第四节 温度和温标.docx
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第四节温度和温标
物理选修3-3(人教版)
第四节 温度和温标
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.了解热力学温度的应用.
3.了解温度的意义.
4.知道常见温度计的构造,会使用常用的温度计.
5.掌握温度的定义,知道什么是温标、热力学温标,以及热力学温度的表示.理解摄氏温度与热力学温度的转换关系.
1.状态参量与平衡态.
(1)热力学系统:
通常把由大量分子组成的研究对象称为热力学系统.
(2)状态参量:
为了描述系统的状态,需要用到一些物理量,这些描述系统状态的物理量,叫作系统的状态参量.常用物理量有几何参量体积、力学参量压强、热学参量温度.
(3)平衡态:
没有外界影响的情况下,系统所有性质都不随时间变化的稳定的状态.
2.热平衡与温度.
(1)热平衡:
两个相互接触的热力学系统的状态参量不再变化.
(2)热平衡定律:
如果两个系统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)温度:
表征热平衡系统的“共同热学性质”的物理量.也就是说,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.
3.温标:
温度的数值表示法.
(1)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即为摄氏温标,表示的温度叫作摄氏温度.
(2)热力学温标:
规定摄氏温标的-273.15℃为零值,这种表示温度的方法即为热力学温标,表示的温度叫作热力学温度(T),单位为开尔文(K).
(3)热力学温度(T)与摄氏温度(t)的关系为T=t+273.15_K.
1.系统:
系统是研究对象的整体.
2.状态参量:
描述系统状态的物理量.
注:
物理学中描述物体状态的常用参量为压强、体积、温度,通常用体积描述它的几何性质,用压强描述其力学性质,用温度描述其热学性质.
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,必将达到一个宏观性质不再随时间变化的稳定状态,这种状态叫平衡态.
►尝试应用
1.下列说法中正确的是(B)
A.状态参量是描述系统状态的物理量,系统处于非平衡状态时各部分的参量不发生变化
B.当系统不受外界影响,且经过足够长的时间,其内部各部分状态参量将会相同
C.只有处于平衡状态的系统才有状态参量
D.两物体发生热传递时,它们组成的系统处于平衡状态
解析:
处于非平衡状态的系统也有状态参量,而且参量会发生变化.经过足够长的时间,系统若不受外界影响就会达到平衡状态,各部分状态参量将会相同,故B项正确,A、C项错误,而处于热传递过程中的两系统处于非平衡状态,故D项错误.
1.热平衡.
两个系统相互接触,它们间没有隔热材料,或通过导热性能好的材料接触,这两个系统的状态参量不再变化,此时的状态叫热平衡状态,我们说两系统达到了热平衡.
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定处于热平衡.
3.温度.
达到了热平衡的系统具有“共同性质”,我们用温度来表征这个“共同性质”.也可理解为物体的冷热程度.
注:
(1)一切达到热平衡的物体都具有相同的温度.
(2)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.
►尝试应用
2.关于平衡态和热平衡,下列说法中正确的是(B)
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压强一定相等
解析:
一般来说,描述系统的状态参量不止一个,根据平衡态的定义要所有性质都不变化才行,可以确定A是错误的.根据热平衡的定义可知B、D是正确.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,可见C是错误的.
1.温度计的测温原理.
(1)水银温度计是根据物体热胀冷缩的性质来测量温度的.
(2)金属电阻温度计是根据金属的电阻随温度的变化来测量温度的.
(3)气体温度计是根据气体压强与温度的关系来测量温度的.
(4)电偶温度计是根据不同导体因温差产生的电动势大小来测量温度的.
2.温标.
(1)摄氏温标.
规定标准大气压下冰水混合物的温度为零度,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,表示的温度叫摄氏温度(t),单位为℃.
(2)热力学温标.
规定摄氏温度的-273.15℃为零值,它的一度也等于摄氏温度的一度,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).
3.两种温标的关系.
(1)热力学温度的分度,大小等于摄氏温度的1℃,在表示温差时,1K=1℃;在表示温度时却不相等.
(2)热力学温度与摄氏温度的关系T=t+273.15K.
(3)摄氏温度中零上表示比0℃高,零下表示比0℃低,通常用正负数表示.
(4)热力学温标的零值是低温的极限,永远达不到.
4.易混淆的问题.
有些同学认为物体感觉冷就是温度低,其实这种说法是缺乏科学依据的,人体感受到物体的冷热程度,一方面取决于被感受的物体的温度,另一方面还与被感受物体单位时间内从人体吸收(或放出)的热量的多少有关.冬天温度相同的铁块和木块,摸上去感觉铁块更冷一些,这是因为铁块单位时间内从手上吸收的热量多的原因.
►尝试应用
3.关于温度与温标,下列说法正确的是(D)
A.温度与温标是一回事,所以热力学温标也称为热力学温度
B.摄氏温度与热力学温度都可以取负值
C.温度升高3℃,在热力学温标中温度升高276.15K
D.热力学温度每一开尔文的大小与摄氏温度每一度的大小相等
解析:
温标是温度数值的表示方法,所以温度与温标是不同的概念,用热力学温标表示的温度称为热力学温度,选项A错.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.摄氏温度的每一度与热力学温度的每一开尔文的大小相等,选项D正确.温度升高3℃也就是温度升高了3K,故选项C错.
