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(共30張PPT)
第2章 氣體 固體 液體
假如一個容器用擋板K隔開，容器中的氣體被分成A、B兩部分，它們的壓強分別為pA、PB，溫度分別為TA、TB。打開擋板K后，如果容器與外界沒有能量交換，經過一段時間后，容器內的氣體會是什么狀態
新課導入
第1節 溫度和溫標　
[教材鏈接] 閱讀教材“狀態參量與平衡態”相關內容,完成下列填空:
(1)熱力學系統:由　　　　　　組成的系統叫作熱力學系統,簡稱系統.
(2)外界:系統之外與系統發生　　　　　　的其他物體統稱為外界.
(3)狀態參量:為確定系統的狀態所需要的一些量,如:　　　　、　　　　、溫度等.
(4)平衡態:無外界影響,　　 　　　　　　的狀態.
說明:平衡態是狀態量,不是過程量,處于平衡態的系統,狀態參量在較長時間內不發生變化.
學習任務一
學習任務一 狀態參量與平衡態
大量分子
相互作用
體積
壓強
系統各部分的狀態參量穩定
[物理觀念]
學習任務一
學習任務一 狀態參量與平衡態
描述對象 狀態參量 參量類型
狀態參量：
質點的運動狀態
位置和速度v
運動學參量
系統的空間范圍
體積V
系統間或內部力的作用
壓強P
幾何參量
力學參量
熱學參量
確定系統冷熱程度
溫度T
例如：某鋼瓶容積為100L，其內煤氣溫度為20oC時的氣壓為5atm。
表示系統某種性質的物理量
熱力學系統
一個封閉系統，在經過足夠長的時間，系統各部分的狀態參量達到穩定（不隨時間變化）時的狀態 。
平衡態：
5atm
60oC
0oC
2atm
系 統
平衡態
分子做無規則運動
宏觀性質
例如：把不同壓強，不同溫度的兩箱氣體注入同一容器：
壓強大的氣體會向壓強小的一方流動。
溫度高的會向溫度低的一方傳熱。
經過一段時間后，容器各點的壓強和溫度都不再變化。
如果容器與外界沒有能量交換
非平衡態
平衡態
例1 (多選)下列說法中正確的是 ( 　)
A.狀態參量是描述系統狀態的物理量,故當系統的狀態變化時,其各個狀態參量都會改變
B.當系統不受外界影響,且經過足夠長的時間,其內部各部分狀態參量將會達到穩定
C.只有處于平衡態的系統才有狀態參量
D.兩個物體間發生熱傳遞時,它們組成的系統處于非平衡態
學習任務一
BD
學習任務一
[解析]由于描述系統的各種性質需要不同的物理量,只要其中某個量變化,系統的狀態就會發生變化,不一定各個狀態參量都發生變化,選項A錯誤;
系統處于平衡態或非平衡態,只是狀態參量有無變化,選項C錯誤;
當系統不受外界影響時,系統總要趨于平衡,其內部各部分狀態參量趨于穩定,選項B正確;
兩個物體間發生熱傳遞時,兩個物體組成的系統內部仍存在溫差,故系統處于非平衡態,選項D正確.
【要點總結】
對平衡態的理解
(1)在沒有外界影響的情況下,系統內的各部分的狀態參量達到穩定,即達到平衡態.
(2)平衡態是一種理想情況,因為任何系統完全不受外界影響是不可能的.
(3)熱力學的平衡態是一種動態平衡,組成系統的分子仍在不停地做無規則運動,只是分子運動的平均效果不隨時間變化,表現為系統的宏觀參量體積、壓強、溫度不隨時間變化.
學習任務一
[科學探究]用手心握住體溫計玻璃泡,觀察到體溫計的示數逐漸上升.當體溫計與人體溫度　　　　時,達到了　　　　,體溫計的示數不再上升.
[教材鏈接] 閱讀教材“熱平衡與溫度”相關內容,完成下列填空:
(1)熱平衡:如果兩個系統相互接觸而　　　　,它們的　　　　　　將改變.經過一段時間后,狀態參量就不再變化了,這說明兩個系統達到了平衡.這種平衡叫作熱平衡.
