高中物理：《溫度和溫標》課件(人教版選修3-3)精選

1、7.4 溫度和溫標溫度和溫標研究物理問題研究物理問題研究對象研究對象一個物體一個物體多個物體多個物體系統(tǒng)系統(tǒng)研究的問題不同研究的問題不同選取的選取的系統(tǒng)系統(tǒng)常不同常不同熱學研熱學研究對象究對象系統(tǒng)以外的物質(zhì)統(tǒng)稱為系統(tǒng)以外的物質(zhì)統(tǒng)稱為外界外界或或環(huán)境環(huán)境熱力學熱力學系系 統(tǒng)統(tǒng)如如氣體氣體、液液 體體、固體固體等等大量分子組大量分子組成的物體或成的物體或物體系統(tǒng)物體系統(tǒng)一般說來熱力學系統(tǒng)，要研究以下幾個的性質(zhì)：一般說來熱力學系統(tǒng)，要研究以下幾個的性質(zhì)： 描述系統(tǒng)在電、磁場作用下的性描述系統(tǒng)在電、磁場作用下的性 質(zhì)，如質(zhì)，如電場強度電場強度，磁感應(yīng)強度磁感應(yīng)強度等。等。 幾何性質(zhì)幾何性質(zhì) 描述系統(tǒng)的

2、描述系統(tǒng)的大小大小、形狀形狀、體積體積等。等。力學性質(zhì)力學性質(zhì) 描述系統(tǒng)的描述系統(tǒng)的壓強壓強、應(yīng)力應(yīng)力、表面張力表面張力等。等。熱學性質(zhì)熱學性質(zhì) 描述系統(tǒng)描述系統(tǒng)溫度溫度。電磁性質(zhì)電磁性質(zhì)狀態(tài)參量狀態(tài)參量 某氧氣瓶容積為某氧氣瓶容積為100L，其內(nèi)氧氣在溫度為，其內(nèi)氧氣在溫度為20oC時的氣壓為時的氣壓為5atm。描寫系統(tǒng)狀態(tài)的物理量描寫系統(tǒng)狀態(tài)的物理量 如：一輛汽車經(jīng)過二中門口時的速度為如：一輛汽車經(jīng)過二中門口時的速度為10m/s，加速度為加速度為1m/s2。 對于一個對于一個封閉封閉系統(tǒng)，在經(jīng)過相當長的時系統(tǒng)，在經(jīng)過相當長的時間后，系統(tǒng)整體的宏觀性質(zhì)將間后，系統(tǒng)整體的宏觀性質(zhì)將不隨時間而變

3、不隨時間而變化化、且具有確定的狀態(tài)、且具有確定的狀態(tài)平衡狀態(tài)，簡稱平衡狀態(tài)，簡稱平衡態(tài)平衡態(tài)。特點：特點：系統(tǒng)的系統(tǒng)的所有性質(zhì)所有性質(zhì)都都不不隨時間隨時間變化變化0oC2atm5atm60oC絕熱絕熱 冷空氣冷空氣注意：注意：平衡態(tài)是一種平衡態(tài)是一種理想理想情況，因為任何系統(tǒng)完全不受外界情況，因為任何系統(tǒng)完全不受外界影響是不可能的。影響是不可能的。類似于化學平衡，熱力學系統(tǒng)達到的平衡類似于化學平衡，熱力學系統(tǒng)達到的平衡態(tài)也是一種態(tài)也是一種動態(tài)平衡動態(tài)平衡。系統(tǒng)內(nèi)部系統(tǒng)內(nèi)部沒有物質(zhì)流動和能量流動。沒有物質(zhì)流動和能量流動。處于處于平衡態(tài)平衡態(tài)的系統(tǒng)各處的系統(tǒng)各處溫度溫度相等，但溫度各處相等的系統(tǒng)未

4、相等，但溫度各處相等的系統(tǒng)未必處于平衡態(tài)。必處于平衡態(tài)。在有外界作在有外界作用時，系統(tǒng)用時，系統(tǒng)中各部分也中各部分也可能達到穩(wěn)可能達到穩(wěn)定狀態(tài)，但定狀態(tài)，但并非為平衡并非為平衡態(tài)。平衡態(tài)態(tài)。平衡態(tài)對應(yīng)的是無對應(yīng)的是無外界影響下外界影響下的狀態(tài)。的狀態(tài)。由于分子做無規(guī)則的熱運動，在這樣的條件下達到由于分子做無規(guī)則的熱運動，在這樣的條件下達到的平衡往往整體平衡局部不平衡，且達到的平衡態(tài)的平衡往往整體平衡局部不平衡，且達到的平衡態(tài)具有一定的不穩(wěn)定性，存在一定的起伏。這樣的平具有一定的不穩(wěn)定性，存在一定的起伏。這樣的平衡稱為動態(tài)平衡。衡稱為動態(tài)平衡。熱水熱水熱水熱水 溫空氣溫空氣熱水熱水溫水溫水非平衡

