人教版 (2019)选择性必修 第三册1 温度和温标优秀ppt课件

2.1温度和温标

教学目标与核心素养

物理观念∶理解状态参量、平衡态温度、热力学温度的概念，理解热力学温度与摄氏温度的区别和联系。

科学思维∶对比分析平衡态与热平衡之间的关系，知道温度它们是共同的热学性质。

科学探究：利用玻璃瓶模拟伽利略的温度计，知道温度计的普遍原理。

科学态度与责任∶温度的使用，再次体现了知识转化为生产力为社会服务的生动例子，激发学生学习物理的兴趣。

教学重难点

热平衡的定义及热平衡定律的内容。

有关热力学温度的计算。

教学过程

【新课引入】

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。

【新知探究】  

（一）状态参量与平衡态

问题提问：什么是系统，什么是外界？

1.在物理学中所研究的对象，称为系统。

2.系统之外与系统发生相互作用的其他物体，统称为外界。

例如，用酒精灯加热容器中的气体，把气体作为研究对象，它就是一个热力学系统，而容器和酒精灯就是外界。

热力学研究的对象是由大量分子组成的系统，我们称之为热力学系统。

3.状态参量：表示系统某种性质的物理量

例如：某钢瓶容积为100L，其内煤气在温度为20oC时的气压为5atm。那在我们使用的过程中是什么量在变化了呢？钢瓶内气体的压强在减少，温度在降低，一直在变化，体积是不变的。这就是状态参数变化的过程。

所以现实中我们不可能研究每一个分子的运动状态，因为他们太多啦，所以咱一般研究的是一个系统的宏观参数。

4.平衡态

比如这个气体系统，其中各个部分的参数是不同的，就好像一个房间里有的地方分子密集一些，压强大一些，有的地方稀疏一些压强小，而且会随着时间发生变化。

但如果排除外界影响，并且性质足够长的时间，由于气体分子的无规则运动和彼此撞击，最终各部分的状态参数会趋于一致，也就是各部分的压强，分子数，冷热程度等参数都均匀，且不再随着时间发生变化。就可以说这个气体系统处于平衡态。即

对于一个封闭系统，在经过足够长的时间，系统各部分的状态参量会达到稳定（不随时间变化）的状态 。就叫做平衡态。

在中学阶段，我们主要处理平衡态的问题。

（二）热平衡与温度

1.热平衡

掏出两个状态参量不同的系统，通过导热材料相互接触。那他俩就会相互影响进行热交换，相应的状态参数也会改变，但一段时间后就都不再变化啦，于是我们就说这两个系统达到热平衡。

2.热平衡定律

此时你如果把他俩分开，只要他们没受到外界影响，那让他俩再次接触时，还处于热平衡状态。科学家在这个基础上还发现了普遍规律，如果A系统与B系统热平衡，B与C热平衡，那么A与C一定也热平衡。即

如果两个系统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，也叫热力学第零定律。

3.温度

既然两个系统，处于热平衡，那肯定有某种共同的热学性质，它就是温度。

问题：为什么温度计为啥能测量温度？

因为水和温度计这俩系统进行热交换，达到热平衡位置，此时温度计中液体的温度和热水的温度应该相同，用数字标出来，就测量出热水的温度了。

4.平衡态与热平衡的比较

（三）温度计与温标

1.测温物质

①气体测温

古时候人们测量温度主要靠体感，后来，伽利略老先生经过长期研究，发明了世界上第一只空气温度计。观察一下，玻璃管中装着带颜色的水上端是个空心的圆球，下端开口插入盛水的容器中。当环境温度升高时，圆筒内气体体积膨胀，时管中液面下降。反过来，环境温度降低，圆球内气体体积收缩管中液面上升。只要在管子上事先标定温度，就可以测量环境温度啦。

②液体测温

主要是酒精温度计和水银温度计。注意，酒精的沸点只有78℃，酒精温度计不能测量沸水的温度。也正因为如此，人们用水银代替酒精，因为它的沸点高达357℃，测量的范围更大。它们的原理初中也学过了。

总的来说温度计是利用测温物质的热胀冷缩的特性制成的。

问题：温度计在生活中应用广泛。那温度是如何定量定标的？它的标准是什么？

2.确定温度零点和分度值

如果要确定一套温标，咱就需要规定出它的零点和分度标准，拿常用的摄氏温度为例。是将标准大气压下的冰水混合物的温度或者说冰的熔点规定为0℃，而沸水的温度规定为100℃，然后把0~100℃之间，平均分成100份，每一份都是1℃，这就是现在使用的摄氏温标。

3.温标

①摄氏温标（摄氏温度）：单位用℃来表示

②华氏温标（华氏温度）：单位用F来表示

③热力学温标（热力学温度）：单位用K来表示

平时用的摄氏温度t，和热力学温标T之间满足关系：

T=t+273.15K

热力学温标的确定没有依赖具体的测温物质，而是根据理想气体定律和热力学定律得出的，所以这里绝对要比摄氏温标更有科学意义，那在科研中大多用的就是热力学温度。

例1：天气预报地目的最高气温是27℃，它是多少开尔文?进行低温物理的研究时热力学温度是2.5K，它是多少摄氏度?

解析：（1）已知t=27℃带入，T = t + 273.15

得T=27+273.15=300.15K    

（2）已知T=2.5K带入，T = t + 273.15

得t= -270.65oC

例2：关于热力学温度，下列说法中正确的是（    ）

1. -33℃=240.15K                       
2. 温度变化了1℃，也就是温度变化1K
3. 摄氏温度与热力学温度都可以取负值      
4. 温度由t升至2t，对应的热力学温度升高了273K+t 

解析：AB正确，热力学温度不可以取负值。

例3：图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(图乙)，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刻度上？

解析：根据焦耳定律和闭合电路欧姆定律                 可知：电流通过导体电阻发热，电阻温度升高，电阻阻值增大，电流变小，故 t1 应标在电流较大的刻度上。

【课堂小结】

一、状态参量与平衡态

1.在物理学中所研究的对象，称为系统。

2.系统之外与系统发生相互作用的其他物体，统称为外界。

3.状态参量∶表示系统某种性质的物理量 体积V、压强P、温度T

4.平衡态∶对于一个封闭系统，在经过足够长的时间，系统各部分的状态参量会达到稳定（不随时间变化）的状态。

二、热平衡与温度

1.热平衡∶如果两个系统相互接触而传热 ，它们的状态参量将会互相影响而分别改变，但经过一段时间后，状态参量不再变化，我们就说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，那么这两个系统也必定处于热平衡。

3.共同的热学性质 ∶达到热平衡的系统具有相同的温度

三、温度计与温标

开氏温度T与摄氏温度t的关系是∶T=t+ 273.15K

【随堂演练】。

1．关于热力学温度和摄氏温度，以下说法正确的是（     ）

A．热力学温度的单位“K”是国际单位制中的基本单位

B．温度升高了1℃就是升高了1K

C．1℃就是1K

D．0℃的温度可用热力学温度粗略地表示为273K

2．（1）水的沸点是______℃=_________K；

（2）绝对零度是______℃=_________K；

（3）某人体温是36.5℃，也可以说体温为______K；此人体温升高1.5℃，也可以说体温升高了______K。

（4）10℃=______K；       10K=______℃；      27℃=______K；

27K=______℃；        273℃=______K；             273K=______℃；

（5）若Δt=40℃，则ΔT=______K；若ΔT=25K，则Δt=______℃。

参考答案：

1．A BD

2．（1）100；373（2）－273.15；0  （3）36.5；309；310.5

（4）283；－263；300；－246；546；0（5）40；25