(2)熱平衡定律:如果兩個系統分別與第三個系統達到　　　　　,那么這兩個系統彼此之間也必定處于熱平衡,這個結論稱為熱平衡定律.
(3)溫度:表征處于熱平衡的系統的共同　　　　　　的物理量.
熱平衡
學習任務二 熱平衡與溫度
學習任務二
相同
傳熱
狀態參量
熱平衡
熱學性質
10oC
5atm
12oC
5.5atm
氣缸、活塞都是絕熱的
1、熱力學系統間的相互作用
甲系統
力學平衡
具有一種相同的力學參量
壓強
相互接觸而傳熱
乙系統
熱
冷
甲系統
乙系統
溫
甲系統
乙系統
這兩個系統的狀態參量將會互相影響而分別改變。經過一段時間，各自的狀態參量就不再變化了，這說明兩個系統達到了平衡。這種平衡叫作熱平衡
二.熱平衡與溫度
2、熱平衡
[物理觀念]對熱平衡的理解
學習任務二 熱平衡與溫度
學習任務二
①平衡態不是熱平衡。平衡態是對某一系統而言的，而熱平衡是對兩個接觸的系統而言的。
②即使兩個物體沒接觸過，但只要兩個系統在接觸時它們的狀態不發生變化,我們就說這兩個系統原來就處于熱平衡。
【問題】“平衡態”就是“熱平衡”嗎？
【答】不是。
1）“平衡態”指的是一個系統的狀態。
“熱平衡”指的是兩個或多個系統之間的關系。二者本質不同。
2）“平衡態”是指在沒有外界影響下，一個系統的溫度，壓強，體積都不變了；
而熱平衡是指兩個或多個系統的之間的關系，不要混淆。
冷空氣
熱水
熱水
溫空氣
熱水
溫水
非平衡態
平衡態
例2 [2023·煙臺二中月考] 關于平衡態和熱平衡,下列說法正確的是 (　)
A.熱平衡就是平衡態
B.只要系統的溫度不變化,系統就處于平衡態
C.處于熱平衡的兩個系統內能一定相同
D.處于熱平衡的兩個系統溫度一定相同
學習任務二
D
[解析]平衡態是針對某一系統而言的,熱平衡是兩個系統相互影響的最終結果,故A錯誤;
一個系統的溫度、壓強、體積都不變化,系統才處于平衡態,僅僅根據溫度不變不能得出系統一定處于平衡態的結論,故B錯誤;
如果兩個系統處于熱平衡,則它們的溫度一定相同,但是內能不一定相同,故C錯誤,D正確.
變式1 (多選)[2023·荊州中學月考] 關于溫度,下列說法中正確的是 ( 　)
A.一個分子的運動速度越大,它的溫度就越高
B.物體的狀態發生變化時,它的溫度可以保持不變
C.熱平衡定律是溫度計能夠用來測量溫度的基本原理
D.溫度是分子熱運動劇烈程度的反映,當溫度升高時物體內部每個分子的動能都增加
學習任務二
BC
[解析]溫度是針對一個系統大量分子而言的,A錯誤;
物體的狀態發生變化其溫度不一定變化,如零度的水變成零度的冰,故B正確;
由熱平衡定律可知,若物體與A處于熱平衡,它同時也與B處于熱平衡,則A的溫度便等于B的溫度,這就是溫度計用來測量溫度的基本原理,C正確;
溫度是分子平均動能的標志,這是統計規律,對于單個分子是不成立的,即當溫度升高時并不是每個分子的動能都增大,故D錯誤.
【要點總結】
1.平衡態與熱平衡的比較
學習任務二
平衡態 熱平衡
研究對象 　一個系統 　兩個接觸的系統
判斷依據 　系統不受外界影響,狀態參量不變 　兩個系統的溫度相同
聯系 　處于熱平衡的兩個系統都處于平衡態 2.溫度的含義
3.溫度計測溫原理:一切互為熱平衡的系統都具有相同的溫度.使溫度計與待測物體接觸,達到熱平衡,其溫度與待測物體的溫度相同.
