4　温度和温标

4温度和温标 第七章分子动理论 学习目标 1 知道平衡态及系统的状态参量 2 明确温度的概念 知道热平衡定律及其与温度的关系 3 了解温度计的原理 知道热力学温度与摄氏温度的换算关系 导学引领 导学探究 1 在力学中 为了确定物体运动的状态 我们使用了物体的位移和速度这两个物理量 在热学中如果我们要研究一箱气体的状态 需要哪些物理量呢 一 状态参量与平衡态 答案体积 压强和温度 答案 2 如果系统与外界没有能量交换 该系统就达到平衡态了吗 答案不是 知识梳理 1 热力学系统 由大量分子组成的一个研究对象 2 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 2 压强p 系统的力学参量 它可以描述系统的 性质 3 温度T 系统的热学参量 它可以确定系统的 程度 3 对平衡态的理解 1 在没有外界影响的情况下 系统内的各部分的状态参量达到 即达到平衡态 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 空间范围 力学 冷热 稳定 导学探究 1 用手心握住体温计玻璃泡 观察到体温计的示数逐渐上升 当上升到36 左右时 为什么不再上升 二 热平衡与温度 答案 答案因为体温计与人体温度相同 即达到了热平衡 2 当把它立即放入40 的水中时 你又看到什么现象 为什么 答案体温计的示数继续上升 因为体温计玻璃泡的温度与水的温度不相同 没有达到热平衡 知识梳理 1 热平衡 两个系统相互接触而传热 它们的状态参量将改变 但是经过一段时间以后 状态参量就 这说明两个系统对于传热来说已经达到了平衡 这种平衡叫做热平衡 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 这个结论称为热平衡定律 3 热平衡与温度 1 一切达到热平衡的物体都具有相同的 2 温度计的测温原理若物体与A处于热平衡 它同时也与B处于热平衡 则A的温度 B的温度 这就是温度计用来测量温度的基本原理 不再变化了 热平衡 等于 温度 导学探究 1 如图1所示 伽利略温度计是利用玻璃管内封闭的气体作为测量物质制成的 当外界温度越高时 细管内的水柱越高吗 三 温度计与温标 答案 答案不是 由热胀冷缩可知 当外界温度越高时 气体膨胀越厉害 细管内的水柱越低 图1 2 如果气体的温度是1 也可以说气体的温度是多少K 如果气体的温度升高了1 也可以说气体的温度升高了多少K 答案274 15K1K 知识梳理 1 确定一个温标的方法 1 选择某种具有测温属性的 2 了解测温物质随 变化的函数关系 3 确定温度的 和 的方法 2 热力学温度T与摄氏温度t 1 摄氏温标 一种常用的表示温度的方法 规定标准大气压下冰的熔点为 水的沸点为 在0 和100 之间均匀分成 等份 每份算做1 物质 温度 零点 分度 0 100 100 2 热力学温标 现代科学中常用的表示温度的方法 热力学温标也叫 热力学温标表示的温度叫 用符号 表示 单位是 符号为 3 摄氏温度与热力学温度的关系为T 4 注意 热力学温标表示的温度和摄氏温标表示的温度 虽然起点不同 但表示温度的温度差是相同的 即 T t 绝对温标 热力学温度 T 开尔文 K t 273 15K 合作释疑 例1下列说法正确的是A 只有处于平衡态的系统才有状态参量B 状态参量是描述系统状态的物理量 故当系统状态变化时 其各个状态参量都会改变C 两物体发生热传递时 它们组成的系统处于非平衡态D 0 的冰水混合物放入1 的环境中 冰水混合物处于平衡态 一 平衡态与热平衡 答案 解析 解析状态参量是描述系统状态的物理量 与系统是否处于平衡态无关 且系统状态变化时 不一定各个状态参量都改变 A B错误 处于热传递过程中的两系统处于非平衡态 C正确 0 的冰水混合物放入1 的环境中 周围环境会向冰水混合物传热 不是平衡态 D错误 两步法判断热力学系统是否处于平衡态1 判断热力学系统是否受到外界的影响 2 判断系统的状态参量 压强 体积和温度 是否发生变化 如果系统不受外界的影响 且状态参量不发生变化 系统就处于平衡态 否则就是非平衡态 例2 多选 有甲 乙 丙三个温度不同的物体 将甲和乙接触很长一段时间后分开 再将乙和丙接触很长一段时间后分开 假设只有在它们相互接触时有热传递 不接触时与外界没有热传递 则A 