【同步講義】（人教版2019）高中物理選修第三冊--2.1 溫度和溫標(biāo) 講義

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2.1溫度和溫標(biāo)  基礎(chǔ)導(dǎo)學(xué)要點(diǎn)一、 狀態(tài)參量與平衡態(tài)1．熱力學(xué)系統(tǒng)和外界(1)熱力學(xué)系統(tǒng)：由大量分子組成的研究對象叫作熱力學(xué)系統(tǒng)，簡稱系統(tǒng)。(2)外界：系統(tǒng)之外與系統(tǒng)發(fā)生相互作用的其他物體統(tǒng)稱外界。2．狀態(tài)參量：用來描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量，常用的狀態(tài)參量有體積V、壓強(qiáng)p、溫度T等。3．平衡態(tài)：在沒有外界影響的情況下，系統(tǒng)內(nèi)各部分的狀態(tài)參量達(dá)到的穩(wěn)定狀態(tài)。要點(diǎn)二、 熱平衡與溫度1．熱平衡：兩個(gè)相互接觸的熱力學(xué)系統(tǒng)，經(jīng)過一段時(shí)間，各自的狀態(tài)參量不再變化，說明兩個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了平衡，這種平衡叫作熱平衡。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。3．溫度：熱平衡中，表征“共同的熱學(xué)性質(zhì)”的物理量。4．熱平衡的性質(zhì)：達(dá)到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度。要點(diǎn)三、 溫度計(jì)與溫標(biāo)1．確定一個(gè)溫標(biāo)的方法(1)選擇一種測溫物質(zhì)。(2)了解測溫物質(zhì)用以測溫的某種性質(zhì)。(3)確定溫度的零點(diǎn)和分度的方法。2．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)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)溫度的關(guān)系為T＝t＋273.15 K。 要點(diǎn)突破突破一：平衡態(tài)1．平衡態(tài)的理解(1)熱力學(xué)的平衡態(tài)是一種動態(tài)平衡，組成系統(tǒng)的分子仍在不停地做無規(guī)則運(yùn)動，只是分子運(yùn)動的平均效果不隨時(shí)間變化，表現(xiàn)為系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化，而力學(xué)中的平衡態(tài)是指物體的運(yùn)動狀態(tài)處于靜止或勻速直線運(yùn)動的狀態(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．系統(tǒng)處于平衡態(tài)時(shí)，由于漲落，仍可能發(fā)生偏離平衡狀態(tài)的微小變化．(3)兩個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡后再把它們分開，如果分開后它們都不受外界影響，再把它們重新接觸，它們的狀態(tài)不會發(fā)生新的變化．因此，熱平衡概念也適用于兩個(gè)原來沒有發(fā)生過作用的系統(tǒng)．因此可以說，只要兩個(gè)系統(tǒng)在接觸時(shí)它們的狀態(tài)不發(fā)生變化，我們就說這兩個(gè)系統(tǒng)原來是處于熱平衡的．2．熱平衡定律的意義熱平衡定律又叫熱力學(xué)第零定律，為溫度的測量提供了理論依據(jù)．因?yàn)榛闊崞胶獾奈矬w具有相同的溫度，所以比較各物體溫度時(shí)，不需要將各個(gè)物體直接接觸，只需將作為標(biāo)準(zhǔn)物體的溫度計(jì)分別與各物體接觸，即可比較溫度的高低． 突破一：溫度與溫標(biāo)1．對溫度的理解應(yīng)注意(1)宏觀上，表示物體的冷熱程度．(2)微觀上，反映分子熱運(yùn)動的激烈程度．(3)一切達(dá)到熱平衡的物體都具有相同的溫度．(4)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，這就是溫度計(jì)用來測量溫度的基本原理．2．