人教版高中物理选修33第七章 第4讲《温度和温标》学案+练习.docx

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人教版高中物理选修33第七章第4讲《温度和温标》学案+练习

第4讲　温度和温标

[目标定位]　1.知道平衡态、热平衡的定义．　2.明确温度的定义及判断系统处于热平衡的条件．　3.能区分摄氏温度与热力学温度，记住它们之间的关系．

一、平衡态和状态参量

1．系统：

在物理学中，通常把研究对象称为系统．

2．状态参量：

用来描述系统状态的物理量，叫做系统的状态参量．

3．平衡态：

系统的宏观性质不再随时间变化，这种情况就说系统达到了平衡态．

二、热平衡与温度

1．热平衡：

两个相互接触的热力学系统，最后系统的状态参量都不再改变，这时两个系统具有“共同性质”，我们就说这两个系统达到了热平衡．

2．热平衡定律：

如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡，这个结论称为热平衡定律，也叫热力学第零定律．

3．温度：

热平衡中具有的“共同的热学性质”叫做温度．

三、温度计与温标

1．摄氏温标：

一种常用的表示温度的方法，规定标准大气压下冰的熔点为0_℃，水的沸点为100_℃，在0℃和100℃之间均匀分成100等份，每份算做1℃.

2．热力学温标：

现代科学中常用的表示温度的方法，热力学温标也叫绝对温标．热力学温标表示的温度叫热力学温度．用符号T表示，单位是开尔文，符号为K.

3．摄氏温度与热力学温度的关系为T＝t＋273.15_K.

一、热平衡与平衡态的理解

1．平衡态

（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则运动，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．

（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．

2．一切达到热平衡的系统都具有相同的温度．

例1

　下列说法正确的是（　　）

A．两个系统处于热平衡时，它们一定具有相同的热量

B．如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统也必定处于热平衡

C．温度是决定两个系统是否达到热平衡状态的唯一物理量

D．热平衡定律是温度计能够用来测量温度的基本原理

答案　BCD

解析　热平衡的系统都具有相同的状态参量——温度，故A错误、C正确；由热平衡定律，若物体与A处于热平衡，它同时也与B达到热平衡，则A的温度便等于B的温度，这也是温度计用来测量温度的基本原理，故B、D项正确．

针对训练　关于平衡态和热平衡，下列说法中正确的有（　　）

A．只要温度不变且处处相等，系统就一定处于平衡态

B．两个系统在接触时它们的状态不发生变化，这两个系统原来的温度是相等的

C．热平衡就是平衡态

D．处于热平衡的两个系统的温度一定相等

答案　BD

解析　一般来说，描述系统的状态参量不止一个，根据平衡态的定义可以确定A错；根据热平衡的定义可知B和D是正确的；平衡态是针对某一系统而言的，热平衡是两个系统相互影响的最终结果，可见C错．正确选项为B、D.

二、温度和温标

1．“温度”含义的两种说法

（1）宏观角度：

表示物体的冷热程度．

（2）热平衡角度：

两个处于热平衡的系统存在一个数值相等的物理量，这个物理量就是温度．

2．温度计测量原理

一切互为热平衡的系统都具有相同的温度．温度计与待测物体接触，达到热平衡，其温度与待测物体相同．

3．热力学温度与摄氏温度的关系

（1）T＝t＋273.15K

（2）ΔT＝Δt

例2

　下列关于热力学温度的说法中正确的是（　　）

A．－33℃＝240K

B．温度变化1℃，也就是温度变化1K

C．摄氏温度与热力学温度都可能取负值

D．温度由t℃升至2t℃，对应的热力学温度升高了t＋273K

答案　AB

解析　本题主要考查热力学温度与摄氏温度的关系：

T＝t＋273K，由此可知：

－33℃＝240K，故A、B选项正确；D中初态热力学温度为t＋273K，末态为2t＋273K，温度升高了tK，故D选项错误；对于摄氏温度可取负值的范围为0～－273℃，因绝对零度达不到，故热力学温度不可能取负值，故C选项错误．本题应选A、B.

