高中物理选择性必修3-第二章1温度与温标学案.docx

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

平衡态
热平衡
区别
研究对象
一个系统
两个接触的系统
判断依据
系统不受外界影响，状态参量不变
两个系统的温度相同
联系
处于热平衡的两个系统都处于平衡态

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
名称
原理
水银温度计
根据水银热胀冷缩的性质来测量温度
金属电阻温度计
根据金属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

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。初始时，阀门是关闭的，A中装有2mol的氦（He），B中装有2mol的氪（Kr），二者的温度和压强都相同。气体分子之间的相互作用势能可忽略。现打开阀门K，两种气体相互混合，已知两种气体的摩尔质量，最终每一种气体在整个容器中均匀分布，两个容器中气体的温度相同。则两种气体混合后的温度________（填“高于”或“等于”或“低于”）混合前的温度，混合后氦分子的平均速率_____（填“大于”或“等于”或“小于”）氪分子的平均速率。

三、实验题
8．为研究不同物质的吸热能力，某同学用两个完全相同的酒精灯，分别给质量和初温都相同的甲、乙两种液体同时加热，分别记录加热时间和升高的温度，根据记录的数据作出了两种液体的温度随时间变化的图象，如图所示．

根据图象，某同学认为：“加热相同的时间时，甲升高的温度高一些，这说明甲吸收的热量多一些”这位同学的判断是否正确？请说明理由．________________________
要使甲、乙升高相同的温度，应给_____加热更长的时间，这说明______的吸热能力强些．
如果已知甲的比热容是，则乙的比热容多少？________________________

参考答案
1．D
【详解】
A．破碎的玻璃不能拼接在一起，是因为分子间距达不到分子作用力的范围，A错误；
B．温度是分子平均动能的标志，相同温度下所有分子的平均动能均相同，B错误；
C．当分子力表现为引力时，分子势能随分子间距离的增大而增大，当分子力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的增大而减小，C错误；
D．布朗运动是悬浮在液体中的固体颗粒的运动，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，D正确。
故选D。
2．A

【详解】
温度是分子平均动能的标志，则当物体的温度升高时，物体分子的平均动能一定变大。
故选A。
3．B
【详解】
AB．温度是分子平均动能的标志，温度低说明分子平均动能小，但内能不一定小，故A错误，B正确；
C．一切物体的分子都在永不停息的做无规则运动，所以一切物体都具有内能，故C错误；
D．物体的分子动能与物体的宏观的运动无关，故D错误。
故选B。
4．C
【详解】
A．布朗运动就是液体或者气体中小颗粒的无规则运动，所以A错误；
B．两个邻近分子间斥力和引力是同时存在的，所以B错误；
C．在扩散现象中，温度越高，分子热运动越激烈，扩散得越快，所以C正确；
D．温度是分子平均动能的标志，所以D错误；
故选C。
5．C
【详解】
A．用线将温度计拴牢从洞中放入水中，待较长时间后从水中提出，读出示数，不符合温度计的使用方法，故A错；
B．水灌满瓶后取出，温度会升高，不再是湖水的温度，相当于取出温度计读数，故B错；
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，然后将瓶取出，立即从瓶外观察温度计示数，这样能保证瓶取出后，温度计的示数不会降低，故C正确；
D．取出温度计读出示数，不符合温度计的使用方法，故D错误。
故选C。
6．C
【详解】
A．温度是分子平均动能的标志，则温度相同分子的平均动能相同，所以A错误；
B．液体表面层分子间的平均距离大于液体内部分子间的平均距离，所以B错误；
C．油膜法估测分子大小的实验中，所撒痱子粉太厚会导致面积S减小，则由 可得测量结果偏大，所以C正确；
D．已知阿伏伽德罗常数和某物质的摩尔体积就可以确定固体物质每个分子的体积，气体分子的体积不能确定，只能确定气体分子所占空间的体积，所以D错误；
故选C。
7．低于 大于
【详解】
[1]因为两种气体混合以后重心升高，重力势能增大，根据能量守恒定律可知内能要减小，理想气体的内能由温度决定，所以温度要降低。
[2]因为混合后两种气体的温度相同，两种气体分子的平均动能相等，而氦分子的质量小于氪分子的质量，所以混合后氦分子的平均速率大于氪分子的平均速率。
8．加热时间相同，吸收热量相等 乙 乙 乙的比热容为
【详解】
(1)升高的温度大不代表吸收的热量多，吸收热量的多少是一样的，因为是用两个完全相同的酒精灯加热相同的时间，酒精灯放出的热量是相等，甲和乙吸收的热量也是相等的，则该同学的判断是错误的．
(2)由图可知，甲和乙升高相同的温度，如都升高，温度升到，甲需要的时间是3min，乙需要的时间是4min，乙需要更长的加热时间，这也就说明了乙的吸热能力强一些．
(3)根据可知在质量和吸收热量一定时，温度的变化值和比热容成反比．
我们可以取相同的加热时间4min，用相同的酒精灯加热4min，甲和乙吸收的热量就是相同的，甲的温度变化值为，乙的温度变化值为，
据得：

则乙的比热容；