溫度t (1)攝氏溫標(biāo):一種常用的表示溫度的方法,規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點(diǎn)為0 ℃,水的沸點(diǎn)為100 ℃,在0 ℃和100 ℃之間均勻分成100等份,每份算做1 ℃. (2)熱力學(xué)溫標(biāo):現(xiàn)代科學(xué)中常用的表示溫度的方法,熱力學(xué)溫標(biāo)也叫絕對溫標(biāo).熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度叫熱力學(xué)溫度.用符號T表示,單位是開爾文,符號為K. (3)攝氏溫度與熱力學(xué)溫度

6、的關(guān)系為T=t+273.15 K. (4)注意:攝氏溫標(biāo)的1 ℃的分格與熱力學(xué)溫標(biāo)1 K的分格是等價(jià)的,故用熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度和攝氏溫標(biāo)表示的溫度,雖然起點(diǎn)不同,但表示溫度的溫度差是相同的,即ΔT=Δt. [延伸思考] “1 K=1 ℃”對嗎? 答案 在表示溫度差時(shí)“1 K=1 ℃”是正確的,即ΔT=Δt.但在表示溫度高低時(shí)卻不正確. 一、狀態(tài)參量與平衡態(tài) 例1 下列說法中正確的是(  ) A.狀態(tài)參量是描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量,系統(tǒng)處于非平衡狀態(tài)時(shí)各部分的參量不發(fā)生變化 B.當(dāng)系統(tǒng)不受外界影響,且經(jīng)過足夠長的時(shí)間,其內(nèi)部各部分狀態(tài)參量將會(huì)相同 C.只有處于平衡狀態(tài)的系統(tǒng)才有

7、狀態(tài)參量 D.兩物體發(fā)生熱傳遞時(shí),它們組成的系統(tǒng)處于平衡狀態(tài) 解析 處于非平衡狀態(tài)的系統(tǒng)也有狀態(tài)參量,而且參量會(huì)發(fā)生變化.經(jīng)過足夠長的時(shí)間,系統(tǒng)若不受外界影響就會(huì)達(dá)到平衡狀態(tài),各部分狀態(tài)參量將會(huì)相同,故B項(xiàng)正確,A、C項(xiàng)錯(cuò)誤;處于熱傳遞過程中的兩系統(tǒng)處于非平衡狀態(tài),故D項(xiàng)錯(cuò)誤. 答案 B 二、熱平衡與溫度 例2 關(guān)于熱平衡,下列說法正確的是(  ) A.系統(tǒng)甲與系統(tǒng)乙達(dá)到熱平衡就是它們的溫度達(dá)到相同的狀態(tài) B.標(biāo)準(zhǔn)狀況下,冰水混合物與0 C的水未達(dá)到熱平衡 C.量體溫時(shí)溫度計(jì)需和身體接觸十分鐘左右是為了讓溫度計(jì)跟身體達(dá)到熱平衡 D.冷熱程度相同的兩系統(tǒng)處于熱平衡狀態(tài) 解析 

8、兩系統(tǒng)達(dá)到熱平衡時(shí)的標(biāo)志是它們的溫度相同,或者說它們的冷熱程度相同,所以A、C、D對,B錯(cuò). 答案 ACD 三、溫度計(jì)與溫標(biāo) 例3 關(guān)于溫度與溫標(biāo),下列說法正確的是(  ) A.溫度與溫標(biāo)是一回事,所以熱力學(xué)溫標(biāo)也稱為熱力學(xué)溫度 B.攝氏溫度與熱力學(xué)溫度都可以取負(fù)值 C.攝氏溫度升高3 C,在熱力學(xué)溫標(biāo)中溫度升高276.15 K D.熱力學(xué)溫度每一度的大小與攝氏溫度每一度的大小相等 解析 溫標(biāo)是溫度數(shù)值的表示方法,所以溫度與溫標(biāo)是不同的概念,用熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度稱為熱力學(xué)溫度,選項(xiàng)A錯(cuò).攝氏溫度可以取負(fù)值,但是熱力學(xué)溫度不能取負(fù)值,因?yàn)闊崃W(xué)溫度的零點(diǎn)是低溫的極限,故選項(xiàng)B錯(cuò)

