人教版高中物理選擇性必修三 第2章第1節(jié) 溫度和溫標(biāo)教學(xué)設(shè)計(jì)

1、人教版高中物理必修3電勢(shì)能和電勢(shì)教學(xué)設(shè)計(jì)課題 電勢(shì)能和電勢(shì)單元9學(xué)科物理年級(jí)高二教材分析本節(jié)課所采用的教材是人教版高中物理選擇性必修3第2章第1節(jié)的內(nèi)容，在“溫度和溫標(biāo)”這節(jié)中，教科書引入了系統(tǒng)、狀態(tài)參量、熱平衡等一系列概念，并根據(jù)熱平衡來定義溫度。這樣定義溫度，使學(xué)生對(duì)溫度這個(gè)物理量的理解，比初中“冷熱的程度”這一說法深刻了很多，但又和初中的說法是一致的。初中物理學(xué)中學(xué)生知道用溫度計(jì)測(cè)量溫度的操作過程，而現(xiàn)在根據(jù)熱平衡定律，明確了這一操作過程的物理原理。對(duì)許多與溫度有關(guān)的物理現(xiàn)象，現(xiàn)在都可以用新的概念來重新認(rèn)識(shí)。教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)一、教學(xué)目標(biāo)1.知道什么是狀態(tài)，參量什么是平衡態(tài)。2.理解熱平

2、衡的概念及熱平衡定律，體會(huì)生活中的熱平衡現(xiàn)象，了解熱力學(xué)溫度的應(yīng)用。3.理解溫度的意義。二、核心素養(yǎng)物理觀念：通過閱讀、觀察，理解系統(tǒng)、狀態(tài)參量、熱平衡等物理量的意義?？茖W(xué)思維：通過對(duì)知識(shí)的類比，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)現(xiàn)象的歸納能力，對(duì)問題的分析、推理能力。科學(xué)探究：通過閱讀、討論、交流、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生學(xué)會(huì)溫度計(jì)的正確使用方法?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任：利用知識(shí)類比和遷移激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用知識(shí)和對(duì)科學(xué)的求知欲。重點(diǎn)理解掌握熱平衡定律、溫度及意義。難點(diǎn)熱力學(xué)溫標(biāo)以及熱力學(xué)溫度的表示。攝氏溫度與熱力學(xué)溫度的轉(zhuǎn)換關(guān)系教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖導(dǎo)入新課假如一個(gè)容器用擋板K隔開，容器中的氣體被

3、分為A、B兩部分，它們的壓強(qiáng)分別為PA、PB，溫度分別為TA、TB。打開擋板K后，如果容器與外界沒有能量交換，經(jīng)過一段時(shí)間后，容器內(nèi)的氣體會(huì)是什么狀態(tài)？學(xué)生思考討論并回答 引出系統(tǒng)、狀態(tài)參量的概念。講授新課一、狀態(tài)參量與平衡態(tài)1、系統(tǒng)：在物理學(xué)中，通常把研究的對(duì)象稱為系統(tǒng)。 系統(tǒng)之外與系統(tǒng)發(fā)生相互作用的其他物體統(tǒng)稱為外界（或環(huán)境）。在物理學(xué)研究中，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部問題，往往采取“隔離”分析方法，對(duì)系統(tǒng)與外界的相互作用問題，往往采取“整體”分析的方法容器和酒精燈就是外界燒杯中的液體就是系統(tǒng)狀態(tài)參量 ： 描述物質(zhì)系統(tǒng)狀態(tài)的宏觀物理量叫做狀態(tài)參量。物理學(xué)中，需要研究系統(tǒng)的各種性質(zhì)，包括幾何性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、

4、熱學(xué)性質(zhì)、電磁性質(zhì)等等。為了描述系統(tǒng)的狀態(tài)，需要用到一些物理量。確定空間范圍用體積V幾何參量系統(tǒng)間力的作用用壓強(qiáng)P力學(xué)參量確定系統(tǒng)冷熱程度用溫度T熱學(xué)參量3、平衡態(tài)：系統(tǒng)所有宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化時(shí)狀態(tài)稱之為平衡態(tài)由于分子做無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，在這樣的條件下達(dá)到的平衡往往整體平衡局部不平衡，且達(dá)到的平衡態(tài)具有一定的不穩(wěn)定性，存在一定的起伏。這樣的平衡稱為動(dòng)態(tài)平衡。在有外界作用時(shí)，系統(tǒng)中各部分也可能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，但并非為平衡態(tài)。平衡態(tài)對(duì)應(yīng)的是無(wú)外界影響下的狀態(tài)。注意：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。類似于化學(xué)平衡，熱力學(xué)系統(tǒng)達(dá)到的平衡態(tài)也是一種動(dòng)態(tài)平衡。處于平衡態(tài)的系統(tǒng)各

