第1節(jié) 溫度和溫標(biāo)

第二章

氣體、固體和液體第1節(jié)溫度和溫標(biāo)核心素養(yǎng)點(diǎn)擊

物理觀念(1)知道系統(tǒng)的狀態(tài)參量及平衡態(tài)的概念。(2)知道熱平衡、熱平衡定律。(3)知道溫度的意義，知道溫標(biāo)、攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)的概念?？茖W(xué)思維通過學(xué)習(xí)溫度與溫標(biāo)，體會(huì)熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系?？茖W(xué)探究探究溫度計(jì)的工作原理?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任觀察生活中的熱平衡現(xiàn)象，體會(huì)熱力學(xué)溫度的應(yīng)用。一、狀態(tài)參量與平衡態(tài)1．填一填(1)熱力學(xué)系統(tǒng)和外界①熱力學(xué)系統(tǒng)：由

組成的研究對象，在熱學(xué)中叫作熱力學(xué)系統(tǒng)，簡稱系統(tǒng)。②外界：系統(tǒng)之外與系統(tǒng)發(fā)生

的其他物體統(tǒng)稱為外界。(2)狀態(tài)參量：在熱學(xué)中，為確定系統(tǒng)的狀態(tài)，用到的一些物理量，常用的狀態(tài)參量有體積V、壓強(qiáng)p、

等。(3)平衡態(tài)：在沒有外界影響的情況下，經(jīng)過足夠長的時(shí)間，系統(tǒng)內(nèi)各部分的__________能夠達(dá)到的穩(wěn)定狀態(tài)。大量分子相互作用溫度T狀態(tài)參量2．判一判(1)體積和壓強(qiáng)都是描述氣體宏觀狀態(tài)的物理量。

(

)(2)平衡態(tài)就是指系統(tǒng)內(nèi)分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)停止的狀態(tài)。

(

)(3)平衡態(tài)是一種理想狀態(tài)。

(

)3．想一想一根長鐵絲一端插入100℃的沸水中，另一端放入0℃恒溫源中，經(jīng)過足夠長的時(shí)間，溫度隨鐵絲有一定的分布，而且不隨時(shí)間變化，這種狀態(tài)是否為平衡態(tài)？提示：這種狀態(tài)不是平衡態(tài)，只是一種穩(wěn)定狀態(tài)，因?yàn)榇嬖谕饨缫蛩氐挠绊?。×√√二、熱平衡與溫度1．填一填(1)熱平衡：兩個(gè)相互接觸的熱力學(xué)系統(tǒng)的狀態(tài)參量不再

。(2)熱平衡定律：如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到

，那么這兩個(gè)系統(tǒng)彼此之間也必定處于

。(3)溫度：處于熱平衡的兩個(gè)系統(tǒng)必定具有某個(gè)共同的熱學(xué)性質(zhì)，我們把表征這一“共同熱學(xué)性質(zhì)”的物理量叫作溫度，溫度也可理解為物體的冷熱程度。(4)熱平衡的性質(zhì)：一切達(dá)到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的

。變化熱平衡熱平衡溫度2．判一判(1)處于熱平衡的兩個(gè)系統(tǒng)具有相同的內(nèi)能。

(

)(2)處于熱平衡的兩個(gè)系統(tǒng)具有相同的溫度。

(

)(3)溫度是用來描述物體冷熱程度的物理量。

(

)3．想一想平衡態(tài)就是熱平衡嗎？提示：不是?！捌胶鈶B(tài)”指的是一個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)，“熱平衡”指的是兩個(gè)系統(tǒng)之間的關(guān)系，二者的本質(zhì)不同?！痢獭倘囟扔?jì)與溫標(biāo)1．填一填(1)溫度計(jì)①水銀溫度計(jì)：根據(jù)細(xì)管中水銀柱的高度與溫度的線性關(guān)系來測量溫度。②氣體溫度計(jì)：根據(jù)氣體的壓強(qiáng)隨溫度的變化來測量溫度。(2)溫標(biāo)①定義：定量描述