溫度計(jì)測量原理：一切互為熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度．溫度計(jì)與待測物體接觸，達(dá)到熱平衡，其溫度與待測物體的溫度相同．3．溫標(biāo)(1)常見的溫標(biāo)有攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)．(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)溫度的兩種數(shù)值表示法：攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo) 攝氏溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)提出者攝氏修斯和施勒默爾英國物理學(xué)家開爾文零度的規(guī)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰水混合物的溫度－273.15 ℃溫度名稱攝氏溫度熱力學(xué)溫度溫度符號tT單位名稱攝氏度開爾文單位符號℃K關(guān)系(1)T＝t＋273.15 K，粗略表示：T＝t＋273 K(2)每一開爾文的大小與每一攝氏度的大小相等  典例精析 題型一：對熱平衡的理解例一．（多選）關(guān)于平衡態(tài)和熱平衡，下列說法中正確的是(　　)A．只要溫度不變且處處相等，系統(tǒng)就一定處于平衡態(tài)B．兩個(gè)系統(tǒng)在接觸時(shí)它們的狀態(tài)不發(fā)生變化，這兩個(gè)系統(tǒng)原來的溫度是相同的C．熱平衡就是平衡態(tài)            D．處于熱平衡的幾個(gè)系統(tǒng)的溫度一定相等解析：　一般來說，描述系統(tǒng)的狀態(tài)參量不止一個(gè)，根據(jù)平衡態(tài)的定義可以確定A錯(cuò)．根據(jù)熱平衡的定義可知B和D是正確的．平衡態(tài)是針對某一系統(tǒng)而言的，熱平衡是兩個(gè)系統(tǒng)相互影響的最終結(jié)果，可見C錯(cuò)．正確選項(xiàng)為B、D.答案：　BD【反思總結(jié)】平衡狀態(tài)時(shí)各狀態(tài)參量都保持穩(wěn)定．熱平衡指溫度相同，熱平衡時(shí)，不一定處于平衡態(tài)． 變式遷移1：下列有關(guān)熱平衡的說法正確的是(　　)A．如果兩個(gè)系統(tǒng)在某時(shí)刻處于熱平衡狀態(tài)，則這兩個(gè)系統(tǒng)永遠(yuǎn)處于熱平衡狀態(tài)B．熱平衡定律只能研究三個(gè)系統(tǒng)的問題C．如果兩個(gè)系統(tǒng)彼此接觸而不發(fā)生狀態(tài)參量的變化，且這兩個(gè)系統(tǒng)又不受外界影響，那么這兩個(gè)系統(tǒng)一定處于熱平衡狀態(tài)D．兩個(gè)處于熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，溫度可以有微小差別解析：　          答案：　C   題型二：熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系例二．關(guān)于熱力學(xué)溫度下列說法中正確的是(　　)A．－33 ℃＝240 KB．溫度變化1 ℃，也就是溫度變化1 KC．?dāng)z氏溫度與熱力學(xué)溫度都可能取負(fù)值D．溫度由t ℃升至2t ℃，對應(yīng)的熱力學(xué)溫度升高了273 K＋t思路點(diǎn)撥：　熱力學(xué)溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)是溫度的兩種不同的表示方法，對同一溫度來說，用不同的溫標(biāo)表示數(shù)值不同，這是因?yàn)樗鼈兞阒档倪x取不同，但兩種溫標(biāo)表示的溫差一定相同．解析：　由T＝t＋273 K知，A項(xiàng)正確；由ΔT＝Δt知B項(xiàng)正確；攝氏溫度可取負(fù)值，但熱力學(xué)溫度沒有負(fù)值，C錯(cuò)；溫度由t ℃升高到2t ℃，攝氏溫度升高了t，熱力學(xué)溫度也升高了t，D錯(cuò)．答案為A、B.答案：　AB【反思總結(jié)】解決熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系問題的關(guān)鍵：(1)T＝t＋273.15 K是解決有關(guān)攝氏溫度與熱力學(xué)溫度問題的基礎(chǔ)． (2)溫度變化1 ℃與變化1 K是等效的，即ΔT＝Δt，但ΔT≠Δt＋273.15.