5、處溫度相等，但溫度各處相等的系統(tǒng)未必處于平衡態(tài)。課堂練習(xí)1：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( )每個(gè)氣體分子的運(yùn)動(dòng)速率 B壓強(qiáng)C體積 D溫度 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、溫度分別是從力學(xué)、幾何、熱學(xué)三個(gè)角度對(duì)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)參量顯然B、C、D選項(xiàng)正確 熱平衡與溫度 思考1：當(dāng)物體的狀態(tài)參量不再變化時(shí)，系統(tǒng)處于什么狀態(tài)？1.熱平衡：兩個(gè)系統(tǒng)發(fā)生熱傳遞，最后它們各自的狀態(tài)參量不再變化，達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，也就說明他們已經(jīng)具有了某種共同的性質(zhì)，這時(shí)候我

6、們就說它們達(dá)到了熱平衡狀態(tài)。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(又叫熱力學(xué)第零定律)：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。思考2：處于熱平衡的系統(tǒng)之間有什么共同的宏觀特征？溫度：兩個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡時(shí)，它們具有一個(gè)“共同熱學(xué)性質(zhì)”。我們就把表征這一“共同熱學(xué)性質(zhì)”的物理量定義為溫度。 用酒精燈對(duì)水進(jìn)行加熱。系統(tǒng)達(dá)到熱平衡的宏觀標(biāo)志就是溫度相同，若溫度不同即系統(tǒng)處于非平衡態(tài)，則系統(tǒng)一定存在著熱交換。課堂練習(xí)2：

7、一金屬棒的一端與0冰接觸，另一端與100水接觸，并且保持兩端冰、水的溫度不變問當(dāng)經(jīng)過充分長(zhǎng)時(shí)間后，金屬棒所處的狀態(tài)是否為熱平衡態(tài)?為什么? 解析：因金屬棒一端與0冰接觸，另一端與100水接觸，并且保持兩端冰、水的溫度不變時(shí)，金屬棒兩端溫度始終不相同，雖然金屬棒內(nèi)部溫度分布處于一種從低到高逐漸升高穩(wěn)定狀態(tài)，但其內(nèi)部總存在著沿一定方向的能量交換，所以金屬棒所處的狀態(tài)不是平衡態(tài)。 思考3：你知道常用溫度計(jì)的上的刻度是怎樣劃分的嗎？三、溫度計(jì)與溫標(biāo)1、溫標(biāo)：定量描述溫度的方法稱為溫標(biāo)。 （1）溫標(biāo)的建立包含三個(gè)要素：選擇溫度計(jì)中用于測(cè)量溫度的物質(zhì)，即測(cè)溫物質(zhì)；對(duì)測(cè)溫物質(zhì)的測(cè)溫屬性隨溫度變化規(guī)律的定量關(guān)

8、系作出某種規(guī)定；確定固定點(diǎn)即溫度的零點(diǎn)和分度方法。（2）兩種溫標(biāo)：攝氏溫標(biāo)：一種常用的表示溫度的方法，這種溫標(biāo)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，每份算作1。熱力學(xué)溫標(biāo)：現(xiàn)代科學(xué)中常用的表示溫度的方法，這種溫標(biāo)規(guī)定攝氏溫度的273.15為零值。2、攝氏溫度與熱力學(xué)溫度： (1)攝氏溫度：用攝氏溫標(biāo)表示的溫度叫做熱力學(xué)溫度，用符號(hào)t表示。單位：攝氏度，符號(hào)為。 (2)熱力學(xué)溫度：用熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度叫做熱力學(xué)溫度，它是國(guó)際單位制中七個(gè)基本物理量之一。用符號(hào)T表示 。單位：開爾文，簡(jiǎn)稱開，符號(hào)為K。(3) 攝氏溫度t與熱力學(xué)溫度T的換算關(guān)系： Tt

9、+273.15（K）注意：攝氏溫標(biāo)的單位“”是溫度的常用單位，但不是國(guó)際制單位，溫度的國(guó)際制單位是開爾文，符號(hào)為K。在今后各種相關(guān)熱力學(xué)計(jì)算中，一定要牢記將溫度單位轉(zhuǎn)換為熱力學(xué)溫度即開爾文； 由Tt+273.15 K可知，物體溫度變化1與變化1 K的變化量是等同的，但物體所處狀態(tài)為1與1 K是相隔甚遠(yuǎn)的。課堂練習(xí)3關(guān)于熱力學(xué)溫度和攝氏溫度，以下說法中正確的是( )A熱力學(xué)溫度的單位“K”是國(guó)際單位制中個(gè)基本單位之一B溫度升高了1就是升高了1KC物體的溫度由本身決定，數(shù)值與所選溫標(biāo)無(wú)關(guān)D0 的溫度可用熱力學(xué)溫度粗略地表示為273K解析：ABD四、拓展提高常見溫度計(jì)的測(cè)溫原理水銀溫度計(jì)：根據(jù)水銀的

