高中物理 第七章 分子动理论 4 温度和温标教材梳理素材 新人教版选修3-3（通用）

高中物理 第七章 分子动理论 4 温度和温标教材梳理素材 新人教版选修3-3（通用）

‎4 温度和温标 ‎ 庖丁巧解牛 知识·巧学 一、平衡态与状态参量 ‎1.系统：在物理学中，通常把所研究的对象称为系统.‎ 深化升华 系统就是人为选定的为研究问题方便的一个整体.在静力学中使用整体时选定的整体就是一个系统.‎ ‎2.状态参量 ‎（1）气体的状态：气体的各种性质的总和称为气体的状态.‎ 对于气体，它有各种性质，如几何性质、力学性质、热学性质等.这些性质的总和决定了气体所处的状态.‎ ‎（2）气体的状态参量：描述气体性质的物理量叫做气体的状态参量.‎ 气体的某一方面的性质就要用与此相应的物理量来描述.气体的热学性质用温度来描述，几何性质用体积来描述，力学性质用压强来描述.气体的温度、体积、压强是描述气体性质的三个状态参量.‎ ‎3.平衡态 ‎（1）定义：对于一个不受外界影响的系统，无论其初始状态如何，经过足够长的时间后，必将达到一个宏观性质不再随时间变化的稳定状态，这种状态叫平衡态.‎ ‎（2）特征：系统的所有性质都不随时间变化.‎ 二、热平衡与温度 ‎1.热平衡 在与外界影响隔绝的条件下，使两个热力学系统互相接触，经过足够长的时间，将会达到这样的状态：系统的宏观性质不再发生变化，我们就说彼此达到了热平衡.‎ 如果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.‎ 学法一得 ‎ 这里关于热平衡的定义是从两个层面进行的，一是原来两个系统不是热平衡，接触后最终达到热平衡，一是原来两个系统已经处于热平衡，再接触，两个系统不发生变化.‎ 误区警示 初学者往往认为只有在两个系统接触时才会有热平衡.实际上接触只是可以“检验”两个系统是否处于热平衡而已.‎ ‎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.‎ 定律中所说的热力学系统是指由大量分子、原子组成的物体或物体系.它为建立温度概念提供了实验基础.这个定律反映出：处在同一热平衡状态的所有的热力学系统都具有一个共同的宏观特征，这一特征是由这些互为热平衡系统的状态所决定的一个数值相等的状态函数，这个状态函数被定义为温度，而温度相等是热平衡之必要条件.因此，温度这一基本物理量实质是反映了系统的某种性质.‎ 深化升华 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.反之，达到热平衡的两个系统一定具有相同的温度.‎ 联想发散 温度是物体冷热的标志.两个温度不同的物体间会发生热传递，直到两温度相等时为止，这也是一种热平衡.‎ 三、温度计与温标 ‎1.温标 ‎（1）定义：定量描述温度的一套方法叫温标.‎ ‎（2）确定一个温标的基本程序：‎ 确定一个温标时首先要选择一种测温物质，根据这种物质的某个特性来制造温度计.‎ 确定了测温物质和这种物质用以测温的某种性质以后，还要确定温度的零点和分度的方法.‎ 联想发散 凡是物质的特性（如体积、电阻等）与温度的变化是线性关系的就可以选定为测温物质.‎ ‎2.热力学温度 ‎（1）定义：热力学温标表示的温度，叫热力学温度.‎ ‎（2）单位：开尔文，简称开，符号K.‎ ‎3.摄氏温标与热力学温标的关系 摄氏温标由热力学温标导出，摄氏温标所确定的温度用t表示，它与热力学温度T的关系是T=t+273.15 K.‎ 辨析比较 （1）用热力学温标表示的温度和摄氏温标表示的温度，虽然起点不同，但表示温度的间隔是相同的，即ΔT=Δt；（2）摄氏温标的‎1 ℃‎的分格与绝对温标的1 K的分格是等价的，摄氏温度升高‎10 ℃‎与热力学温度升高10K是一回事，而不能说升高了283 K.‎ 典题·热题 知识点一 热平衡与温度 例1 “在测定某金属块的比热容时，先把质量已知的金属块放在沸水中加热.经过一段时间后把它迅速放进质量、温度均已知的水中，并用温度计测量水的温度.根据实验数据就可以计算出金属块的比热容.”