第二章气体、固体和液体第 1 节温度和温标课标解读课标要求素养要求1.知道平衡态及系统的状态参量2.明确温度的概念，知道热平衡定律及其与温度的关系。3.了解温度计的原理，知道热力学温度与摄氏温度的换算关系。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标的关系，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：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。自主学习 必备知识见学用 151 页教材研习教材原句要点一平衡态在没有外界影响的情况下，只要经过足够长的时间，系统内各局部的状态参量能够到达稳定状态。这种状态叫作平衡态。要点二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，各自的状态参量就不再变化了，这说明两个系统到达了平衡。这种平衡叫作热平衡。要点三温度热平衡定律说明，当两个系统?、?处于热平衡时，它们必定具有某个共同的热学性质，我们就把表征这一“共同的热学性质的物理量叫作温度。自主思考只要温度不变，系统就一定处于平衡态，这种说法对吗？答案：提示 不对，当系统内包括温度在内的所有状态参量，即温度、体积和压强都不随时间变化时，系统才处于平衡态。处于平衡态的热力学系统到达稳定状态，系统内的分子一定处于静止或匀速直线运动状态吗？答案：提示 热力学的平衡态是一种动态平衡，系统内的分子仍在不停地做无规那么热运动。用手心握住体温计的玻璃泡，体温计的示数逐渐上升，这是为什么？答案：提示 手心和玻璃泡这两个系统温度不同，相互接触后，系统状态发生改变，直到到达热平衡。处于平衡态的两个系统一定会处于热平衡，这种说法对吗？答案：提示 不对，各自处于平衡态的两个系统温度不一定相同，它们接触后各自的状态会发生变化，直到到达热平衡为止。把一温度计的玻璃泡放入50的热水中时，会看到什么现象？经过一段时间后，二者是否到达热平衡状态？答案：提示 因为开始玻璃泡的温度与水的温度不相同，所以会发现温度计的示数上升，经过一段时间后它们的温度相同，到达了热平衡状态。名师点睛平衡态与热平衡的理解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，直到二者温度相同时，两系统便到达了热平衡。到达热平衡的两个系统都处于平衡态。互动探究 关键能力见学用 151 页探究点一状态参量与平衡态情境探究1.在力学中，为了确定物体运动的状态，我们使用了物体的位移和速度这两个物理量。在热学中如果我们要研究一箱气体的状态，需要哪些物理量呢？答案：提示 需要体积、压强和温度。2.如下图，将鸡蛋放入沸水中加热足够长的时间，鸡蛋处于平衡态吗？答案：提示 鸡蛋放在沸水中加热足够长的时间其状态参量温度、压强、体积都不再变化，是平衡态。探究归纳1.热力学系统的状态参量1体积?：系统的几何参量，它可以确定系统的空间范围；2压强?：系统的力学参量，它可以描述系统的力学性质；3温度?：系统的热学参量，它可以确定系统的冷热程度。2.平衡态的特点：系统处于平衡态时,系统的状态参量温度、压强、体积都不随时间变化。3.平衡态的理解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那么运动，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。3两个系统到达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，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。探究应用例多项选择)以下说法中正确的选项是()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，其内部各局部状态参量将会到达稳定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答案：B;D解析：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，不一定是各个状态参量都发生变化，A项错误；系统处于平衡态或非平衡态都有状态参量，只是状态参量有无变化，C项错误；当系统不受外界影响时，系统总要趋于平衡，其内部各局部状态参量趋于稳定，B项正确；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，D项正确。解题感悟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到达的一种动态平衡。2必须要经过较长一段时间，直到系统内各状态参量都不随时间变化为止。3处于平衡态的系统与外界没有能量的交换。迁移应用1.多项选择)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，以下关于它们后来是否能处于热平衡状态的说法正确的选项是()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答案：B;C解析：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。2.以下关于系统是否处于平衡态的说法正确的选项是()A.开空调 2?min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，空气处于平衡态答案：B解析：开空调 2?min内教室内的气体温度要变化，故不处于平衡态，A项错误；两物体温度不同，接触后高温物体会向低温物体传热，处于非平衡态，B项正确；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，不处于平衡态，C项错误；压缩密闭容器中的空气，受到外界影响，系统状态参量变化，不处于平衡态，D项错误。