第四节 温度和温标.docx

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第四节温度和温标

物理选修3－3（人教版）

第四节　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．了解热力学温度的应用．

3．了解温度的意义．

4．知道常见温度计的构造，会使用常用的温度计．

5．掌握温度的定义，知道什么是温标、热力学温标，以及热力学温度的表示．理解摄氏温度与热力学温度的转换关系．

1．状态参量与平衡态．

（1）热力学系统：

通常把由大量分子组成的研究对象称为热力学系统．

（2）状态参量：

为了描述系统的状态，需要用到一些物理量，这些描述系统状态的物理量，叫作系统的状态参量．常用物理量有几何参量体积、力学参量压强、热学参量温度．

（3）平衡态：

没有外界影响的情况下，系统所有性质都不随时间变化的稳定的状态．

2．热平衡与温度．

（1）热平衡：

两个相互接触的热力学系统的状态参量不再变化．

（2）热平衡定律：

如果两个系统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．

（3）温度：

表征热平衡系统的“共同热学性质”的物理量．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．

3．温标：

温度的数值表示法．

（1）摄氏温标：

规定标准大气压下冰水混合物的温度为0℃，沸水的温度为100℃，在0和100之间分成100等份，每一等份就是1℃，这种表示温度的方法即为摄氏温标，表示的温度叫作摄氏温度．

（2）热力学温标：

规定摄氏温标的－273.15℃为零值，这种表示温度的方法即为热力学温标，表示的温度叫作热力学温度（T），单位为开尔文（K）．

（3）热力学温度（T）与摄氏温度（t）的关系为T＝t＋273.15_K．

1．系统：

系统是研究对象的整体．

2．状态参量：

描述系统状态的物理量．

注：

物理学中描述物体状态的常用参量为压强、体积、温度，通常用体积描述它的几何性质，用压强描述其力学性质，用温度描述其热学性质．

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，必将达到一个宏观性质不再随时间变化的稳定状态，这种状态叫平衡态．

►尝试应用

1．下列说法中正确的是（B）

A．状态参量是描述系统状态的物理量，系统处于非平衡状态时各部分的参量不发生变化

B．当系统不受外界影响，且经过足够长的时间，其内部各部分状态参量将会相同

C．只有处于平衡状态的系统才有状态参量

D．两物体发生热传递时，它们组成的系统处于平衡状态

解析：

处于非平衡状态的系统也有状态参量，而且参量会发生变化．经过足够长的时间，系统若不受外界影响就会达到平衡状态，各部分状态参量将会相同，故B项正确，A、C项错误，而处于热传递过程中的两系统处于非平衡状态，故D项错误．

1．热平衡．

两个系统相互接触，它们间没有隔热材料，或通过导热性能好的材料接触，这两个系统的状态参量不再变化，此时的状态叫热平衡状态，我们说两系统达到了热平衡．

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，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡．

3．温度．

达到了热平衡的系统具有“共同性质”，我们用温度来表征这个“共同性质”．也可理解为物体的冷热程度．

注：

（1）一切达到热平衡的物体都具有相同的温度．

（2）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，这就是温度计用来测量温度的基本原理．

►尝试应用

2．关于平衡态和热平衡，下列说法中正确的是（B）

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，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压强一定相等

解析：

一般来说，描述系统的状态参量不止一个，根据平衡态的定义要所有性质都不变化才行，可以确定A是错误的．根据热平衡的定义可知B、D是正确．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是错误的．

1．温度计的测温原理．

（1）水银温度计是根据物体热胀冷缩的性质来测量温度的．

（2）金属电阻温度计是根据金属的电阻随温度的变化来测量温度的．

（3）气体温度计是根据气体压强与温度的关系来测量温度的．

（4）电偶温度计是根据不同导体因温差产生的电动势大小来测量温度的．

2．温标．

（1）摄氏温标．

规定标准大气压下冰水混合物的温度为零度，沸水的温度为100℃，在0和100之间分成100等份，每一等份就是1℃，这种表示温度的方法就是摄氏温标，表示的温度叫摄氏温度（t），单位为℃.

