物理人教版選修3-3導(dǎo)學(xué)案第七章第4節(jié)溫度和溫標(biāo)

4溫度和溫標(biāo)內(nèi)容要求狀態(tài)參量與平衡態(tài)知道什么是狀態(tài)參量，什么是平衡態(tài)。熱平衡與溫度理解熱平衡的概念及熱平衡定律，體會(huì)生活中的熱平衡現(xiàn)象；理解溫度的意義，掌握溫度的定義，了解熱力學(xué)溫度的應(yīng)用。溫度計(jì)與溫標(biāo)知道常見(jiàn)溫度計(jì)的構(gòu)造，會(huì)使用常見(jiàn)的溫度計(jì)；知道什么是溫標(biāo)，理解攝氏溫度與熱力學(xué)溫度的轉(zhuǎn)換關(guān)系。2008年春節(jié)前夕，我國(guó)南方遭遇了幾十年一遇的特大雪災(zāi)，很多地方交通阻斷，電力遭到嚴(yán)重破壞。大雪中，電力工人冒著嚴(yán)寒搶修電路，某工人在找鐵棒和木頭時(shí)，感覺(jué)到鐵棒明顯比木頭涼，由于表示物體冷熱程度的物理量是溫度，于是這位工人得出當(dāng)時(shí)“鐵棒比木頭溫度低”的結(jié)論，你認(rèn)為他的結(jié)論對(duì)嗎？提示：不對(duì)。由于鐵棒和木頭都與周圍的環(huán)境達(dá)到熱平衡，故它們的溫度是一樣的。之所以感覺(jué)到鐵棒特別涼，是因?yàn)檫@位工人在單位時(shí)間內(nèi)傳遞給鐵棒的熱量比較多的緣故。一、狀態(tài)參量與平衡態(tài)1．熱力學(xué)系統(tǒng)：在熱學(xué)中，通常把__________稱為系統(tǒng)。2．外界：系統(tǒng)之外與系統(tǒng)發(fā)生相互作用的__________統(tǒng)稱外界。3．狀態(tài)參量：在熱學(xué)中，為確定系統(tǒng)的狀態(tài)所需要的________叫做系統(tǒng)的狀態(tài)參量。例如：為了確定系統(tǒng)的空間范圍，要用到________；為了確定外界與系統(tǒng)之間或系統(tǒng)內(nèi)部各部分之間力的作用，要用到________；而要確定系統(tǒng)的冷熱程度，要用到________。4．平衡態(tài)：在沒(méi)有______影響的情況下，無(wú)論其初始狀態(tài)如何，只要經(jīng)過(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，系統(tǒng)內(nèi)各部分的狀態(tài)參量能夠達(dá)到______，這種情況下就說(shuō)系統(tǒng)達(dá)到了平衡態(tài)。思考1：一根長(zhǎng)鐵絲，一端插入100℃的沸水中，另一端放入0二、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(guò)一段時(shí)間以后，這兩個(gè)系統(tǒng)的__________都不再變化，我們說(shuō)這兩個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了熱平衡。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________，那么這兩個(gè)系統(tǒng)彼此之間也必然處于________，這個(gè)結(jié)論稱為熱平衡定律，它又叫____________定律。3．溫度：兩個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡時(shí)，它們具有一個(gè)“共同____________”，我們把表征這一“共同__________”的物理量叫做溫度。一切達(dá)到________的系統(tǒng)都具有相同的溫度。思考2：平衡態(tài)與熱平衡是一回事嗎？三、溫度計(jì)與溫標(biāo)1．常見(jiàn)溫度計(jì)的測(cè)溫原理名稱原理水銀溫度計(jì)根據(jù)水銀的________的性質(zhì)來(lái)測(cè)量溫度金屬電阻溫度計(jì)根據(jù)鉑的______隨溫度的變化來(lái)測(cè)量溫度氣體溫度計(jì)根據(jù)氣體的______隨溫度的變化來(lái)測(cè)量溫度熱電偶溫度計(jì)根據(jù)不同導(dǎo)體因______產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的大小來(lái)測(cè)量溫度(1)定義：______描述溫度的方法稱為溫標(biāo)。(2)兩種溫標(biāo)①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_(kāi)___℃，水的沸點(diǎn)為_(kāi)_____℃。在0℃和100℃之間均勻分成______等份，每份為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，這種溫標(biāo)規(guī)定攝氏溫度的________℃為零值。(3)攝氏溫度與熱力學(xué)溫度①攝氏溫度：用______溫標(biāo)表示的溫度，用符號(hào)____表示，單位是________，用符號(hào)______表示。②熱力學(xué)溫度：用________溫標(biāo)表示的溫度，它是國(guó)際單位制中七個(gè)______物理量之一，用符號(hào)____表示，單位是________，簡(jiǎn)稱____，符號(hào)為_(kāi)_____。③換算關(guān)系：T＝____________。思考3：“在新疆某些地區(qū)，夏季晝夜溫差達(dá)15℃”“在我國(guó)東部沿海地區(qū)，秋、冬兩季最高氣溫相差15K”答案：一、2．