《7.4 温度和温标》教学设计

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《7.4 温度和温标》教学设计
（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。
教学重点
热平衡的定义及热平衡定律的内容。
教学难点
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
教学过程
（－）引入新课
教师：在初中我们已学过了测量温度时常用的一种单位，叫"摄氏度"。大家都知道：它是以冰水混合物的温度为0度，以一个大气压下沸水的温度为100度，在这两温度之间等分100个等份，每一等份为1个温度单位，叫"摄氏度"。这种以冰水混合物的温度为零度的测温方法叫摄氏温标，以摄氏温标表示的温度叫摄氏温度。今天我们将要进一步学习有关温度和温标的知识。
（二）进行新课
1．平衡态与状态参量
教师：引导学生阅读教材P11有关内容。回答问题：
（1）什么是系统的状态参量？并举例说明。
（2）举例说明，什么平衡态？
学生：阅读教材，思考讨论，回答问题。
参考答案：
（1）在物理学中，通常把所研究的对象称为系统。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……这些描述系统状态的物理量，叫做系统的状态参量。[来源:学科网ZXXK]
（2）要定量地描述系统的状态往往很难，因为有时系统各部分的参量并不相同，而且可能正在变化。然而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。举例说，把不同压强、不同温度的气体混在同一个容器中，如果容器和外界没有能量的交换，经过一段时间后，容器内各点的温度、压强就会变得一样。这种情况下我们说系统达到了平衡态，否则就是非平衡态。
2．热平衡与温度
教师：引导学生阅读教材P12有关内容。回答问题：
（1）什么是热平衡？
（2）怎样理解"热平衡概念也适用于两个原来没有发生过作用的系统"？
（3）怎样判断"两个系统原来是处于热平衡的"？
（4）热平衡定律的内容是什么？
（5）温度是如何定义的？其物理意义是什么？
学生：阅读教材，思考讨论，回答问题。
参考答案：
（1）对于两个相互作用的系统，如果它们之间没有隔热材料，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。
（2）两个系统达到热平衡后再把它们分开，如果分开后它们都不受外界影响，再把它们重新接触，它们的状态不会发生新的变化。因此，热平衡概念也适用于两个原来没有发生过作用的系统。
（3）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。
（4）实验表明：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。
（5）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。也就是说，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"。
3．温度计与温标
教师：引导学生阅读教材P13有关内容。回答问题：
（1）什么是温标？
（2）如何来确定一个温标？并以"摄氏温标"的确定为例加以说明。
（3）什么是热力学温标和热力学温度？热力学温度的单位是什么？热力学温度与摄氏温度的换算关系怎样？
学生：阅读教材，思考讨论，回答问题。
参考答案：
（1）如果要定量地描述温度，就必须有一套方法，这套方法就是温标。
（2）确定一个温标时首先要选择一种测温的物质，根据这种物质的某个特性来制造温度计。例如，可以根据水银的热膨胀来制造水银温度计，这时我们规定细管中水银柱的高度与温度的关系是线性关系；也可以根据铂的电阻随温度的变化来制造金属电阻温度计，这时我们现定铂的电阻与温度的关系是线性关系。同样的道理，还可以根据气体压强随温度的变化来制造气体温度计，根据不同导体因温差产生电动势的大小来制造热电偶温度计，等等。
确定了测温物质和这种物质用以测温的某种性质之后，还要确定温度的零点和分度的方法。例如，早期的摄氏温标规定，标准大气压下冰的熔点为0℃，水的沸点为100℃；并据此把玻璃管上0℃刻度与100℃刻度之间均匀分成100等份，每份算做1℃。
（3）以-273.15℃（在高中阶段可简单粗略地记成-273℃）作为零度的温标叫热力学温标，也叫绝对温标。用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，用符号 T表示，单位是开尔文，简称开，符号为K。
热力学温度与摄氏温度的换算关系是：
T= t+273.15K
说明：热力学温度的每一度大小与摄氏温度每一度大小相同。热力学温度的零度即0K，叫绝对零度，它是宇宙中只能无限接近，但不可能达到的低温的极限。
典例探究
例１　细心观察可以发现，常见液体温度计的下部的玻璃泡较大，壁也比较薄，上部的管均匀而且很细，想一想，温度计为什么要做成这样呢？
解析：这样做的目的都是为了使测量更准确、更方便。下部较大而上部很细，这样下部储存的液体就比较多，当液体膨胀收缩时，膨胀或收缩不大的体积，在细管中的液面就有较大的变化，可以使测量更精确；下部的壁很薄，可以使玻璃泡内的测温物质的温度较快地与待测物质的温度一致；细管的粗细是均匀的，是为了使刻度均匀，更便于读数。
（三）课堂总结、点评
本节课我们主要学习了：
1．平衡态与状态参量。
2．热平衡与温度的概念。
3．温度计与温标。
课余作业
1．阅读P14"科学漫步"中的材料。
2．完成P15"问题与练习"的题目。
附：课后练习
1．关于热力学温度和摄氏温度，以下说法正确的是（        ）
A．热力学温度的单位"K"是国际单位制中的基本单位
B．温度升高了1℃就是升高了1K
C．1℃就是1 K
D．0℃的温度可用热力学温度粗略地表示为273K
2．（1）水的沸点是______℃=_________K；
（2）绝对零度是______℃=_________K；
（3）某人体温是36.5℃，也可以说体温为______K；此人体温升高1.5℃，也可以说体温升高了______K。
（4）10℃=______K；       10K=______℃；      27℃=______K；
27K=______℃；        273℃=______K；             273K=______℃；
（5）若Δt=40℃，则ΔT=______K；若ΔT=25K，则Δt=______℃。

参考答案：
1．A BD
2．（1）100；373（2）－273.15；0  （3）36.5；309；310.5
（4）283；－263；300；－246；546；0（5）40；25