5、態(tài)非平衡態(tài)平衡態(tài)平衡態(tài)k10oC5atm50oC6atm絕熱絕熱力學平衡力學平衡具有一種相同具有一種相同的的力學力學性質(zhì)性質(zhì)壓強壓強+-靜電平衡靜電平衡具有一種相同具有一種相同的的電學電學性質(zhì)性質(zhì)電勢電勢10OC200OC絕熱絕熱熱平衡熱平衡具有一種相同具有一種相同的的熱學熱學性質(zhì)性質(zhì)溫度溫度系統(tǒng)間的相互作用系統(tǒng)間的相互作用特征特征溫度相等溫度相等ABABAB若兩帶電體相連后，其帶若兩帶電體相連后，其帶電狀態(tài)不發(fā)生變化。電狀態(tài)不發(fā)生變化。說明兩帶電體原來就已經(jīng)說明兩帶電體原來就已經(jīng)處于相同的電平衡狀態(tài)。處于相同的電平衡狀態(tài)。（具有相等的具有相等的電勢電勢）若兩個系統(tǒng)接觸后，它們?nèi)魞蓚€系統(tǒng)接觸后

6、，它們的熱學狀態(tài)不發(fā)生變化。的熱學狀態(tài)不發(fā)生變化。說明兩個系統(tǒng)原來就已經(jīng)說明兩個系統(tǒng)原來就已經(jīng)處于相同的熱平衡狀態(tài)。處于相同的熱平衡狀態(tài)。（具有相等的具有相等的溫度溫度）ACBCAB若兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)若兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)達到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)達到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定處于熱平衡。彼此之間也必定處于熱平衡。熱平衡定律熱平衡定律(熱力學第零定律熱力學第零定律) 若兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)達到熱平衡，那么這兩個若兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)達到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定處于熱平衡。系統(tǒng)彼此之間也必定處于熱平衡。熱平衡定律熱平衡定律(熱力學第零定律熱力學第零定律)

7、溫度計與溫標溫度計與溫標溫標溫標溫度的數(shù)值表示法溫度的數(shù)值表示法 建立一種溫標的建立一種溫標的三要素三要素： 選擇某種物質(zhì)（叫做選擇某種物質(zhì)（叫做測溫物質(zhì)測溫物質(zhì)）的某一隨溫度）的某一隨溫度 變化的屬性（叫做變化的屬性（叫做測溫屬性測溫屬性）來標志溫度；）來標志溫度； 選定固定點（規(guī)定零點）；選定固定點（規(guī)定零點）； 對測溫屬性隨溫度的變化關(guān)系作出規(guī)定（即規(guī)對測溫屬性隨溫度的變化關(guān)系作出規(guī)定（即規(guī) 定分度的方法）。定分度的方法）。 水銀的熱膨脹水銀的熱膨脹金屬電阻隨溫度變化金屬電阻隨溫度變化氣體壓強隨溫度變化氣體壓強隨溫度變化不同導體因溫差產(chǎn)生電動勢的大小不同導體因溫差產(chǎn)生電動勢的大小三、溫度

8、計與溫標三、溫度計與溫標 建立一種溫標的建立一種溫標的三要素三要素：首先要確定物質(zhì)首先要確定物質(zhì)其次，確定該測溫物質(zhì)隨溫度變化物理量其次，確定該測溫物質(zhì)隨溫度變化物理量第三，選定參考點（即規(guī)定分度的方法）。第三，選定參考點（即規(guī)定分度的方法）。 攝氏溫標：攝氏溫標：標準大氣壓下冰的熔點為標準大氣壓下冰的熔點為0oC標準大氣壓下水的沸點為標準大氣壓下水的沸點為100oC在在0oC與與100oC之間等分成之間等分成100等份，每份算做等份，每份算做1oC熱力學溫標：熱力學溫標：熱力學溫度是國際單位制中七個熱力學溫度是國際單位制中七個基本物理量基本物理量之一，之一，用符號用符號T表示，單位是表示，單

