1、4 温度和温标 1.知道什么是状态参量,什么是平衡态。2.理解热平衡的概念及热平衡定律,体会生活中的热平衡现象;理解温度的意义,掌握温度的定义,了解热力学温度的应用。3.知道常见温度计的构造,会使用常见的温度计;知道什么是温标,理解摄氏温度与热力学温度的转换关系。一 二 三 一、状态参量与平衡态 1.热力学系统:在热学中,通常把研究对象称为系统。2.外界:系统之外与系统发生相互作用的其他物体统称外界。3.状态参量:在热学中,为确定系统的状态所需要的物理量叫作系统的状态参量。例如:为了确定系统的空间范围,要用到体积V;为了确定外界与系统之间或系统内部各部分之间力的作用,要用到压强p;而要确定系统
2、的冷热程度,要用到温度T。4.平衡态:在没有外界影响的情况下,无论其初始状态如何,只要经过足够长的时间,系统内各部分的状态参量能够达到稳定,这种情况下就说系统达到了平衡态。一 二 三 一根长铁丝,一端插入100 的沸水中,另一端放入0 恒温源中,经过足够长的时间,温度随铁丝有一定的分布,而且不随时间变化,这种状态是否为平衡态?提示:不是,只是一种稳定状态,因为存在外在因素的影响。一 二 三 二、热平衡与温度 1.热平衡:两个相互接触的热力学系统,经过一段时间以后,这两个系统的状态参量都不再变化,我们说这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热平衡,那么这两个系统
3、彼此之间也必然处于热平衡,这个结论称为热平衡定律,它又叫热力学第零定律。3.温度:两个系统处于热平衡时,它们具有一个“共同热学性质”,我们把表征这一“共同热学性质”的物理量叫作温度。一切达到热平衡的系统都具有相同的温度。一 二 三 平衡态与热平衡是一回事吗?提示:不是。平衡态是对某一系统而言的,而热平衡是对两个相互接触的系统而言的。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,此时的两个系统都处于平衡态。一 二 三 三、温度计与温标 1.常见温度计的测温原理 名称原理水银温度计根据水银的热膨胀的性质来测量温度金属电阻温度计根据铂的电阻随温
4、度的变化来测量温度气体温度计根据气体的压强随温度的变化来测量温度热电偶温度计 根据不同导体因温差产生电动势的大小来测量温度 一 二 三 2.温标(1)定义:定量描述温度的方法称为温标。(2)两种温标:摄氏温标:一种常用的表示温度的方法,这种温标规定标准大气压下冰的熔点为0,水的沸点为100。在0 和100 之间均匀分成100等份,每份为1。热力学温标:现代科学中常用的表示温度的方法,这种温标规定摄氏温度的-273.15 为零值。一 二 三(3)摄氏温度与热力学温度:摄氏温度:用摄氏温标表示的温度,用符号t表示,单位是摄氏度,用符号表示。热力学温度:用热力学温标表示的温度,它是国际单位制中七个基
5、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。换算关系:T=t+273.15 K;T=(选填“”“=”或“”)t。一 二 三“在新疆某些地区,夏季昼夜温差达15”“在我国东部沿海地区,秋、冬两季最高气温相差15 K”,以上两种叙述中的温度差哪种说法大些?提示:一样大。因为用热力学温度和摄氏温度表示温度变化时,每变化1 和每变化1 K数值上是相等的,只是它们的零值规定不同。一 二 一、对平衡态与热平衡的理解 1.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
6、态是指物体处于静止或匀速直线运动状态。(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,仍可能发生偏离平衡态的微小变化。一 二 2.对热平衡的理解(1)相互接触的两个系统,各自的状态参量将会相互影响而分别改变,最后,两个系统的状态参量将不再变化,我们就说两系统达到了热平衡。(2)一切达到热平衡的系统都具有相同的温度,所以两个系统达到热平衡的唯一标准是系统具有相同的温度。(3)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。一 二 二、对温度与温标的理解 1.“温度”含义的两种说法 温度表示物体的冷热程度,这样的定义带有主观性,
7、因为冷热是由人体的感觉器官比较得到的,往往是不准确的。温度的严格定义是建立在热平衡定律基础上的。热平衡定律指出,两个物体相互处于热平衡时,存在某个共同的热学性质,这一“共同热学性质”就是温度,这样的定义更具有科学性。2.温度计测温原理 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,其温度与待测物体的温度相同。一 二 3.温标(1)常见的温标有摄氏温标、热力学温标。(2)温标要素:第一,选择某种具有测温属性的测温物质;第二,了解测温物质随温度变化的函数关系;第三,确定温度零点和分度的方法。温度的两种数值表示法:摄氏温标和热力学温标 一 二 项目摄氏温标热力学温标提出者瑞
8、典天文学家摄尔修斯英国物理学家开尔文零度的规定 标准大气压下冰水混合物的温度摄氏温标下的-273.15 温度名称摄氏温度热力学温度温度符号tT单位名称摄氏度开尔文单位符号K关系(1)T=t+273.15 K,粗略表示:T=t+273 K(2)每一开尔文的大小与每一摄氏度的大小相等 一 二 温馨提示(1)温度计的热容量必须很小,与待测物体接触时,几乎不改变待测物体状态。(2)热力学温度单位“开尔文”是国际单位制中七个基本单位之一。(3)热力学温度的零度叫绝对零度,即-273.15,它是低温的极限,可以无限接近但不能达到。类型一 类型二 类型一热平衡与温度【例1】下列说法中正确的是()A.两个系统