10、熱膨脹性質(zhì)來測(cè)量溫度的。金屬電阻溫度計(jì)：根據(jù)鉑的電阻隨溫度的變化來測(cè)量溫度的。氣體溫度計(jì)：根據(jù)氣體的壓強(qiáng)隨溫度的變化來測(cè)量溫度的。熱電偶溫度計(jì)：根據(jù)不同導(dǎo)體因溫差產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的大小來測(cè)量溫度的。課堂練習(xí)1(溫標(biāo)和溫度)(多選)下列關(guān)于溫度的說法正確的是()A水銀溫度計(jì)是根據(jù)水銀熱脹冷縮的性質(zhì)制造的B水的沸點(diǎn)為100 ，用熱力學(xué)溫度表示即為373.15 KC水從0 升高到100 ，用熱力學(xué)溫度表示即為從273.15 K升高到373.15 KD水從0 升高到100 ，用熱力學(xué)溫度表示就是升高了373.15 K解析：ABC 由Tt+273.15 K可知，物體溫度變化1與變化1 K的變化量是等同的，但物

11、體所處狀態(tài)為1與1 K是相隔甚遠(yuǎn)的。、課堂練習(xí)2下列說法中正確的是( )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)分別于第三個(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熱平衡定律是溫度計(jì)能夠用來測(cè)量溫度的基本原理答案：BCD 課堂練習(xí)3(多選)下列關(guān)于熱力學(xué)溫度的說法中，正確的是()A熱力學(xué)溫度的零度是273.15 ，叫絕對(duì)零度B熱力學(xué)溫度的每一開的大小和攝氏溫度的每一度的大小是相同的C絕對(duì)零度是低溫的極限，永遠(yuǎn)達(dá)不到D1 就是1 K解析：ABC熱力學(xué)溫度的零度也叫絕對(duì)零度，是273.15 ，絕對(duì)零度只能無(wú)限接近，不能達(dá)

12、到；熱力學(xué)溫度的每一開的大小和攝氏溫度每一度的大小是相等的，但不能說1 就是1 K，它們的物理意義是不同的，故選ABC。課堂練習(xí)4(多選)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)的唯一物理量D熱平衡定律是溫度計(jì)能夠用來測(cè)量溫度的基本原理解析：BCD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，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(cè)量溫度的基本原理，故B、D項(xiàng)也正確。課堂練習(xí)5(多選

13、)下列狀態(tài)處于熱平衡態(tài)的是()A將一金屬塊放在沸水中加熱足夠長(zhǎng)的時(shí)間B冰水混合物處在0 環(huán)境中C一個(gè)裝有氣體的密閉絕熱容器勻速運(yùn)動(dòng)，容器突然停止運(yùn)動(dòng)，容器內(nèi)的氣體D開空調(diào)2分鐘內(nèi)教室內(nèi)的氣體解析：AB系統(tǒng)處于熱平衡態(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(zhǎng)的時(shí)間，冰水混合物在0 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(duì)；一個(gè)裝有氣體的密閉絕熱容器勻速運(yùn)動(dòng)突然停止時(shí)，容器內(nèi)氣體的溫度升高，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)教室內(nèi)的氣體，溫度、體積均要變化，故其不是平衡態(tài)，D錯(cuò)。體會(huì)什么是系統(tǒng)，并列舉相關(guān)“系統(tǒng)”的例子。理解什么叫狀態(tài)參量，列舉原來講過的狀態(tài)

14、量，理解平衡態(tài)的概念，知道平衡態(tài)是一中理想情況，類比化學(xué)中的化學(xué)平衡。感受什么是狀態(tài)參量。思考，討論，系統(tǒng)熱平衡的宏觀特征是什么。學(xué)生閱讀熱平衡定律的內(nèi)容，類比數(shù)學(xué)中平行線的原理。觀察現(xiàn)象：最后沸騰后，水的溫度不再升高，水銀溫度計(jì)的溫度也不再升高，此時(shí)兩個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡思考問題，并作出解釋。學(xué)生思考討論并回答思考攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)的概念和區(qū)別學(xué)生計(jì)算溫標(biāo)的換算了解多種溫度計(jì)的測(cè)溫原理。強(qiáng)化理解溫度計(jì)的原理讓學(xué)生更好的理解什么是系統(tǒng)。提高學(xué)生的類比能力，更好的理解新知識(shí)。讓學(xué)生理解氣體的壓強(qiáng)、體積、溫度分別是從力學(xué)、幾何、熱學(xué)三個(gè)角度對(duì)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。讓理解熱平衡的概念，初步感受溫度是表征系統(tǒng)熱平衡的宏觀特征。加強(qiáng)學(xué)生對(duì)熱平衡定律內(nèi)容的理解，為下一步引出溫度做鋪墊。溫度是系統(tǒng)的熱學(xué)性質(zhì)，不再是初中簡(jiǎn)單的“表示物體冷熱程度的物理量”。讓學(xué)生通過練習(xí)更好的理解什么是平衡態(tài)以及溫度是標(biāo)志一個(gè)物體與其他物體理解兩種溫標(biāo)，知道生活中的溫標(biāo)與熱力學(xué)溫標(biāo)的不同。讓學(xué)生會(huì)進(jìn)行攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)