名師教案 高中物理人教版 選擇性必修 第三冊 溫度和溫標

^第二章氣體、固體和液體第1節(jié)溫度和溫標【素養(yǎng)目標】1、知道什么是狀態(tài)參量，什么是平衡態(tài)。2、知道什么是熱平衡，什么是熱平衡定律。3、知道溫度的表示方法。4、知道常見溫度計的構(gòu)造，會使用常見的溫度計。5、理解攝氏溫標和熱力學(xué)溫標的轉(zhuǎn)換關(guān)系?！颈貍渲R】知識點一、平衡態(tài)和狀態(tài)參量熱力學(xué)系統(tǒng)：研究某一容器中氣體的熱學(xué)性質(zhì)，其研究對象是容器中的大量分子組成的系統(tǒng)，這在熱學(xué)中叫一個熱力學(xué)系統(tǒng)，簡稱系統(tǒng)。系統(tǒng)之外與系統(tǒng)發(fā)生相互作用的其他物體統(tǒng)稱外界。(1)狀態(tài)參量在熱學(xué)中，為確定系統(tǒng)的狀態(tài)，需要用到一些物理量，這些物理量叫系統(tǒng)的狀態(tài)參量。(2)平衡態(tài)在沒有外界影響的情況下，只要經(jīng)過足夠長的時間，系統(tǒng)內(nèi)各部分的狀態(tài)參量能夠達到穩(wěn)定狀態(tài)。這種狀態(tài)叫平衡態(tài)。(3)非平衡態(tài)系統(tǒng)宏觀性質(zhì)隨時間變化而變化，這種情況下就說系統(tǒng)處于非平衡態(tài)。點睛：平衡態(tài)①系統(tǒng)各部分的參量并不相同，而且可能正在變化，然而在沒有外界影響的情況下，只要經(jīng)過足夠長的時間，系統(tǒng)內(nèi)的各部分的狀態(tài)參量會達到穩(wěn)定，即達到平衡態(tài)。②把不同壓強、不同溫度的氣體混合在同一個容器中，如果容器和外界沒有能量的交換，經(jīng)過一段時間后，容器內(nèi)各點的溫度、壓強就會變得一樣，即達到平衡態(tài)。知識點二、熱平衡與溫度(1)熱平衡如果兩個系統(tǒng)相互接觸，它們間沒有隔熱材料，或通過導(dǎo)熱性能好的材料接觸，這兩個系統(tǒng)的狀態(tài)參量不再變化時，此時的狀態(tài)叫做熱平衡狀態(tài)，我們說這兩個系統(tǒng)達到了熱平衡。熱平衡定律：如果兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)達到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定處于熱平衡。(3)熱力學(xué)平衡的標志：達到熱平衡的系統(tǒng)具有相同的溫度(4)平衡態(tài)≠熱平衡：平衡態(tài)指的是一個系統(tǒng)的狀態(tài)參量不再改變，熱平衡是兩個系統(tǒng)達到相同的溫度。知識點三、溫度計與溫標(1)溫度計——測量溫度的工具。家庭和物理實驗室常用溫度計是利用水銀、酒精、煤油等液體的熱脹冷縮來制成的。另外，還有金屬電阻溫度計、壓力表式溫度計、熱電偶溫度計、雙金屬溫度計、半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計、磁溫度計、聲速溫度計、頻率溫度計等等。(2)溫度計的制作原理：利用測量物體與被測物體的熱平衡。①水銀溫度計是根據(jù)水銀熱脹冷縮的性質(zhì)來測量物體溫度的；②金屬電阻溫度計是根據(jù)金屬的電阻隨溫度的變化來測量溫度的；③氣體溫度計是根據(jù)氣體壓強與溫度的關(guān)系來測量溫度的；④熱電偶溫度計是根據(jù)不同導(dǎo)體因溫度差產(chǎn)生的電動勢大小來測量溫度的。(3)溫標熱溫度的數(shù)值表示法叫做溫標。攝氏溫標t：單位℃。在一個標準大氣壓下，水的凝固點為0℃，沸點為100℃，之間分成100等份，每份就是1℃。用攝氏溫標表示的溫度叫做攝氏溫度；熱力學(xué)溫標T：單位K，把－273.15℃作為0K，溫度變化1K即變化1℃，在國際單位制中，常采用熱力學(xué)溫標表示的溫度，叫熱力學(xué)溫度?！