新教材人教版高中物理选择性必修第三册学案设计-温度和温标
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人教版高中物理必修3电势能和电势教学设计热平衡概念用的系统。
因此们的状态不发生处于热平衡的。
,也适用于两个 :可以说,只要 :变化,我们就• •甲.、原来没有发勺由两个系统在接 t说这两个系统0 O乙n匕过作友触时它充原来是学生阅读热平衡定律的内容,类比数学中平行线的原理。
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。
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100c 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,即测温思考问题,并 作出解释。
学生思考讨论并回答 理解两种温标, 知道生活中的温 标与热力学温标 的不同。
章节课题:温度和温标一、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。
(3)理解温度的意义,知道什么是温标、热力学温标,以及热力学温度的表示。
二、教学重难点:重点:平衡态与热平衡的意义;热力学温度与摄氏温度的关系。
难点:平衡态与热平衡的区别。
三、教学过程:(1)复习导入:在初中我们已经学过了测量温度时常用的一种单位,摄氏度。
它是以冰水混合物的温度为0度,以一个大气压下沸水的温度为100度,在这两温度之间等分100等份,每一等份为1各温度单位,叫摄氏度。
(2)新课教学:上面这种以冰水混合物的温度为零的测温方法叫摄氏温标,以摄氏温标表示的温度叫摄氏温度。
今天我们将进一步学习有关温度和温标的知识。
在物理学中,通常把所研究的对象称为系统。
状态参量:用来描述状态的物理量。
有体积V,压强P,温度T。
平衡态:系统宏观性质不再随时间变化,这种情况下就说系统达到了平衡态。
热平衡与温度:温度是表示物体冷热程度的物理量,反映了组成物体的大量分子的无规则运动的激烈程度。
热平衡:两个系统相互接触一段时间后,状态参量不再变化,就说明这两个系统达到了热平衡。
一切达到热平衡的系统都具有相同的温度。
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。
温度与温标:实验室里常用温度计的原理是,一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。
温度计就是我们选择的标准物体,温度计与待测物体接触,使它们达到热平衡,标准物体所表示的就是待测物体的温度。
温标:为了表示出物体温度的数值,对温度零点、分度方法所作的规定,就是温标。
(3)巩固提高:系统处于平衡态的前提是在没有外界影响的情况下。
当系统在外界影响下,各状态参量不随时间而变化,这不是平衡态。
举例:一根长铁丝,一端插入100℃沸水中,一端插在0℃恒温水中,经过足够长时间,铁丝各处温度不随时间变化,这种状态不是平衡态。
平衡态是一种动态平衡。
2.1 温度和温标【学习目标】1.知道系统的状态参量及平衡态.2.明确温度的概念,知道热平衡定律及其与温度的关系.3.了解温度计的的原理,知道热力学温度与摄氏温度的换算关系.【知识梳理】一、状态参量与平衡态1.热力学系统和外界(1)热力学系统:由大量分子组成的研究对象叫作热力学系统,简称系统.(2)外界:系统之外与系统发生相互作用的其他物体统称外界.2.状态参量:用来描述系统状态的物理量.常用的状态参量有体积V、压强p、温度T等.3.热力学系统的状态参量(1)体积V:系统的几何参量,它可以确定系统的空间范围.(2)压强p:系统的力学参量,它可以描述系统的力学性质.(3)温度T:系统的热学参量,它可以确定系统的冷热程度.4.平衡态:在没有外界影响的情况下,系统内各部分的状态参量达到的稳定状态.5.