新人教版高中物理选修33 温度和温标.docx
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新人教版高中物理选修33温度和温标
一、状态参量与平衡态┄┄┄┄┄┄┄┄①
1．热力学系统：
由大量分子组成的研究对象。
2．外界：
系统之外与系统发生相互作用的其他物体。
3．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，如体积、压强、温度等。
4．平衡态：
系统在没有外界影响的情况下，经过足够长的时间，系统内各部分的状态参量达到稳定的状态。
[说明]
1．平衡态并不是系统内分子无规则运动停止，而是一种动态平衡。
2．系统处于平衡态时系统内的所有性质都不随时间发生变化。
①[选一选]
[多选]在热学中，要描述一定气体的宏观状态，需要确定下列哪些物理量（ ）
A．每个气体分子的运动速率
B．压强
C．体积
D．温度
解析：
选BCD 描述气体状态的物理量是压强、体积和温度，故A错误，B、C、D正确。
二、热平衡与温度┄┄┄┄┄┄┄┄②
1．热平衡
（1）概念：
两个相互接触的热力学系统的状态参量不再变化。
（2）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）性质：
一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。
2．温度
决定两个系统是否达到热平衡状态的物理量；它表明系统的冷热程度。
[说明]
热平衡和平衡态不是一个概念，热平衡针对的是两个系统，而平衡态针对的是一个系统。
②[判一判]
1．两个系统处于热平衡，则两个系统的温度一定相同（√）
2．两个处于热平衡的系统不能同时与第三个系统处于热平衡（×）
3．两个处于平衡态的系统接触时一定处于热平衡（×）
三、温度计与温标┄┄┄┄┄┄┄┄③
1．温标：
定量描述温度的方法
（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0℃，水的沸点为100_℃。
在0℃和100℃之间均匀分成100等份，每份算做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，它的一度等于摄氏温度的一度。
（3）两种温度的换算
摄氏温度
摄氏温标表示的温度，用符号_t_表示，单位是摄氏度，符号为℃
热力学温度
热力学温标表示的温度，用符号T表示，单位是开尔文，符号为K
换算关系
T＝t＋273.15_K
2.温度计
（1）确定一个温标时首先要选择一种测温的物质，根据这种物质的某个特性来制造温度计。
（2）常见的温度计有水银温度计、金属电阻温度计等。
[说明]
1．摄氏温标和热力学温标选择的温度起点不同，但每一度的大小是相等的。
2．日常生活中常用摄氏温度，而在热学中常使用热力学温度。
③[填一填]
某一天的气温是27℃，用热力学温度表示是________K。
若气温升高1℃，则用热力学温度表示升高________K。
解析：
根据T＝t＋273.15K，
T＝（27＋273.15）K≈300K；
气温升高1℃，则用热力学温度表示升高1K。
答案：
300 1
1.对热平衡的理解
（1）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。
（2）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。
（3）平衡态不是热平衡：
平衡态是对某一系统而言的，是系统的状态，热平衡是对两个接触的系统之间的关系而言的；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。
达到热平衡的两个系统都处于平衡态。
2．对热平衡定律的理解
（1）热平衡定律也称为热力学第零定律，其条件为热平衡，所以要正确理解热平衡定律，就必须从热平衡的决定因素和影响条件入手进行思考。
所谓热平衡是指两个系统相接触时，系统之间没有隔热材料，即导热性很好，在经过一段时间后，系统的各参量之间不再发生变化，我们就称这两个系统达到了热平衡。
决定系统是否达到热平衡的最主要参量是温度，即只要温度不再发生变化，那么这两个系统就达到了热平衡。
（2）热平衡定律表明，一切达到热平衡的系统具有一个数值上相等的共同的宏观性质——温度。
温度计之所以能够测定物体温度正是依据这个原理。
[典型例题]
例1.[多选]关于平衡态和热平衡，下列说法中正确的有（ ）