學習任務二
宏觀角度 　表示物體的冷熱程度
微觀角度 　反映分子熱運動的劇烈程度,溫度是分子平均動能的標志
熱平衡 角度 　溫度的嚴格定義是建立在熱平衡定律基礎上的.熱平衡定律指出,一切達到熱平衡的系統都具有相同的溫度
[教材鏈接] 閱讀教材“溫度計與溫標”相關內容,完成下列填空:
(1)攝氏溫標
攝氏溫標是一種常用的表示溫度的方法,規定標準大氣壓下冰的熔點為　　　　,水的沸點為　　　　,并據此把玻璃管上0 ℃刻度和100 ℃刻度之間均勻分成100等份,每份算作1 ℃.
(2)熱力學溫標
①定義:熱力學溫標表示的溫度叫作熱力學溫度,它是國際單位制中七個基本量之一,用符號T表示,單位是開爾文, 簡稱　　　,符號為　　　.
②攝氏溫標與熱力學溫標的關系:攝氏溫標由熱力學溫標導出,攝氏溫標所確定的溫度用t表示,它與熱力學溫度T的關系是　　　　　　　　　.
學習任務三
0 ℃
100 ℃
開
K
T=t+273.15 K
學習任務三 溫度計與溫標
1、測溫物質
——熱脹冷縮的特性
2、確定溫度零點和分度值
如：
如：
水銀
酒精
氣體
標準大氣壓下
100等份
冰水混合物
沸騰的水
100℃
0℃
3、溫標
①攝氏溫標（攝氏溫度）：單位用℃來表示
②華氏溫標（華氏溫度）：單位用F來表示
③熱力學溫標（熱力學溫度）：單位用K來表示
T = t + 273.15K
開氏溫度T與攝氏溫度t的關系是：
[科學探究] 如圖所示,伽利略溫度計是利用玻璃管內封閉的氣體作為測量物質制成的,當外界溫度越高時,細管內的水柱 　　　　　(選填“越低”或“越高”).
學習任務三 溫度計與溫標
學習任務三
越低
名稱 原理
水銀溫度計 　根據水銀的　　　　　的性質來測量溫度
金屬電阻溫度計 　根據金屬的　　　　　隨溫度的變化來測量溫度
氣體溫度計 　根據氣體　　　　隨溫度的變化來測量溫度
熱電偶溫度計 　根據不同導體因　　　　而產生電動勢的大小不同來測量溫度
雙金屬溫度計 　根據線膨脹程度不同的兩金屬片的　　　　　　隨溫度變化來測量溫度
[物理觀念]常見溫度計的原理
學習任務三
熱膨脹
電阻率
壓強
溫差
彎曲程度
學習任務三
形形色色的溫度計
固體溫度升高時會膨脹
把線膨脹程度不同的兩種金屬片壓合在一起，溫度變化時，雙金屬片的彎曲程度會發生變化，帶動指針偏轉，指示溫度
把一條金屬絲的兩端分別與另一條不同材料金屬絲的兩端熔焊，接成閉合電路，倘若兩個焊點之間有溫度差，電路中就有電動勢產生，溫度差越大，電動勢也越大。
根據電動勢就可以度量兩個焊點之間的溫度差。
溫差電現象
科學漫步
學習任務三
各種溫度計中，起測溫作用的器件種類是不同的，即隨溫度變化的物理量不同，說說下面幾種分別是依據哪種物理量隨溫度的變化來實現測溫？
水銀溫度計 氣體溫度計 熱電偶溫度計
——水銀熱脹冷縮
電阻溫度計
—金屬電阻隨溫度變化
——氣體壓強隨溫度變化
——不同導體因溫差產生的電動勢大小
例3 關于溫度與溫標,下列說法正確的是 (　)　　　　　　　　
A.溫度與溫標是一回事,所以熱力學溫標也稱為熱力學溫度
B.攝氏溫度與熱力學溫度都可以取負值
C.攝氏溫度升高3 ℃,在熱力學溫標中溫度升高276.15 K
D.熱力學溫度每1 K的大小與攝氏溫度每1 ℃的大小相等
學習任務三
D
[解析]溫標是溫度數值的表示方法,所以溫度與溫標是不同的概念,用熱力學溫標表示的溫度稱為熱力學溫度,選項A錯誤.