平衡态的理解(1)热力学的平衡态与力学的平衡态的意义不同,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,表现为系统不受外界的影响,状态参量(压强、体积和温度)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.二、热平衡与温度1.热平衡:两个相互接触的热力学系统,经过一段时间,各自的状态参量不再变化,说明两个系统达到了平衡,这种平衡叫作热平衡.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.3.热平衡定律的意义决定两个系统是否达到了热平衡的最主要参量是温度.因为互为热平衡的物体具有相同的温度,所以在比较各物体的温度时,不需要将各物体直接接触,只需将温度计分别与各物体接触,即可比较温度的高低.4.温度:热平衡中,表征“共同的热学性质”的物理量.5.热平衡与温度(1)对温度的理解①宏观上,表示物体的冷热程度.②微观上,反映分子热运动的剧烈程度.③一切达到热平衡的物体都具有相同的温度.(2)温度计的测温原理若物体与A处于热平衡,它同时也与B处于热平衡,则A的温度等于B的温度,这就是温度计用来测量温度的基本原理.6.热平衡的性质:达到热平衡的系统都具有相同的温度.7.平衡态与热平衡的区别和联系三、温度计与温标1.确定一个温标的方法(1)选择一种测温物质.(2)了解测温物质用以测温的某种性质.(3)确定温度的零点和分度的方法.2.热力学温度T与摄氏温度t(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.3.“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.4.常见温度计及其原理5.温度计测温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.【随堂演练】一、单选题1.下列说法正确的是()A.因为分子间存在着斥力,所以破碎的玻璃不能简单地拼接在一起B.同温度的氧气和氢气,它们的分子平均速率相等C.两分子间的分子势能一定随距离的增大而增大D.布朗运动不是分子的运动,但间接地反映了液体分子运动的无规则性2.当物体的温度升高时,物体分子的平均动能()A.一定变大B.一定变小C.一定不变D.如何变化无法确定3.关于内能、温度和分子的平均动能,下列说法正确的是()A.物体的温度越低,则物体的内能一定越小B.物体的温度越低,则物体分子的平均动能一定越小C.物体的内能可以为零D.物体做加速运动,由于速度越来越大,因此物体分子的平均动能越来越大4.关于分子动理论,下列说法中正确的是()A.布朗运动就是液体或者气体分子的无规则运动B.两个邻近分子间不可能同时存在斥力和引力C.在扩散现象中,温度越高,扩散得越快D.温度是分子平均速率的标志5.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,将温度计悬吊在瓶中,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6.下列说法中正确的有( )A .温度相同的铁块和木块,铁块感觉凉,这说明铁块中分子的平均动能小于木块中分子的平均动能B .液体表面层分子间的平均距离等于液体内部分子间的平均距离C .油膜法估测分子大小的实验中,所撒痱子粉太厚会导致测量结果偏大D .已知阿伏伽德罗常数和某物质的摩尔体积就可以确定该物质每个分子的体积二、填空题7.如图所示,两个绝热的、容积相同的球状容器A 、B ,用带有阀门K 的绝热细管连通,相邻两球球心的高度差为h 。
第二章气体、固体和液体第1节温度和温标课标解读课标要求素养要求1.知道平衡态及系统的状态参量2.明确温度的概念,知道热平衡定律及其与温度的关系。
3.了解温度计的原理,知道热力学温度与摄氏温度的换算关系。
1.物理观念:知道状态参量、平衡态、热平衡、温度、热力学温度的概念及热平衡定律。