的方法。②攝氏溫標(biāo)：一種常用的表示溫度的方法，規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點(diǎn)為

，水的沸點(diǎn)為

。在0℃刻度與100℃刻度之間均勻分成_____等份，每份算作1℃。③熱力學(xué)溫標(biāo)：現(xiàn)代科學(xué)中常用的表示溫度的方法，熱力學(xué)溫標(biāo)也叫“絕對溫標(biāo)”。溫度0℃100℃100④攝氏溫度與熱力學(xué)溫度：攝氏溫度攝氏溫標(biāo)表示的溫度，用符號__表示，單位是

_______，符號為℃熱力學(xué)溫度熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度，用符號

表示，單位是

，符號為K換算關(guān)系T＝____________t攝氏度T開爾文t＋273.15K2.判一判(1)攝氏溫度和熱力學(xué)溫度都是從零開始的。

(

)(2)0℃的溫度可以用熱力學(xué)溫度粗略地表示為273K。

(

)(3)溫度升高了10℃也就是升高了10K。

(

)×√√3．選一選用溫度計(jì)測量溫度時(shí)，得到兩個(gè)記錄結(jié)果，分別是128K和28℃，下列說法正確的是 (

)A．128K比28℃表示的溫度高B．128K比28℃表示的溫度低C．熱力學(xué)溫度和攝氏溫度無法比較D．128K＝28℃解析：比較不同溫標(biāo)表示的溫度，要轉(zhuǎn)化為相同的溫標(biāo)，由T＝273.15K＋t，得28℃表示的熱力學(xué)溫度是301.15K，故B正確。答案：B探究(一)平衡態(tài)和熱平衡的比較

[重難釋解]1．平衡態(tài)與熱平衡(1)熱力學(xué)的平衡態(tài)與力學(xué)的平衡態(tài)的意義不同，熱力學(xué)的平衡態(tài)是一種動(dòng)態(tài)平衡，組成系統(tǒng)的分子仍在不停地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，只是分子運(yùn)動(dòng)的平均效果不隨時(shí)間變化，表現(xiàn)為系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化。(2)平衡態(tài)是一種理想情況，因?yàn)槿魏蜗到y(tǒng)完全不受外界影響是不可能的。(3)熱平衡概念也適用于兩個(gè)原來沒有發(fā)生過作用的系統(tǒng)，只要兩個(gè)系統(tǒng)在接觸時(shí)它們的狀態(tài)不發(fā)生變化，那么這兩個(gè)系統(tǒng)原來是處于熱平衡的。(4)平衡態(tài)不是熱平衡：平衡態(tài)是對某一系統(tǒng)而言的，是系統(tǒng)的狀態(tài)，熱平衡是對兩個(gè)接觸的系統(tǒng)之間的關(guān)系而言的。分別處于平衡態(tài)的兩個(gè)系統(tǒng)在相互接觸時(shí)，它們的狀態(tài)可能會(huì)發(fā)生變化，直到溫度相同時(shí)，兩個(gè)系統(tǒng)便達(dá)到了熱平衡。達(dá)到熱平衡的兩個(gè)系統(tǒng)都處于平衡態(tài)。2．熱平衡定律的意義決定兩個(gè)系統(tǒng)是否達(dá)到了熱平衡的最主要的參量是溫度。因?yàn)榛闊崞胶獾奈矬w具有相同的溫度，所以在比較各物體的溫度時(shí)，不需要將各物體直接接觸，只需將溫度計(jì)分別與各物體接觸，即可比較溫度的高低。3．熱平衡的兩點(diǎn)注意(1)熱平衡的特征方面：溫度是決定一個(gè)系統(tǒng)與另一個(gè)系統(tǒng)是否達(dá)到熱平衡狀態(tài)的物理量。(2)熱平衡的條件方面：達(dá)到熱平衡的兩個(gè)系統(tǒng)一定具有相同的溫度。(多選)下列狀態(tài)中處于平衡態(tài)的是 (

