第2章第1节 温度和温标教学设计.docx

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第2章第1节温度和温标教学设计

人教版高中物理必修3电势能和电势教学设计

课题

电势能和电势

单元

9

学科

物理

年级

高二

教材

分析

本节课所采用的教材是人教版高中物理选择性必修3第2章第1节的内容，在“温度和温标”这节中，教科书引入了系统、状态参量、热平衡等一系列概念，并根据热平衡来定义温度。

这样定义温度，使学生对温度这个物理量的理解，比初中“冷热的程度”这一说法深刻了很多，但又和初中的说法是一致的。

初中物理学中学生知道用温度计测量温度的操作过程，而现在根据热平衡定律，明确了这一操作过程的物理原理。

对许多与温度有关的物理现象，现在都可以用新的概念来重新认识。

教学目标与核心素养

一、教学目标

1.知道什么是状态，参量什么是平衡态。

2.理解热平衡的概念及热平衡定律，体会生活中的热平衡现象，了解热力学温度的应用。

3.理解温度的意义。

二、核心素养

物理观念：

通过阅读、观察，理解系统、状态参量、热平衡等物理量的意义。

科学思维：

通过对知识的类比，培养学生对现象的归纳能力，对问题的分析、推理能力。

科学探究：

通过阅读、讨论、交流、动手实验，使学生学会温度计的正确使用方法。

科学态度与责任：

利用知识类比和迁移激发学生学习兴趣，培养学生灵活运用知识和对科学的求知欲。

重点

理解掌握热平衡定律、温度及意义。

难点

热力学温标以及热力学温度的表示。

摄氏温度与热力学温度的转换关系

教学过程

教学环节

教师活动

学生活动

设计意图

导入新课

假如一个容器用挡板K隔开，容器中的气体被分为A、B两部分，它们的压强分别为PA、PB，温度分别为TA、TB。

打开挡板K后，如果容器与外界没有能量交换，经过一段时间后，容器内的气体会是什么状态？

学生思考讨论并回答

引出系统、状态参量的概念。

讲授新课

一、状态参量与平衡态

1、系统：

在物理学中，通常把研究的对象称为系统。

系统之外与系统发生相互作用的其他物体统称为外界（或环境）。

在物理学研究中，对系统内部问题，往往采取“隔离”分析方法，对系统与外界的相互作用问题，往往采取“整体”分析的方法．

容器和酒精灯就是外界

烧杯中的液体就是系统

2、状态参量：

描述物质系统状态的宏观物理量叫做状态参量。

物理学中，需要研究系统的各种性质，包括几何性质、力学性质、热学性质、电磁性质等等。

为了描述系统的状态，需要用到一些物理量。

①确定空间范围用体积V——几何参量

②系统间力的作用用压强P——力学参量

③确定系统冷热程度用温度T——热学参量

3、平衡态：

系统所有宏观性质不随时间变化时状态称之为平衡态

由于分子做无规则的热运动，在这样的条件下达到的平衡往往整体平衡局部不平衡，且达到的平衡态具有一定的不稳定性，存在一定的起伏。

这样的平衡称为动态平衡。

在有外界作用时，系统中各部分也可能达到稳定状态，但并非为平衡态。

平衡态对应的是无外界影响下的状态。

注意：

①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类似于化学平衡，热力学系统达到的平衡态也是一种动态平衡。

③处于平衡态的系统各处温度相等，但温度各处相等的系统未必处于平衡态。

课堂练习1：

在热学中，要描述一定气体的宏观状态，需要确定下列哪些物理量（）

A．每个气体分子的运动速率B．压强

C．体积D．温度

解析：

描述系统的宏观状态，其参量是宏观量，每个气体分子的运动速率是微观量，不是气体的宏观状态参量．气体的压强、体积、温度分别是从力学、几何、热学三个角度对气体的性质进行的宏观描述，是确定气体宏观状态的三个状态参量．显然B、C、D选项正确．

二、热平衡与温度

思考1：

当物体的状态参量不再变化时，系统处于什么状态？

1.热平衡：

两个系统发生热传递，最后它们各自的状态参量不再变化，达到相对稳定状态，也就说明他们已经具有了某种共同的性质，这时候我们就说它们达到了热平衡状态。

热平衡概念也适用于两个原来没有发生过作用的系统。

因此可以说，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。

2、热平衡定律（又叫热力学第零定律）：

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。

思考2：

处于热平衡的系统之间有什么共同的宏观特征？

3、温度：

两个系统处于热平衡时，它们具有一个“共同热学性质”。

我们就把表征这一“共同热学性质”的物理量定义为温度。

用酒精灯对水进行加热。

系统达到热平衡的宏观标志就是温度相同，若温度不同即系统处于非平衡态，则系统一定存在着热交换。

课堂练习2：

一金属棒的一端与0℃冰接触，另一端与100℃水接触，并且保持两端冰、水的温度不变．问当经过充分长时间后，金属棒所处的状态是否为热平衡态?

为什么?