2.科学思维:理解平衡态及热平衡定律,掌握摄氏温标与热力学温标的关系,能进行相关的计算,培养学生分析、解决问题的能力。
3.科学探究:会使用常见的温度计,在使用过程中学会与他人合作交流,提高动脑、动手能力。
4.科学态度与责任:使用温度计时,应客观记录数据,坚持实事求是的科学态度,增强学习物理的热情。
自主学习·必备知识见学用151页教材研习教材原句要点一平衡态在没有外界影响的情况下,只要经过足够长的时间,系统内各局部的状态参量①能够到达稳定状态②。
这种状态叫作平衡态。
要点二热平衡如果两个系统相互接触而传热,这两个系统的状态参量将会互相影响而分别改变③。
经过一段时间,各自的状态参量就不再变化了,这说明两个系统到达了平衡④。
这种平衡叫作热平衡。
要点三温度热平衡定律说明,当两个系统A、B处于热平衡⑤时,它们必定具有某个共同的热学性质,我们就把表征这一“共同的热学性质〞的物理量叫作温度。
自主思考①只要温度不变,系统就一定处于平衡态,这种说法对吗?答案:提示不对,当系统内包括温度在内的所有状态参量,即温度、体积和压强都不随时间变化时,系统才处于平衡态。
②处于平衡态的热力学系统到达稳定状态,系统内的分子一定处于静止或匀速直线运动状态吗?答案:提示热力学的平衡态是一种动态平衡,系统内的分子仍在不停地做无规那么热运动。
③用手心握住体温计的玻璃泡,体温计的示数逐渐上升,这是为什么?答案:提示手心和玻璃泡这两个系统温度不同,相互接触后,系统状态发生改变,直到到达热平衡。
④处于平衡态的两个系统一定会处于热平衡,这种说法对吗?答案:提示不对,各自处于平衡态的两个系统温度不一定相同,它们接触后各自的状态会发生变化,直到到达热平衡为止。
第二章气体、固体和液体第1节温度和温标【学习目标】1.知道平衡态及系统的状态参量。
2.明确温度的概念,知道热平衡定律及其与温度的关系。
3.了解温度计的原理,知道热力学温度与摄氏温度的换算关系。
预习学案一、状态参量与平衡态1.热力学系统:在热学中,以为研究对象而组成的系统,简称系统。
2.状态参量:在热学中,用于确定系统状态的物理量。
如体积V、压强p和温度T。
3.平衡态:在没有外界影响的情况下,系统内各部分的不随时间而改变的稳定状态。
二、热平衡与温度1.热平衡:两个相互接触的热力学系统的状态参量。
2.热平衡定律:如果两个系统分别与第三个系统达到,这两个系统彼此之间也必定处于。
3.温度:处于热平衡的两个系统必定具有某个共同的热学性质,我们将表征这一“共同热学性质”的物理量定义为温度,温度也可理解为物体的冷热程度。
4.热平衡的性质:一切达到热平衡的系统都具有相同的。
三、温度计与温标1.温标:定量描述的方法。
2.温度计(1)水银温度计:根据水银的性质制造的温度计。
(2)气体温度计:根据气体的随温度的变化制造的温度计。
3.两种温标(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,水的沸点为。
在0 ℃刻度与100 ℃刻度之间均匀分成等份,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,热力学温标也叫“绝对温标”。
(3)摄氏温度与热力学温度[典例1][多选]下列状态处于平衡态的是()A.将一金属块放在沸水中加热足够长的时间B.冰水混合物处于0 ℃环境中C.突然被压缩的气体D.开空调2 min内教室内的气体[典例2][多选]下列关于热力学温标的说法正确的是()A.热力学温度的零度是-273.15 ℃,叫绝对零度B.热力学温度的每一度的大小和摄氏温度是相同的C.热力学温标的提出者是英国的开尔文D.1 ℃就是1 K达标学案1.[多选]下列说法正确的是()A.状态参量是描述系统状态的物理量,故当系统的状态变化时,其各个状态参量都会改变B.当系统不受外界影响,且经过足够长的时间,其内部各部分状态参量将会达到稳定C.只有处于平衡态的系统才有状态参量D.两个物体发生传热时,它们组成的系统处于非平衡态2.