9、.攝氏溫度的每一度與熱力學(xué)溫度的每一度的大小相等,選項(xiàng)D正確.攝氏溫度升高3 C,也就是熱力學(xué)溫度升高了3 K,故選項(xiàng)C錯(cuò). 答案 D 針對訓(xùn)練 (1)水的沸點(diǎn)是 ℃= K. (2)絕對零度是 ℃= K. (3)某人體溫是36.5℃,也可以說體溫為 K,此人體溫升高1.5℃,也可以說體溫升高 K. 答案 (1)100 373 (2)-273.15 0 (3)309.5 1.5 1.(狀態(tài)參量與平衡態(tài))下列狀態(tài)中處于平衡態(tài)的是(  ) A.將一金屬塊放在沸水中加熱足夠長的時(shí)間 B.冰水混合物處

10、在0 C環(huán)境中 C.突然被壓縮的氣體 D.開空調(diào)2分鐘內(nèi)教室中的氣體 答案 AB 解析 系統(tǒng)處于平衡態(tài)時(shí),其狀態(tài)參量穩(wěn)定不變.金屬塊放在沸水中加熱足夠長的時(shí)間,冰水混合物在0 C環(huán)境中,其溫度、壓強(qiáng)、體積都不再變化,是平衡態(tài),故A、B對;突然被壓縮的氣體溫度升高,壓強(qiáng)變大,故其不是平衡態(tài),C錯(cuò);開空調(diào)2分鐘內(nèi)教室中的氣體溫度、體積均要變化,故其不是平衡態(tài),D錯(cuò). 2.(熱平衡與溫度)下列說法正確的是(  ) A.兩個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡時(shí),它們一定具有相同的熱量 B.如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡,那么這兩個(gè)系統(tǒng)也必定處于熱平衡 C.溫度是決定兩個(gè)系統(tǒng)是否達(dá)到熱平衡狀態(tài)的唯一

11、物理量 D.熱平衡定律是溫度計(jì)能夠用來測量溫度的基本原理 答案 BCD 解析 處于熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的狀態(tài)參量——溫度,故A項(xiàng)錯(cuò)誤,C項(xiàng)正確;由熱平衡定律可知,若物體與A處于熱平衡,它同時(shí)也與B達(dá)到熱平衡,則A的溫度便等于B的溫度,這也是溫度計(jì)用來測量溫度的基本原理,故B、D兩項(xiàng)也正確.故正確答案為B、C、D. 3.(溫度計(jì)與溫標(biāo))嚴(yán)冬,湖面上結(jié)了厚厚的冰,但冰下魚兒仍在游動(dòng).為了測出冰下水的溫度,徐強(qiáng)同學(xué)在冰上打了一個(gè)洞,拿來一支實(shí)驗(yàn)室溫度計(jì),用下列四種方法測水溫,正確的做法是(  ) A.用線將溫度計(jì)拴牢從洞中放入水里,待較長時(shí)間后從水中提出,讀出示數(shù) B.取一空的塑料飲水

12、瓶,將溫度計(jì)懸吊在瓶中,再將瓶拴住從洞中放入水里,水灌滿瓶后待較長時(shí)間,然后將瓶提出,立即讀出溫度計(jì)的示數(shù) C.若溫度計(jì)顯示的示數(shù)為攝氏溫度4℃,即熱力學(xué)溫度4 K D.若溫度計(jì)顯示的示數(shù)為攝氏溫度4℃,即熱力學(xué)溫度277.15 K 答案 BD 解析 要測量冰下水的溫度,必須使溫度計(jì)與冰下的水達(dá)到熱平衡時(shí),再讀出溫度計(jì)的示數(shù),可隔著冰又沒法直接讀數(shù),把溫度計(jì)取出來,顯示的又不是原熱平衡狀態(tài)下的溫度,所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確.T=t+273.15 K=277.15 K,選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確. 4.(溫度計(jì)與溫標(biāo))下列有關(guān)溫度的說法正確的是(  ) A.用攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)表示溫度是兩種

13、不同的表示方法 B.用兩種溫標(biāo)表示同一溫度的變化時(shí),兩者的數(shù)值相等 C.1 K就是1 ℃ D.當(dāng)溫度變化1 ℃時(shí),也可以說成溫度變化273 K 答案 AB 解析 溫標(biāo)是用來定量描述溫度的方法,常用的溫標(biāo)有攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo),兩種溫標(biāo)表示同一溫度時(shí),數(shù)值不同,但在表示同一溫度變化時(shí),數(shù)值是相同的.若物體的溫度升高1 K,也可以說物體的溫度升高1 ℃,但在表示物體的溫度時(shí),物體的溫度為1 K,而不能說成物體的溫度為1 ℃. 題組一 對狀態(tài)參量與平衡態(tài)的理解 1.熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡態(tài)是一種(  ) A.定態(tài)平衡 B.動(dòng)態(tài)平衡 C.分子已經(jīng)不動(dòng) D.分子仍做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)