)A．將一金屬塊放在沸水中加熱足夠長的時(shí)間B．冰水混合物處于0℃環(huán)境中C．突然被壓縮的氣體D．開空調(diào)2min內(nèi)教室內(nèi)的氣體[解析]

系統(tǒng)處于平衡態(tài)時(shí)，其狀態(tài)參量穩(wěn)定不變，金屬塊放在沸水中加熱足夠長的時(shí)間、冰水混合物在0℃環(huán)境中，其溫度、壓強(qiáng)、體積都不再變化，是平衡態(tài)，故A、B正確；突然被壓縮的氣體體積變小，壓強(qiáng)變大，故其不是平衡態(tài)，C錯(cuò)誤；開空調(diào)2min內(nèi)教室內(nèi)氣體的溫度、體積均有變化，故其不是平衡態(tài)，D錯(cuò)誤。[答案]

AB解決平衡態(tài)問題應(yīng)注意的三個(gè)方面(1)平衡態(tài)與熱平衡不同，平衡態(tài)指的是一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部達(dá)到的一種動(dòng)態(tài)平衡。(2)必須要經(jīng)過較長一段時(shí)間，直到系統(tǒng)內(nèi)各部分的狀態(tài)參量都不隨時(shí)間變化為止。(3)處于平衡態(tài)的系統(tǒng)與外界沒有能量的交換。

[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．三個(gè)系統(tǒng)A、B、C處于熱平衡狀態(tài)，則關(guān)于它們溫度的說法正確的是 (

)A．它們的溫度可以有較大的差別B．它們的溫度可以有微小的差別C．它們的溫度一定相同D．無法判斷溫度的關(guān)系解析：根據(jù)熱平衡定律：如果兩個(gè)系統(tǒng)分別與第三個(gè)系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，那么這兩個(gè)系統(tǒng)彼此之間必定處于熱平衡。所以三個(gè)系統(tǒng)A、B、C處于熱平衡狀態(tài)，則它們的溫度一定相同，C選項(xiàng)正確。答案：C2．(多選)關(guān)于平衡態(tài)和熱平衡，下列說法中正確的是

(

)A．只要溫度不變且處處相等，系統(tǒng)就一定處于平衡態(tài)B．兩個(gè)系統(tǒng)在接觸時(shí)它們的狀態(tài)不發(fā)生變化，說明這兩個(gè)系統(tǒng)原來的溫度是相等的C．熱平衡就是平衡態(tài)D．處于熱平衡的幾個(gè)系統(tǒng)的溫度一定相等解析：一般來說，描述系統(tǒng)的狀態(tài)參量不止一個(gè)，僅僅根據(jù)溫度不變且處處相等，不能得出系統(tǒng)一定處于平衡態(tài)的結(jié)論，A錯(cuò)；根據(jù)熱平衡的定義可知B、D是正確的；平衡態(tài)是針對某一系統(tǒng)而言的，熱平衡是兩個(gè)系統(tǒng)相互影響的最終結(jié)果，可見C錯(cuò)。答案：BD試思考：(1)熱力學(xué)溫度的絕對零度與攝氏溫度的零攝氏度表示的冷熱程度一樣嗎？提示：不一樣，熱力學(xué)溫度的絕對零度對應(yīng)的攝氏溫度為－273.15℃。(2)物體的溫度升高1℃，用熱力學(xué)溫標(biāo)表示，物體的溫度升高了多少？提示：由T＝t＋273.15K，則可得ΔT＝Δt。即物體溫度升高了1℃與升高了1K是等效的。[重難釋解]1．溫度的兩種含義宏觀角度溫度表示物體的冷熱程度，這樣的定義帶有主觀性，因?yàn)槔錈崾怯扇梭w的感覺器官比較得到的，往往是不準(zhǔn)確的熱平衡角度溫度的嚴(yán)格定義是建立在熱平衡定律基礎(chǔ)上的。熱平衡定律指出，兩個(gè)系統(tǒng)相互處于熱平衡時(shí)，存在一個(gè)數(shù)值相等的物理量，這個(gè)物理量就是溫度，這樣的定義更具有科學(xué)性2．溫度計(jì)測量原理：一切互為熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度，使溫度計(jì)與待測物體接觸，達(dá)到熱平衡，其溫度與待測物體的溫度相同。3．溫標(biāo)(1)常見的溫標(biāo)有攝氏溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)。(2)比較攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)。

