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第4课温度和温标
备课堂
教学目标:
(一)知识与技能
1.了解系统的状态参量以及平衡态的概念。
2.掌握热平衡的概念及热平衡定律。
3.掌握温度与温标的定义以及热力学温度的表示。
(二)过程与方法
通过学习温度与温标,体会热力学温度与摄氏温度的关系。
(三)情感态度与价值观
体会生活中的热平衡现象,感应热力学温度的应用。
重点:热平衡的定义及热平衡定律的内容。
难点:有关热力学温度的计算。
教学方法:讲练法、举例法、阅读法
教学用具:投影仪、投影片
讲法速递
(一)引入新课:
什么是热平衡呢?什么是热力学第零定律呢?
板书:第4节温度和温标
(二)进行新课:
一、平衡态与状态参量
1、系统:物理学中,把所研究的对象称为系统.
系统以外的周围物体称之为外界或环境,系统与外界之间往往存在相互的作用.在物理学研究中,对系统内部问题,往往采取“隔离”分析方法,对系统与外界的相互作用问题,往往采取“整体”分析的方法.
2、状态参量:描述物质系统状态的宏观物理量叫做状态参量.
物理学中,需要研究系统的各种性质,包括几何性质、力学性质、热学性质、电磁性质等等.为了描述系统的状态。需要用到一些物理量,例如:用体积描述它的几何性质,用压强描述力学性质.用温度描述热学性质等等
3、平衡态:系统所有宏观性质不随时间变化时状态称之为平衡态.
一个物理学系统,在没有外界影响的情况下,只要经过足够长的时间,系统内各部分的状态参量会达到稳定.
热学系统所处的平衡态往往是一种动态的平衡,这种动态平衡性质充分说明热运动是物质运动的一种特殊形式。
例1.在热学中,要描述一定气体的宏观状态,需要确定下列哪些物理量()
A.每个气体分子的运动速率B.压强
C.体积D.温度
答案:BCD
解析:描述系统的宏观状态,其参量是宏观量,每个气体分子的运动速率是微观量,不是气体的宏观状态参量.气体的压强、体积、温度分别是从力学、几何、热学三个角度对气体的性质进行的宏观描述,是确定气体宏观状态的三个状态参量.显然B、C、D选项正确.
二、热平衡与温度
1、热平衡:两个系统之间没有隔热材料,它们相互接触,或者通过导热性能很好的材料接触,这两个系统的状态参量将会互相影响而分别改变.最后,两个系统的状态参量不再变化,说明两个系统已经具有了某个“共同性质”,此时我们说两个系统达到了热平衡.
热平衡概念也适用于两个原来没有发生过作用的系统.因此可以说,只要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.
2、热平衡定律(又叫热力学第零定律):
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。
3、温度
两个系统处于热平衡时,它们具有一个“共同性质”。我们就把表征这一“共同性质”的物理量定义为温度。
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,它的特征就是“一切达到热平衡的系统都具有相同的温度”这就是常用温度计能够用来测量温度的基本原理.
若温度计跟物体A处于热平衡,它同时也跟物体B处于热平衡,根据热平衡定律,A的温度便与B的温度相等.
系统达到热平衡的宏观标志就是温度相同,若温度不同即系统处于非平衡态,则系统一定存在着热交换。
例2、一金属棒的一端与0℃冰接触,另一端与100℃水接触,并且保持两端冰、水的温度不变.问当经过充分长时间后,金属棒所处的状态是否为热平衡态?为什么?
解析:因金属棒一端与0℃冰接触,另一端与100℃水接触,并且保持两端冰、水的温度不变时,金属棒两端温度始终不相同,虽然金属棒内部温度分布处于一种从低到高逐渐升高稳定状态,但其内部总存在着沿一定方向的能量交换,所以金属棒所处的状态不是平衡态.
答案:否,因金属棒各部分温度不相同,存在能量交换.
三、温度计与温标
1、温标:定量描述温度的方法叫做温标
温标的建立包含三个要素:
①选择温度计中用于测量温度的物质,即测温物质;
②对测温物质的测温属性随温度变化规律的定量关系作出某种规定;
③确定固定点即温度的零点和分度方法.
2、热力学温度.
(1)定义:热力学温标表示的温度叫做热力学温度,它是国际单位制中七个基本物理量之一。
(2)符号:T,
(3)单位开尔文,简称开,符号为K.
(4)热力学温标与热力学温度T的关系:
T=t+273.15K
(5)说明
①摄氏温标的单位“℃”是温度的常用单位,但不是国际制单位,温度的国际制单位是开尔文,符号为K.在今后各种相关热力学计算中,一定要牢记将温度单位转换为热力学温度即开尔文;
②由T
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