人教版高中物理選修3-3第七章分子動(dòng)理論第4講

第4講溫度和溫標(biāo)[目標(biāo)定位]1.知道平衡態(tài)、熱平衡的定義．2.明確溫度的定義及判斷系統(tǒng)處于熱平衡的條件．3.能區(qū)分?jǐn)z氏溫度與熱力學(xué)溫度，記住它們之間的關(guān)系．一、平衡態(tài)和狀態(tài)參量1．系統(tǒng)：在物理學(xué)中，通常把研究對(duì)象稱(chēng)為系統(tǒng)．2．狀態(tài)參量：用來(lái)描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量，叫做系統(tǒng)的狀態(tài)參量．3．平衡態(tài)：系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不再隨時(shí)間變化，這種情況就說(shuō)系統(tǒng)達(dá)到了平衡態(tài)．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)，最后系統(tǒng)的狀態(tài)參量都不再改變，這時(shí)兩個(gè)系統(tǒng)具有“共同性質(zhì)”，我們就說(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(chēng)為熱平衡定律，也叫熱力學(xué)第零定律．3．溫度：熱平衡中具有的“共同的熱學(xué)性質(zhì)”叫做溫度．三、溫度計(jì)與溫標(biāo)1．?dāng)z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)也叫絕對(duì)溫標(biāo)．熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度叫熱力學(xué)溫度．用符號(hào)T表示，單位是開(kāi)爾文，符號(hào)為K.3．?dāng)z氏溫度與熱力學(xué)溫度的關(guān)系為T(mén)＝t＋273.15_K.一、熱平衡與平衡態(tài)的理解1．平衡態(tài)(1)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．(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．2．一切達(dá)到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度．例1下列說(shuō)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(lái)測(cè)量溫度的基本原理答案BCD解析熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的狀態(tài)參量——溫度，故A錯(cuò)誤、C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)正確．針對(duì)訓(xùn)練關(guān)于平衡態(tài)和熱平衡，下列說(shuō)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，這兩個(gè)系統(tǒng)原來(lái)的溫度是相等的C．熱平衡就是平衡態(tài)D．處于熱平衡的兩個(gè)系統(tǒng)的溫度一定相等答案BD解析一般來(lái)說(shuō)，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(duì)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(jiàn)C錯(cuò)．正確選項(xiàng)為B、D.二、溫度和溫標(biāo)1．“溫度”含義的兩種說(shuō)法(1)宏觀角度：表示物體的冷熱程度．(2)熱平衡角度：兩個(gè)處于熱平衡的系統(tǒng)存在一個(gè)數(shù)值相等的物理量，這個(gè)物理量就是溫度．2．溫度計(jì)測(cè)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(cè)物體接觸，達(dá)到熱平衡，其溫度與待測(cè)物體相同．3．熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系(1)T＝t＋273.15K(2)ΔT＝Δt例2下列關(guān)于熱力學(xué)溫度的說(shuō)法中正確的是()A．－33℃B．溫度變化1℃C．?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(duì)應(yīng)的熱力學(xué)溫度升高了t＋273K答案AB解析本題主要考查熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系：T＝t＋273K，由此可知：－33℃＝240K，故A、B選項(xiàng)正確；D中初態(tài)熱力學(xué)溫度為t＋273K，末態(tài)為2t＋273K，溫度升高了tK，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤；對(duì)于攝氏溫度可取負(fù)值的范圍為0～－273針對(duì)訓(xùn)練關(guān)于熱力學(xué)溫度和攝氏溫度，以下說(shuō)法正確的是()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℃答案ABD熱平衡與平衡態(tài)1．如果一個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了平衡態(tài)，那么這個(gè)系統(tǒng)各處的()A．