人教版高中物理教案-温度和温标

第四節溫度和溫標
一、教學目標：
1、知道什麼是狀態參量，什麼是平衡態。

2、知道什麼是熱平衡，什麼是熱平衡定律。

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係。

二、教學重點與難點：
本節的重點是熱平衡的概念及熱平衡定律以及溫度、溫標的建立和使用。

本節的難點是利用熱平衡知識解釋生活中的具體實例，掌握溫標之間的轉換關係。

三、教學方法與建議
閱讀法、實例分析法
四、學情分析
在本節課本中引入了系統、狀態參量、平衡態、熱平衡等一系列概念，並根據熱平衡來定義溫度。

這樣定義溫度，使學生對溫度這個物理量的理解比初中“冷熱的程度”這一說法深刻了很多，但又和初中的說法是一致的。

初中物理學習中，學生知道用溫度計測量溫度的過程，而現在根據熱平衡定律明確了這一操作過程的物理原理。

對許多與溫度有關的物理現象，現在都可以用新的概念來重新認識。

因此，要想學生能夠充分理解接受本節的新概念、新方法，可以採用對比初高中知識的不同，來幫助學生學習和掌握。

五、教學過程：
（一）引入新課
杯子中盛有正在熔化的0℃的冰水混合物，若將其移至0℃的房間，冰和水品質各怎樣變化?說說其中的道理．
思考：初中階段學習的熱傳遞方向是怎樣的?若兩個接觸物體間沒有發生熱傳遞．這兩個物體一定具有怎樣的共性?
（二）進行新課
1、平衡態與狀態參量
請學生閱讀課本，歸納以下概念：
（1）系統：物理學中，把所研究的物件稱為系統。

系統以外的周圍物體稱之為外界或環境，系統與外界之間往往存在相互的作用．在物理學研究中，對系統內部問題，往往採取“隔離”分析方法，對系統與外界的相互作用問題，往往採取“整體”分析的方法．
（2）狀態參量：描述物質系統狀態的宏觀物理量叫做狀態參量．
物理學中，需要研究系統的各種性質，包括幾何性質、力學性質、熱學性質、電磁性質等等．為了描述系統的狀態。

需要用到一些物理量，例如：用體積描述它的幾何性質，用壓強描述力學性質．用溫度描述熱學性質等等。

（3）平衡態：系統所有宏觀性質不隨時間變化時狀態稱之為平衡態。

一個物理學系統，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會達到穩定。

熱學系統所處的平衡態往往是一種動態的平衡，這種動態平衡性質充分說明熱運動是物質運動的一種特殊形式。

[例1]在熱學中，要描述一定氣體的宏觀狀態，需要確定下列哪些物理量( ) A．每個氣體分子的運動速率B．壓強
C．體積D．溫度
解析：描述系統的宏觀狀態，其參量是宏觀量，每個氣體分子的運動速率是微觀量，不是氣體的宏觀狀態參量．氣體的壓強、體積、溫度分別是從力學、幾何、熱學三個角度對氣體的性質進行的宏觀描述，是確定氣體宏觀狀態的三個狀態參量．顯然B、C、D選項正確．2、熱平衡與溫度
引導學生閱讀課本，歸納以下概念：
(1)熱平衡：兩個系統之間沒有隔熱材料，它們相互接觸，或者通過導熱性能很好的材料接觸，這兩個系統的狀態參量將會互相影響而分別改變．最後，兩個系統的狀態參量不再變化，說明兩個系統已經具有了某個“共同性質”，此時我們說兩個系統達到了熱平衡．熱平衡概念也適用于兩個原來沒有發生過作用的系統．因此可以說，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是處於熱平衡的．
（2）熱平衡定律(又叫熱力學第零定律)：
如果兩個系統分別與第三個系統達到熱平衡，那麼這兩個系統彼此之間也必定處於熱平衡，這個結論稱為熱平衡定律。

