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4温度和温标情境导入课程目标一场特大雪灾使很多地方交通阻断,电力遭到严重破坏。大雪中,电力工人冒着严寒抢修电路,某工人在找铁棒和木头时,感觉到铁棒明显比木头凉,由于表示物体冷热程度的物理量是温度,于是这位工人得出当时“铁棒比木头温度低”的结论,你认为他的结论对吗?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。3.理解温度的意义,掌握温度的定义,了解热力学温度的应用。4.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、平衡态与状态参量1.系统:在物理学中,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。一二三思考一根长铁丝,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。思考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。达到了热平衡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的金属电阻温度计根据铂的电阻随温度的变化来测量温度的气体温度计根据气体的压强随温度的变化来测量温度的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的一二三2.温标(1)定义:定量描述温度的方法称为温标。(2)两种温标:①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,每份算作1℃。②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。(3)摄氏温度与热力学温度:①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。一二三②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。③换算关系:T=t+273.15K。思考“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15K”,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1K数值上是相等的,只是它们的零值规定不同。探究一探究二探究一平衡态与热平衡●问题导引●1.表示系统存在状态的各物理量中只要温度不发生变化就说系统处于平衡态,对吗?为什么?提示:不对。描述系统存在状态的任一状态参量发生变化,系统都处于非平衡态,温度仅仅是描述系统存在状态的一个物理量,温度不发生变化,但是描述系统状态的其他物理量(如压强、体积等)有可能变化,所以这种说法不对。2.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是什么?它有什么特征?提示:是温度。它的特征是“一切达到热平衡的系统都具有相同的温度”。探究一探究二●名师精讲●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,而力学中的平衡态是指物体的运动状态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。(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。探究一探究二2.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。3.平衡态与热平衡概念的区别(1)平衡态不是热平衡,平衡态是对某一系统而言的,热平衡是对两个接触的系统而言的。(2)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。达到热平衡的两个系统都处于平衡态。探究一探究二【例题1】下列说法中正确的是()A.两个系统处于热平衡时,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解析:热平衡的系统都具有相同的状态参量——温度,故A项错误,C项正确;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B、D项也正确。答案:BCD-13-4温度和温标探究一探究二题后反思(1)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。反之,达到热平衡的两个系统一定具有相同的温度。(2)对于热平衡的理解要从两个层面展开,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。实际上接触只是可以“检验”两个系统是否处于热平衡而已。探究一探究二探究二温度计与温标●问题导引●1.温度计能够用来测量温度的基本原理是什么?提示:热平衡定律。例如,温度计跟物体A处于热平衡,它同时也跟物体B达到热平衡,那么A的温度与B的温度相等。温度计与待测物体达到热平衡时,二者温度相同。2.将一壶0℃的冷水烧开(100℃),用摄氏温标和热力学温标分别表示水始末的温度及温度变化有何不同?提示:用摄氏温标表示:始t1=0℃,末t2=100℃,温度变化Δt=100℃;用热力学温标表示:始T1=273.15K,末T2=373.15K,温度变化ΔT=100K。探究一探究二●名师精讲●1.“温度”含义的两种说法(1)温度表示物体的冷热程度,这样的定义带有主观性,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。(2)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,存在一个数值相等的态函数,这个态函数就是温度,这样的定义更具有科学性。2.对温标的理解(1)温标:如果要定量地描述“温度”,就必须有一套方法,这套方法就是温标。(2)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就是摄氏温标,表示的温度叫作摄氏温度(t)。探究一探究二(3)热力学温标:1848年,开尔文建立了热力学温标,它不依赖于测温物体的具体性质。规定摄氏温度的-273.15℃为零值,它的1度也等于摄氏温度的1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)。热力学温标的零度(0K)是低温的极限,永远达不到。它是国际单位制的七个基本物理量之一。1960年,国际计量大会确定了摄氏温标与热力学温标的关系:摄氏温标由热力学温标导出,摄氏温标所确定的温度用t表示,它与热力学温度T的关系是T=t+273.15K。探究一探究二(4)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尔修斯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tT单位名称摄氏度开尔文单位符号℃K关系T=t+273.15K(粗略表示:T=t+273K)探究一探究二【例题2】关于热力学温度和摄氏温度,以下说法中正确的是()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1KC.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273K解析:热力学温度“K”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,A对;用摄氏温标与热力学温标表示同一物体的温度数值不同,必有T=t+273.15K,可知C错,D对;两种温标每一度的含义相同,即1℃=1K,B对。答案:ABD探究一探究二题后反思(1)熟练应用T=t+273.15K是解决有关摄氏温度与热力学温度的基础。(2)温度变化1℃与1K是相等的,即ΔT=Δt,ΔT≠Δt+273.15K。123451.下列关于系统是否处于平衡态的说法正确的是()A.将一根铁丝的一端插入100℃的水中,另一端插入0℃的冰水混合物中,经过足够长的时间,铁丝处于平衡态B.两个温度不同的物体相互接触时,这两个物体组成的系统处于非平衡态C.0℃的冰水混合物放入1℃的环境中,冰水混合物处于平衡态D.压缩密闭容器中的空气,空气处于平衡态解析:铁丝受到外界因素影响,不是平衡态,只是一种稳定状态,A错误;两物体温度不同,接触后高温物体会向低温物体传热,是非平衡态,B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,C错误;压缩密闭容器中的空气,要对空气做功,机械能转化为内能,不是平衡态,D错误。答案:B123452.(2014·临沂高二检测)两个原来处于热平衡状态的系统,分开后,由于受外界的影响,其中一个系统的温度升高了5K,另一个系统的温度升高了5℃,则下列说法正确的是()A.两个系统不再是热平衡系统了B.两个系统此时仍是热平衡状态C.两个系统的状态都发生了变化D.两个系统的状态都没有发生变化解析:两个系统原来处于热平衡状态,故温度相同,升高相同的温度后,温度仍相同,系统仍处于热平衡状态,故A错误,B正确;由于温度发生了变化,系统的状态也发生了变化,故C正确,D错误。答案:BC123453.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.温标的规定都是人为的,没有什么理论依据D.热力学温标和摄氏温标是两种不同的温度表示方法,表示的温度数值没有关系解析:温标不同,测量同一系统的温度数值一般不同,A对,B错。每一种温标的规定都有一定意义,如摄氏温标的0℃表示一个标准大气压下冰的熔点,100℃为一个标准大气压下水的沸点,C错。热力学温标和摄氏温标,数值上有T=t+273.15K,D错。答案:A123454.下列关于热力学温度的说法正确的是()A.-136℃比136K温度高B.0℃等于273.15KC.1℃就是1KD.升高1℃就是升高273.15K解析:热力学温度和摄氏温度是表示温度的不同方法,它们最大的区别就是规定的零点不同,但每一度的大小是一样的。根据