其他物體3．物理量體積V壓強(qiáng)p溫度T4．外界穩(wěn)定思考1提示：不是，只是一種穩(wěn)定狀態(tài)，因?yàn)榇嬖谕庠谝蛩氐挠绊?。二?．熱平衡熱平衡熱力學(xué)第零3．熱學(xué)性質(zhì)熱學(xué)性質(zhì)熱平衡思考2提示：不是。平衡態(tài)是對(duì)某一系統(tǒng)而言的，而熱平衡是對(duì)兩個(gè)相互接觸的系統(tǒng)而言的。分別處于平衡態(tài)的兩個(gè)系統(tǒng)在相互接觸時(shí)，它們的狀態(tài)可能會(huì)發(fā)生變化，直到溫度相同時(shí)，兩系統(tǒng)便達(dá)到了熱平衡，此時(shí)的兩個(gè)系統(tǒng)都處于平衡態(tài)。三、電阻壓強(qiáng)溫差2．(1)定量(2)0100100－(3)攝氏t攝氏度℃熱力學(xué)基本T開(kāi)爾文開(kāi)Kt＋K思考3提示：一樣大。因?yàn)橛脽崃W(xué)溫度和攝氏溫度表示溫度變化時(shí)，每變化1℃和每變化1一、對(duì)平衡態(tài)與熱平衡的理解1．平衡態(tài)是一個(gè)系統(tǒng)所處的狀態(tài)，在該狀態(tài)下系統(tǒng)的所有狀態(tài)參量(如溫度、壓強(qiáng)等)不再發(fā)生變化。而熱平衡是兩個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了相同的溫度，溫度是判斷兩系統(tǒng)是否達(dá)到熱平衡的唯一參量。2．平衡態(tài)不是熱平衡，平衡態(tài)是對(duì)某一系統(tǒng)而言的，熱平衡是對(duì)兩個(gè)接觸的系統(tǒng)而言的。3．分別處于平衡態(tài)的兩個(gè)系統(tǒng)在相互接觸時(shí)，它們的狀態(tài)可能會(huì)發(fā)生變化，直到溫度相同時(shí)，兩系統(tǒng)便達(dá)到了熱平衡。達(dá)到熱平衡的兩個(gè)系統(tǒng)都處于平衡態(tài)。熱力學(xué)的平衡態(tài)是一種動(dòng)態(tài)平衡，組成系統(tǒng)的分子仍在不停地做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，只是分子運(yùn)動(dòng)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(dòng)狀態(tài)處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。二、對(duì)溫度與溫標(biāo)的理解1．“溫度”含義的兩種說(shuō)法溫度表示物體的冷熱程度，這樣的定義帶有主觀性，因?yàn)槔錈崾怯扇梭w的感覺(jué)器官比較得到的，往往是不準(zhǔn)確的。溫度的嚴(yán)格定義是建立在熱平衡定律基礎(chǔ)上的。熱平衡定律指出，兩個(gè)物體相互處于熱平衡時(shí)，存在某個(gè)共同的熱學(xué)性質(zhì)，這一“共同熱學(xué)性質(zhì)”就是溫度，這樣的定義更具有科學(xué)性。2．溫度計(jì)測(cè)溫原理：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(cè)物體接觸，達(dá)到熱平衡，其溫度與待測(cè)物體的溫度相同。3．溫標(biāo)(1)常見(jiàn)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(cè)溫屬性的測(cè)溫物質(zhì)；第二，了解測(cè)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。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)提出者攝爾修斯英國(guó)物理學(xué)家開(kāi)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(hào)tT單位名稱攝氏度開(kāi)爾文單位符號(hào)℃K關(guān)系(1)T＝t＋273.15K，粗略表示：T＝t＋273K(2)每一開(kāi)爾文的大小與每一攝氏度的大小相等(1)溫度計(jì)的熱容量必須很小，與待測(cè)物體接觸時(shí)，幾乎不改變待測(cè)物體狀態(tài)。(2)熱力學(xué)溫度單位“開(kāi)爾文”是國(guó)際單位制中七個(gè)基本單位之一。類型一熱平衡與溫度【例1】下列說(shuō)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)分別與第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，那么兩個(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(lái)測(cè)量溫度的基本原理點(diǎn)撥：溫度是決定一個(gè)系統(tǒng)與另一個(gè)系統(tǒng)是否達(dá)到熱平衡狀態(tài)的物理量。反之，達(dá)到熱平衡的兩個(gè)系統(tǒng)一定具有相同的溫度。解析：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(lái)測(cè)量溫度的基本原理，故B、D項(xiàng)也正確。答案：BCD題后反思：對(duì)于熱平衡的理解要從兩個(gè)層面展開(kāi)，一是原來(lái)兩個(gè)系統(tǒng)不是熱平衡，接觸后最終達(dá)到熱平衡，一是原來(lái)兩個(gè)系統(tǒng)已經(jīng)處于熱平衡，再接觸，兩個(gè)系統(tǒng)不發(fā)生變化。