当甲、乙两物体相互接触后,热量从甲物体流向乙物体,这样的情况表示甲物体具有()A.较高的热量B.较大的比热容C.较大的密度D.较高的温度3.[多选]下列说法正确的是()A.用温度计测量温度是根据热平衡的原理B.温度相同的棉花和石头相接触,需要经过一段时间才能达到热平衡C.若a与b、c分别达到热平衡,则b、c之间也达到了热平衡D.两物体温度相同,可以说两物体达到了热平衡4.关于热平衡及热力学温度,下列说法正确的是()A.处于热平衡的几个系统的压强一定相等B.热平衡定律是温度计能够用来测量温度的基本原理C.温度变化1 ℃,也就是温度变化274.15 KD.摄氏温度与热力学温度都可能取负值5.[多选]关于系统的状态参量,下列说法正确的是()A.描述物体的运动状态可以用压强等参量B.描述系统的力学性质可以用压强来描述C.描述气体的性质可用温度、体积等参量D.温度能描述系统的热学性质6.物体内分子运动的快慢与温度有关,在0 ℃时物体内的分子的运动状态是()A.仍然是运动的B.处于静止状态C.处于相对静止状态D.大部分分子处于静止状态7.[多选]下列物体处于平衡态的是()A.冰水混合物处在1 ℃的环境中B.将一铝块放入沸水中加热较长的时间C.冬天刚打开空调的教室内的气体D.用玻璃杯盛着的开水放在室内足够长时间8.目前世界上最大的强子对撞机在法国和瑞士的边境建成并投入使用。
第二章气体、固体和液体温度和温标课后篇素养形成必备知识基础练1.小明自定一种新温标p,他将冰熔点与水沸点之间的温度等分为200格,且将冰熔点的温度定为50p(上述皆为标准大气压下),今小明测量一杯水的温度为150p,则该温度用摄氏温度表示时应为()A.30 ℃B.40 ℃C.50 ℃D.60 ℃℃=0.5 ℃,比冰熔点高出的温度为(150-50)×0.5 ℃=50 ℃,C正确,A、每格表示的摄氏度为100200B、D错误。
2.(多选)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5 K,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,温度相同,当分别升高5 ℃和5 K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,系统的状态就发生了变化,故C正确,D错误。
3.(多选)如图所示,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球形瓶周围温度的变化,则()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,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错误,C、D正确。
4.(多选)实际应用中,常用到一种双金属温度计。
它是利用铜片与铁片铆合在一起的双金属片的弯曲程度随温度变化的原理制成的,如图所示。
已知甲图中双金属片被加热时,其弯曲程度会增大,则下列各种相关叙述中正确的有()A.该温度计的测温物质是铜、铁两种热膨胀系数不同的金属B.双金属温度计是利用测温物质热膨胀系数不同的性质来工作的C.由甲图可知,铜的热膨胀系数大于铁的热膨胀系数D.由乙图可知,其双金属片的内层一定为铜,外层一定为铁,温度升高时,双金属片的弯曲程度在增大,指针按顺时针方向转动。
1. 温度和温标-人教版高中物理选择性必修第三册(2019版)教案本教案主要涉及高中物理第三册内容中的温度和温标。
一、教学目标1.掌握温度的概念和衡量方法;2.了解摄氏温标和绝对温标;3.理解温度与热运动、温度计、热力学等的关系;4.能够解决与温度和温标相关的实际问题。
二、教学重点1.摄氏温标和绝对温标的概念与计算方法;2.两种温标之间的转换关系;3.温度与热运动、温度计、热力学的关系。
三、教学难点1.摄氏温标和绝对温标的计算方法;2.温度与热力学的关系。
四、教学内容及步骤4.1 概念理解教师可以先通过实际的例子,引出温度的概念和意义。