(3)絕對零度是低溫的極限，永遠(yuǎn)達(dá)不到，只能接近，故熱力學(xué)溫度不能出現(xiàn)負(fù)值．  變式遷移2：一個(gè)系統(tǒng)的溫度由200 K升高到300 K，另一個(gè)系統(tǒng)的溫度由200 ℃升高到300 ℃，則有關(guān)這兩個(gè)溫度及其變化的說法正確的是(　　)A．它們升高了相同的溫度　　　B．它們升高的溫度不同C．它們后來的溫度相同  D．它們后來的溫度不同解析：　由T＝t＋273.15 K和兩種溫標(biāo)下溫度的變化特點(diǎn)Δt＝ΔT判斷，可知A、D正確．答案：　AD   強(qiáng)化訓(xùn)練一、選擇題1、關(guān)于溫度，下列說法正確的是（　?。?/span>A．?dāng)z氏溫度升高1℃，對應(yīng)的熱力學(xué)溫度升高1KB．溫度由攝氏溫度t升至2t，對應(yīng)的熱力學(xué)溫度便由T升至2TC．天氣預(yù)報(bào)徐州某日的最高氣溫是30℃，對應(yīng)的熱力學(xué)溫度是30KD．?dāng)z氏溫度t與熱力學(xué)溫度T的關(guān)系為t=T+273【答案】A【解析】AD．?dāng)z氏溫度t與熱力學(xué)溫度T的關(guān)系為攝氏溫度升高1℃，對應(yīng)的熱力學(xué)溫度升高1K，故A正確，D錯(cuò)誤；B．溫度由攝氏溫度t升至2t，對應(yīng)的熱力學(xué)溫度便由T升至故B錯(cuò)誤；C．天氣預(yù)報(bào)徐州某日的最高氣溫是30℃，對應(yīng)的熱力學(xué)溫度是故C錯(cuò)誤。故A正確。2、關(guān)于物體的內(nèi)能、溫度和分子的平均動能，下列說法正確的是（　?。?/span>A．溫度低的物體分子平均動能一定小 B．溫度低的物體內(nèi)能一定小C．外界對物體做功時(shí)，物體的內(nèi)能一定增加 D．同一物體，溫度高時(shí)，含有的熱量多【答案】A【解析】A．分子的平均動能只與溫度有關(guān)，A正確。B．內(nèi)能等于分子總動能加分子勢能，而溫度只能決定分子的平均動能，B錯(cuò)誤。C．內(nèi)能的改變與做功和熱傳遞兩個(gè)因素有關(guān)，C錯(cuò)誤。D．熱量是一種傳遞的能量，不能說物體具有熱量，D錯(cuò)誤。故選A。3、氣體初始溫度為27℃，升高了20℃。用熱力學(xué)溫標(biāo)表示，氣體初始溫度為（    ）A．27K，升高了20K B．300K，升高了20KC．27K，升高了293K D．300K，升高了293K【答案】B【解析】用熱力學(xué)溫標(biāo)表示，氣體初始溫度為升高了故ACD錯(cuò)誤，B正確。故選B。4、新型冠狀病毒在世界范圍內(nèi)的肆虐，給人類造成了重大損失。為了減少病毒傳播，人們常用乙醇免洗洗手液（主要成分是酒精）洗手消毒，使用免洗洗手液洗手后，手部能夠很快變干，下列說法正確的是（　?。?/span>A．手部能夠很快變干是酒精分子做布朗運(yùn)動的結(jié)果B．手部能夠很快變干是空氣對流的結(jié)果C．洗手液中的酒精由液體變?yōu)橥瑴囟鹊臍怏w的過程中，分子平均動能不變D．洗手液中的酒精由液體變?yōu)橥瑴囟鹊臍怏w的過程中，分子勢能不變【答案】C【解析】AB．手部能夠很快變干是酒精分子永不停息做無規(guī)則運(yùn)動的結(jié)果，A、B錯(cuò)誤；CD．洗手液中的酒精由液體變?yōu)橥瑴囟鹊臍怏w的過程中，分子平均動能不變，分子勢能變大，C正確，D錯(cuò)誤。故選C。5、下列說法不正確的是（　?。?/span>A．熱平衡定律是溫度計(jì)能夠用來測量溫度的基本原理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)的唯一物理量D．兩個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡時(shí)，它們一定具有相同的熱量【答案】D【解析】AB．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A、B正確；CD．熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的狀態(tài)參量——溫度，故D錯(cuò)誤，C正確。