資源簡介

第二章氣體、固體和液體
第1節溫度和溫標
【素養目標】
1、知道什么是狀態參量，什么是平衡態。
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造，會使用常見的溫度計。
5、理解攝氏溫標和熱力學溫標的轉換關系。
【必備知識】
知識點一、平衡態和狀態參量
熱力學系統：研究某一容器中氣體的熱學性質，其研究對象是容器中的大量分子組成的系統，這在熱學中叫一個熱力學系統，簡稱系統。系統之外與系統發生相互作用的其他物體統稱外界。
(1)狀態參量
在熱學中，為確定系統的狀態，需要用到一些物理量，這些物理量叫系統的狀態參量。
(2)平衡態
在沒有外界影響的情況下，只要經過足夠長的時間，系統內各部分的狀態參量能夠達到穩定狀態。這種狀態叫平衡態。
(3)非平衡態
系統宏觀性質隨時間變化而變化，這種情況下就說系統處于非平衡態。
點睛：平衡態　
①系統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，只要經過足夠長的時間，系統內的各部分的狀態參量會達到穩定，即達到平衡態。
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，經過一段時間后，容器內各點的溫度、壓強就會變得一樣，即達到平衡態。
知識點二、熱平衡與溫度
(1)熱平衡
如果兩個系統相互接觸，它們間沒有隔熱材料，或通過導熱性能好的材料接觸，這兩個系統的狀態參量不再變化時，此時的狀態叫做熱平衡狀態，我們說這兩個系統達到了熱平衡。
熱平衡定律：如果兩個系統分別與第三個系統達到熱平衡，那么這兩個系統彼此之間也必定處于熱平衡。
(3)熱力學平衡的標志：達到熱平衡的系統具有相同的溫度
(4)平衡態≠熱平衡：平衡態指的是一個系統的狀態參量不再改變，熱平衡是兩個系統達到相同的溫度。
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水銀溫度計是根據水銀熱脹冷縮的性質來測量物體溫度的；
②金屬電阻溫度計是根據金屬的電阻隨溫度的變化來測量溫度的；
③氣體溫度計是根據氣體壓強與溫度的關系來測量溫度的；
④熱電偶溫度計是根據不同導體因溫度差產生的電動勢大小來測量溫度的。
(3)溫標
熱溫度的數值表示法叫做溫標。
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；
熱力學溫標T：單位K，把－273.15 ℃作為0 K，溫度變化1 K即變化1 ℃，在國際單位制中，常采用熱力學溫標表示的溫度，叫熱力學溫度。
【名師指導】熱平衡法測物體的溫度
平衡態和熱平衡屬于熱學中的基本概念，溫度是判斷是否達到熱平衡的依據，一切達到熱平衡的系統都具有相同的溫度。
若兩個系統只發生熱交換而未發生其他變化，熱總是由高溫系統流向低溫系統。當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系統熱平衡，意義為：
(1)熱平衡時兩系統溫度相等；
(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之間發生熱量的傳遞，直到系統的溫度相等。在熱量交換過程中，遵從能的轉化和守恒定律。從高溫物體向低溫物體傳遞的熱量，實際上就是內能的轉移，高溫物體內能的減少量就等于低溫物體內能的增加量。
其平衡方程式為：
Q放＝Q吸
此方程只適用于絕熱系統內的熱交換過程，即無熱量的損失；在交換過程中無熱和功轉變問題；而且在初、末狀態都必須達到平衡態。
系統放熱，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。
【課堂檢測】
1．如圖所示，質量為的內壁光滑的橫截面積為S的玻璃管內裝有質量為的水銀，管外壁與斜面的動摩擦因數為，斜面傾角為30°，當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，根據牛頓第二定律得
整理得
以水銀柱為研究對象，根據牛頓第二定律得
所以管內氣體壓強為
2．如圖所示的試管內封有一定質量的氣體，靜止時氣柱長為，大氣壓強為P0，當試管繞豎直軸以角速度在水平面勻速轉動時氣柱長變為L，其他尺寸如圖所示，求轉動時的氣體壓強．（設溫度不變，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，轉動所需向心力由液柱兩側氣體壓力差提供，則
又、
解得：
【素養作業】
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的比例增大，同時每個分子的速率都增大
D．布朗運動反應了液體分子的無規則運動
【答案】D
【詳解】A．在兩個分子相互遠離的過程中，當體現引力時，一定克服分子力做功，分子勢能增大；當體現斥力時，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則運動，它反應了液體分子的無規則運動，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中氦氣分子間的距離較小
D．a中氦氣的內能一定大于b中氦氣的內能
【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則的，并不是每個分子的動能都大，B錯誤；
C．a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中氦氣的內能不一定大于b中氦氣的內能，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．兩個系統處于熱平衡時，它們一定具有相同的狀態參量
D．阿伏加德羅常數為NA，鐵的摩爾質量為MA，鐵的密度為ρ則1kg鐵所含的原子數目是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．兩個系統處于熱平衡時，它們一定具有相同的溫度而狀態參量還包括了壓強和體積，BC錯誤；
D．根據N=NA
可知1kg鐵所含原子數為，D錯誤。
故選A。
4．關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，他們存在因果關系，不能說氣體分子的熱運動越劇烈，氣體溫度就越高，先發生溫度的改變，再發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能不一定越多，還與質量多少有關，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．如果分子的質量為m，平均速率為v，則其平均動能為mv2
D．分子的平均動能等于物體內所有分子的動能與分子的總數之比
【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．如果分子的質量為m，平均速率為v，則分子的平均動能等于物體內所有分子的動能與分子的總數之比，而不是為mv2，故C錯誤，D正確。
故選D
6．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，還與分子的質量有關。本題涉及兩種不同的氣體（即分子質量不同），它們的分子質量無法比較，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，要使兩側水銀面高度差h 增大，應( )
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. 從左側管口滴入水銀，h右不變，封閉氣體壓強P=P0+h右不變，兩側水銀面高度差h不變，故A錯誤；
B. 從右側管口滴入水銀，h右變大，封閉氣體壓強P=P0+h右變大，由P=P0+h可知，兩側水銀高度差h增大，故B正確；
C. 減小大氣壓強，根據封閉氣體的壓強P=P0+h=P0+h右，h=h右，兩側水銀高度差h不變，故C錯誤；
D. 增大大氣壓強，根據封閉氣體的壓強P=P0+h=P0+h右，h=h右，兩側水銀高度差h不變，故D錯誤．
故選B.

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