甲 乙 丙三个物体都达到了平衡态B 只有乙 丙达到了平衡态 甲没有达到平衡态C 乙 丙两物体都和甲达到了热平衡D 乙 丙两物体达到了热平衡 答案 解析 解析乙和丙分开后 甲 乙 丙三个物体与外界没有热传递 所以甲 乙 丙三个物体都达到了平衡态 A正确 B错误 甲和乙接触很长一段时间后分开 甲和乙达到了热平衡 但乙和丙接触很长一段时间后 乙的温度又发生了变化 甲和乙的热平衡被破坏 乙和丙两物体达到了热平衡 C错误 D正确 判断系统达到热平衡的两个方法1 根据两个相接触的系统的状态参量是否发生变化判断 如果不发生变化 处于热平衡 发生变化则不处于热平衡 2 根据两个系统的温度是否相同判断 如果相同 处于热平衡 不相同则不是热平衡 注意 两个系统达到热平衡时 系统一定具有相同的温度 但其他状态参量未必相同 二 温度与温标 例3 多选 关于温度与温标 下列说法正确的是A 用摄氏温标和热力学温标表示温度是两种不同的表示方法B 摄氏温度与热力学温度都可以取负值C 摄氏温度升高3 在热力学温标中温度升高276 15KD 热力学温度升高3K与摄氏温度升高3 是等效的 答案 解析 解析温标是温度数值的表示方法 常用的温标有摄氏温标和热力学温标 A正确 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 摄氏温度升高3 也就是热力学温度升高了3K 故选项C错 D正确 热力学温度与摄氏温度关系的理解1 关系 T t 273 15K 2 摄氏温度变化1 与热力学温度变化1K是等效的 即 T t 而不是 T t 273 15K 3 绝对零度是低温的极限 只能接近 永远达不到 故热力学温度不能出现负值 但摄氏温度可以出现负值 针对训练 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 K 答案 100 373 15 273 15 0 309 65 1 5 达标检测 1 状态参量与平衡态 多选 下列状态中处于平衡态的是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 C环境中C 突然被压缩的气体D 开空调2分钟内教室中的气体 答案 1 2 3 4 解析 解析系统处于平衡态时 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 C环境中 其温度 压强 体积都不再变化 处于平衡态 故A B对 突然被压缩的气体 状态参量发生变化 故其不处于平衡态 C错 开空调2分钟内教室中的气体 温度 体积均要变化 故其不处于平衡态 D错 1 2 3 4 2 热平衡与温度 多选 下列说法正确的是A 放在腋下足够长时间的水银体温计中的水银与人体达到热平衡B 温度相同的棉花和石头相接触 需要经过一段时间才能达到热平衡C 若a与b c分别达到热平衡 则b c之间也达到了热平衡D 两物体温度相同 可以说两物体达到了热平衡 答案 1 2 3 4 解析 解析当温度计的液泡与被测物体紧密接触时 如果两者的温度有差异 它们之间就会发生热传递 高温物体将向低温物体传热 最终使二者的温度达到相等 即达到热平衡 故A D正确 两个物体的温度相同时 不会发生热传递 故B错 若a与b c分别达到热平衡 三者温度一定相等 所以b c之间也达到了热平衡 故C正确 1 2 3 4 3 温度与温标 多选 严冬 湖面上结了厚厚的冰 但冰下鱼儿仍在游动 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 取一空的塑料饮水瓶 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 立即读出温度计的示数C 若温度计显示的示数为摄氏温度4 即热力学温度4KD 若温度计显示的示数为摄氏温度4 即热力学温度277 15K 答案 解析 1 2 3 4 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状态下的温度 所以选项A错误 B正确 T t 273 15K 277 15K 选项C错误 D正确 1 2 3 4 4 温度与温标 关于热力学温标和摄氏温标 下列说法正确的是A 热力学温度与摄氏温度的关系是T t 273 15KB 热力学温度升高1K大于摄氏温度升高1 C 热