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1、第二章第二章气体、固体和液体气体、固体和液体学习目标学习目标1.通过情境探究通过情境探究,知道什么是状态参量知道什么是状态参量,什么是平衡态什么是平衡态,知道热平知道热平衡衡,理解热平衡定律及温度的意义理解热平衡定律及温度的意义,知道热平衡的标志及热平衡知道热平衡的标志及热平衡与平衡态的区别与平衡态的区别,体会生活中的热平衡现象体会生活中的热平衡现象,培养推理、分析与培养推理、分析与归纳能力归纳能力.2.知道什么是温标、热力学温标知道什么是温标、热力学温标.知道摄氏温度与热力学温度的知道摄氏温度与热力学温度的转换关系转换关系,培养应用物理知识解决实际问题的能力培养应用物理知识解决实际问题的能力
2、.1温度和温标温度和温标知识点知识点一一状态参量与平衡态状态参量与平衡态1.热力学系统热力学系统:研究某一容器中气体的热学性质研究某一容器中气体的热学性质,其研究对象其研究对象是容器中的大量分子组成的系统是容器中的大量分子组成的系统,这在热学中叫作一这在热学中叫作一个个,简称简称.系统之外与系统发生相互作用的系统之外与系统发生相互作用的其他物体其他物体统称统称.2.状态参量状态参量:在热学中在热学中,为确定系统的状态为确定系统的状态,也需要用到一些也需要用到一些物理量物理量,这些物理量叫作系统这些物理量叫作系统的的.研究系统内气体研究系统内气体时常用到的状态参量分别时常用到的状态参量分别是是、
3、.热力学系统热力学系统系统系统外界外界状态参量状态参量体积体积V压压强强p温度温度T3.平衡态平衡态:在没有外界影响的情况下在没有外界影响的情况下,经过足够长的时间经过足够长的时间,系统系统内各部分的状态参量能够内各部分的状态参量能够达到达到状态状态,即系统内的压强、即系统内的压强、体积和温度不再变化体积和温度不再变化,系统达到系统达到了了.4.一根长铁丝一根长铁丝,一端插入一端插入100的热水中的热水中,另一端放入另一端放入0的恒的恒温源中温源中,经过足够长的时间经过足够长的时间,温度沿铁丝有一定的分布温度沿铁丝有一定的分布,而且不而且不随时间变化随时间变化,这种状态是不是平衡态这种状态是不
4、是平衡态?答案答案:这种状态不是平衡态这种状态不是平衡态,只是一种稳定状态只是一种稳定状态,因为存在外界因为存在外界因素的影响因素的影响.稳定稳定平衡态平衡态知识点二热平衡与温度知识点二热平衡与温度1.热热平平衡衡:如如果果两两个个系系统统相相互互接接触触而而传传热热,这这两两个个系系统统的的状状态态参参量量将将会会互互相相影影响响而而分分别别改改变变.经经 过过 一一 段段 时时 间间,各各 自自的的就就不再变化了不再变化了,这说明两个系统达到这说明两个系统达到了了.这种平这种平衡叫作热平衡衡叫作热平衡.2.热平衡定律热平衡定律:如果两个系统分别与第三个系统如果两个系统分别与第三个系统达达到
5、到,那么这两个系统彼此之间也必定那么这两个系统彼此之间也必定处于处于,这个结论称为这个结论称为热平衡定律热平衡定律.状态参量状态参量平衡平衡热平衡热平衡热平衡热平衡3.从热平衡方面怎样理解温度从热平衡方面怎样理解温度?答案答案:当两个系统当两个系统A、B处于热平衡时处于热平衡时,它们必定具有某个共同它们必定具有某个共同的热学性质的热学性质,我们就把表征这一我们就把表征这一“共同的热学性质共同的热学性质”的物理的物理量叫作温度量叫作温度.知识知识点点三温度计与温标三温度计与温标1.温标温标:要要地地描述温度描述温度,就必须有一套方法就必须有一套方法,这套方法就是这套方法就是温标温标.2.摄氏温度
6、与热力学温度的关系摄氏温度与热力学温度的关系:.3.水银温度计的测量原理水银温度计的测量原理:水银温度计是根据水水银温度计是根据水银银的的的的性质来测量温度的性质来测量温度的.定量定量T=t+273.15K热膨胀热膨胀小小试试身手身手判断下列说法的正误并和同学交流判断下列说法的正误并和同学交流(正确的打正确的打“”,错误错误的打的打“”).).1.只要温度不变且处处相等只要温度不变且处处相等,系统就一定处于平衡态系统就一定处于平衡态.()2.两个系统在接触时它们的状态不发生变化两个系统在接触时它们的状态不发生变化,这两个系统原这两个系统原来的温度是相同的来的温度是相同的.()3.处于热平衡的两