本題選不正確的，故選D。6.氣體初始溫度為27 ℃,升高了20 ℃。用熱力學(xué)溫標(biāo)表示,氣體初始溫度為(　　)A.300 K,升高了20 KB.27 K,升高了20 KC.300 K,升高了293 KD.27 K,升高了293 K解析:攝氏溫度與熱力學(xué)溫度的關(guān)系是T=t+273 K,氣體初始溫度為27 ℃,氣體初始溫度用熱力學(xué)溫標(biāo)表示為T=t+273 K=300 K,溫度升高了Δt=20 ℃=20 K,故A正確,B、C、D錯(cuò)誤。7.如圖所示,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,則下列說法正確的是(　　)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D.該溫度計(jì)的測溫物質(zhì)是球形瓶中的空氣解析: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)是利用空氣的熱脹冷縮的性質(zhì)制造的,故A、B、C錯(cuò)誤,D正確。8.實(shí)驗(yàn)室有一支讀數(shù)不準(zhǔn)確的溫度計(jì),在測冰水混合物的溫度時(shí),其讀數(shù)為20 ℃;在測1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下沸水的溫度時(shí),其讀數(shù)為80 ℃。下面分別是溫度計(jì)示數(shù)為41 ℃時(shí)對應(yīng)的實(shí)際溫度和實(shí)際溫度為 60 ℃ 時(shí)溫度計(jì)的示數(shù),其中正確的是(　　)A.41 ℃,60 ℃ B.21 ℃,40 ℃C.35 ℃,56 ℃ D.35 ℃,36 ℃解析:此溫度計(jì)每一刻度表示的實(shí)際溫度為 ℃= ℃,當(dāng)它的示數(shù)為41 ℃時(shí),它上升的格數(shù)為41-20=21(格),對應(yīng)的實(shí)際溫度應(yīng)為21× ℃=35 ℃;同理,當(dāng)實(shí)際溫度為60 ℃時(shí),此溫度計(jì)應(yīng)從20開始上升格數(shù)為=36(格),它的示數(shù)為36 ℃+20 ℃=56 ℃,所以C正確。9、下列物體中處于熱平衡狀態(tài)的是(　　)A．冰水混合物處在1 ℃的環(huán)境中B．將一鋁塊放入沸水中加熱足夠長的時(shí)間C．冬天剛打開空調(diào)的教室內(nèi)的氣體D．一個(gè)裝有氣體的密閉絕熱容器勻速運(yùn)動，容器突然停止運(yùn)動時(shí)，容器內(nèi)的氣體解析：　冰水混合物在1 ℃的環(huán)境中要吸收熱量，溫度升高，不是熱平衡狀態(tài)，A錯(cuò)誤；當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)經(jīng)足夠長的時(shí)間，系統(tǒng)內(nèi)各部分溫度相等時(shí)，系統(tǒng)就達(dá)到了熱平衡狀態(tài)，B正確；冬天剛打開空調(diào)的教室內(nèi)的氣體各部分溫度不相等，未處于平衡狀態(tài)，C錯(cuò)誤；勻速運(yùn)動的容器突然停止運(yùn)動時(shí)，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)能，容器內(nèi)的氣體分子未達(dá)到平衡態(tài)，D錯(cuò)誤．答案：　B10、關(guān)于平衡態(tài)和熱平衡，下列說法中正確的有(      )A. 只要溫度不變且處處相等，系統(tǒng)就一定處于平衡態(tài)B. 兩個(gè)系統(tǒng)在接觸時(shí)，它們的狀態(tài)不發(fā)生變化，說明這兩個(gè)系統(tǒng)原來的溫度是相同的C. 熱平衡就是平衡態(tài)D. 處于熱平衡的幾個(gè)系統(tǒng)的壓強(qiáng)一定相等答案：解析：一般來說，描述系統(tǒng)的狀態(tài)參量不只一個(gè)，根據(jù)平衡態(tài)的定義知所有狀態(tài)參量都不隨時(shí)間變化，系統(tǒng)才處于平衡態(tài)，錯(cuò)誤；根據(jù)熱平衡的定義知，處于熱平衡的兩個(gè)系統(tǒng)溫度相同，正確，錯(cuò)誤；平衡態(tài)是針對某一系統(tǒng)而言的，熱平衡是兩個(gè)系統(tǒng)相互影響的最終結(jié)果，錯(cuò)誤。