9、位是開爾文開爾文，簡稱，簡稱開開，符號為，符號為K。開氏溫度開氏溫度T與攝氏溫度與攝氏溫度t的關(guān)系是：的關(guān)系是：T = t + 273.15 KT = t注意注意: 攝氏溫標的單位攝氏溫標的單位“”是溫度的常用單位，但不是國際制單是溫度的常用單位，但不是國際制單位，溫度的國際制單位是開爾文，符號為位，溫度的國際制單位是開爾文，符號為K在今后各種相關(guān)熱在今后各種相關(guān)熱力學計算中，一定要牢記力學計算中，一定要牢記將溫度單位轉(zhuǎn)換為熱力學溫度即開爾文將溫度單位轉(zhuǎn)換為熱力學溫度即開爾文； 由由Tt+273.15 K可知，物體可知，物體溫度變化溫度變化l與變化與變化l K的變化的變化量是等同的量是等同的，

10、但物體所處狀態(tài)為，但物體所處狀態(tài)為l與與l K是相隔甚遠的；是相隔甚遠的；兩個物體放在一起彼此接觸，它們?nèi)舨话l(fā)生兩個物體放在一起彼此接觸，它們?nèi)舨话l(fā)生熱傳遞，其原因是熱傳遞，其原因是( )( )A A它們的能量相同它們的能量相同B B它們的比熱相同它們的比熱相同C C它們的熱量相同它們的熱量相同D D它們的溫度相同它們的溫度相同D下列關(guān)于熱力學溫度的說法中，正確的是下列關(guān)于熱力學溫度的說法中，正確的是( ) A熱力學溫度的零點是熱力學溫度的零點是273.15 B-1360C比比136K溫度高溫度高 C0oC等于等于273.15K D1就是就是1K E升高升高1oC就是升高就是升高274KABC

11、在在2525左右的室內(nèi)，將一只溫度計從酒精中拿出，左右的室內(nèi)，將一只溫度計從酒精中拿出，觀察它的示數(shù)變化情況是（觀察它的示數(shù)變化情況是（ ）A A溫度計示數(shù)上升溫度計示數(shù)上升B B溫度計示數(shù)下降溫度計示數(shù)下降C C溫度計示數(shù)不變溫度計示數(shù)不變D D示數(shù)先下降后上升示數(shù)先下降后上升D 例例3、實際應(yīng)用中，常用、實際應(yīng)用中，常用到一種雙金屬溫度計它到一種雙金屬溫度計它是利用銅片與鐵片鉚合在是利用銅片與鐵片鉚合在一起的雙金屬片的彎曲程一起的雙金屬片的彎曲程度隨溫度變化的原理制成度隨溫度變化的原理制成的，如圖所示已知左圖的，如圖所示已知左圖中雙金屬片被加熱時，其中雙金屬片被加熱時，其彎曲程度會增大，則

12、下列彎曲程度會增大，則下列各種相關(guān)敘各種相關(guān)敘述中正確的述中正確的有有 ( )A該溫度計的測溫物質(zhì)是銅、鐵兩種熱膨脹系數(shù)不同的金屬該溫度計的測溫物質(zhì)是銅、鐵兩種熱膨脹系數(shù)不同的金屬B雙金屬溫度計是利用測溫物質(zhì)熱脹冷縮的性質(zhì)來工作的雙金屬溫度計是利用測溫物質(zhì)熱脹冷縮的性質(zhì)來工作的C由左圖可知，銅的熱膨脹系數(shù)大于鐵的熱膨脹系數(shù)由左圖可知，銅的熱膨脹系數(shù)大于鐵的熱膨脹系數(shù)D由右圖可知，其雙金屬征的內(nèi)層一定為銅外層一定為鐵由右圖可知，其雙金屬征的內(nèi)層一定為銅外層一定為鐵ABC 固固解析：雙金屬溫度計是利用熱膨脹系數(shù)不解析：雙金屬溫度計是利用熱膨脹系數(shù)不同的銅、鐵兩種金屬制成的雙金屬片其彎曲程度同的銅、