7、个系统的温度一定相等处于热平衡的两个系统的温度一定相等.()4.温度变化温度变化1,也就是温度变化也就是温度变化1K.()5.摄氏温度与热力学温度都可能取负值摄氏温度与热力学温度都可能取负值.()6.平衡态是一种理想情况平衡态是一种理想情况.()7.处于热平衡的两个系统具有相同的热量处于热平衡的两个系统具有相同的热量.()8.处于热平衡状态的系统内的分子仍在不停地做无规则运动处于热平衡状态的系统内的分子仍在不停地做无规则运动,热平衡是一种动态平衡热平衡是一种动态平衡.()探究一探究一状态参量与平衡态状态参量与平衡态问题情境问题情境假如一个容器用挡板假如一个容器用挡板K隔开隔开,容器中的气体被分
8、成容器中的气体被分成A、B两部两部分分,容器壁以及隔板都是绝热的容器壁以及隔板都是绝热的,即即A、B两部分气体之间以及两部分气体之间以及它们与外界之间都没有能量交换它们与外界之间都没有能量交换.经过足够长的时间经过足够长的时间,稳定后稳定后它们的压强分别为它们的压强分别为pA、pB,温度分别为温度分别为TA、TB,体积分别为体积分别为VA、VB,如图所示如图所示.1.以以A部分的气体为研究对象部分的气体为研究对象,它可以看成一个热力学系统吗它可以看成一个热力学系统吗?相对相对A,谁是外界谁是外界?答案答案:A部分的气体含有大量分子部分的气体含有大量分子,可以看成一个热力学系统可以看成一个热力学
9、系统;系统之外与系统发生相互作用的其他物体统称外界系统之外与系统发生相互作用的其他物体统称外界,相对相对A来讲来讲,容器、容器外大气、容器、容器外大气、B系统都是外界系统都是外界.2.当当A系统的体积、压强、温度稳定不变时系统的体积、压强、温度稳定不变时,A处于什么状态处于什么状态?处于该状态的系统内的分子都静止不动吗处于该状态的系统内的分子都静止不动吗?答案答案:A系统内各部分的状态参量达到稳定状态系统内各部分的状态参量达到稳定状态,这种状态叫这种状态叫作平衡态作平衡态.热力学的平衡态是一种动态平衡热力学的平衡态是一种动态平衡,组成系统的分子组成系统的分子仍在不停地做无规则运动仍在不停地做无
10、规则运动,只是分子运动的平均效果不随时间只是分子运动的平均效果不随时间变化变化,表现为系统的宏观性质不随时间变化表现为系统的宏观性质不随时间变化.过程建构过程建构1.热力学系统的状态参量热力学系统的状态参量.(1)体积体积V:几何参量几何参量,它可以确定系统的空间范围它可以确定系统的空间范围.(2)压强压强p:力学参量力学参量,它可以确定外界与系统之间或系统内部各它可以确定外界与系统之间或系统内部各部分之间力的作用部分之间力的作用.(3)温度温度T:热学参量热学参量,它可以确定系统的冷热程度它可以确定系统的冷热程度.2.对平衡态的理解对平衡态的理解.(1)热力学的平衡态是一种动态平衡热力学的平
11、衡态是一种动态平衡,处于平衡态的系统内的分处于平衡态的系统内的分子仍在不停地做无规则运动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只是分子运动的平均效果不随时间变化间变化,表现为系统的宏观性质不随时间变化表现为系统的宏观性质不随时间变化,而力学中的平衡而力学中的平衡态是指物体处于静止或匀速直线运动的状态态是指物体处于静止或匀速直线运动的状态.(2)平衡态是一种理想情况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因为任何系统完全不受外界影响是不可能的不可能的.系统处于平衡态时系统处于平衡态时,由于涨落由于涨落,仍可能发生偏离平衡仍可能发生偏离平衡状态的微小变化状态的微小变化.