溫度、壓強(qiáng)、體積都必須達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)不再變化B．溫度一定達(dá)到了某一穩(wěn)定值，但壓強(qiáng)和體積仍是可以變化的C．溫度一定達(dá)到了某一穩(wěn)定值，并且分子不再運(yùn)動(dòng)，達(dá)到了“凝固”狀態(tài)D．溫度、壓強(qiáng)就會(huì)變得一樣，但體積仍可變化答案A解析如果一個(gè)系統(tǒng)達(dá)到了平衡態(tài)，系統(tǒng)內(nèi)各部分的狀態(tài)參量如溫度、壓強(qiáng)和體積等不再隨時(shí)間發(fā)生變化．溫度達(dá)到穩(wěn)定值，分子仍然是運(yùn)動(dòng)的，不可能達(dá)到所謂的“凝固”狀態(tài)．2．兩個(gè)原來(lái)處于熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，分開(kāi)后，由于受外界的影響，其中一個(gè)系統(tǒng)的溫度升高了5K，另一個(gè)系統(tǒng)的溫度升高了5℃A．兩個(gè)系統(tǒng)不再是熱平衡狀態(tài)B．兩個(gè)系統(tǒng)此時(shí)仍是熱平衡狀態(tài)C．兩個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)都發(fā)生了變化D．兩個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)都沒(méi)有發(fā)生變化答案BC解析由于兩個(gè)系統(tǒng)原來(lái)處于熱平衡狀態(tài)，溫度相同，當(dāng)分別升高5℃溫標(biāo)與溫度3．下列關(guān)于熱力學(xué)溫度的說(shuō)法中，不正確的是()A．熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的每一度的大小是相同的B．熱力學(xué)溫度的零度等于－273.15C．熱力學(xué)溫度的零度是不可能達(dá)到的D．氣體溫度趨近于絕對(duì)零度時(shí)，其體積趨近于零答案D解析熱力學(xué)溫度的0K是攝氏溫度的－273.15℃，因此B正確；每升高(或降低)1K等價(jià)于升高(或降低)14．(2014·南京)下列有關(guān)溫度的說(shuō)法正確的是()A．用攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)表示溫度是兩種不同的表示方法B．用兩種溫度表示溫度的變化時(shí)，兩者的數(shù)值相等C．1K就是1D．當(dāng)溫度變化1℃答案AB解析溫標(biāo)是用來(lái)定量描述溫度的方法，常用的溫標(biāo)有攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)，兩種溫標(biāo)表示同一溫度時(shí)，數(shù)值不同，但在表示同一溫度變化時(shí)，數(shù)值是相同的．若物體的溫度升高1K，也可以說(shuō)物體的溫度升高1℃，但在表示物體的溫度時(shí)，物體的溫度為1K，而不能說(shuō)成物體的溫度為1(時(shí)間：60分鐘)題組一平衡態(tài)與熱平衡1．下列狀態(tài)中處于熱平衡態(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℃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(kāi)空調(diào)2分鐘內(nèi)教室內(nèi)的氣體答案AB解析系統(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℃2．有關(guān)熱平衡的說(shuō)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(wèn)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，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)，溫度可以有微小的差別答案C解析本題考查的知識(shí)點(diǎn)是熱平衡．處于熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng)，如果受到外界的影響，狀態(tài)參量會(huì)隨之變化，溫度也會(huì)變化，故A錯(cuò)；熱平衡定律對(duì)多個(gè)系統(tǒng)也適用，故B錯(cuò)；由熱平衡的意義知，C正確；溫度是熱平衡的標(biāo)志，必須相同，故D錯(cuò)．題組二溫度與溫標(biāo)3．關(guān)于溫度的物理意義，下列說(shuō)法中正確的是()A．溫度是物體冷熱程度的客觀反映B．人如果感覺(jué)到某個(gè)物體很涼，就說(shuō)明這個(gè)物體的溫度很低C．熱量會(huì)自發(fā)地從含熱量多的物體傳向含熱量少的物體D．熱量會(huì)自發(fā)地從溫度較高的物體傳向溫度較低的物體答案AD解析溫度是表示物體冷熱程度的物理量，但人們對(duì)物體冷熱程度的感覺(jué)具有相對(duì)性，A正確、B錯(cuò)誤；熱傳遞的方向是熱量自發(fā)地從溫度較高的物體傳向溫度較低的物體，而熱量是過(guò)程量，不能說(shuō)物體含有熱量，C錯(cuò)誤、D正確．4．下列有關(guān)溫標(biāo)的說(shuō)法正確的是()A．溫標(biāo)不同，測(cè)量時(shí)得到同一系統(tǒng)的溫度數(shù)值可能是不同的B．不同溫標(biāo)表示的溫度數(shù)值不同，則說(shuō)明溫度不同C．溫標(biāo)的規(guī)定都是人為的，沒(méi)有什么理論依據(jù)D．