9、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 D.热平衡定律是温度计能够用来测量温度的基本原理 点拨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唯一物理量。反之,达到热平衡的两个系统一定具有相同的温度。类型一 类型二 解析:热平衡的系统都具有相同的状态参量温度,故选项A错误,选项C正确;由热平衡定律,若物体与A处于热平衡,它同时也与B达到热平衡,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,故选项B、D也正确。答案:BCD 题后反思 对于热平衡的理解要从
10、两个层面展开,一是原来两个系统不是热平衡,接触后最终达到热平衡,一是原来两个系统已经处于热平衡,再接触,两个系统不发生变化。初学者往往认为只有两个系统接触时才会有热平衡。实际上接触仅仅是“检验”两个系统是否处于热平衡而已。类型一 类型二 类型二热力学温度与摄氏温度【例2】关于热力学温度和摄氏温度,下列说法中正确的是()A.某物体摄氏温度为10,即热力学温度为10 K B.热力学温度升高1 K等于摄氏温度升高1 C.摄氏温度升高10,对应热力学温度升高283.15 K D.热力学温度和摄氏温度的温标不同,两者表示的温度无法比较 点拨热力学温度与摄氏温度在表示温差时,1 K=1,而在表示温度时却不
11、相等,即T=t,但Tt。类型一 类型二 解析:热力学温度与摄氏温度的关系T=t+273.15 K,所以选项A错误;对于T=t+273.15 K,有许多同学错误地认为可变形为T=t+273.15 K,而错误地选择选项C,实际上T=T2-T1=t2-t1=t,即用摄氏温度表示的温差等于用热力学温度表示的温差,所以选项B正确,C、D错误。答案:B 题后反思 温标是温度的表示方法,热力学温标与摄氏温标是不同的表示方法,但两者表示的温度既可以比较也可以换算。它们之间的关系式为T=t+273.15 K,并且温度变化相等,关系式为T=t。123451.关于平衡态和热平衡,下列说法正确的是()A.只要温度不变
12、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 解析:一般来说,描述系统的状态参量不止一个,仅仅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,选项A错误。根据热平衡的定义可知选项B和选项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,可见选项C错误。正确选项为B、D。答案:BD 123452.目前世界上最大的强子对撞机在法国和瑞士的边境建成,并投入使用。加速器工作时,需要注入约1万吨液氮对电路进行冷却,冷却的最低温度可达到零下271,
13、该温度用热力学温标(取T=t+273 K)可表示为()A.2 KB.271 KC.4 KD.0.1 K 解析:由热力学温标与摄氏温标之间的关系可知,T=t+273 K=(-271+273)K=2 K。答案:A 123453.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之一 B.温度升高了1 就是升高了1 K C.物体的温度由本身决定,数值与所选温标无关 D.0 的温度可用热力学温度粗略地表示为273 K 解析:热力学温度“T”是国际单位制中七个基本物理量之一,其单位称为基本单位,选项A正确;用摄氏温标与热力学温标表示同一物体的温度数值不同,必
14、有T=t+273.15 K,可知选项C错误,选项D正确;两种温标每一度的含义相同,选项B正确。答案:ABD 123454.你知道1 与1 K是怎样规定的吗?摄氏温标的间隔是用两个定点确定的。它们是水在标准大气压下的沸点(汽化点)和冰在标准大气压下与空气饱和的水相平衡时的熔点(冰点)。摄氏温标(以前称为百分温标)是由瑞典天文学家A摄尔修斯设计的。如图所示,以冰点定作0,汽化点定作100,因此在这两个固定点之间共为100,即一百等份,每等份代表1摄氏度,用1 表示,用摄氏温标表示的温度叫作摄氏温度。摄氏温标用 作单位,常用t表示。热力学温标由英国科学家开尔文创立,把摄氏温标下的-273.15 作为
15、零度的温标,叫作热力学温标(或绝对温标)。热力学温标用K表示单位,常用T表示。12345试回答:(1)热力学温标与摄氏温标之间的关系为。(2)如果可以粗略地取-273 为绝对零度,在一标准大气压下,冰的熔点为 ,即为 K;水的沸点是 ,即 K。(3)如果物体的温度升高1,那么物体的温度将升高 K。12345解析:(1)摄氏温标冰点温度为0,汽化点温度为100,且用t表示;而热力学温标用T表示,把摄氏温标下的-273.15 作为0 K,故它们间的关系为T=t+273.15 K。(2)若取-273 为绝对零度,则T=t+273 K,显然在一个标准大气压下,冰的熔点为0,即273 K;水的沸点为10
16、0,即373 K。(3)因为T=t+273.15 K,所以当t由1 增加到2 时,T就由(1+273.15)K增加到(2+273.15)K,升高1 K。答案:(1)T=t+273.15 K(2)0 273 100 373(3)1 123455.图甲表示某金属丝的电阻R随摄氏温度t变化的情况。把这段金属丝与电池、电流表串联起来(图乙),用这段金属丝做温度探头,把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度,于是就得到一个最简单的电阻温度计。请判断:如果电池的电动势和内电阻都是不变的,电流表上代表t1、t2的两点,哪个应该标在电流比较大的温度上?解析:由题图甲可知,t1t2,RARB,由欧姆定律时,电流I较大对应t1,故t1应标在电流较大的温度上。答案:t1 I=+知连入RA