针对训练　关于热力学温度和摄氏温度，以下说法正确的是（　　）

A．热力学温度的单位“K”是国际单位制中的基本单位

B．温度升高了1℃就是升高了1K

C．物体的温度由本身决定，数值与所选温标无关

D．0℃的温度可用热力学温度粗略地表示为273K

答案　ABD

热平衡与平衡态

1．如果一个系统达到了平衡态，那么这个系统各处的（　　）

A．温度、压强、体积都必须达到稳定的状态不再变化

B．温度一定达到了某一稳定值，但压强和体积仍是可以变化的

C．温度一定达到了某一稳定值，并且分子不再运动，达到了“凝固”状态

D．温度、压强就会变得一样，但体积仍可变化

答案　A

解析　如果一个系统达到了平衡态，系统内各部分的状态参量如温度、压强和体积等不再随时间发生变化．温度达到稳定值，分子仍然是运动的，不可能达到所谓的“凝固”状态．

2．两个原来处于热平衡状态的系统，分开后，由于受外界的影响，其中一个系统的温度升高了5K，另一个系统的温度升高了5℃，则下列说法正确的是（　　）

A．两个系统不再是热平衡状态

B．两个系统此时仍是热平衡状态

C．两个系统的状态都发生了变化

D．两个系统的状态都没有发生变化

答案　BC

解析　由于两个系统原来处于热平衡状态，温度相同，当分别升高5℃和5K后，温度仍相同，两个系统仍为热平衡状态，故A错误、B正确；由于温度发生了变化，系统的状态也发生了变化，故C正确、D错误．

温标与温度

3．下列关于热力学温度的说法中，不正确的是（　　）

A．热力学温度与摄氏温度的每一度的大小是相同的

B．热力学温度的零度等于－273.15℃

C．热力学温度的零度是不可能达到的

D．气体温度趋近于绝对零度时，其体积趋近于零

答案　D

解析　热力学温度的0K是摄氏温度的－273.15℃，因此B正确；每升高（或降低）1K等价于升高（或降低）1℃，故A正确；热力学温度的零度只能无限接近，却不可能达到，且趋近绝对零度时，气体液化或凝固，但有体积，故C对、D错．

4．（2014·南京）下列有关温度的说法正确的是（　　）

A．用摄氏温标和热力学温标表示温度是两种不同的表示方法

B．用两种温度表示温度的变化时，两者的数值相等

C．1K就是1℃

D．当温度变化1℃时，也可以说成温度变化274K

答案　AB

解析　温标是用来定量描述温度的方法，常用的温标有摄氏温标和热力学温标，两种温标表示同一温度时，数值不同，但在表示同一温度变化时，数值是相同的．若物体的温度升高1K，也可以说物体的温度升高1℃，但在表示物体的温度时，物体的温度为1K，而不能说成物体的温度为1℃.

（时间：

60分钟）

题组一　平衡态与热平衡

1．下列状态中处于热平衡态的是（　　）

A．将一金属块放在沸水中加热足够长的时间

B．冰水混合物处在0℃环境中

C．一个装有气体的密闭绝热容器匀速运动，容器突然停止运动，容器内的气体

D．开空调2分钟内教室内的气体

答案　AB

解析　系统处于热平衡态时，其状态参量稳定不变，金属块放在沸水中加热足够长的时间，冰水混合物在0℃环境中，其温度、压强、体积都不再变化，是平衡态，故A、B对；一个装有气体的密闭绝热容器匀速运动突然停止时，容器内气体的温度升高，压强变大，故其不是平衡态，C错；开空调2分钟内教室内的气体、温度、体积均要变化，故其不是平衡态，D错．

2．有关热平衡的说法正确的是（　　）

A．如果两个系统在某时刻处于热平衡状态，则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别

答案　C

解析　本题考查的知识点是热平衡．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错；热平衡定律对多个系统也适用，故B错；由热平衡的意义知，C正确；温度是热平衡的标志，必须相同，故D错．

题组二　温度与温标

3．关于温度的物理意义，下列说法中正确的是（　　）

A．温度是物体冷热程度的客观反映

B．人如果感觉到某个物体很凉，就说明这个物体的温度很低

C．热量会自发地从含热量多的物体传向含热量少的物体

D．热量会自发地从温度较高的物体传向温度较低的物体

答案　AD

解析　温度是表示物体冷热程度的物理量，但人们对物体冷热程度的感觉具有相对性，A正确、B错误；热传递的方向是热量自发地从温度较高的物体传向温度较低的物体，而热量是过程量，不能说物体含有热量，C错误、D正确．

4．下列有关温标的说法正确的是（　　）

A．温标不同，测量时得到同一系统的温度数值可能是不同的

B．不同温标表示的温度数值不同，则说明温度不同

C．温标的规定都是人为的，没有什么理论依据

D．热力学温标和摄氏温标是两种不同的温度表示方法，表示的温度数值没有关系

答案　A

解析　温标不同，测量同一系统的温度数值一般不同，A对、B错；每一种温标的规定都有一定意义，如摄氏温标的0℃表示标准大气压下冰的熔点，100℃为标准大气压下水的沸点，C错；热力学温标和摄氏温标，数值上有T＝t＋273K，D错．