引导学生思考温度与热运动的关系、温度计的原理、热力学的基本法则等问题。
4.2 摄氏温标1.摄氏温标的定义和衡量方法:以水的冰点0℃和沸点100℃为标准。
2.摄氏温标的应用:例如空调温度调节、气象预报等。
4.3 绝对温标1.绝对温标的定义和衡量方法:以绝对零度-273.15℃为零点,温度单位为开尔文(K)。
2.绝对温标的应用:例如低温科学实验、热力学计算等。
4.4 温标之间的转换1.摄氏温度和开尔文温度的转换公式:K = ℃ + 273.15。
2.实例演练:例如50℃转换为开尔文温度的值。
4.5 温度计和热力学1.温度计的原理和种类:例如水银温度计、酒精温度计、电子温度计等。
2.温度与热力学的关系:例如热力学第二定律中的热机效率公式:η = 1 - Q2 / Q1。
4.6 实例分析基于教师提供的实际问题,引导学生进行实例分析。
可以结合温度调节、设备维护、物理科学等多个应用场景,让学生对温度测量和控制有更深入的理解和认识。
五、教学方法本节课堂主要采用讲授、实例演示和交互式教学相结合的方法。
在教授部分,教师可以通过用具体的图示和实验实例解释温度和温标的基本概念;在实例分析环节,学生们可以分组进行讨论和分析,提高学生们的自主学习和交流能力。
六、教学评估本节课堂的评估旨在考查学生对于温度、温标和应用场景的综合理解和掌握情况。
温度和温标-人教版高中物理选择性必修第三册(2019版)教案一、教学目标1.了解物体的温度是什么,学习温度的测量方法和温标的概念;2.了解常见的温标单位——摄氏度和华氏度,掌握它们之间的转换方法;3.学习热学量的概念,掌握常用热学量的计算方法。
二、教学重难点1.温度的概念、温度的测量方法和温标的概念;2.摄氏度和华氏度的转换;3.热学量的概念和计算方法。
三、教学过程1. 引入温度是我们经常接触到的一个物理量,它在我们生活中扮演着重要的角色,比如我们吃饭的时候,需要了解食物的温度,如果温度过高就会烫伤我们的口腔,而如果温度不够高则无法满足我们的口感需求。
2. 温度的概念温度是一个物体热量的度量,通俗来说,就是物体冷热程度的表现。
物体具有一定的热量,热量高低决定了物体的温度。
3. 温度的测量方法温度的测量方法有很多种,其中最常见的方法是用温度计进行测量。
温度计是一种利用物体热膨胀来测量温度的仪器。
4. 温标的概念温标是温度的度量标准,它是目前国际上通行的国际单位制中的基本国际单位之一。
常见的温标有摄氏度和华氏度。
5. 摄氏度和华氏度的转换摄氏度和华氏度是两种常见的温度单位,它们之间的转换是非常重要的。
下面介绍一下摄氏度和华氏度之间的转换方法:•摄氏度转华氏度公式:F=1.8C+32•华氏度转摄氏度公式:$C=\\frac{F-32}{1.8}$6. 热学量的概念热学量是描述物体热状态的物理量,它包括热量、热功和热容。
其中,热量是物体或物质之间传递的热量单位,它的单位是焦耳(J)。
7. 热学量的计算方法热学量的计算方法包括热量计算、热功计算以及热容计算。
其中,热量计算公式为$Q=m c \\Delta T$,热功计算公式为$W=P \\Delta V$,热容计算公式为$C=\\frac{Q}{m \\Delta T}$。
四、教学方法采用教师讲解+学生合作的方式进行教学五、教学评价1.练习题的完成情况;2.回答问题的准确率;3.学生对于温度和温标的理解程度;4.学生对于热学量的掌握情况。
温度和温标【教学目标】(一)知识与技能1.了解系统的状态参量以及平衡态的概念。
2.掌握热平衡的概念及热平衡定律。
3.掌握温度与温标的定义以及热力学温度的表示。
(二)过程与方法通过学习温度与温标,体会热力学温度与摄氏温度的关系。
(三)情感、态度与价值观体会生活中的热平衡现象,感应热力学温度的应用。
【教学重点】热平衡的定义及热平衡定律的内容。
【教学难点】有关热力学温度的计算。
【教学方法】讲练法、举例法、阅读法【教学准备】投影仪、投影片【教学过程】(一)引入新课教师:在初中我们已学过了测量温度时常用的一种单位,叫“摄氏度”。