12、【典例【典例1】(多选多选)下列说法正确的是下列说法正确的是()A.状态参量是描述系统状态的物理量状态参量是描述系统状态的物理量,当系统的状态变化时当系统的状态变化时,其其各个状态参量都会改变各个状态参量都会改变B.若系统不受外界影响若系统不受外界影响,且经过足够长的时间且经过足够长的时间,则其内部各部分则其内部各部分的状态参量将会达到稳定的状态参量将会达到稳定C.只有处于平衡态的系统才有状态参量只有处于平衡态的系统才有状态参量D.两个物体发生传热时两个物体发生传热时,它们组成的系统处于非平衡态它们组成的系统处于非平衡态解析解析:由于描述系统的各种性质需要不同的物理量由于描述系统的各种性质需要
13、不同的物理量,只要其中只要其中某个量变化某个量变化,系统的状态就会发生变化系统的状态就会发生变化,不一定各个状态参量不一定各个状态参量都发生变化都发生变化,A错误错误.系统处于平衡态或非平衡态系统处于平衡态或非平衡态,都有状态参都有状态参量量,C错误错误.当系统不受外界影响时当系统不受外界影响时,系统总要趋于平衡系统总要趋于平衡,其内部其内部各部分状态参量趋于稳定各部分状态参量趋于稳定,B正确正确.两个物体发生传热时两个物体发生传热时,两个两个物体组成的系统内部存在温度差物体组成的系统内部存在温度差,系统处于非平衡态系统处于非平衡态,D正确正确.答案答案:BD探究探究二热平衡与温度二热平衡与温
14、度问题情境问题情境如图所示如图所示,容器被挡板容器被挡板K隔开隔开,且挡板被固定住且挡板被固定住.容器中的气体容器中的气体被分成被分成A、B两部分两部分.容器壁是绝热的容器壁是绝热的,挡板是导热的挡板是导热的,刚开始时刚开始时A、B的温度分别为的温度分别为TA、TB,且且TATB,A、B两个系统通过挡板两个系统通过挡板传递热量传递热量,经过一段时间经过一段时间,A、B两个系统的温度都达到了两个系统的温度都达到了T,各各自的状态参量就不再变化自的状态参量就不再变化,两个系统达到了热平衡两个系统达到了热平衡.1.达到热平衡的达到热平衡的A、B系统具备了怎样的共同特征系统具备了怎样的共同特征?请在下
15、图请在下图中大体画出中大体画出A、B两系统的温度两系统的温度T随时间随时间t变化的图像变化的图像.答案答案:达到达到热平衡的热平衡的A、B系统具有相同的温度系统具有相同的温度.T-t图像如图图像如图所示所示.2.从微观角度分析为什么两个系统达到了热平衡后各自的状从微观角度分析为什么两个系统达到了热平衡后各自的状态参量就不再变化了态参量就不再变化了.答案答案:两系统温度相同就不再发生热交换了两系统温度相同就不再发生热交换了,各系统温度相等各系统温度相等且恒定且恒定,分子的平均动能相同分子的平均动能相同,各自体积恒定各自体积恒定,其压强就稳定在其压强就稳定在相应的数值上相应的数值上.3.热平衡定律
16、中的核心是什么热平衡定律中的核心是什么?平衡态就是热平衡吗平衡态就是热平衡吗?答案答案:决定系统是否达到热平衡的状态参量是温度决定系统是否达到热平衡的状态参量是温度,也就是说只也就是说只要温度不再发生变化要温度不再发生变化,那么这两个系统就达到了热平衡那么这两个系统就达到了热平衡.理解热理解热平衡定律一定要抓住温度这一状态参量平衡定律一定要抓住温度这一状态参量.平衡态不是热平衡平衡态不是热平衡.平衡态是对某一系统而言的平衡态是对某一系统而言的,热平衡是对两热平衡是对两个或多个相互接触的系统而言的个或多个相互接触的系统而言的;分别处于平衡态的两个系统分别处于平衡态的两个系统在相互接触时在相互接触时,它们的状态可能会发生变化它们的状态可能会发生变化,当两系统的温度相当两系统的温度相同且不再变化时同且不再变化时,两系统便达到了热平衡两系统便达到了热平衡.达到热平衡的两个系达到热平衡的两个系统都处于平衡态统都处于平衡态.4.描述一下用同一温度计可以测量不同物体的温度的理论描述一下用同一温度计可以测量不同物体的温度的理论依据依据.答案答案:依据热平衡定律依据热平衡定律,只要温度计与所测的系统达到