攝氏溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)零度的規(guī)定一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰水混合物的溫度－273.15℃

溫度名稱攝氏溫度熱力學(xué)溫度溫度符號tT單位名稱攝氏度開爾文單位符號℃K關(guān)系①T＝t＋273.15K，粗略表示：T＝t＋273K②1K的大小與1℃的大小相等續(xù)表(多選)下列關(guān)于熱力學(xué)溫標(biāo)的說法正確的是 (

)A．熱力學(xué)溫度的零度是－273.15℃，叫絕對零度B．熱力學(xué)溫度的每一度的大小和攝氏溫度的每一度的大小是相同的C．絕對零度是低溫的極限，永遠(yuǎn)達(dá)不到D．1℃就是1K[解析]

熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系是T＝t＋273.15K。當(dāng)T＝0時(shí)，則t＝－273.15℃，叫絕對零度，故A正確；由T＝t＋273.15K得知，ΔT＝Δt，即熱力學(xué)溫標(biāo)溫度的變化總等于攝氏溫標(biāo)溫度的變化，故B正確；絕對零度是低溫的極限，熱力學(xué)溫標(biāo)的0K達(dá)不到，故C正確；1℃、1K是不同的概念，物理意義不同，故D錯(cuò)誤。[答案]

ABC對熱力學(xué)溫度與攝氏溫度關(guān)系的理解(1)T＝t＋273.15K是解決有關(guān)熱力學(xué)溫度與攝氏溫度關(guān)系的問題的基礎(chǔ)。(2)攝氏溫度變化1℃與熱力學(xué)溫度變化1K是等效的，即ΔT＝Δt，而不是ΔT＝Δt＋273.15K。(3)絕對零度是低溫的極限，只能接近，永遠(yuǎn)達(dá)不到，故熱力學(xué)溫度不能出現(xiàn)負(fù)值，但攝氏溫度可以出現(xiàn)負(fù)值。

[素養(yǎng)訓(xùn)練]1．關(guān)于溫標(biāo)，下列說法正確的是 (

)A．溫標(biāo)不同，測量時(shí)得到同一系統(tǒng)的溫度數(shù)值可能是不同的B．不同溫標(biāo)表示的溫度數(shù)值不同，則說明溫度不同C．溫標(biāo)的規(guī)定都是人為的，沒有什么理論依據(jù)D．熱力學(xué)溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)是兩種不同的溫度表示方法，表示的溫度數(shù)值沒有關(guān)系解析：溫標(biāo)不同，測量同一系統(tǒng)的溫度數(shù)值一般不同，但所表示的溫度是相同的，A正確，B錯(cuò)誤；每一種溫標(biāo)的規(guī)定都有一定意義，如攝氏溫標(biāo)的0℃表示標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點(diǎn)，100℃為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的沸點(diǎn)，C錯(cuò)誤；熱力學(xué)溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)在數(shù)值上有T＝t＋273.15K的關(guān)系，D錯(cuò)誤。答案：A

2．目前世界上最大的強(qiáng)子對撞機(jī)在法國和瑞士的邊境建成并投入使用。加速器工作時(shí)，需要注入約1萬噸液氮對電路進(jìn)行冷卻，冷卻的最低溫度可達(dá)到零下271攝氏度，請將該溫度用熱力學(xué)溫標(biāo)來表示 (

)A．2K

B．271KC．4K D．0.1K解析：由熱力學(xué)溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)的關(guān)系