熱力學(xué)溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)是兩種不同的溫度表示方法，表示的溫度數(shù)值沒(méi)有關(guān)系答案A解析溫標(biāo)不同，測(cè)量同一系統(tǒng)的溫度數(shù)值一般不同，A對(duì)、B錯(cuò)；每一種溫標(biāo)的規(guī)定都有一定意義，如攝氏溫標(biāo)的0℃表示標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點(diǎn)，100℃為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的沸點(diǎn)，C錯(cuò)；熱力學(xué)溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)，數(shù)值上有T＝5．下列敘述正確的是()A．若不斷冷凍，物體的溫度就不斷地下降B．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C．熱力學(xué)零度是低溫的下限D(zhuǎn)．任何物體，溫度下降到某一點(diǎn)就不能再降答案BCD解析熱力學(xué)零度是低溫的下限，永遠(yuǎn)不能到達(dá)，故A錯(cuò)．題組三溫度與溫度計(jì)6．伽利略在1593年，制造了世界上第一個(gè)溫度計(jì)——空氣溫度計(jì)，如圖7－4－1所示，一個(gè)細(xì)長(zhǎng)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(jiàn)，如果不考慮外界大氣壓的變化，就能根據(jù)液面的變化測(cè)出溫度的變化，則()圖7－4－1A．該溫度計(jì)的測(cè)溫物質(zhì)是槽中的液體B．該溫度計(jì)的測(cè)溫物質(zhì)是細(xì)管中的紅色液體C．該溫度計(jì)的測(cè)溫物質(zhì)是球形瓶中的空氣D．該溫度計(jì)是利用測(cè)溫物質(zhì)的熱脹冷縮性質(zhì)制造的答案CD解析細(xì)管中的紅色液體是用來(lái)顯示球形瓶中空氣的體積隨溫度變化情況的，測(cè)溫物質(zhì)是球形瓶中封閉的空氣，該溫度計(jì)是利用它的熱脹冷縮的性質(zhì)制造的，故A、B錯(cuò)，C、D正確．7．如圖是四種測(cè)液體溫度的方法，其中正確的是()答案D解析溫度計(jì)的正確使用方法是將溫度計(jì)的玻璃泡而非整個(gè)溫度計(jì)放入液體中，并且不要讓溫度計(jì)液泡與容器壁或底接觸，所以D項(xiàng)正確．8．根據(jù)圖7－4－2判斷，人們選擇的溫度計(jì)中的測(cè)量物質(zhì)及其依據(jù)是()圖7－4－2A．水，水的密度小B．水，水的密度出現(xiàn)異?，F(xiàn)象C．汞，汞的密度大D．汞，汞的密度與溫度呈規(guī)則的線(xiàn)性關(guān)系答案D解析由于水的密度和溫度關(guān)系的曲線(xiàn)是不規(guī)則曲線(xiàn)，如果選水為測(cè)溫物質(zhì)，則溫度計(jì)刻度不均勻；汞的密度與溫度呈規(guī)則的線(xiàn)性關(guān)系，選汞為測(cè)溫物質(zhì)，溫度計(jì)刻度均勻．故正確答案為D.題組四綜合應(yīng)用9．嚴(yán)冬湖面上結(jié)了厚厚的冰，但冰下面魚(yú)兒仍在游動(dòng)．為了測(cè)出冰下水的溫度，徐強(qiáng)同學(xué)在冰上打了一個(gè)洞，拿來(lái)一支實(shí)驗(yàn)室溫度計(jì)，用下列四種方法測(cè)水溫，正確的做法是()A．用線(xiàn)將溫度計(jì)拴牢從洞中放入水里，待較長(zhǎng)時(shí)間后從水中提出，讀出示數(shù)B．取一塑料飲水瓶，將瓶拴住從洞中放入水里，水灌滿(mǎn)瓶后取出，再用溫度計(jì)測(cè)瓶中水的溫度C．取一塑料飲水瓶，將溫度計(jì)懸掛在瓶中，再將瓶拴住從洞中放入水里，水灌滿(mǎn)瓶后待較長(zhǎng)時(shí)間，然后將瓶提出，立即從瓶外觀察溫度計(jì)的示數(shù)D．手拿溫度計(jì)，從洞中將溫度計(jì)插入水中，待較長(zhǎng)時(shí)間后取出立即讀出示數(shù)答案C解析要測(cè)量冰下水的溫度，必須在溫度計(jì)與冰下的水達(dá)到熱平衡時(shí)，再讀出溫度計(jì)的示數(shù)，但是隔著冰又沒(méi)法直接讀數(shù)，把溫度計(jì)取出來(lái)，顯示的又不是原熱平衡狀態(tài)下的溫度，所以A、D的做法不正確，C的做法正確；B的做法也失去了原來(lái)的熱平衡，飲水瓶提出后，再用溫度計(jì)測(cè)，這時(shí)，周?chē)諝庖矃⑴c了熱交換，測(cè)出的溫度不再是冰下水的溫度．10．?dāng)z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．它們是水在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的沸點(diǎn)(汽化點(diǎn))和冰在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下與飽和空氣的水相平衡時(shí)的熔點(diǎn)(冰點(diǎn))．?dāng)z氏溫標(biāo)(以前稱(chēng)為百分溫標(biāo))是由瑞典物理學(xué)家攝爾修斯設(shè)計(jì)的．如圖7－4－3所示，以冰點(diǎn)定為0℃，汽化點(diǎn)定為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℃表示，用攝氏溫標(biāo)表示的溫度叫做攝氏溫度．?dāng)z氏溫標(biāo)用度作單位，常用t表示．熱力學(xué)溫標(biāo)由英國(guó)科學(xué)家威廉·湯姆遜(開(kāi)爾文)創(chuàng)立，把－圖7－4－3一般實(shí)驗(yàn)室里常用的