大家都知道:它是以冰水混合物的温度为0度,以一个大气压下沸水的温度为100度,在这两温度之间等分100个等份,每一等份为1个温度单位,叫“摄氏度”。
这种以冰水混合物的温度为零度的测温方法叫摄氏温标,以摄氏温标表示的温度叫摄氏温度。
今天我们将要进一步学习有关温度和温标的知识。
(二)进行新课1.平衡态与状态参量。
教师:引导学生阅读教材有关内容。
回答问题:(1)什么是系统的状态参量?并举例说明。
(2)举例说明,什么是平衡态?学生:阅读教材,思考讨论,回答问题。
2.热平衡与温度教师:引导学生阅读教材有关内容。
回答问题:(1)什么是热平衡?(2)怎样理解"热平衡概念也适用于两个原来没有发生过作用的系统"?(3)怎样判断"两个系统原来是处于热平衡的"?(4)热平衡定律的内容是什么?(5)温度是如何定义的?其物理意义是什么?学生:阅读教材,思考讨论,回答问题。
3.温度计与温标。
教师:引导学生阅读教材有关内容。
回答问题:(1)什么是温标?(2)如何来确定一个温标?并以"摄氏温标"的确定为例加以说明。
(3)什么是热力学温标和热力学温度?热力学温度的单位是什么?热力学温度与摄氏温度的换算关系怎样?学生:阅读教材,思考讨论,回答问题。
典例探究例1:细心观察可以发现,常见液体温度计的下部的玻璃泡较大,壁也比较薄,上部的管均匀而且很细,想一想,温度计为什么要做成这样呢?解析:这样做的目的都是为了使测量更准确、更方便。
1.温度和温标学习目标:1.[物理观念]知道状态参量、平衡态、热平衡、温度、热力学温度的概念及热平衡定律。
2.[科学思维]理解平衡态及热平衡定律,掌握摄氏温标与热力学温度的关系,能进行相关的计算,培养学生分析、解决问题的能力。
3.[科学探究]会使用常见的温度计,在使用过程中学会与他人合作交流,提高动脑、动手能力。
4.[科学态度与责任]学会使用温度计时,应客观记录数据,坚持实事求是的科学态度,增强学习物理的热情。
阅读本节教材,回答第19页“问题”并梳理必要的知识点。
教材P19“问题”提示:经过一段时间后,容器内的气体会达到压强处处相等,温度处处相同。
一、状态参量与平衡态1.热力学系统:由大量分子组成的系统。
2.外界:系统之外与系统发生相互作用的其他物体。
3.状态参量:为确定系统的状态所需要的一些量,如:体积、压强、温度等。
4.平衡态:无外界影响,状态参量稳定的状态。
说明:平衡态是状态参量,不是过程量,处于平衡态的系统,状态参量在较长时间内不发生变化。
二、热平衡与温度1.热平衡:如果两个系统相互接触而传热,这两个系统的状态参量将会互相影响而分别改变。
经过一段时间,各自的状态参量不再变化了,即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。
3.温度:处于热平衡的系统之间有一“共同热学性质”,即温度。
这就是温度计能够用来测量温度的基本原理。
三、温度计与温标1.温度计名称原理水银温度计根据水银的热膨胀的性质来测量温度金属电阻温度计根据金属铂的电阻随温度的变化来测量温度气体温度计根据气体压强随温度的变化来测量温度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定量描述温度的方法。
(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 ℃刻度与100 ℃刻度之间均匀分成100等份,每一份算作1 ℃。
(2)热力学温标:现代科学中常用的表示温度的方法,热力学温度。
(3)摄氏温度与热力学温度:摄氏温度摄氏温标表示的温度,用符号t表示,单位是摄氏度,符号为℃热力学温标表示的温度,用符号T表示,单位是开尔文,符号为热力学温度K换算关系T=t+273.15 K1.思考判断(正确的打“√”,错误的打“×”)(1)当系统处于平衡态时,系统的温度、压强、体积等都不随时间变化。
(√)(2)平衡态是一种理想情况。