（2）热力学温标．

规定摄氏温度的－273.15℃为零值，它的一度也等于摄氏温度的一度，这种表示温度的方法就是开尔文温标，也叫热力学温标．表示的温度叫热力学温度（T），单位为开尔文，简称开（K）．

3．两种温标的关系．

（1）热力学温度的分度，大小等于摄氏温度的1℃，在表示温差时，1K＝1℃；在表示温度时却不相等．

（2）热力学温度与摄氏温度的关系T＝t＋273.15K.

（3）摄氏温度中零上表示比0℃高，零下表示比0℃低，通常用正负数表示．

（4）热力学温标的零值是低温的极限，永远达不到．

4．易混淆的问题．

有些同学认为物体感觉冷就是温度低，其实这种说法是缺乏科学依据的，人体感受到物体的冷热程度，一方面取决于被感受的物体的温度，另一方面还与被感受物体单位时间内从人体吸收（或放出）的热量的多少有关．冬天温度相同的铁块和木块，摸上去感觉铁块更冷一些，这是因为铁块单位时间内从手上吸收的热量多的原因．

►尝试应用

3．关于温度与温标，下列说法正确的是（D）

A．温度与温标是一回事，所以热力学温标也称为热力学温度

B．摄氏温度与热力学温度都可以取负值

C．温度升高3℃，在热力学温标中温度升高276.15K

D．热力学温度每一开尔文的大小与摄氏温度每一度的大小相等

解析：

温标是温度数值的表示方法，所以温度与温标是不同的概念，用热力学温标表示的温度称为热力学温度，选项A错．摄氏温度可以取负值，但是热力学温度不能取负值，因为热力学温度的零点是低温的极限，故选项B错．摄氏温度的每一度与热力学温度的每一开尔文的大小相等，选项D正确．温度升高3℃也就是温度升高了3K，故选项C错．

1．三个系统A、B、C处于热平衡状态，则关于它们的温度的说法正确的是（C）

A．它们的温度可以有较大的差别

B．它们的温度可以有微小的差别

C．它们的温度一定相同

D．无法判断温度的关系

解析：

当三个系统处于热平衡状态时，它们有相同的状态参量，即具有相同的温度，故C项正确．

2．（多选）下列有关温标的说法中正确的是（AD）

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

解析：

不同温标下，同一温度在数值上可能不同，A正确；相同的冷热程度，用不同的温标表示，数值可以是不同的，B错；热力学温标是从理论上做出的规定，C错、D正确．

3．关于热力学温标与摄氏温标的下列说法不正确的是（D）

A．热力学温标与摄氏温标的每一分度的大小是相同的

B．热力学温标的0度值对应于－273.15℃

C．热力学温标的0度是不可能达到的

D．气体温度趋近于绝对零度时，其体积趋近于零

解析：

由T＝t＋273K，得知，ΔT＝Δt，即热力学温标温度的变化总等于摄氏温标温度的变化，故A正确；热力学温度与摄氏温度的关系是T＝t＋273K．可知，当T＝0时，则t＝－273℃，故B正确；根据热力学第三定律可知，热力学温标的零K达不到．故C正确；气体温度趋近于绝对零度时，可能是压强p趋近于零，故D错误．

4．关于温度与温标，下列说法正确的是（D）

A．温度与温标是一回事，所以热力学温标也称为热力学温度

B．摄氏温度与热力学温度都可以取负值

C．温度升高3℃，在热力学温标中温度升高276.15K

D．热力学温度每一开尔文的大小与摄氏温度每一度的大小相等

解析：

温标是温度数值的表示方法，所以温度与温标是不同的概念，用热力学温标表示的温度称为热力学温度，选项A错．摄氏温度可以取负值，但是热力学温度不能取负值，因为热力学温度的零点是低温的极限，故选项B错．摄氏温度的每一度与热力学温度的每一开尔文的大小相等，选项D正确．温度升高3℃也就是温度升高了3K，故选项C错．