解析：

因金属棒一端与0℃冰接触，另一端与100℃水接触，并且保持两端冰、水的温度不变时，金属棒两端温度始终不相同，虽然金属棒内部温度分布处于一种从低到高逐渐升高稳定状态，但其内部总存在着沿一定方向的能量交换，所以金属棒所处的状态不是平衡态。

思考3：

你知道常用温度计的上的刻度是怎样划分的吗？

三、温度计与温标

1、温标：

定量描述温度的方法称为温标。

（1）温标的建立包含三个要素：

①选择温度计中用于测量温度的物质，即测温物质；

②对测温物质的测温属性随温度变化规律的定量关系作出某种规定；

③确定固定点即温度的零点和分度方法。

（2）两种温标：

①摄氏温标：

一种常用的表示温度的方法，这种温标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，每份算作1℃。

②热力学温标：

现代科学中常用的表示温度的方法，这种温标规定摄氏温度的－273.15℃为零值。

2、摄氏温度与热力学温度：

（1）摄氏温度：

用摄氏温标表示的温度叫做热力学温度，用符号t表示。

单位：

摄氏度，符号为℃。

（2）热力学温度：

用热力学温标表示的温度叫做热力学温度，它是国际单位制中七个基本物理量之一。

用符号T表示。

单位：

开尔文，简称开，符号为K。

（3）摄氏温度t与热力学温度T的换算关系：

T＝t+273.15（K）

（4）注意：

①摄氏温标的单位“℃”是温度的常用单位，但不是国际制单位，温度的国际制单位是开尔文，符号为K。

在今后各种相关热力学计算中，一定要牢记将温度单位转换为热力学温度即开尔文；

②由T＝t+273.15K可知，物体温度变化1℃与变化1K的变化量是等同的，但物体所处状态为1℃与1K是相隔甚远的。

课堂练习3．关于热力学温度和摄氏温度，以下说法中正确的是（）

A．热力学温度的单位“K”是国际单位制中个基本单位之一

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

解析：

ABD

四、拓展提高

常见温度计的测温原理

水银温度计：

根据水银的热膨胀性质来测量温度的。

金属电阻温度计：

根据铂的电阻随温度的变化来测量温度的。

气体温度计：

根据气体的压强随温度的变化来测量温度的。

热电偶温度计：

根据不同导体因温差产生电动势的大小来测量温度的。

课堂练习1．（温标和温度）（多选）下列关于温度的说法正确的是（　　）

A．水银温度计是根据水银热胀冷缩的性质制造的

B．水的沸点为100℃，用热力学温度表示即为373.15K

C．水从0℃升高到100℃，用热力学温度表示即为从273.15K升高到373.15K

D．水从0℃升高到100℃，用热力学温度表示就是升高了373.15K

解析：

ABC

由T＝t+273.15K可知，物体温度变化1℃与变化1K的变化量是等同的，但物体所处状态为1℃与1K是相隔甚远的。

、

课堂练习2．下列说法中正确的是（）

A．两个系统处于热平衡时，它们一定具有相同的热量

B．如果两个系统分别于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

课堂练习3．（多选）下列关于热力学温度的说法中，正确的是（　　　）

A．热力学温度的零度是－273.15℃，叫绝对零度

B．热力学温度的每一开的大小和摄氏温度的每一度的大小是相同的

C．绝对零度是低温的极限，永远达不到

D．1℃就是1K

解析：

ABC

热力学温度的零度也叫绝对零度，是－273.15℃，绝对零度只能无限接近，不能达到；

热力学温度的每一开的大小和摄氏温度每一度的大小是相等的，但不能说1℃就是1K，它们的物理意义是不同的，故选ABC。

课堂练习4．（多选）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

解析：

BCD

热平衡的系统都具有相同的状态参量——温度，故A项错误，C项正确；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项也正确。

课堂练习5．（多选）下列状态处于热平衡态的是（　　）

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

解析：

AB

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。

体会什么是系统，并列举相关“系统”的例子。

理解什么叫状态参量，列举原来讲过的状态量，

理解平衡态的概念，知道平衡态是一中理想情况，类比化学中的化学平衡。

感受什么是状态参量。

思考，讨论，系统热平衡的宏观特征是什么。

学生阅读热平衡定律的内容，类比数学中平行线的原理。

观察现象：

最后沸腾后，水的温度不再升高，水银温度计的温度也不再升高，此时两个系统达到热平衡

思考问题，并作出解释。

学生思考讨论并回答

思考摄氏温标和热力学温标的概念和区别

学生计算温标的换算

了解多种温度计的测温原理。

强化理解温度计的原理

让学生更好的理解什么是系统。

提高学生的类比能力，更好的理解新知识。

让学生理解气体的压强、体积、温度分别是从力学、几何、热学三个角度对气体的性质进行的宏观描述，是确定气体宏观状态的三个状态参量。

让理解热平衡的概念，初步感受温度是表征系统热平衡的宏观特征。

加强学生对热平衡定律内容的理解，为下一步引出温度做铺垫。

温度是系统的热学性质，不再是初中简单的“表示物体冷热程度的物理量”。

让学生通过练习更好的理解什么是平衡态以及温度是标志一个物体与其他物体

理解两种温标，知道生活中的温标与热力学温标的不同。

让学生会进行摄氏温标和热力学温标的换算。

巩固加深对摄氏温标和热力学温标的理解。

拓展知识面

强化摄氏温标和热力学温标的联系和区别

课堂小结

一、状态参量与平衡态

二、热平衡与温度

三、温度计与温标

梳理自己本节所学知识进行交流

根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。

板书

一、状态参量与平衡态

1、系统

2、状态参量

3、平衡态

二、热平衡与温度

1、热平衡

2、热平衡定律

3、温度

三、温度计与温标

1、温标①摄氏温标②热力学温标

2、热力学温度与摄氏温度

T＝t+273.15（K）

课后作业

课本22页《练习与应用》