13、鐵兩種金屬制成的雙金屬片其彎曲程度隨溫度變化的原理來工作的，隨溫度變化的原理來工作的，A、B選項是正確選項是正確的圖的圖7 4一一l左圖中加熱時，雙金屬片彎曲程左圖中加熱時，雙金屬片彎曲程度增大，即進一步向上彎曲，說明雙金屬片下層度增大，即進一步向上彎曲，說明雙金屬片下層熱膨脹系數(shù)較大，即銅的熱膨脹系數(shù)較大，熱膨脹系數(shù)較大，即銅的熱膨脹系數(shù)較大，C選項選項正確圖正確圖741右圖中，溫度計示數(shù)是順時針方右圖中，溫度計示數(shù)是順時針方向增大，說明當溫度升高時溫度計指針順時針方向增大，說明當溫度升高時溫度計指針順時針方向轉(zhuǎn)動，則其雙金屬片的彎曲程度在增大，故可向轉(zhuǎn)動，則其雙金屬片的彎曲程度在增大，故可

14、以推知雙金屬片的內(nèi)層一定是鐵，外層一定是銅，以推知雙金屬片的內(nèi)層一定是鐵，外層一定是銅，D選項是錯誤的選項是錯誤的 一支玻璃管一端與一個雞蛋一支玻璃管一端與一個雞蛋大小的玻璃泡相連，另一端大小的玻璃泡相連，另一端豎直插在水槽中，并使玻璃豎直插在水槽中，并使玻璃管內(nèi)吸入一段水柱。當氣溫管內(nèi)吸入一段水柱。當氣溫變化時，玻璃泡中氣體壓強變化時，玻璃泡中氣體壓強會隨著變化，從而使玻璃管會隨著變化，從而使玻璃管內(nèi)水柱高度發(fā)生變化。根據(jù)內(nèi)水柱高度發(fā)生變化。根據(jù)管內(nèi)水柱高度的變化就可測管內(nèi)水柱高度的變化就可測出相應(yīng)的溫度。出相應(yīng)的溫度。說明說明“伽利略溫度計伽利略溫度計”的測的測溫物質(zhì)和測溫屬性。溫物質(zhì)和測

15、溫屬性。在25左右的室內(nèi)，將一只溫度計從酒精中拿出，觀察它的示數(shù)變化情況是（ ）A溫度計示數(shù)上升B溫度計示數(shù)下降C溫度計示數(shù)不變D示數(shù)先下降后上升D 例例1、一金屬棒的一端與、一金屬棒的一端與0冰接觸，另一端與冰接觸，另一端與100水接觸，水接觸，并且保持兩端冰、水的溫度不變問當經(jīng)過充分長時間后，金屬并且保持兩端冰、水的溫度不變問當經(jīng)過充分長時間后，金屬棒所處的狀態(tài)是否為熱平衡態(tài)棒所處的狀態(tài)是否為熱平衡態(tài)?為什么為什么? 答案：否，因金屬棒各部分溫度不相同，存在能量交換答案：否，因金屬棒各部分溫度不相同，存在能量交換金屬棒金屬棒0度度恒溫恒溫100度度恒溫恒溫3、平衡態(tài)：、平衡態(tài)：沒有外界影響

16、沒有外界影響的情況下，的情況下，系統(tǒng)中系統(tǒng)中各部分各部分的狀態(tài)參量都的狀態(tài)參量都達到穩(wěn)定的狀態(tài)。達到穩(wěn)定的狀態(tài)。平衡態(tài)：系統(tǒng)內(nèi)部平衡態(tài)：系統(tǒng)內(nèi)部沒有物質(zhì)流動和能量流動。沒有物質(zhì)流動和能量流動。v華氏溫標v華倫海特(GDFahrenheit)最初所制的水銀溫度計是在北愛爾蘭最冷的某個冬日，水銀柱降到最低的高度定為零度；把他妻子的體溫定為100度，然后再把這段區(qū)間的長度均分為100份，每一份叫1度。這就是最初的華氏溫標。顯然，認定氣溫和人的體溫作為測溫質(zhì)的標準點并在此基礎(chǔ)上分度是不妥當?shù)?。健康人的體溫在一天之中經(jīng)常波動，而且他妻子如果感冒發(fā)燒了怎么辦？后來，華倫海特改進了他創(chuàng)立的溫標，把冰、水、氯化銨和氯化鈉的混合物的熔點定為零度，以0F表示之，把冰的熔點定為32F，把水的沸點定為212F，在32212的間隔內(nèi)均分180等分，這樣，參考點就有了較為準確的客觀依據(jù)。這就是現(xiàn)在仍在許多國家使用的華氏溫標1，華氏溫標確定之后，就有了華氏溫度(指示數(shù))。v攝氏溫標v后來攝耳修司( ACelsiua)也用水銀作測溫質(zhì)，以冰的熔點為零度(標以0)，以水的沸點為100度(標以100)。他認定水銀柱的長度隨溫度作線性變化，在0度和100度之間均分成100等份，