久麕熤笇?dǎo)】熱平衡法測物體的溫度平衡態(tài)和熱平衡屬于熱學(xué)中的基本概念，溫度是判斷是否達到熱平衡的依據(jù)，一切達到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度。若兩個系統(tǒng)只發(fā)生熱交換而未發(fā)生其他變化，熱總是由高溫系統(tǒng)流向低溫系統(tǒng)。當(dāng)二者的溫度相等時即達熱平衡。兩物體熱平衡或兩個熱力學(xué)系統(tǒng)熱平衡，意義為：(1)熱平衡時兩系統(tǒng)溫度相等；(2)熱平衡只是宏觀的平衡概念，ΔQ＝0；但是，微觀上仍然有熱交流；(3)熱平衡是狀態(tài)量，不涉及過程的建立，也不排除微觀過程的正在進行。溫度不同的兩個或幾個系統(tǒng)之間發(fā)生熱量的傳遞，直到系統(tǒng)的溫度相等。在熱量交換過程中，遵從能的轉(zhuǎn)化和守恒定律。從高溫物體向低溫物體傳遞的熱量，實際上就是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移，高溫物體內(nèi)能的減少量就等于低溫物體內(nèi)能的增加量。其平衡方程式為：Q放＝Q吸此方程只適用于絕熱系統(tǒng)內(nèi)的熱交換過程，即無熱量的損失；在交換過程中無熱和功轉(zhuǎn)變問題；而且在初、末狀態(tài)都必須達到平衡態(tài)。系統(tǒng)放熱，一般是由于溫度降低、凝固、液化及燃料燃燒等過程。而吸熱則一般是由于溫度升高、熔化及汽化過程而引起的?！菊n堂檢測】1．如圖所示，質(zhì)量為的內(nèi)壁光滑的橫截面積為S的玻璃管內(nèi)裝有質(zhì)量為的水銀，管外壁與斜面的動摩擦因數(shù)為，斜面傾角為30°，當(dāng)玻璃管與水銀共同沿斜面下滑時，求被封閉氣體壓強為多少？

【答案】【詳解】以水銀柱和玻璃管為研究對象，根據(jù)牛頓第二定律得整理得以水銀柱為研究對象，根據(jù)牛頓第二定律得所以管內(nèi)氣體壓強為2．如圖所示的試管內(nèi)封有一定質(zhì)量的氣體，靜止時氣柱長為，大氣壓強為P0，當(dāng)試管繞豎直軸以角速度在水平面勻速轉(zhuǎn)動時氣柱長變?yōu)長，其他尺寸如圖所示，求轉(zhuǎn)動時的氣體壓強．（設(shè)溫度不變，管截面積為S，水銀密度為）【答案】【詳解】選取水銀柱為研究對象，轉(zhuǎn)動所需向心力由液柱兩側(cè)氣體壓力差提供，則又、解得：【素養(yǎng)作業(yè)】1．下列說法中正確的是（）A．兩個分子在相互遠離的過程中分子勢能一定增大B．1K表示的溫度變化大于1°C表示的溫度變化C．溫度升高時，速率大的分子占分子總數(shù)的比例增大，同時每個分子的速率都增大D．布朗運動反應(yīng)了液體分子的無規(guī)則運動【答案】D【詳解】A．在兩個分子相互遠離的過程中，當(dāng)體現(xiàn)引力時，一定克服分子力做功，分子勢能增大；當(dāng)體現(xiàn)斥力時，分子力做正功，分子勢能減小，故A錯誤；B．1K表示的溫度變化和1°C表示的溫度變化相等，故B錯誤；C．溫度升高時，速率大的分子占分子總數(shù)的比例增大，分子的平均速率增大，但不是每個分子的速率都增大，故C錯誤；D．固體微粒在液體中受到的液體分子撞擊力不平衡，從而引起微粒的無規(guī)則運動，它反應(yīng)了液體分子的無規(guī)則運動，故D正確；故選D。2．兩相同容器a、b中裝有可視為理想氣體的氦氣，已知a中氦氣的溫度高于b中氦氣的溫度，a中氦氣壓強低于b中氦氣的壓強，由此可知（）A．a(chǎn)中氦氣分子的平均動能大于b中氦氣分子的平均動能B．a(chǎn)中每個氦分子的動能一定都大于b中每個氦分子的動能C．a(chǎn)中氦氣分子間的距離較小D．a(chǎn)中氦氣的內(nèi)能一定大于b中氦氣的內(nèi)能【答案】A【詳解】A．溫度是分子平均動能的標志，a中氦氣的溫度高于b中氦氣的溫度，則a中氦氣分子的平均動能一定大于b中氦氣分子的平均動能，A正確；B．