(√)(3)温度是决定两个系统是否达到热平衡状态的唯一物理量。
(√)(4)处于热平衡状态的系统内的分子仍在不停地做无规则运动,热平衡是一种动态平衡。
(√) 2.(多选)下列物体中处于非平衡态的是()A.冰水混合物处在1 ℃的环境中B.将一铝块放入沸水中加热较长的时间C.冬天刚打开空调的教室内的气体D.用玻璃杯盛着的开水放在室内足够长时间AC[冰水混合物在1 ℃的环境中要吸收热量,温度升高,不是平衡态,A正确;当铝块放在沸水中足够长的时间,铝块各部分的温度与沸水的温度相同,达到平衡态,B错误;同理可知D错误;冬天刚打开空调的教室内的气体各部分温度不同,不是平衡态,C正确。
]3.(多选)两个处于热平衡状态的系统,由于受外界影响,状态参量发生了变化,下列关于它们后来是否能处于热平衡状态的说法,正确的是() A.不能B.可能C.要看它们后来的温度是否相同D.取决于其他状态参量是否相同BC[只要两个系统的温度相同,两个系统就处于热平衡状态,而与其他参量是否相同无关,故B、C正确。
]状态参量与平衡态如图,将鸡蛋放在沸水中加热足够长的时间,鸡蛋处于平衡态吗?提示:鸡蛋放在沸水中加热足够长的时间其温度、压强、体积都不再变化,是平衡状态。
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,而力学中的平衡态是指物体的运动状态处于静止或匀速直线运动状态。
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。
系统处于平衡态时,仍可能发生偏离平衡态的微小变化。
3.两个系统达到热平衡后再把它们分开,如果分开后它们都不受外界影响,再把它们重新接触,它们的状态不会发生新的变化。
因此,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。
【例1】(多选)下列说法中正确的是()A.状态参量是描述系统状态的物理量,故当系统的状态变化时,其各个状态参量都会改变B.当系统不受外界影响,且经过足够长的时间,其内部各部分状态参量将会达到稳定C.只有处于平衡态的系统才有状态参量D.两个物体间发生热传递时,它们组成的系统处于非平衡态思路点拨:(1)各个系统都有状态参量。
(2)当处于平衡态时,状态参量不再变化,非平衡时,状态参量要变化。
BD[由于描述系统的各种性质需要不同的物理量,只要其中某个量变化,系统的状态就会发生变化,不一定各个状态参量都发生变化,选项A错误;系统处于平衡态或非平衡态,只是状态参量有无变化,选项C错误;当系统不受外界影响时,系统总要趋于平衡,其内部各部分状态参量趋于稳定,选项B正确;两个物体间发生热传递时,两个物体组成的系统内部仍存在温差,故系统处于非平衡态,选项D正确。
]处理平衡态的问题要注意以下三点(1)平衡态与热平衡不同,平衡态指的是一个系统内部达到的一种动态平衡。
(2)必须要经过较长一段时间,直到系统内所有性质都不随时间变化为止。
(3)系统与外界没有能量的交换。
[跟进训练]1.下列关于系统是否处于平衡态的说法正确的是()A.开空调2min内教室内的气体处于平衡态B.两个温度不同的物体相互接触,这两个物体组成的系统处于非平衡态C.0 ℃的冰水混合物放入1 ℃的环境中,冰水混合物处于平衡态D.压缩密闭容器中的空气,空气处于平衡态B[开空调2min内教室内的气体温度要变化,故不是平衡状态,A错误;两物体温度不同,接触后高温物体会向低温物体传热,是非平衡态,B正确;0 ℃的冰水混合物放入 1 ℃的环境中,周围环境会向冰水混合物传热,不是平衡态,C 错误;压缩密闭容器中的空气,要对空气做功,机械能转化为内能,不是平衡态,D错误。
本题选B。
]热平衡与温度某工人在拿铁棒和木头时感觉到铁棒明显比木头凉,由于表示物体冷热程度的是温度,于是这位工人得出当时“铁棒比木头温度低”的结论,你认为他的结论对吗?请说明理由。
提示:不对。
由于铁棒和木头都与周围的环境达到热平衡,故它们的温度是一样的。