1.三个系统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(C)
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.无法判断温度的关系
解析:
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,故C项正确.
2.(多选)下列有关温标的说法中正确的是(AD)
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.热力学温标是从理论上规定的
解析:
不同温标下,同一温度在数值上可能不同,A正确;相同的冷热程度,用不同的温标表示,数值可以是不同的,B错;热力学温标是从理论上做出的规定,C错、D正确.
3.关于热力学温标与摄氏温标的下列说法不正确的是(D)
A.热力学温标与摄氏温标的每一分度的大小是相同的
B.热力学温标的0度值对应于-273.15℃
C.热力学温标的0度是不可能达到的
D.气体温度趋近于绝对零度时,其体积趋近于零
解析:
由T=t+273K,得知,ΔT=Δt,即热力学温标温度的变化总等于摄氏温标温度的变化,故A正确;热力学温度与摄氏温度的关系是T=t+273K.可知,当T=0时,则t=-273℃,故B正确;根据热力学第三定律可知,热力学温标的零K达不到.故C正确;气体温度趋近于绝对零度时,可能是压强p趋近于零,故D错误.
4.关于温度与温标,下列说法正确的是(D)
A.温度与温标是一回事,所以热力学温标也称为热力学温度
B.摄氏温度与热力学温度都可以取负值
C.温度升高3℃,在热力学温标中温度升高276.15K
D.热力学温度每一开尔文的大小与摄氏温度每一度的大小相等
解析:
温标是温度数值的表示方法,所以温度与温标是不同的概念,用热力学温标表示的温度称为热力学温度,选项A错.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.摄氏温度的每一度与热力学温度的每一开尔文的大小相等,选项D正确.温度升高3℃也就是温度升高了3K,故选项C错.
5.关于热力学温度,下列说法中正确的是(A)
A.-33℃=240K
B.温度变化1℃,也就是温度变化274K
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:
本题主要考查热力学温度与摄氏温度的关系.T=273K+t,由此可知:
-33℃=240K,A正确;温度变化1℃,也就是温度变化1K,故B项错误;对于摄氏温度可取负值的范围为-273℃~0,因绝对零度达不到,故热力学温度不可能取负值,故C错;D中初态热力学温度为273K+t,末态为273K+2t,温度升高了t,故D错.
6.当甲、乙两物体相互接触后,热量从甲物体流向乙物体,这样的情况表示甲物体具有何种特性(D)
A.较高的热量
B.较大的比热容
C.较大的密度
D.较高的温度
解析:
根据热量的传递特性:
热量总是自发地从高温物体传到低温物体,或从物体的高温部分传递到低温部分,因此决定热能传递方向的决定因素是温度,A、B、C各选项所提到的条件均与此无关,故D正确.
7.下列叙述正确的是(D)
A.若不断冷冻,物体的温度就不断地下降,没有止境
B.目前尚不知最低温是多少,最高温是多少
C.摄氏零下373度是低温的下限
D.任何物体,温度下降到某一点就不能再降
解析:
在目前的技术条件下最低温可使铜原子核降至10-6K,但是极不稳定无法持久,故A、B错误.摄氏零下273.15℃是低温的极限,故C错.运用热平衡原理可知D是正确的.
8.下图是四种测液体温度的方法,其中正确的是(D)
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.
9.目前世界上最大的强子对撞机在法国和瑞士的边境建成,并投入使用.加速器工作时,需要注入约1万吨液氮对电路进行冷却,冷却的最低温度可达到零下271摄氏度,请将该温度用热力学温标来表示(A)
A.2KB.271K
C.4KD.0.1K
解析:
由热力学温标与摄氏温标的关系式T=t+273K和t=-271℃得T=2K.故A项正确.
10.严冬,湖面上结了厚厚的冰,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(C)
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:
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下的温度,所以A的做法不正确,C的做法正确,D的做法不正确,B的做法也失去了原来的热平衡,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了.
11.一般实验室里常用的一种摄氏温度计叫摄氏温标:
在1954年以前,标准温度的间隔是用两个定点确定的.它们是水在标准大气压下的沸点(汽化点)和冰在标准大气压下与饱和空气的水相平衡时的熔点(冰点).摄氏温标(以前称为百分温标)是由瑞典物理学家摄尔修斯设计的.如图所示,以冰点定为0℃,汽化点定为100℃,因此在这两个固定点之间共为100℃,即一百等份,每等份代表1度,用1℃表示,用摄氏温标表示的温度叫做摄氏温度.摄氏温标用度作单位,常用t表示.热力学温标由英国科学家威廉·汤姆逊(开尔文)创立,把-273.15℃作为零度的温标,叫做热力学温标(或绝对温标).热力学温标用K表示单位,常用T表示.试回答:
(1)热力学温标与摄氏温标之间的关系为:
________________.
(2)如果可以粗略地取-273℃为绝对零度.在一标准大气压下,冰的熔点为____℃,即为____K,水的沸点是______℃,即______K.
(3)如果物体的温度升高1℃,那么,物体的温度将升高________K.
解析:
(1)摄氏温标冰点温度为0℃,汽化点温度为100℃,且用t表示;而热力学温标是把-273.15℃作为零开尔文的,用T表示,所以热力学温标与摄氏温标之间的关系为T=t+273.15K.
答案:
(1)T=t+273.15K
(2)0 273 100 373 (3)1