14、 答案 BD 解析 熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡是大量分子的平均效果,是動(dòng)態(tài)平衡. 2.在熱學(xué)中,要描述一定氣體的宏觀狀態(tài),需要確定下列哪些物理量(  ) A.每個(gè)氣體分子的運(yùn)動(dòng)速率 B.壓強(qiáng) C.體積 D.溫度 答案 BCD 解析 描述系統(tǒng)的宏觀狀態(tài),其參量是宏觀量,每個(gè)氣體分子的運(yùn)動(dòng)速率是微觀量,不是氣體的宏觀狀態(tài)參量.氣體的壓強(qiáng)、體積和溫度分別是從力學(xué)、幾何學(xué)、熱學(xué)三個(gè)角度對氣體的性質(zhì)進(jìn)行的宏觀描述,是確定氣體宏觀狀態(tài)的三個(gè)狀態(tài)參量.故正確答案為B、C、D. 題組二 對熱平衡與溫度概念的理解 3.甲、乙兩物體接觸時(shí),甲向乙傳遞熱量的原因是(  ) A.甲的質(zhì)量比乙大 B.甲

15、的比熱容比乙大 C.甲的熱量比乙多 D.甲的溫度比乙高 答案 D 解析 熱傳遞發(fā)生的原因是兩物體的溫度不同,本質(zhì)是熱量從高溫物體傳到低溫物體,故D項(xiàng)正確. 4.兩個(gè)原來處于熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng),分開后,由于受外界的影響,其中一個(gè)系統(tǒng)的溫度升高了5 K,另一個(gè)系統(tǒng)的溫度升高了5 ℃,則下列說法正確的是(  ) A.兩個(gè)系統(tǒng)不再是熱平衡狀態(tài) B.兩個(gè)系統(tǒng)此時(shí)仍是熱平衡狀態(tài) C.兩個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)都發(fā)生了變化 D.兩個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)都沒有發(fā)生變化 答案 BC 解析 由于兩個(gè)系統(tǒng)原來處于熱平衡狀態(tài),溫度相同,當(dāng)分別升高5 ℃和5 K后,溫度仍相同,兩個(gè)系統(tǒng)仍為熱平衡狀態(tài),故A錯(cuò)誤,B正確;由

16、于溫度發(fā)生了變化,系統(tǒng)的狀態(tài)也發(fā)生了變化,故C正確,D錯(cuò)誤. 題組三 溫度計(jì)的使用和兩種溫標(biāo)的關(guān)系 5.關(guān)于熱力學(xué)溫度和攝氏溫度,以下說法正確的是(  ) A.熱力學(xué)溫度的單位“K”是國際單位制中的基本單位 B.溫度升高了1 ℃就是升高了1 K C.某物體攝氏溫度10 ℃,即熱力學(xué)溫度10 K D.0 ℃的溫度可用熱力學(xué)溫度粗略地表示為273 K 答案 ABD 6.伽利略在1593年制造了世界上第一個(gè)溫度計(jì)——空氣溫度計(jì),如圖1所示,一個(gè)細(xì)長頸的球形瓶倒插在裝有紅色液體的槽中,細(xì)管中的液面清晰可見,如果不考慮外界大氣壓的變化,就能根據(jù)液面的變化測出溫度的變化,則(  )

17、圖1 A.該溫度計(jì)的測溫物質(zhì)是槽中的液體 B.該溫度計(jì)的測溫物質(zhì)是細(xì)管中的紅色液體 C.該溫度計(jì)的測溫物質(zhì)是球形瓶中的空氣 D.該溫度計(jì)是利用測溫物質(zhì)的熱脹冷縮性質(zhì)制造的 答案 CD 解析 細(xì)管中的紅色液體是用來顯示球形瓶中空氣的體積隨溫度變化情況的,測溫物質(zhì)是球形瓶中封閉的空氣,該溫度計(jì)是利用它的熱脹冷縮的性質(zhì)制造的,故A、B錯(cuò),C、D正確. 7.下列關(guān)于熱力學(xué)溫度的說法中,不正確的是(  ) A.熱力學(xué)溫度的零度是-273.15 ℃ B.熱力學(xué)溫度的每一度的大小和攝氏溫度每一度的大小是相同的 C.絕對零度是低溫的極限,永遠(yuǎn)達(dá)不到 D.1 ℃就是1 K 答案 D 解

