1、第4节 温度和温标 1知道热力学系统的状态参量及平衡态。2明确热平衡的概念，理解热平衡定律及热平衡与温度的关系。3了解温度计的原理，知道什么是温标，知道热力学温度与摄氏温度的换算关系。01课前自主学习 一、状态参量与平衡态1系统：在热学中，把由大量分子组成的称为一个热力学系统，简称系统。2状态参量：热学中描述的物理量。常用状态参量为、。通常用描述它的几何性质，用描述力学性质，用描述热学性质。01 研究对象02 系统状态03 压强04 体积05 温度06 体积07 压强08 温度3平衡态：对于一个不受外界影响的系统，无论其初始状态如何，经过足够长的时间后，必然达到一个宏观性质不再随时间变化的，这
2、种状态叫平衡态。09 稳定状态二、热平衡与温度1热平衡：两个相互接触的热力学系统的参量，此时两个系统达到了热平衡。2热平衡定律：如果两个系统分别与第三个系统达到，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡。3温度：两个系统处于热平衡时，它们具有一个“”，我们就把表征这一“”的物理量定义为温度。一切达到热平衡的系统都具有相同的。01 不再变化02 热平衡03 共同性质04 共同性质05 温度三、温度计与温标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；确定一个温标时首先要选择一种测温物质，根据这种物质的某个特性来制造温度计。确定了测温物质和这种物质用以测温的某种性质以后，还要确定温度的和的
3、方法。2.表示的温度叫做，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。01 温标02 零点 03 分度04 热力学温标05 热力学温度3摄氏温标与热力学温标的关系：摄氏温标由热力学温标导出，摄氏温标所确定的温度用 t 表示，它与热力学温度 T 的关系是 Tt273.15 K。判一判(1)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。()(2)温度升高了 1 就是升高了 1 K。()(3)物体的温度由本身决定，数值与所选温标无关。()课堂任务 对状态参量、平衡态与热平衡的理解1热力学系统的状态参量(1)体积 V：系统的几何参量，它可以确定系
4、统的空间范围。(2)压强 p：系统的力学参量，它可以描述系统的力学性质。(3)温度 T：系统的热学参量，它可以确定系统的冷热程度。02课堂探究评价 课堂任务 对状态参量、平衡态与热平衡的理解1热力学系统的状态参量(1)体积 V：系统的几何参量，它可以确定系统的空间范围。(2)压强 p：系统的力学参量，它可以描述系统的力学性质。(3)温度 T：系统的热学参量，它可以确定系统的冷热程度。2对平衡态的理解(1)热力学的平衡态是一种动态平衡，组成系统的分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，而力学中的平衡态是指物体的运动状态处于静止或匀速直线运
5、动的状态。(2)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不可能的。系统处于平衡态时，由于涨落，仍可能发生偏离平衡状态的微小变化。3对热平衡的理解(1)热平衡定律即热力学第零定律，决定系统是否达到热平衡的最主要参量是温度，也就是说只要温度不再发生变化，那么这两个系统就达到了热平衡。理解热平衡定律一定要抓住温度这一状态量。(2)平衡态不是热平衡：平衡态是对某一系统而言的，热平衡是对两个接触的系统而言的；分别处于平衡态的两个系统在相互接触时，它们的状态可能会发生变化，直到温度相同时，两系统便达到了热平衡。达到热平衡的两个系统都处于平衡态。4对温度的理解(1)温度的宏观物理意义：决定一个系