以上叙述中，哪个地方涉及到了“平衡态”和“热平衡”的概念？‎ 解析:金属块在沸水中加热一段时间后，二者就达到了“热平衡”，此时的沸水和金属块就处于“平衡态”；将金属块放入质量、温度已知的水之前，金属块和水处于各自的“平衡态”，当放入金属块后水温不再上升时，金属块和水处于“热平衡”，此时温度计的读数就是水和金属块的共同温度.‎ 方法归纳 平衡态是针对一个系统所处的状态，该状态下系统的所有状态参量（如温度、压强等）不再发生变化；热平衡是两个系统达到了相同的温度，温度是判断两系统是否达到热平衡的唯一参量.‎ 知识点二 温度计与温标 例2 关于热力学温度，下列说法中正确的是（ ）‎ A.‎-‎‎33 ℃‎=240 K B.温度变化‎1 ℃‎，也就是温度变化1 K 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273 K+t 解析:本题主要考查热力学温度与摄氏温度的关系：T=273 K+t，由此可知：‎-33 ℃‎=240 K，A正确，同时B正确.D中初态热力学温度为273 K+t，末态为273 K+2t,温度变化t K，故D错.对于摄氏温度可取负值的范围为0—-273 K，因绝对零度达不到，故热力学温度不可能取负值，故C错.‎ 答案：AB 方法归纳 熟练应用T=t+273 K是解决有关摄氏温度与热力学温度换算的基础.‎ 例3 已知某物理量x与热力学温度T成正比，请把这个关系式用等式写出来.现在用摄氏温度t表示这个温度，这个关系式该怎样写？‎ 解析:由题意可知：x∝T，设其比例系数为k，则x与T的关系式可写作x=kT；由T=273+t可知，如用摄氏温度t表示，则x=k(t+273),其中k为比例系数.‎ 答案：x=kT；x=k(t+273)‎ 方法归纳 由比值式变成等式在前面的公式推导中如牛顿第二定律公式F=ma、万有引力公式F=得到了广泛应用，自己可积累这方面的材料.‎ 例4 图‎7-4-1‎甲表示某金属丝的电阻R随摄氏温度t变化的情况.把这段金属丝与电池、电流表串联起来（7-4-1乙），用这段金属丝做温度探头，把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度，于是就得到一个最简单的电阻温度计.请判断：如果电池的电动势和内电阻都是不变的，电流表上代表t1、t2的两点，哪个应该标在电流比较大的温度上？‎ 图‎7-4-1‎ 解析:根据焦耳定律和闭合电路欧姆定律I=可知：电流通过导体，电阻发热，温度升高，阻值增大，电流变小，故t1应标在电流较大的温度上.‎ 答案：t1‎ 方法归纳 阅读文字说明，恰当选用公式分析是解题关键.‎ 问题·探究 实验论证探究 问题 请利用生活中的一些材料，制作一只简易温度计.‎ 探究过程：‎ 实验原理：利用煤油的热胀冷缩 实验器材：一支细玻璃管，煤油（加点红墨水），冰块，烧杯，酒精灯，铁架台 实验过程：（1）现在一个烧杯中放入水和冰块，形成冰水混合物；‎ ‎（2）在细玻璃管中装上一定量的煤油；‎ ‎（3）将此玻璃管，插入冰水混合物的烧杯，过两三分钟，记下此时煤油柱液面所在的位置1；‎ ‎（4）将烧杯放到铁架台上加热直至沸腾，过两三分钟，记下此时煤油柱液面所在的位置2；‎ ‎（5）取下玻璃管，在1、2位置间均匀地画上一百个刻度.‎ 探究结论：基本上能制成一个温度计，但不够精确.‎ 实验论证探究 问题 用实验验证热力学第零定律是否正确.‎ 探究过程：‎ 实验原理：两个系统与同一个系统发生热传递,然后离开这个系统,看这两个系统是否处于热平衡.‎ 实验器材：实验器材：三个具有导热器壁的气缸，温度计.‎ 实验过程：‎ ‎（1）如图‎7-4-2‎甲所示，将A、B的导热壁和C的导热壁相接；‎ 图‎7-4-2‎ ‎（2）过段时间等系统达到热平衡后将C移去，再将A、B的两个导热壁相接触，如图‎7-4-2‎乙所示；‎ ‎（3）观察A、B中温度计示数的变化情况并记录数据.‎ 探究结论：通过实验发现A、B中的温度计读数基本不变，故可得出热力学第零定律是正确的.‎