18、析 由T=t+273.15 K可知選項(xiàng)A、B說法正確;絕對零度只能無限接近,不能達(dá)到,C項(xiàng)說法正確;表示變化量時(shí),改變1 ℃就是改變1 K,但是表示溫度時(shí),1 ℃與1 K不同,D項(xiàng)說法錯(cuò)誤,故選D. 8.小麗測量燒杯中熱水的溫度時(shí),將熱水倒入另一燒杯中很少一部分,然后如圖2中那樣去測量和讀數(shù),她這樣做被小寧發(fā)現(xiàn)了,小寧指出她的錯(cuò)誤如下,你認(rèn)為小寧找得對的是(  ) 圖2 A.不應(yīng)倒入另一燒杯中,這會(huì)使溫度降低 B.水倒得太少,溫度計(jì)的玻璃泡不能完全浸沒 C.讀數(shù)時(shí),視線應(yīng)該與刻度線相平,而不應(yīng)斜視 D.應(yīng)該將溫度計(jì)取出讀數(shù),而不應(yīng)該放在水里讀 答案 ABC 解析 題中將少量

19、水倒入另一燒杯測量,有兩處錯(cuò)誤:其一,少量水沒能浸沒溫度計(jì)的玻璃泡,達(dá)到熱平衡時(shí)測量的不是水的溫度;其二,少量水倒入另一燒杯,這少量水與另一燒杯又達(dá)到一個(gè)新的熱平衡,溫度已改變,再用溫度計(jì)測量時(shí),測出的是這個(gè)新的熱平衡狀態(tài)的溫度,而不是待測水的溫度.題中C選項(xiàng)讀數(shù)時(shí)的錯(cuò)誤小寧找得對,但是小寧在D選項(xiàng)中要把溫度計(jì)取出來讀數(shù)就不對了.當(dāng)把溫度計(jì)取出來時(shí),在空氣中溫度計(jì)與空氣間存在溫度差,有熱傳遞,會(huì)破壞原來的熱平衡,示數(shù)會(huì)變化. 9.攝氏溫標(biāo):在1954年以前,標(biāo)準(zhǔn)溫度的間隔是用兩個(gè)定點(diǎn)確定的.它們是水在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的沸點(diǎn)(汽化點(diǎn))和冰在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下與飽和空氣的水相平衡時(shí)的熔點(diǎn)(冰點(diǎn)).攝氏溫標(biāo)

20、(以前稱為百分溫標(biāo))是由瑞典物理學(xué)家攝爾修斯設(shè)計(jì)的.如圖3所示,把冰點(diǎn)定為0 ℃,汽化點(diǎn)定為100 ℃,因此在這兩個(gè)固定點(diǎn)之間共為100 ℃,即一百等份,每等份代表1度,用1 ℃表示,用攝氏溫標(biāo)表示的溫度叫做攝氏溫度.攝氏溫標(biāo)用度作單位,常用t表示.熱力學(xué)溫標(biāo)由英國科學(xué)家威廉湯姆遜(開爾文)創(chuàng)立,把-273.15 ℃作為零度的溫標(biāo),叫做熱力學(xué)溫標(biāo)(或絕對溫標(biāo)).熱力學(xué)溫標(biāo)的單位用K表示,常用T表示.試回答: 圖3 (1)熱力學(xué)溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)之間的關(guān)系為: . (2)如果可以粗略地?。?73 ℃為絕對零度.在一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下,冰的熔點(diǎn)為 ℃,即為

21、 K,水的沸點(diǎn)是 ℃,即 K. (3)如果物體的溫度升高1 ℃,那么,物體的溫度將升高 K. 答案 (1)T=t+273.15 K (2)0 273 100 373 (3)1 解析 (1)攝氏溫標(biāo)冰點(diǎn)溫度為0 ℃,汽化點(diǎn)溫度為100 ℃,且用t表示;而熱力學(xué)溫標(biāo)是把-273.15 ℃作為零開爾文的,用T表示,所以熱力學(xué)溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)之間的關(guān)系為T=t+273.15 K. 10.寒冷的冬天,人在室外拿鐵棒和木頭時(shí),感覺到鐵棒明顯比木頭涼,由于表示物體冷熱程度的是溫度,于是有人得出當(dāng)時(shí)“鐵棒比木頭溫度低”的結(jié)論,你認(rèn)為他的結(jié)論對嗎?為什么? 答案 見解析 解析 不對.由于鐵棒和木頭都與周圍的環(huán)境達(dá)到熱平衡,故它們的溫度是一樣的.感覺到鐵棒特別涼,是因?yàn)槿嗽趩挝粫r(shí)間內(nèi)傳遞給鐵棒的熱量比傳遞給木頭的熱量多,所以他的結(jié)論不對. 6EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F3756EDBC3191F2351DD815FF33D4435F375

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