6、统与另一个系统是否达到热平衡状态。(2)与热平衡的关系：处于热平衡的每个系统内部各部分的温度相同；两系统达到热平衡后，两系统的温度相同。例 1“在测定铜块的比热容时，先把质量已知的铜块放入沸水中加热，经过一段时间后把它迅速放入质量已知、温度已知的水中，并用温度计测量水的温度。当水温不再上升时，这时的水温就是铜块与水的共同温度。根据实验数据就可以计算铜块的比热容。”以上这段叙述中，哪个地方涉及了“平衡态”和“热平衡”的概念？规范解答 区分“平衡态”和“热平衡”的关键在于：热平衡是对于两个或两个以上系统而言，而平衡态是指一个系统所处的状态。铜块放入沸水中加热，经过一段时间后，铜块就和沸水达到“热平
7、衡”，铜块的温度就等于此时沸水的温度。铜块、温度计放入另一已知质量和温度的水中，当温度计的温度不再上升时，水、温度计、铜块三个系统此时又达到了“热平衡”，三者的温度相同，此时温度计的示数就是水和铜块的共同温度。把铜块从沸水中取出到迅速放入已知温度和质量的水中，此过程中可认为铜块处于“平衡态”，备用水处于“平衡态”。完美答案 见规范解答答案 1.解决平衡态问题三要点1平衡态与热平衡不同，平衡态指的是一个系统内部达到的一种动态平衡。2必须要经过较长一段时间，直到系统内所有性质都不随时间变化为止。3系统与外界没有能量的交换。2.处理热平衡问题时应把握的两点,1发生热交换时，高温物体放出的热量等于低温
8、物体吸收的热量。2达到热平衡时，系统一定具有相同的温度，其他状态参量未必相同。变式训练1 有关热平衡的说法正确的是()A如果两个系统在某时刻处于热平衡状态，则这两个系统永远处于热平衡状态B热平衡定律只能研究三个系统的问题C如果两个系统彼此接触而不发生状态参量的变化，这两个系统又不受外界影响，那么这两个系统一定处于热平衡状态D两个处于热平衡状态的系统，温度可以有微小的差别答案 C答案 解析 本题考查的知识点是热平衡。处于热平衡状态的系统，如果受到外界的影响，状态参量会随之变化，温度也会变化，故 A 错误；热平衡定律对多个系统也适用，故 B 错误；由热平衡的意义知，C 正确；温度相同是热平衡的标志
9、，必须相同，故 D 错误。解析 课堂任务 温度计与温标1“温度”含义的两种说法(1)宏观角度：表示物体的冷热程度。(2)热平衡角度：两个处于热平衡的系统存在一个数值相等的物理量，这个物理量就是温度。2温度计测量原理一切互为热平衡的系统都具有相同的温度，温度计与待测物体接触，达到热平衡，其温度与待测物体相同。3摄氏温标与热力学温标的比较(1)热力学温度的零度叫绝对零度，它是低温的极限，可以无限接近但不能到达。(2)热力学温度是国际单位制中七个基本物理量之一，因此它的单位属基本单位。例 2(多选)有关温标的说法正确的是()A温标不同，测量时得到同一系统的温度数值可能是不同的B不同温标表示的温度数值
10、不同，则说明温度不同C温标的规定都是人为的，没有什么理论依据D热力学温标是从理论上规定的规范解答 相同的冷热程度，温度相同，用不同温标表示的数值可以是不同的，A 正确，B 错误；热力学温标是从理论上作出的规定，故 C 错误，D 正确。完美答案 AD答案 热力学温度与摄氏温度对于热力学温度和摄氏温度的关系，易出现以下两点错误：(1)单位混淆。(2)错用公式 Tt273.15 K，把物体的温度和物体升高的温度混淆，认为摄氏温度升高 1，热力学温度升高 Tt273.15 K 从而出错。弄清二者关系一要强调二者的单位，二要明确热力学温标和摄氏温标表示的温差相同，即 Tt。变式训练2(多选)关于热力学温
11、度，下列说法中正确的是()A33 相当于 240 KB温度变化 1，也就是温度变化 1 KC摄氏温度与热力学温度都可能取负值D温度由 t 升至 2t，对应的热力学温度升高了 273 Kt答案 AB答案 解析 热力学温标和摄氏温标是温度的两种不同的表示方法，对同一温度来说，用不同的温标表示数值不同，这是因为它们零值的选取不同，但两种温标表示的温差一定相同。由 Tt273 K 知 A 正确；由 Tt 知 B 正确；摄氏温度可取负值，但热力学温度没有负值，C 错误；温度由 t 升高到 2t，摄氏温度升高了t，热力学温度也升高了 t，D 错误。解析 03课后课时作业 A 组：合格性水平训练1(状态参量