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错误；根据热平衡的定义可知，B、D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，C错误。
[答案] BD
[点评] 判断平衡态与热平衡的技巧
1．温度相等是判断两系统达到热平衡的条件，若温度相等，则两个系统达到热平衡，若温度不相等，则两个系统没有达到热平衡。
2．处于平衡态的系统与外界没有能量交换。
[即时巩固]
1．如果一个系统达到了平衡态，那么这个系统各处的（ ）
A．温度、压强、体积都必须达到稳定的状态不再变化
B．温度一定达到了某一稳定值，但压强和体积仍是可以变化的
C．温度一定达到了某一稳定值，并且分子不再运动，达到了“凝固”状态
D．温度、压强就会变得一样，但体积仍可变化
解析：
选A 如果一个系统达到了平衡态，系统内各部分的状态参量，如温度、压强和体积等不再随时间发生变化。
温度达到稳定值，分子仍然是运动的，不可能达到所谓的“凝固”状态。
综上所述，A正确。
1.温度的两种定义
（1）宏观角度：
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）热平衡角度：
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，两个系统相互处于热平衡时，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．温度计测温原理
一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。
使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．热力学温度和摄氏温度
（1）热力学温度T＝t＋273.15K。
（2）热力学温度单位开尔文是国际单位制中七个基本单位之一。
（3）热力学温度中的0K也叫绝对零度，等于－273.15℃，它是低温的极限，可以无限接近，但永远也达不到。
（4）在表示温度差时，1K＝1℃；在表示温度时却不相等，即ΔT＝Δt，T≠t。
[典型例题]
例2.[多选]下列有关温度的说法正确的是（ ）
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．用两种温标表示温度的变化时，两者的数值相等
C．1K就是1℃
D．当温度变化1℃时，也可以说成温度变化274K
[解析] 温标是用来定量描述温度的方法，常用的温标有摄氏温标和热力学温标，A正确；两种温标表示同一温度时，数值不同，但在表示同一温度变化时，数值是相同的，B正确；若物体的温度升高1K，也可以说物体的温度升高1℃，但在表示物体的温度时，物体的温度为1K，而不能说成物体的温度为1℃，C、D错误。
[答案] AB
[点评] 热力学温度与摄氏温度关系的理解
1．T＝t＋273.15K是解决有关热力学温度与摄氏温度关系问题的基础。
2．摄氏温度变化1℃与热力学温度变化1K是等效的，即ΔT＝Δt，而不是ΔT＝Δt＋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。
[即时巩固]
2．小明自定义一种新温标p，他将标准大气压下水的冰点与沸点之间的温度等分为200格，且将冰点的温度定为50p，今小明测量一杯水的温度为150p，则该温度用摄氏温度表示为（ ）
A．30℃ B．40℃
C．50℃D．60℃
解析：
选C 每格表示的摄氏度为℃＝0.5℃，比冰点高出的温度为（150－50）×0.5℃＝50℃，选项C正确，A、B、D错误。
1．[多选]下列说法正确的是（ ）
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，那么这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：
选BCD 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项正确。
2．[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．冰水混合物处于0℃环境中
C．突然被压缩的气体
D．开空调2min内教室内的气体
解析：
选AB 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℃环境中，温度、压强、体积都不再变化，是平衡态，故A、B项对；突然被压缩的气体温度升高，压强变大，故其不是平衡态，C项错；开空调2min内教室内的气体，温度、体积均有变化，故其不是平衡态，D项错。