5．下列叙述正确的是（　　）

A．若不断冷冻，物体的温度就不断地下降

B．温度是决定一个系统与另一个系统是否达到热平衡状态的物理量

C．热力学零度是低温的下限

D．任何物体，温度下降到某一点就不能再降

答案　BCD

解析　热力学零度是低温的下限，永远不能到达，故A错．

题组三　温度与温度计

6．伽利略在1593年，制造了世界上第一个温度计——空气温度计，如图7－4－1所示，一个细长颈的球形瓶倒插在装有红色液体的槽中，细管中的液面清晰可见，如果不考虑外界大气压的变化，就能根据液面的变化测出温度的变化，则（　　）

图7－4－1

A．该温度计的测温物质是槽中的液体

B．该温度计的测温物质是细管中的红色液体

C．该温度计的测温物质是球形瓶中的空气

D．该温度计是利用测温物质的热胀冷缩性质制造的

答案　CD

解析　细管中的红色液体是用来显示球形瓶中空气的体积随温度变化情况的，测温物质是球形瓶中封闭的空气，该温度计是利用它的热胀冷缩的性质制造的，故A、B错，C、D正确．

7．如图是四种测液体温度的方法，其中正确的是（　　）

答案　D

解析　温度计的正确使用方法是将温度计的玻璃泡而非整个温度计放入液体中，并且不要让温度计液泡与容器壁或底接触，所以D项正确．

8．根据图7－4－2判断，人们选择的温度计中的测量物质及其依据是（　　）

图7－4－2

A．水，水的密度小

B．水，水的密度出现异常现象

C．汞，汞的密度大

D．汞，汞的密度与温度呈规则的线性关系

答案　D

解析　由于水的密度和温度关系的曲线是不规则曲线，如果选水为测温物质，则温度计刻度不均匀；汞的密度与温度呈规则的线性关系，选汞为测温物质，温度计刻度均匀．故正确答案为D.

题组四　综合应用

9．严冬湖面上结了厚厚的冰，但冰下面鱼儿仍在游动．为了测出冰下水的温度，徐强同学在冰上打了一个洞，拿来一支实验室温度计，用下列四种方法测水温，正确的做法是（　　）

A．用线将温度计拴牢从洞中放入水里，待较长时间后从水中提出，读出示数

B．取一塑料饮水瓶，将瓶拴住从洞中放入水里，水灌满瓶后取出，再用温度计测瓶中水的温度

C．取一塑料饮水瓶，将温度计悬挂在瓶中，再将瓶拴住从洞中放入水里，水灌满瓶后待较长时间，然后将瓶提出，立即从瓶外观察温度计的示数

D．手拿温度计，从洞中将温度计插入水中，待较长时间后取出立即读出示数

答案　C

解析　要测量冰下水的温度，必须在温度计与冰下的水达到热平衡时，再读出温度计的示数，但是隔着冰又没法直接读数，把温度计取出来，显示的又不是原热平衡状态下的温度，所以A、D的做法不正确，C的做法正确；B的做法也失去了原来的热平衡，饮水瓶提出后，再用温度计测，这时，周围空气也参与了热交换，测出的温度不再是冰下水的温度．

10．摄氏温标：

在1954年以前，标准温度的间隔是用两个定点确定的．它们是水在标准大气压下的沸点（汽化点）和冰在标准大气压下与饱和空气的水相平衡时的熔点（冰点）．摄氏温标（以前称为百分温标）是由瑞典物理学家摄尔修斯设计的．如图7－4－3所示，以冰点定为0℃，汽化点定为100℃，因此在这两个固定点之间共为100℃，即一百等份，每等份代表1度，用1℃表示，用摄氏温标表示的温度叫做摄氏温度．摄氏温标用度作单位，常用t表示．热力学温标由英国科学家威廉·汤姆逊（开尔文）创立，把－273.15℃作为零度的温标，叫做热力学温标（或绝对温标）．热力学温标用K表示单位，常用T表示．试回答：

　图7－4－3

一般实验室里常用的一种摄氏温度计

（1）热力学温标与摄氏温标之间的关系为：

________.

（2）如果可以粗略地取－273℃为绝对零度．在一标准大气压下，冰的熔点为________℃，即为________K，水的沸点是________℃，即________K.

（3）如果物体的温度升高1℃，那么，物体的温度将升高________K.

答案　

（1）T＝t＋273.15K　

（2）0　273　100　373　（3）1

解析　

（1）摄氏温标冰点温度为0℃，汽化点温度为100℃，且用t表示；而热力学温标是把－273.15℃作为零开尔文的，用T表示，所以热力学温标与摄氏温标之间的关系为T＝t＋273.15K.