a(chǎn)中氦氣分子的平均動能一定大于b中氦氣分子的平均動能，由于分子的運動是無規(guī)則的，并不是每個分子的動能都大，B錯誤；C．a(chǎn)中氦氣壓強低于b中氦氣的壓強，a中氦氣分子間的距離較大，C錯誤；D．a(chǎn)中氦氣的內(nèi)能不一定大于b中氦氣的內(nèi)能，D錯誤。故選A。3．以下說法正確的是（）A．從平衡位置開始增大分子間距離，分子間的引力、斥力均減小但斥力減小的更快B．相互間達到熱平衡的兩物體的熱量一定相等C．兩個系統(tǒng)處于熱平衡時，它們一定具有相同的狀態(tài)參量D．阿伏加德羅常數(shù)為NA，鐵的摩爾質(zhì)量為MA，鐵的密度為ρ則1kg鐵所含的原子數(shù)目是ρNA【答案】A【詳解】A．從平衡位置開始增大分子間距離，分子間的引力將減小、斥力將減小，斥力減小的更快，A正確；BC．兩個系統(tǒng)處于熱平衡時，它們一定具有相同的溫度而狀態(tài)參量還包括了壓強和體積，BC錯誤；D．根據(jù)N=NA可知1kg鐵所含原子數(shù)為，D錯誤。故選A。4．關(guān)于溫度下列說法中正確的是（）A．0K即0℃B．分子運動越劇烈，每個分子的溫度越高C．溫度是分子熱運動劇烈程度的宏觀反映D．溫度越高的物體的內(nèi)能一定越多【答案】C【詳解】A．0K是絕對零度，是一切低溫的極限，為－273.15，A錯誤；B．氣體分子的熱運動的劇烈程度是由氣體溫度來決定的，他們存在因果關(guān)系，不能說氣體分子的熱運動越劇烈，氣體溫度就越高，先發(fā)生溫度的改變，再發(fā)生熱運動程度的改變，故B錯誤；C．溫度是分子熱運動劇烈程度的反映，是分子平均動能的標志，即溫度是分子熱運動劇烈程度的宏觀反映，故C正確；D．溫度越高的物體的內(nèi)能不一定越多，還與質(zhì)量多少有關(guān)，故D錯誤。故選C。5．在過程A到B中，氣體壓強不斷變大下列關(guān)于分子動能的說法，正確的是（）A．物體的溫度升高，每個分子的動能都增大B．物體的溫度升高，分子的總動能增加C．如果分子的質(zhì)量為m，平均速率為v，則其平均動能為mv2D．分子的平均動能等于物體內(nèi)所有分子的動能與分子的總數(shù)之比【答案】D【詳解】AB．由圖可知，A到B的過程中，氣體的溫度度不變，所以分子的平均動能不變，分子的總動能也不變，故AB錯誤；CD．如果分子的質(zhì)量為m，平均速率為v，則分子的平均動能等于物體內(nèi)所有分子的動能與分子的總數(shù)之比，而不是為mv2，故C錯誤，D正確。故選D6．很多家庭的玻璃窗都是雙層的，兩層玻璃間會殘留一些密閉的稀薄氣體。當(dāng)陽光照射玻璃窗時，其間的密閉氣體（）A．分子平均距離增大 B．每個分子速率均增大C．密度增大 D．分子平均動能增大【答案】D【詳解】A．因為是密閉氣體，則氣體的體積不變，分子平均距離不變，選項A錯誤；B．當(dāng)光照使得溫度升高時，分子平均動能變大，但并非每個分子速率均增大，選項B錯誤，D正確；C．因氣體質(zhì)量和體積都不變，則氣體的密度不變，選項C錯誤。故選D。7．有甲、乙兩種氣體，如果甲氣體分子的平均速率比乙氣體分子的平均速率大，則（）A．甲氣體的溫度一定高于乙氣體的溫度B．甲氣體的溫度一定低于乙氣體的溫度C．甲氣體的溫度可能高于也可能低于乙氣體的溫度D．甲氣體中每個分子的運動都比乙氣體中每個分子的運動快【答案】C【詳解】ABC．氣體溫度是氣體分子平均動能的標志，而分子的平均動能不僅與分子的平均速率有關(guān)，還與分子的質(zhì)量有關(guān)。本題涉及兩種不同的氣體（即分子質(zhì)量不同），它們的分子質(zhì)量無法比較，因而無法比較兩種氣體溫度的高低，故AB錯誤，C正確；D．速率的平均值大，并不一定每個分子速率都大，故D錯誤。故選C。8．如圖所示，兩端開口的U型管中裝有水銀，在右管中用水銀封閉著一段空氣，要使兩側(cè)水銀面高度差h增大，應(yīng)()A．從左管滴入水銀B．從右管滴入水銀C．減小大氣壓強D．增大大氣壓強【答案】B【解析】以右側(cè)管中封閉氣體做為研究對象，封閉氣體的壓強P=P0+h=P0+h右，h=h右；A.從左側(cè)