3．[多选]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：
选BC 两个系统原来温度相同而处于热平衡状态，分开后，由于升高的温度相同，接触后两者仍处于热平衡状态，新的热平衡状态下温度比以前升高了，两个系统的状态都发生了变化，B、C正确。
4．[多选]下列关于热力学温度的说法中，正确的是（ ）
A．热力学温度的零值等于－273.15℃
B．热力学温度的1K的大小和摄氏温度的1℃的大小是相等的
C．绝对零度是低温的极限，永远达不到
D．1℃就是1K
解析：
选ABC 由热力学温度（T）与摄氏温度（t）的关系T＝t＋273.15K可知，A、B正确，D错误；绝对零度是低温的极限，永远不可能达到，C正确。
5．[多选]伽利略在1593年，制造了世界上第一个温度计——空气温度计，如图所示，一个细长颈的球形瓶倒插在装有红色液体的槽中，细管中的液面清晰可见，如果不考虑外界大气压的变化，就能根据液面的变化测出温度的变化，则（ ）
A．该温度计的测温物质是槽中的液体
B．该温度计的测温物质是细管中的红色液体
C．该温度计的测温物质是球形瓶中的空气
D．该温度计是利用测温物质的热胀冷缩性质制造的
解析：
选CD 细管中的红色液体是用来显示球形瓶中空气的体积随温度变化的情况，测温物质是球形瓶中封闭的空气，该温度计是利用测温物质的热胀冷缩的性质制造的，故A、B错误，C、D正确。
[基础练]
一、选择题
1．[多选]一个铜块和一个铁块，它们的质量相等，铜块的温度T1高于铁块的温度T2，如果使铜块和铁块相接触，系统不与外界交换能量，则下列说法中正确的有（ ）
A．从铜块和铁块接触到达到热平衡过程中，铜块放出的热量等于铁块吸收的热量
B．从铜块和铁块接触到达到热平衡过程中，铜块放出的热量大于铁块吸收的热量
C．铜块和铁块达到热平衡时的温度T＝
D．铜块和铁块达到热平衡时的温度相同
解析：
选AD 根据热传递过程中的能量守恒定律，可知选项A正确，B错误；温度标志着热传递的方向，两个物体间发生热传递时，热量总是从温度较高的物体传向温度较低的物体，一直到两物体的温度相同，达到热平衡，选项D正确；设达到热平衡时的温度为T，铜块放出热量的计算式为Q放＝c铜m（T1－T），铁块吸收热量的计算式为Q吸＝c铁m（T－T2），因为Q吸＝Q放，所以联立解得，T＝，选项C错误。
2．三个系统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（ ）
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．无法判断它们温度的关系
解析：
选C 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，C正确。
3．如图所示是四种测液体温度的方法，其中正确的是（ ）
解析：
选D 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，D正确，A、B、C错误。
4．[多选]为了描述系统的状态，我们需要使用一些物理量，下列说法中正确的是（ ）
A．用体积可以描述系统的几何性质
B．用温度可以描述系统的力学性质
C．用温度可以描述系统的热学性质
D．用压强可以描述系统的力学性质
解析：
选ACD 体积可描述几何性质，A正确；温度是个热学量，B错误，C正确；压强既可描述力学性质，也可描述热学性质，D正确。
5．[多选]关于热力学温度，下列说法中正确的是（ ）
A．－33℃＝240K
B．温度变化1℃，也就是温度变化1K
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：
选AB 由T＝273K＋t可知：
－33℃＝240K，A、B正确；D中初态热力学温度为273K＋t，末态为273K＋2t，温度变化tK，故D错误；对于摄氏温度可取负值的范围为0～－273℃，因绝对零度达不到，故热力学温度不可能取负值，故C错误。
二、非选择题
6．在温标的发展史上，曾出现了两种不同的温标。
1714年，德国的科学家制成了水银温度计，建立了华氏温标。
这种温标是用水银作测温介质，以水银在玻璃容器内的相对膨胀来表示温度，把标准大气压下冰的熔点定为32度，水的沸点定为212度，两者之间等分为180格，每一格称为1华氏度，用表示。
1742年，瑞典的科学家也用同样的温度计和同样两个原始分度点，建立了摄氏温标。
不同的是摄氏温标把标准大气压下冰的熔点定为0度，水的沸点定为100度，两者之间等分为100格，每一格称为1摄氏度，用℃表示。
下表提供了几组“华氏温度”与“摄氏温度”的对应值。
摄氏温度tC（℃）
0
5
10
15
20
25
30
华氏温度tF（）
32
