高中人教版物理选修3-3学案：7.4 温度和温标 含答案

晨鸟教育 Earlybird 第四节 温度和温标 【素养目标定位】 ※ 明确热平衡与温度的概念 ※ 理解热力学温度与摄氏温度的关系 ※ 了解温度计的原理 【素养思维脉络】

课前预习反馈 知识点1 状态参量与平衡态 1．热力学系统和外界 (1)热力学系统：在热学中，把某个范围内__大量分子__组成的研究对象叫作热力学系统，简称系统。 (2)外界：系统之外与系统发生__相互作用__的其他物体统称为外界。 2．状态参量 描述系统__热学性质__的物理量，常用物理量有几何参量__体积V__、力学参量__压强p__、热学参量__温度T__。 3．平衡态 没有外界影响的情况下系统所有性质都不随时间__而变化的稳定__的状态。 知识点2 热平衡与温度 1．热平衡 两个相互接触的热力学系统的状态参量__不再变化__。 2．热平衡定律 如果两个系统与第三个系统达到__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 表征热平衡系统的“__共同性质__”的物理量。 4．热平衡的性质 一切达到热平衡的系统都具有相同的__温度__。 知识点3 温度计与温标 晨鸟教育 Earlybird 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 2.温标 温度的数值表示法叫作温标。 (1)摄氏温标：规定标准大气压下__冰水混合物__的温度为0 ℃，__沸水__的温度为100 ℃，在0和100之间分成100等份，每一等份就是1 ℃，这种表示温度的方法即为摄氏温标，表示的温度叫作__摄氏温度__。 (2)热力学温标：规定摄氏温标的__－273.15__ ℃为零值，这种表示温度的方法即为热力学温标。表示的温度叫作热力学温度(T)，单位为开尔文( K)。 (3)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，单位是__摄氏度__，符号为 ℃ ②热力学温度 热力学温标表示的温度，用符号__T__表示，单位是__开尔文__，符号为 K ③换算关系 T＝__t＋273.15_K__ 辨析思考 『判一判』 (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)温度升高了10 ℃也就是升高了10 K。(√) (5)在绝对零度附近分子已停止热运动。(×) (6)物体的温度由本身决定，数值与所选温标无关。(×) 『选一选』 (多选)下列关于热力学温度的说法中，正确的是( ABC ) A．热力学温度的零度是－273.15 ℃，叫绝对零度 B．热力学温度的每一开的大小和摄氏温度的每一度的大小是相同的 C．绝对零度是低温的极限，永远达不到 D．1 ℃就是1 K 解析：热力学温度的零度也叫绝对零度，是－273.15 ℃，绝对零度只能无限接近，不能达到；热力学温度的每一开的大小和摄氏温度每一度的大小是相等的，但不能说1 ℃就是1 K，它们的物理意义是不同的，故选ABC。 晨鸟教育 Earlybird 『想一想』 体温计的测温原理是什么？量完体温后为什么必须甩一下？