初學(xué)者往往認(rèn)為只有兩個(gè)系統(tǒng)接觸時(shí)才會(huì)有熱平衡。實(shí)際上接觸只是可以“檢驗(yàn)”兩個(gè)系統(tǒng)是否處于熱平衡而已。類型二熱力學(xué)溫度與攝氏溫度【例2】(2011·日照高二檢測(cè))關(guān)于熱力學(xué)溫度和攝氏溫度，下列說(shuō)法中正確的是()。A．某物體攝氏溫度為10℃B．熱力學(xué)溫度升高1K等于攝氏溫度升高1C．?dāng)z氏溫度升高10℃D．熱力學(xué)溫度和攝氏溫度的溫標(biāo)不同，兩者表示的溫度無(wú)法比較點(diǎn)撥：熱力學(xué)溫度與攝氏溫度在表示溫差時(shí)，1K＝1℃，而在表示溫度時(shí)卻不相等，即ΔT＝Δt，但T≠解析：熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系T＝t＋273.15K，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤；對(duì)于T＝t＋273.15K，有許多同學(xué)錯(cuò)誤地認(rèn)為可變形為ΔT＝Δt＋273.15K，而錯(cuò)誤地選擇選項(xiàng)C，實(shí)際上ΔT＝T2－T1＝t2－t1＝Δt，即用攝氏溫度表示的溫差等于用熱力學(xué)溫度表示的溫差，所以選項(xiàng)B正確，C、D錯(cuò)誤。答案：B題后反思：溫標(biāo)是溫度的表示方法，熱力學(xué)溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)是不同的表示方法，但兩者表示的溫度既可以比較也可以換算。它們之間的關(guān)系式為T＝t＋273.15K，并且溫度變化相等，關(guān)系式為ΔT＝Δt。1．關(guān)于熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的說(shuō)法中，正確的是()。A．?dāng)z氏溫度升高了10℃B．?dāng)z氏溫度升高了10℃C．隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，絕對(duì)零度是可以達(dá)到的D．?dāng)z氏溫標(biāo)的零度與熱力學(xué)溫標(biāo)的零度相同2．(2011·合肥高二檢測(cè))目前世界上最大的強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)在法國(guó)和瑞士的邊境建成，并投入使用。加速器工作時(shí)，需要注入約1萬(wàn)噸液氮對(duì)電路進(jìn)行冷卻，冷卻的最低溫度可達(dá)到零下271攝氏度，該溫度用熱力學(xué)溫標(biāo)(取T＝t＋273K)可表示為()。A．2K B．271K C．4K D．0.1K3．關(guān)于熱力學(xué)溫度和攝氏溫度，以下說(shuō)法中正確的是()。A．熱力學(xué)溫度的單位“K”是國(guó)際單位制中的基本單位之一B．溫度升高了1℃C．物體的溫度由本身決定，數(shù)值與所選溫標(biāo)無(wú)關(guān)D．0℃4．你知道1℃攝氏溫標(biāo)：在1954年以前，標(biāo)準(zhǔn)溫度的間隔是用兩個(gè)定點(diǎn)確定的。它們是水在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的沸點(diǎn)(汽化點(diǎn))和冰在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下與空氣飽和的水相平衡時(shí)的熔點(diǎn)(冰點(diǎn))。攝氏溫標(biāo)(以前稱為百分溫標(biāo))是由瑞典天文學(xué)家A·攝爾修斯設(shè)計(jì)的。如圖所示，以冰點(diǎn)定作0℃，汽化點(diǎn)定作100℃，因此在這兩個(gè)固定點(diǎn)之間共為100℃，即一百等份，每等份代表1度，用1熱力學(xué)溫標(biāo)由英國(guó)科學(xué)家開(kāi)爾文創(chuàng)立，把-273.15℃作試回答：(1)熱力學(xué)溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)之間的關(guān)系為：______。(2)如果可以粗略地?。?73℃為絕對(duì)零度，在一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，冰的熔點(diǎn)為_(kāi)_____℃，即為_(kāi)_____K；水的沸點(diǎn)是______℃(3)如果物體的溫度升高1℃答案：1．B攝氏溫標(biāo)與熱力學(xué)溫標(biāo)的零點(diǎn)不同，但溫差是相同的，在現(xiàn)有的知識(shí)體系中，絕對(duì)零度是低溫的極限，是不可能達(dá)到的，故選項(xiàng)A、C、D錯(cuò)誤。2．A由熱力學(xué)溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)之間的關(guān)系可知，T＝t＋273K＝(－271＋273)K＝2K3．ABD熱力學(xué)溫度“K”是國(guó)際單位制中七個(gè)基本物理量之一，其單位稱為基本單位，A項(xiàng)正確；用攝氏溫標(biāo)與熱力學(xué)溫標(biāo)表示同一物體的溫度數(shù)值不同，必有T＝tK，可知C項(xiàng)錯(cuò)誤，D正確；兩種溫標(biāo)