人教版高中物理选修3课件第7章 分子动理论-4温度和温标 40页

§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 § ①摄氏温度： 温标表示的温度，用 符号t表示，单位 ，符号表示为 ℃. § ②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. § ③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1 K， 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 摄氏温标 热力学温标 提出者 摄氏修斯和施勒 默尔 英国物理学家开 尔文 零度的规 定 一个标准大气压 下冰水混合物的 温度 －273.15 ℃ 温度名称 摄氏温度 热力学温度 温度符号 t T 单位名称 摄氏度 开尔文 单位符号 ℃ K § 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－273.15 K § 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，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 ℃＝240 K § B．温度变化1 ℃，也就是温度变化1 K § 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273 K＋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＋273 K知，A项正确；由ΔT ＝Δt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＋273.15 K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1 K是等效的，即ΔT＝ Δt，但ΔT≠Δt＋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200 K升高到300 K，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＋273.15 K和两种温标下温度 的变化特点Δt＝ΔT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1 K与摄氏温标中的每1 ℃大小相等 § B．热力学温度升高1 K大于摄氏温度升高1 ℃ § C．热力学温度升高1 K等于摄氏温度升高1 ℃ § D．某物体摄氏温度10 ℃，即热力学温度10 K § 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1 K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 ℃的物体，热 力学温度为283 K，D错． § 答案：　AC § 5．根据图判断，温度计中人们选择的测温 物质及其依据是(　　) § A．水，水的密度小 § B．水，水的密度出现异常现象 § C．汞，汞的密度大 § D．汞，汞的密度与温度呈规则的线性关系 § 解析：　由于水的密度和温度的关系曲线是不 规则曲线，并且不是单调的，如果选水为测温 物质，则温度计刻度不均匀．汞的密度与温度 呈规则的线性关系，选汞作为测温物质，温度 计刻度是均匀的． § 答案：　D