12、)(多选)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答案 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 正确。解析 2(热平衡状态、热平衡定律)(多选)下列说法正确的是()A两个系统处于热平衡时，它们一定具有相同的热量B如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统也必定处于热平衡C温度是决定两个系统是否达到热平衡状态的唯一物理量
13、D热平衡定律是温度计能够用来测量温度的基本原理答案 BCD答案 解析 热平衡的系统都具有相同的状态参量温度，故 A 错误，C 正确；由热平衡定律可知，若物体与 A 处于热平衡，它同时也与 B 处于热平衡，则 A 的温度便等于 B 的温度，这也是温度计用来测量温度的基本原理，故 B、D 正确。解析 3(热平衡状态)(多选)关于平衡态和热平衡，下列说法中正确的是()A只要温度不变且处处相等，系统就一定处于平衡态B两个系统在接触时它们的状态不发生变化，说明这两个系统原来的温度是相等的C热平衡就是平衡态D处于热平衡的几个系统的温度一定相等答案 BD答案 解析 一般来说，描述系统的状态参量不止一个，仅仅
14、根据温度不变且处处相等不能得出系统一定处于平衡态的结论，A 错误。根据热平衡的定义可知 B 和 D 是正确的。平衡态是针对某一系统而言的，热平衡是两个系统相互影响的最终结果，可见 C 错误。解析 4(热力学温度和摄氏温度)(多选)下列关于热力学温度的说法正确的是()A热力学温度的零点是273.15 B136 比 136 K 温度高C0 等于 273.15 KD1 就是 1 K答案 ABC答案 解析 热力学温度的零点是273.15，A 正确；由热力学温度与摄氏温度的关系 T273.15 Kt 可知，136 等于 137.15 K,0 等于 273.15 K,1 就是 274.15 K，故 B、C
15、 正确，D 错误。解析 5(热力学温度和摄氏温度)(多选)物体的温度从 27 降低到 0，用热力学温度表示，以下说法正确的是()A物体的温度降低了 27 KB物体的温度降低了 300 KC物体的温度降低到 273 KD物体的温度降低到 0 K答案 AC答案 解析 由 Tt273 K 知 0 时对应的热力学温度为 273 K，温度降低27，对应的热力学温度降低 27 K。故 A、C 正确。解析 6(热力学温标)(多选)下列关于热力学温标的说法正确的是()A热力学温标是一种更为科学的温标B热力学温标的零度为273.15，叫绝对零度C气体温度趋近于绝对零度时其体积为零D在绝对零度附近气体已液化答案
16、ABD答案 解析 热力学温标在科学计算中，特别是在热力学方程中，使方程更简单、更科学，故 A 正确；B 项是热力学温标的常识，故正确；气体趋近于绝对零度时，已液化，但有体积，C 错误，D 正确。解析 7(温度计)(多选)如图所示，一个有细长管的球形瓶倒插在装有红色液体的槽中，细管中的液面清晰可见，如果不考虑外界大气压的变化，就能根据液面的变化测出温度的变化，则()A该温度计的测温物质是槽中的红色液体B该温度计的测温物质是细管中的红色液体C该温度计的测温物质是球形瓶中的空气D该温度计是利用测温物质的热胀冷缩性质制造的答案 CD答案 解析 细管中的红色液体用来显示球形瓶中空气的体积随温度的变化情况