攝氏溫度可以取負值,但是熱力學溫度不能取負值,因為熱力學溫度的零點是低溫的極限,故選項B錯誤.
攝氏溫度的每1 ℃與熱力學溫度的每1 K的大小相等,選項D正確.
攝氏溫度升高3 ℃,也就是熱力學溫度升高了3 K,故選項C錯誤.
變式2 [2023·長沙一中月考] 氣體初始溫度為27 ℃,升高了20 ℃.用熱力學溫標表示,下列說法正確的是(　)
A.氣體初始溫度為300.15 K,升高了20 K
B.氣體初始溫度為27 K,升高了20 K
C.氣體初始溫度為300.15 K,升高了293.15 K
D.氣體初始溫度為27 K,升高了293.15 K
學習任務三
A
[解析]攝氏溫度與熱力學溫度的關系是T=t+273.15 K,氣體初始溫度為27 ℃,氣體初始溫度用熱力學溫標表示為T=t+273.15 K=300.15 K.溫度升高了Δt=ΔT=20 K,故A正確,B、C、D錯誤.
【要點總結】
1.T=t+273.15 K是解決有關熱力學溫度與攝氏溫度關系問題的基礎.
2.攝氏溫度變化1 ℃與熱力學溫度變化1 K是等效的,即ΔT=Δt,而不是ΔT=Δt+273.15 K.
3.0 K是低溫的極限,只能無限接近,但不可能達到,故熱力學溫度不能出現負值,但攝氏溫度可以出現負值.
4.確定一個溫標的方法:(1)選擇某種具有測溫屬性的物質;(2)了解測溫物質的某個狀態參量隨溫度變化的函數關系;(3)確定溫度的零點和分度.
學習任務三
狀態參量與平衡態
平衡態：沒有外界影響的情況下，系統所有性質都不隨時間變化的穩定的狀態
熱平衡
與溫度
熱平衡：狀態參量不再變化，兩個系統對于傳熱已經達到平衡
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
溫度：兩個系統處于熱平衡時，具有的共同的熱學性質
溫標
溫度和溫標
攝氏溫標(t)
熱力學溫標(T)
關系式：T＝t＋273.15 K
狀態參量
體積V
壓強P
溫度T
標準大氣壓下
100等份
冰水混合物
沸騰的水
100℃
0℃
課堂小結
課后習題
1. “在測定某金屬塊的比熱容時，先把質量 已知的金屬塊放在沸水中加熱。經過一段時間 后把它迅速放入質量已知、溫度已知的水中， 并用溫度計測量水的溫度。當水溫不再上升時， 這就是金屬塊與水的共同溫度。根據實驗數據 就可以計算金屬塊的比熱容。”在這樣的敘述中， 哪個地方涉及了“熱平衡”的概念？
1.在以上敘述中，有兩個地方涉及“熱平衡”。第一處是金屬塊放在沸水中，經過一段時間后，金屬塊和沸水組成的系統溫度相同，這兩個系統達到“熱平衡”。第二處是將金屬塊迅速放入質量已知、溫度已知的水中，并用溫度計測水溫，當水溫不再升高，這時金屬塊、水和溫度計組成的系統溫度相同，它們也達到了“熱平衡”。
2. 天氣預報某地某日的最高氣溫是 27 ℃， 它是多少開爾文？進行低溫物理的研究時，熱 力學溫度是 2.5 K，它是多少攝氏度？
課后習題
課后習題
3. 已知某物理量 X 與熱力學溫度 T 成正比， 請把這個關系式用等式表示出來。現在用攝氏 溫度 t 來表示溫度，這個關系式又該怎么寫？ 分別畫出 X-T 圖像和 X-t 圖像的草圖。
課后習題
4. 圖 2.1-5 甲表示某金屬絲的電阻 R 隨攝 氏溫度 t 變化的情況。把這段金屬絲與電池、 電流表串聯起來（圖 2.1-5 乙），用這段金屬絲 做測溫探頭，把電流表的電流刻度改為相應的 溫度刻度，就得到了一個簡單的電阻溫度計。 請判斷 ：如果電池的電動勢和內阻都是不變的， 電流表上代表 t1、t2 的兩點，哪個應該標在電 流比較大的刻度上？

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