41
50
59
68
77
86
分析表中的数据，推导摄氏温度tC和华氏温度tF的关系式。
解析：
设y为华氏温度tF，x为摄氏温度tC
根据表格数据可知，y与x是一次函数关系，
设y＝kx＋b，
把x＝0，y＝32和x＝10，y＝50代入函数关系式，
得b＝32,10k＋b＝50，解得k＝1.8，
所以函数关系式为y＝1.8x＋32，即tF＝1.8tC＋32，
变形得摄氏温度tC和华氏温度tF的关系式为
tC＝（tF－32）℃。
答案：
tC＝（tF－32）℃
[提能练]
一、选择题
1．[多选]实际应用中，常用到一种双金属温度计。
它是利用铜片与铁片铆合在一起的双金属片的弯曲程度随温度变化的原理制成的，如图所示。
已知图甲中双金属片被加热时，其弯曲程度会增大，则下列相关叙述中正确的有（ ）
A．该温度计的测温物质是铜、铁两种热膨胀系数不同的金属
B．双金属温度计是利用测温物质热胀冷缩的性质来工作的
C．由图甲可知，铜的热膨胀系数大于铁的热膨胀系数
D．由图乙可知，其双金属片的内层一定为铜，外层一定为铁
解析：
选ABC 双金属温度计是利用热膨胀系数不同的铜、铁两种金属制成的双金属片作为测温物质，其弯曲程度随温度变化的原理来工作的，A、B正确；如题图甲所示，加热时，双金属片弯曲程度增大，即进一步向上弯曲，说明双金属片下层热膨胀系数较大，即铜的热膨胀系数较大，C正确；如题图乙所示，温度计示数是顺时针方向增大，说明当温度升高时，温度计指针按顺时针方向转动，则其双金属片的弯曲程度在增大，故可以推知双金属片的内层一定是铁，外层一定是铜，D错误。
2．在25℃左右的室内，将一只温度计从酒精中拿出，观察它的示数变化情况是（ ）
A．温度计示数上升 B．温度计示数下降
C．温度计示数不变D．温度计示数先下降后上升
解析：
选D 由于温度计上的酒精蒸发，带走热量，故温度计的示数下降，然后再升回25℃，所以温度计的示数先下降后上升，D正确。
3．[多选]有甲、乙、丙三个温度不同的物体，将甲和乙接触一段时间后分开，再将乙和丙接触一段时间后分开，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
解析：
选AD 乙和丙分开后，甲、乙、丙三个物体与外界没有热传递，它们中各处的宏观性质将不随时间而发生变化且具有确定的状态，所以甲、乙、丙三个物体都达到了平衡态，A正确，B错误；甲和乙接触一段时间分开后，甲和乙达到了热平衡，但乙和丙接触一段时间后，乙的温度又发生了变化，甲和乙的热平衡被破坏，乙、丙两物体达到了热平衡，C错误，D正确。
4．严冬湖面上结了厚厚的冰，但冰下面鱼儿仍在游动。
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，将温度计悬挂在瓶中，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：
选C 要测量冰下水的温度，必须在温度计与冰下的水达到热平衡时，再读出温度计的示数，但是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A、D的做法错误，C的做法正确；B的做法也失去了原来的热平衡，饮水瓶提出后，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。
5．实验室有一支读数不准确的温度计，在测冰水混合物的温度时，其读数为20℃；在测1标准大气压下沸水的温度时，其读数为80℃。
下列分别是温度计示数为41℃时对应的实际温度和实际温度为60℃时温度计的示数，其中正确的是（ ）
A．41℃，60℃ B．21℃，40℃
C．35℃，56℃D．35℃，36℃
解析：
选C 此温度计每一刻度表示的实际温度为℃＝℃，当它的示数为41℃时，它上升的刻度格数为41－20＝21，对应的实际温度应为21×℃＝35℃；同理，当实际温度为60℃时，此温度计从20℃开始上升的刻度格数为＝36，它的示数为36℃＋20℃＝56℃，所以C正确。
二、非选择题
6.小明在家制作了简易温度计，一根装有一小段有色水柱的细玻璃管穿过橡皮塞插入烧瓶内，封闭一定质量的气体。
当外界温度发生变化时，水柱位置将上下移动。
当有色水柱下端与D和A对齐时，温度分别为20℃和80℃。
A、D间刻度均匀分布。
由图可知，图中有色水柱下端所示温度为多少？
解析：
由题图知A、D间共有15个格，每个格表示温度为℃＝4℃
有色水柱的下端离D点3个格，即对应3×4℃＝12℃
所以温度为t＝（20＋12）℃＝32℃。
答案：
32℃
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