河北省邢台市高中物理 第七章 分子动理论 7.4 温度和温标课件 新人教版选修33.ppt

4 温度和温标 一 状态参量与平衡态1 系统和外界 1 系统 在热学中 把某个范围内大量分子组成的研究对象叫做 简称系统 2 外界 系统之外与系统发生的其他物体统称为外界 热力学系统 相互作用 2 状态参量 在热学中 为确定系统的状态 需要用到的一些物理量 如 等 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 必将达到一个不再随时间变化的状态 这种状态叫平衡态 温度 体积 压强 宏观性质 稳定 二 热平衡与温度1 热平衡两个系统相互接触 它们之间没有材料 或通过导热性能好的材料接触 这两个系统的不再变化 此时的状态叫热平衡状态 我们说两系统达到了 隔热 状态参量 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 这个结论称为热平衡定律 又叫热力学第零定律 3 温度处于热平衡的两个系统必定具有某个性质 我们用来表征这个 共同性质 温度也可理解为物体的程度 热平衡 热平衡 共同 温度 冷热 三 温度计和温标1 温度计的测温原理 1 水银温度计是根据物体的性质来测量温度的 2 金属电阻温度计是根据金属的随的变化来测量温度的 3 气体温度计是根据与的关系来测量温度的 4 热电偶温度计是根据不同导体 因产生电动势的大小来测量温度的 热胀冷缩 电阻率 温度 气体压强 温度 温差 2 温标 定量描述温度的方法 1 摄氏温标一种表示温度的方法 规定标准大气压下冰的熔点为 水的沸点为 在0 和100 之间分成100等份 每一份就是1 2 热力学温标现代科学中常用的表示温度的方法 规定摄氏温度的 273 15 为零值 它的一度摄氏温度的一度 0 100 等于 3 摄氏温度与热力学温度 摄氏温度 温标表示的温度 用符号t表示 单位 符号表示为 热力学温度 温标表示的温度 用符号t表示 单位 符号表示为k 换算关系 t k 特别提醒 在用热力学温标和摄氏温标表示温度变化时 每变化1 等于每变化1k 即两种温标表示的温度差是相等的 摄氏 摄氏度 热力学 开尔文 t 273 15 一 平衡态1 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 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 因此可以说 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 2 热平衡定律的意义热平衡定律又叫热力学第零定律 为温度的测量提供了理论依据 因为互为热平衡的物体具有相同的温度 所以比较各物体温度时 不需要将各个物体直接接触 只需将作为标准物体的温度计分别与各物体接触 即可比较温度的高低 下列状态中处于热平衡态的是 a 将一金属块放在沸水中加热足够长的时间b 冰水混合物处在0 环境中c 突然被压缩的气体d 开空调2分钟内教室内的气体 解析 系统处于热平衡态时 其状态参量稳定不变 金属块放在沸水中加热足够长的时间 冰水混合物在0 环境中 其温度 压强 体积都不再变化 是平衡状态 故a b对 突然被压缩的气体温度升高 压强变大 故其不是平衡状态 c错 开空调2分钟内教室内的气体温度 体积均要变化 故其不是平衡状态 d错 答案 ab 二 温度与温标1 对温度的理解应注意 1 宏观上 表示物体的冷热程度 2 微观上 反映分子热运动的激烈程度 3 一切达到热平衡的物体都具有相同的温度 4 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 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 其温度与待测物体的温度相同 3 温标 1 常见的温标有摄氏温标 华氏温标 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 3 温度的两种数值表示法 摄氏温标和热力学温标 关于温度的物理意义 下列说法中正确的是 a 温度是物体冷热程度的客观反映b 人如果感觉到某个物体很冷 就说明这个物体的温度很低c 热量会自发地从含热量多的物体传向含热量少的物体d 热量会自发地从温度较高的物体传向温度较低的物体 解析 温度是表示物体冷热程度的物理量 但人们对物体冷热程度的感觉具有相对性 a正确 b错误 热传递的方向是热量自发地从温度较高的物体传向温度较低的物体 而热量是过程量 不能说物体含有热量 c错误 d正确 答案 ad 关于热力学温标的说法正确是 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 15kc 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 所以它的压强不会为零解析 本题考查热力学温标的性质 热力学温标在科学计算中特别体现在热力学方程中 使方程更简单 更科学 故a对 b是热力学温标的常识 错误 气体趋近于绝对零度时 已液化 但有体积 故其压强不为零 c错 d对 答案 ad 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 这两个系统原来的温度是相同的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 根据平衡态的定义可以确定a错 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 正确选项为b d 答案 bd 反思总结 平衡状态时各状态参量都保持稳定 热平衡指温度相同 热平衡时 不一定处于平衡态 跟踪发散 1 1 下列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 且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 温度可以有微小差别 解析 答案 c 关于热力学温度下列说法中正确的是 a 33 240kb 温度变化1 也就是温度变化1kc 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 思路点拨 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 解析 由t t 273k知 a项正确 由 t t知b项正确 摄氏温度可取负值 但热力学温度没有负值 c错 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 答案为a b 答案 ab 反思总结 解决热力学温度与摄氏温度的关系问题的关键 1 t t 273 15k是解决有关摄氏温度与热力学温度问题的基础 2 温度变化1 与变化1k是等效的 即 t t 但 t t 273 15 3 绝对零度是低温的极限 永远达不到 只能接近 故热力学温度不能出现负值 跟踪发散 2 1 一个系统的温度由200k升高到300k 另一个系统的温度由200 升高到300 则有关这两个温度及其变化的说法正确的是 a 它们升高了相同的温度b 它们升高的温度不同c 它们后来的温度相同d 它们后来的温度不同解析 由t t 273 15k和两种温标下温度的变化特点 t t判断 可知a d正确 答案 ad 1 下列物体中处于热平衡状态的是 a 冰水混合物处在1 的环境中b 将一铝块放入沸水中加热足够长的时间c 冬天刚打开空调的教室内的气体d 一个装有气体的密闭绝热容器匀速运动 容器突然停止运动时 容器内的气体 解析 冰水混合物在1 的环境中要吸收热量 温度升高 不是热平衡状态 a错误 当一个系统经足够长的时间 系统内各部分温度相等时 系统就达到了热平衡状态 b正确 冬天刚打开空调的教室内的气体各部分温度不相等 未处于平衡状态 c错误 匀速运动的容器突然停止运动时 机械能转化为气体的内能 容器内的气体分子未达到平衡态 d错误 答案 b 2 下图是四种测液体温度的方法 其中正确的是 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 答案 d 3 下列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不同 则说明温度不同c 温标都是人为规定的 没有什么理论依据d 热力学温标是从理论上规定的解析 温标是温度的测量标准 在不同温标下 同一温度在数值表示上可能不同 a正确 b错误 热力学温标是从理论上做出的规定 c错误 d正确 答案 ad 4 关于热力学温标和摄氏温标 下列说法中正确的是 a 热力学温标中的每1k与摄氏温标中的每1 大小相等b 热力学温度升高1k大于摄氏温度升高1 c 热力学温度升高1k等于摄氏温度升高1 d 某物体摄氏温度10 即热力学温度10k解析 热力学温标和摄氏温标尽管是不同标准的计数方式 但仅是起点不同 热力学温标中变化1k与摄氏温标中变化1 是相同的 故a c对b错 摄氏温度为10