5．关于热力学温度，下列说法中正确的是（A）

A．－33℃＝240K

B．温度变化1℃，也就是温度变化274K

C．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273K＋t

解析：

本题主要考查热力学温度与摄氏温度的关系．T＝273K＋t，由此可知：

－33℃＝240K，A正确；温度变化1℃，也就是温度变化1K，故B项错误；对于摄氏温度可取负值的范围为－273℃～0，因绝对零度达不到，故热力学温度不可能取负值，故C错；D中初态热力学温度为273K＋t，末态为273K＋2t，温度升高了t，故D错．

6．当甲、乙两物体相互接触后，热量从甲物体流向乙物体，这样的情况表示甲物体具有何种特性（D）

A．较高的热量

B．较大的比热容

C．较大的密度

D．较高的温度

解析：

根据热量的传递特性：

热量总是自发地从高温物体传到低温物体，或从物体的高温部分传递到低温部分，因此决定热能传递方向的决定因素是温度，A、B、C各选项所提到的条件均与此无关，故D正确．

7．下列叙述正确的是（D）

A．若不断冷冻，物体的温度就不断地下降，没有止境

B．目前尚不知最低温是多少，最高温是多少

C．摄氏零下373度是低温的下限

D．任何物体，温度下降到某一点就不能再降

解析：

在目前的技术条件下最低温可使铜原子核降至10－6K，但是极不稳定无法持久，故A、B错误．摄氏零下273.15℃是低温的极限，故C错．运用热平衡原理可知D是正确的．

8．下图是四种测液体温度的方法，其中正确的是（D）

解析：

用温度计测量液体温度时，温度计必须置于液体中，而且不能与器壁接触，只有D正确．

9．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摄氏度，请将该温度用热力学温标来表示（A）

A．2KB．271K

C．4KD．0.1K

解析：

由热力学温标与摄氏温标的关系式T＝t＋273K和t＝－271℃得T＝2K．故A项正确．

10．严冬，湖面上结了厚厚的冰，为了测出冰下水的温度，徐强同学在冰上打了一个洞，拿来一支实验室温度计，用下列四种方法测水温，正确的做法是（C）

A．用线将温度计拴牢从洞中放入水里，待较长时间后从水中提出，读出示数

B．取一塑料饮水瓶，将瓶拴住从洞中放入水里，水灌满瓶后取出，再用温度计测瓶中水的温度

C．取一塑料饮水瓶，将温度计悬吊在瓶中，再将瓶拴住从洞中放入水里，水灌满瓶后待较长时间，然后将瓶提出，立即从瓶外观察温度计的示数

D．手拿温度计，从洞中将温度计插入水中，待较长时间后取出立即读出示数

解析：

要测量冰下水的温度，必须使温度计与冰下的水达到热平衡时，再读出温度计的示数．可隔着冰又没法直接读数，把温度计取出来，显示的又不是原热平衡下的温度，所以A的做法不正确，C的做法正确，D的做法不正确，B的做法也失去了原来的热平衡，水瓶提出后，再用温度计测，这时，周围空气也参与了热交换，测出的温度不再是冰下水的温度了．

11．一般实验室里常用的一种摄氏温度计叫摄氏温标：

在1954年以前，标准温度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饱和空气的水相平衡时的熔点（冰点）．摄氏温标（以前称为百分温标）是由瑞典物理学家摄尔修斯设计的．如图所示，以冰点定为0℃，汽化点定为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度，用1℃表示，用摄氏温标表示的温度叫做摄氏温度．摄氏温标用度作单位，常用t表示．热力学温标由英国科学家威廉·汤姆逊（开尔文）创立，把－273.15℃作为零度的温标，叫做热力学温标（或绝对温标）．热力学温标用K表示单位，常用T表示．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.

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；而热力学温标是把－273.15℃作为零开尔文的，用T表示，所以热力学温标与摄氏温标之间的关系为T＝t＋273.15K.

答案：

（1）T＝t＋273.15K　

（2）0　273　100　373　（3）1