探究点二热平衡与温度情境探究1.在一个寒冷的冬天，小明同学在室外拿铁棒和木头时，感觉铁棒明显比木头凉，由于表示物体冷热程度的参量是温度，于是小明得出当时“铁棒比木头温度低的结论，你认为他的结论对吗？答案：提示 不对。由于铁棒和木头都与周围的环境到达热平衡,故它们的温度是一样的。感觉铁棒比木头凉，是因为人在单位时间内传递给铁棒的热量比传递给木头的热量多,所以他的结论不对。2.刀剑淬火是制作刀剑的重要过程，如下图，是刀剑刚入水淬火的瞬间，在这一瞬间，刀剑和水组成的系统是否到达热平衡状态？经过一段时间后，是否到达热平衡状态？到达热平衡状态的标志是什么？答案：提示 淬火瞬间由于刀剑的温度高于水的温度，所以没有到达热平衡状态。当经过一段时间后，它们的温度相等，到达了热平衡状态。到达热平衡状态的标志是温度相等。探究归纳1.热平衡1一切到达热平衡的物体系统都具有相同的温度。2假设物体与?到达热平衡，它同时也与?到达热平衡，那么?的温度等于?的温度，这就是温度计用来测量温度的根本原理。2.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。因为处于热平衡的物体具有相同的温度，所以比拟各物体温度时，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，即可比拟各物体温度的上下。3.温度的理解1宏观上温度的物理意义：表示物体冷热程度的物理量。与热平衡的关系：各自处于平衡态的两个系统，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，到达一个新的平衡状态。2微观上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。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。3温度的两种含义宏观角度温度表示物体系统的冷热程度，这样的定义带有主观性，因为冷热是由人体的感觉器官比拟得到的，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根底上的。热平衡定律指出，两个系统处于热平衡时，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探究应用例多项选择有甲、乙、丙三个温度不同的物体，将甲和乙接触很长一段时间后分开，再将乙和丙接触很长一段时间后分开发生了热交换，假设只有在它们相互接触时有热传递，不接触时与外界没有热传递，那么()A.甲、乙、丙三个物体都到达了平衡态B.只有乙、丙到达了平衡态，甲没有到达平衡态C.乙、丙两物体都和甲到达了热平衡D.乙、丙两物体到达了热平衡答案：A;D解析：甲、乙、丙三个物体与外界没有热传递，所以甲、乙、丙三个物体都到达了平衡态，A正确，B错误；甲和乙接触一段时间后分开，甲和乙到达了热平衡，但乙和丙接触一段时间后，乙的温度又发生了变化，甲和乙的热平衡被破坏，乙和丙两物体到达了热平衡，C项错误，D项正确。解题感悟判断系统到达热平衡的两个方法1根据两个相接触的系统的状态参量是否发生变化判断。如果状态参量不发生变化，那么处于热平衡，假设状态参量发生变化那么不处于热平衡。2根据两个系统的温度是否相同判断。如果相同，处于热平衡；如果不相同那么不处于热平衡。迁移应用1.以下有关热平衡的说法，正确的选项是()A.如果两个系统在某时刻处于热平衡状态，那么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异答案：C解析：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项错误；热平衡定律对多个系统也适用，故B项错误；由热平衡的定义可知，C项正确；温度相同是热平衡的标志，必须相同，故D项错误。探究点三温度计与温标情境探究1.摄氏温标是由瑞典天文学家摄尔修斯提出的。在一标准大气压下，把冰的熔点定为0，水的沸点定为 100，在这两个固定点之间共100，均匀分成100 等份，每等份代表1 摄氏度，用 1表示，用表示的温度叫作摄氏温度，常用?表示。摄氏温标的单位为摄氏度。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?表示，单位为 K。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?答案：提示 1关系式为?=?+273.15?K；2冰的熔点为0，为 273?K；水的沸点为 100，即 373?K。探究归纳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。使温度计与待测物体接触，到达热平衡，其温度与待测物体的温度相同。2.温标1温标：如果要定量地描述温度，就必须有一套方法，这套方法就是温标。2摄氏温标和热力学温标的比拟工程摄氏温标热力学温标提出者摄尔修斯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 绝对零度温度名称摄氏温度热力学温度温度符号?单位名称摄氏度开尔文单位符号K关系?=?+273.15?K；粗略表示：?=?+273?K探究应用例多项选择以下关于热力学温标与摄氏温标的说法不正确的选项是()A.热力学温标与摄氏温标的每一分度的大小是相同的B.热力学温标的 0?K 对应于-273.15C.温度升高 3，在热力学温标中温度升高276.15?KD.热力学温标是由摄氏温标导出的答案：C;D解析：由?=?+273.15?K，得知，?=?，即热力学温标温度的变化总等于摄氏温标温度的变化，A项正确；热力学温度与摄氏温度的关系是?=?+273.15?K,可知，当?=0?K时，?=-273.15，B项正确；温度升高3也就是温度升高了3?K，C项错