答案：体温计利用了热平衡原理；量完体温后，水银不能自动回到液泡，必须用力甩回去。

课内互动探究 探究 平衡态与热平衡 ┃┃思考讨论1__■ 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：处于平衡态。 ┃┃归纳总结__■ 1．平衡态 (1)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，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的状态。 (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，由外界影响，仍可能发生偏离平衡状态的微小变化。 (3)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。 2．热平衡 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，我们就说两个系统达到了热平衡，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。 3．平衡态与热平衡概念的区别 晨鸟教育 Earlybird (1)平衡态不是热平衡，平衡态是对某一系统而言的，热平衡是对两个接触的系统而言的。 (2)分别处于平衡态的两个系统在相互接触时，它们的状态可能会发生变化，直到温度相同时，两系统便达到了热平衡。达到热平衡的两个系统都处于平衡态。 4．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，这个结论称为热平衡定律。 5．热平衡的意义 热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。 特别提醒 (1)热平衡的特征方面：温度是决定一个系统与另一个系统是否达到热平衡状态的物理量。 (2)热平衡的条件方面：达到热平衡的两个系统一定具有相同的温度。 ┃┃典例剖析__■ 典例1 (多选)下列说法正确的是( BCD ) A．两个系统处于热平衡时，它们一定具有相同的热量 B．如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统也必定处于热平衡 C．温度是决定两个系统是否达到热平衡状态的唯一物理量 D．热平衡定律是温度计能够用来测量温度的基本原理 解题指导：处理热平衡问题时，应把握以下两点： (1)发生热交换时，高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量； (2)达到热平衡时，系统一定具有相同的温度，其他参量未必相同。 解析：热平衡的系统都具有相同的状态参量——温度，故A项错误，C项正确；由热平衡定律，若物体与A处于热平衡，它同时也与B达到热平衡，则A的温度便等于B的温度，这也是温度计用来测量温度的基本原理，故B、D项也正确。 ┃┃对点训练__■ 1．(多选)下列状态处于热平衡态的是( AB ) A．将一金属块放在沸水中加热足够长的时间 B．冰水混合物处在0 ℃环境中 C．一个装有气体的密闭绝热容器匀速运动，容器突然停止运动，容器内的气体 D．开空调2分钟内教室内的气体 解析：系统处于热平衡态时，其状态参量稳定不变，金属块放在沸水中加热足够长的时间，冰水混合物在0 ℃环境中，其温度、压强、体积都不再变化，是平衡态，故A、B对；一个装有气体的密闭绝热容器匀速运动突然停止时，容器内气体的温度升高，压强变大，故其晨鸟教育 Earlybird 不是平衡态，C错；开空调2分钟内教室内的气体，温度、体积均要变化，故其不是平衡态，D错。 探究 温度与温标 ┃┃思考讨论2__■ 四季变换，阴晴冷暖，我们每天都会关注天气预报，适当增减衣物。某市某天的天气预报如下：今日天气多云，温度29 ℃～19 ℃。

天气预报中所说的温度用热力学温度表示是多少呢？ 提示：302 K～292 K ┃┃归纳总结__■ 1．“温度”含义的两种说法 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 2.温度计测量原理 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。 3．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 摄氏温标 热力学温标 提出者 摄氏萨斯和施勒默尔 英国物理学家开尔文 零度的规定 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 晨鸟教育 Earlybird 单位名称 摄氏度 开尔文 单位符号 ℃ K

关系 (1)T＝t＋273.15 K，粗略表示：T＝t＋273 K (2)每一开尔文的大小与每一摄氏度的大小相等 特别提醒 (1)温度计的热容量必须很小，与待测物体接触时，几乎不改变待测物体状态。 (2)热力学温度单位(开尔文)是国际单位制中七个基本单位之一。 ┃┃典例剖析__■ 典例2 (多选)下列关于热力学温度的说法中，正确的是( AB ) A．－136 ℃比136 K温度高 B．0 ℃等于273.15 K C．1 ℃就是1 K D．升高1 ℃就是升高273.15 K 解题指导：熟练应用T＝t＋273.15 K是解决有关热力学温度与摄氏温度换算的基础；就分度而言，1 ℃和1 K相当，即ΔT＝Δt。 解析：热力学温度和摄氏温度是表示温度的不同方法，它们最大的区别就是规定的零点不同，但每一度的大小是一样的。根据T＝t＋273.15 K可知－136 ℃＝137.15 K，0 ℃等于273.15 K，A、B正确；由ΔT＝Δt判断C、D错误。 ┃┃对点训练__■ 2．(2020·湖北省部分重点高中高二下学期期中)下列说法中正确的有( B ) A．物体的温度由本身决定，数值与所选温标无关 B．温度升高了1 ℃就是升高了1 K C．摄氏温度与热力学温度都可以取负值 D．－33 ℃与240.15 K表示不同的温度 解析：同一温度，在不同的温标下，数值不同，故A错误；热力学温度T与摄氏温度t的关系是T＝273.15＋t可知：摄氏温度变化1 ℃，热力学温度变化1 K，故B正确；热力学温度只能在零度以上，故C错误；D．热力学温度T与摄氏温度t的关系是T＝273.15＋t当t＝－33 ℃时，T＝240.15 K，故D错误。

核心素养提升 温度计的使用 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