17、，测温物质是球形瓶中封闭的空气，该温度计是利用空气的热胀冷缩的性质制造的，故 A、B 错误，C、D 正确。解析 B 组：等级性水平训练8(热平衡状态)(多选)两个原来处于热平衡状态的系统分开后，由于外界的影响，其中一个系统的温度升高了 5 K，另一个系统温度升高了 5，则下列说法正确的是()A两个系统不再是热平衡系统了B两个系统此时仍是热平衡状态C两个系统的状态都发生了变化D两个系统的状态没有变化答案 BC答案 解析 两个系统原来温度相同而处于热平衡状态，分开后，由于升高的温度相同，两者仍处于热平衡状态，新的热平衡状态下温度比以前升高了，两个系统的状态都发生了变化。B、C 正确。解析 9(温度
18、计和温标)温度计是生活、生产中常用的测温装置，如图所示为一个简易温度计，一根装有一小段有色水柱的细玻璃管穿过橡皮塞插入烧瓶内，封闭一定质量的气体。当外界温度发生变化时，水柱位置将上下变化。已知 A、D 间的测量范围为 2080，A、D 间刻度均匀分布。由图可知，A、D 及有色水柱下端所示温度分别为()A20、80、64 B20、80、68 C80、20、32 D80、20、34 解析 由热胀冷缩原理可知 A 点为 80，D 点为 20，由题意可知，每小格表示 4，则有色水柱下端表示 32，选 C。解析 答案 C答案 10(热平衡定律)(多选)关于热平衡定律，下列理解正确的是()A两系统的温度相
19、同时，才能达到热平衡BA、B 两系统分别与 C 系统达到热平衡，则 A、B 两系统处于热平衡C甲、乙、丙物体温度不相等，先把甲、乙接触，最终达到热平衡，再将丙与乙接触，最终也达到热平衡，则甲、丙是热平衡的D热平衡时，系统的温度相同答案 ABD答案 解析 乙与丙达到新的热平衡时，其各状态参量发生了变化，不再与甲热平衡，C 错误；由热平衡含义可知 A、B、D 均正确。解析 11(温度计)(多选)实际应用中，常用到一种双金属温度计，它是利用铜片与铁片铆合在一起的双金属片的弯曲程度随温度变化的原理制成的，如图所示。已知图甲中双金属片被加热时，其弯曲程度会增大，则下列各种相关叙述中正确的有()A该温度计
20、的测温物质是铜、铁两种热膨胀系数不同的金属B双金属温度计是利用测温物质热胀冷缩的性质来工作的C由图甲可知，铜的热膨胀系数大于铁的热膨胀系数D由图乙可知，其双金属片的内层一定为铜，外层一定为铁答案 ABC答案 解析 双金属温度计是利用热膨胀系数不同的铜、铁两种金属制成的双金属片，其弯曲程度随温度而变化，A、B 正确；如题图甲所示，加热时，双金属片的弯曲程度增大，即进一步向上弯曲，说明双金属片下层热膨胀系数较大，即铜的热膨胀系数较大，C 正确；如题图乙所示，温度计示数是顺时针方向增大，说明当温度升高时，温度计指针按顺时针方向转动，则其双金属片的弯曲程度在增大，故可以推知双金属片的内层一定是铁，外层
21、一定是铜，D 错误。解析 12(热平衡状态)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：当经过充分长的时间后，金属棒所处的状态是否为热平衡状态？为什么？答案 否，因金属棒各部分温度不相同，存在能量交换。答案 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的稳定状态，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。解析 13(温度计)根据温度计的测温原理，回答下列问题：(1)测温物质应具备怎样的特性？(2)测温物质具有怎样的特性，刻度才能均匀？(3)使用时应注意哪些问题？答案 见解析答案 解析(1)测温物质的特性(细管中水银柱高度、封闭气体的体积、热敏电阻的电流等)随温度发生单调的、显著的变化。(2)测温物质的特性随温度线性变化时，温度计刻度是均匀的。(3)使用时应使温度计的测温物质部分与待测物体充分接触，读数时温度计一般不离开待测物体等。解析 本课结束