新教材人教版高中物理选择性必修第三册学案设计-温度和温标

1.温度和温标学习目标：1．[物理观念]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。

2.[科学思维]理解平衡态及热平衡定律，掌握摄氏温标与热力学温度的关系，能进行相关的计算，培养学生分析、解决问题的能力。

3.[科学探究]会使用常见的温度计，在使用过程中学会与他人合作交流，提高动脑、动手能力。

4.[科学态度与责任]学会使用温度计时，应客观记录数据，坚持实事求是的科学态度，增强学习物理的热情。

阅读本节教材，回答第19页“问题”并梳理必要的知识点。

教材P19“问题”提示：经过一段时间后，容器内的气体会达到压强处处相等，温度处处相同。

一、状态参量与平衡态1．热力学系统：由大量分子组成的系统。

2．外界：系统之外与系统发生相互作用的其他物体。

3．状态参量：为确定系统的状态所需要的一些量，如：体积、压强、温度等。

4．平衡态：无外界影响，状态参量稳定的状态。

说明：平衡态是状态参量，不是过程量，处于平衡态的系统，状态参量在较长时间内不发生变化。

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，各自的状态参量不再变化了，即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。

3．温度：处于热平衡的系统之间有一“共同热学性质”，即温度。

这就是温度计能够用来测量温度的基本原理。

三、温度计与温标1．温度计名称原理水银温度计根据水银的热膨胀的性质来测量温度金属电阻温度计根据金属铂的电阻随温度的变化来测量温度气体温度计根据气体压强随温度的变化来测量温度热电偶温度计根据不同导体因温差产生电动势的大小来测量温度定量描述温度的方法。

(1)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 ℃刻度与100 ℃刻度之间均匀分成100等份，每一份算作1 ℃。

(2)热力学温标：现代科学中常用的表示温度的方法，热力学温度。

(3)摄氏温度与热力学温度：摄氏温度摄氏温标表示的温度，用符号t表示，单位是摄氏度，符号为℃热力学温标表示的温度，用符号T表示，单位是开尔文，符号为热力学温度K换算关系T＝t＋273.15 K1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)当系统处于平衡态时，系统的温度、压强、体积等都不随时间变化。

(√)(2)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。

(√)(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，热平衡是一种动态平衡。

(√) 2．(多选)下列物体中处于非平衡态的是()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AC[冰水混合物在1 ℃的环境中要吸收热量，温度升高，不是平衡态，A正确；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，达到平衡态，B错误；同理可知D错误；冬天刚打开空调的教室内的气体各部分温度不同，不是平衡态，C正确。

]3．(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．可能C．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BC[只要两个系统的温度相同，两个系统就处于热平衡状态，而与其他参量是否相同无关，故B、C正确。

]状态参量与平衡态如图，将鸡蛋放在沸水中加热足够长的时间，鸡蛋处于平衡态吗？提示：鸡蛋放在沸水中加热足够长的时间其温度、压强、体积都不再变化，是平衡状态。

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，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，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，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，热平衡概念也适用于两个原来没有发生过作用的系统。

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。

【例1】(多选)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，故当系统的状态变化时，其各个状态参量都会改变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达到稳定C．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，它们组成的系统处于非平衡态思路点拨：(1)各个系统都有状态参量。

(2)当处于平衡态时，状态参量不再变化，非平衡时，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，只要其中某个量变化，系统的状态就会发生变化，不一定各个状态参量都发生变化，选项A错误；系统处于平衡态或非平衡态，只是状态参量有无变化，选项C错误；当系统不受外界影响时，系统总要趋于平衡，其内部各部分状态参量趋于稳定，选项B正确；两个物体间发生热传递时，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，选项D正确。

]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，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。

[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()A．开空调2min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．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B[开空调2min内教室内的气体温度要变化，故不是平衡状态，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错误。

本题选B。

]热平衡与温度某工人在拿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度，于是这位工人得出当时“铁棒比木头温度低”的结论，你认为他的结论对吗？请说明理由。

提示：不对。

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。

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。

(1)宏观上①温度的物理意义：表示物体冷热程度的物理量。

②与热平衡的关系：各自处于热平衡状态的两个系统，相互接触时，它们相互之间发生了热量的传递，热量从高温系统传递给低温系统，经过一段时间后两系统温度相同，达到一个新的平衡状态。

(2)微观上①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。

②温度是大量分子热运动的集体表现，是含有统计意义的，对个别分子来说温度是没有意义的。

2．热平衡(1)一切达到热平衡的物体都具有相同的温度。

(2)若物体与A处于热平衡，它同时也与B达到热平衡，则A的温度等于B 的温度，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又叫热力学第零定律，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。

【例2】关于平衡态和热平衡，下列说法中正确的有()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思路点拨：(1)平衡态的各个参量都不变化。

(2)热平衡时必有相等的温度。

B[一般来说，描述系统的状态参量不只一个，根据平衡态的定义知所有性质都不随时间变化，系统才处于平衡态，A错误；根据热平衡的定义知，处于热平衡的两个系统温度相同，B正确，D错误；平衡态是针对某一系统而言的，热平衡是两个系统相互影响的最终结果，C错误。

]热平衡与温度理解的两个误区误区1：误认为只要温度不变，系统就处于平衡态产生误区的原因是没有正确理解平衡态的概念，当系统内包括温度在内的所有状态参量都不随时间变化时，系统才处于平衡态。

误区2：误认为平衡态就是热平衡产生误区的原因是由于不理解热平衡与平衡态的关系，错误地认为处于平衡态的两个物体之间一定会处于热平衡。

其实各自处于平衡态的两个物体温度不一定相同，它们接触后各自的状态会发生变化，直到达到热平衡为止。

[跟进训练]2．下列有关热平衡的说法，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C[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，故C正确；温度相同是热平衡的标志，必须相同，故D错误。

]温度计与温标摄氏温标(以前称为百分温标)是由瑞典天文学家摄尔修斯设计的。

如图所示，在一标准大气压下，把冰点定为0 ℃，汽化点定为100 ℃，因此在这两个固定点之间共为100 ℃，即100等份，每等份代表1摄氏度，用1 ℃表示，用℃标表示的温度叫作摄氏温度，常用t表示。

摄氏温标用摄氏度做单位。

热力学温标由英国科学家威廉·汤姆孙(开尔文)创立，它表示的温度叫热力学温度，常用T表示，用K做单位。

试探究：1．热力学温标与摄氏温标之间的关系是什么？2．如果可以粗略地取－273 ℃为绝对零度，在一标准大气压下，冰的熔点是多少摄氏度，为多少开？水的沸点又是多少摄氏度，为多少开?提示：1．关系式为T＝t＋273.15 K2．冰的熔点为0 ℃，为273 K；水的沸点为100 ℃，即373 K。

宏观角度温度表示物体的冷热程度，这样的定义带有主观性，因为冷热是由人体的感觉器官比较得到的，往往是不准确的热平衡角度温度的严格定义是建立在热平衡定律基础上的。

热平衡定律指出，两个系统相互处于热平衡时，存在一个数值相等的物理量，这个物理量就是温度，这样的定义更具有科学性一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。

使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。

3．温标(1)常见的温标有摄氏温标、华氏温标、热力学温标。