之所以感觉到铁棒特别凉,是因为这位工人在单位时间内传递给铁棒的热量比较多。
(1)宏观上①温度的物理意义:表示物体冷热程度的物理量。
②与热平衡的关系:各自处于热平衡状态的两个系统,相互接触时,它们相互之间发生了热量的传递,热量从高温系统传递给低温系统,经过一段时间后两系统温度相同,达到一个新的平衡状态。
(2)微观上①反映物体内分子热运动的剧烈程度,是大量分子热运动平均动能的标志。
②温度是大量分子热运动的集体表现,是含有统计意义的,对个别分子来说温度是没有意义的。
2.热平衡(1)一切达到热平衡的物体都具有相同的温度。
(2)若物体与A处于热平衡,它同时也与B达到热平衡,则A的温度等于B 的温度,这就是温度计用来测量温度的基本原理。
3.热平衡定律的意义热平衡定律又叫热力学第零定律,为温度的测量提供了理论依据。
因为互为热平衡的物体具有相同的温度,所以比较各物体温度时,不需要将各个物体直接接触,只需将作为标准物体的温度计分别与各物体接触,即可比较温度的高低。
【例2】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,说明这两个系统原来的温度是相等的C.热平衡就是平衡态D.处于热平衡的几个系统的压强一定相等思路点拨:(1)平衡态的各个参量都不变化。
(2)热平衡时必有相等的温度。
B[一般来说,描述系统的状态参量不只一个,根据平衡态的定义知所有性质都不随时间变化,系统才处于平衡态,A错误;根据热平衡的定义知,处于热平衡的两个系统温度相同,B正确,D错误;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,C错误。
]热平衡与温度理解的两个误区误区1:误认为只要温度不变,系统就处于平衡态产生误区的原因是没有正确理解平衡态的概念,当系统内包括温度在内的所有状态参量都不随时间变化时,系统才处于平衡态。
误区2:误认为平衡态就是热平衡产生误区的原因是由于不理解热平衡与平衡态的关系,错误地认为处于平衡态的两个物体之间一定会处于热平衡。
其实各自处于平衡态的两个物体温度不一定相同,它们接触后各自的状态会发生变化,直到达到热平衡为止。
[跟进训练]2.下列有关热平衡的说法,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C[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错误;热平衡定律对多个系统也适用,故B错误;由热平衡的意义,故C正确;温度相同是热平衡的标志,必须相同,故D错误。
]温度计与温标摄氏温标(以前称为百分温标)是由瑞典天文学家摄尔修斯设计的。
如图所示,在一标准大气压下,把冰点定为0 ℃,汽化点定为100 ℃,因此在这两个固定点之间共为100 ℃,即100等份,每等份代表1摄氏度,用1 ℃表示,用℃标表示的温度叫作摄氏温度,常用t表示。
摄氏温标用摄氏度做单位。
热力学温标由英国科学家威廉·汤姆孙(开尔文)创立,它表示的温度叫热力学温度,常用T表示,用K做单位。
试探究:1.热力学温标与摄氏温标之间的关系是什么?2.如果可以粗略地取-273 ℃为绝对零度,在一标准大气压下,冰的熔点是多少摄氏度,为多少开?水的沸点又是多少摄氏度,为多少开?提示:1.关系式为T=t+273.15 K2.冰的熔点为0 ℃,为273 K;水的沸点为100 ℃,即373 K。
宏观角度温度表示物体的冷热程度,这样的定义带有主观性,因为冷热是由人体的感觉器官比较得到的,往往是不准确的热平衡角度温度的严格定义是建立在热平衡定律基础上的。
热平衡定律指出,两个系统相互处于热平衡时,存在一个数值相等的物理量,这个物理量就是温度,这样的定义更具有科学性一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。
使温度计与待测物体接触,达到热平衡,其温度与待测物体的温度相同。
3.温标(1)常见的温标有摄氏温标、华氏温标、热力学温标。