（3）溫度
兩個系統處於熱平衡時，它們具有一個“共同性質”。

我們就把表徵這一“共同性質”的物理量定義為溫度。

溫度是決定一個系統與另一個系統是否達到熱平衡狀態的物理量，它的特徵就是“一切達到熱平衡的系統都具有相同的溫度”，這就是常用溫度計能夠用來測量溫度的基本原理。

若溫度計跟物體A處於熱平衡，它同時也跟物體B處於熱平衡，根據熱平衡定律，A的溫度便與B的溫度相等。

系統達到熱平衡的宏觀標誌就是溫度相同，若溫度不同即系統處於非平衡態，則系統一定存在著熱交換。

[例2]一金屬棒的一端與0℃冰接觸，另一端與100℃水接觸，並且保持兩端冰、水的溫度不變．問當經過充分長時間後，金屬棒所處的狀態是否為熱平衡態?為什麼?
解析：因金屬棒一端與0℃冰接觸，另一端與100℃水接觸，並且保持兩端冰、水的溫度不變時，金屬棒兩端溫度始終不相同，雖然金屬棒內部溫度分佈處於一種從低到高逐漸升高穩定狀態，但其內部總存在著沿一定方向的能量交換，所以金屬棒所處的狀態不是平衡態．答案：否，因金屬棒各部分溫度不相同，存在能量交換．
3、溫度計與溫標
請學生閱讀課本，歸納以下結論：
(1)溫標：定量描述溫度的方法叫做溫標
溫標的建立包含三個要素：
①選擇溫度計中用於測量溫度的物質，即測溫物質；
②對測溫物質的測溫屬性隨溫度變化規律的定量關係作出某種規定；
③確定固定點即溫度的零點和分度方法．
（2）熱力學溫度．
①定義：熱力學溫標表示的溫度叫做熱力學溫度，它是國際單位制中七個基本物理量之一。

②符號: T，
③單位開爾文，簡稱開，符號為K．
④熱力學溫標與熱力學溫度T的關係：
T＝t+273.15 K
[說明]
①攝氏溫標的單位“℃”是溫度的常用單位，但不是國際制單位，溫度的國際制單位是開爾
文，符號為K．在今後各種相關熱力學計算中，一定要牢記將溫度單位轉換為熱力學溫度即開爾文；
②由T＝t+273.15 K可知，物體溫度變化l℃與變化l K的變化量是等同的，但物體所處狀態為l℃與l K是相隔甚遠的；
③一般情況下，T＝t+273 K
[例3]實際應用中，常用到一種雙金屬溫度計．它是利用銅片與鐵片鉚合在一起的雙金屬片的彎曲程度隨溫度變化的原理製成的，如圖7—4—1所示．已知左圖中雙金屬片被加熱時，其彎曲程度會增大，則下列各種相關敘述中正確的有( )
A．該溫度計的測溫物質是銅、鐵兩種熱膨脹係數不同的金屬
B．雙金屬溫度計是利用測溫物質熱脹冷縮的性質來工作的
C．由左圖可知，銅的熱膨脹係數大於鐵的熱膨脹係數D．由右圖可知，其雙金屬征的內層一定為銅．外層一定為鐵
解析：雙金屬溫度計是利用熱膨脹係數不同的銅、鐵兩種金屬製成的雙金屬片其彎曲程度隨溫度變化的原理來工作的，A、B選項是正確的．圖7－4一l左圖中．加熱時，雙金屬片彎曲程度增大，即進一步向上彎曲，說明雙金屬片下層熱膨脹係數較大，即銅的熱膨脹係數較大，C選項正確．圖7—4—1右圖中，溫度計示數是順時針方向增大，說明當溫度升高時溫度計指標順時針方向轉動，則其雙金屬片的彎曲程度在增大，故可以推知雙金屬片的內層一定是鐵，外層一定是銅，D選項是錯誤的．
(三)課堂總結
請學生總結本節課的內容。

（四）課後作業
課本P13“問題與練習”第2、3題，其餘課後思考。