2.1 温度和温标 课件（27张PPT）

(共27张PPT)
1 温度和温标
第二章 气体、固体和液体
学习目标
1.知道平衡态及系统的状态参量。
2.明确温度的概念，知道热平衡定律及其与温度的关系。
3.了解温度计的原理，知道热力学温度与摄氏温度的换算关系。
一、状态参量与平衡态
1.热力学系统：研究某一容器中气体的热学性质，其研究对象是容器中的大量分子组成的系统，这在热学中叫作一个热力学系统，简称 。
2.外界：系统之外与系统发生 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用到的物理量叫作系统的状态参量。
常用的状态参量有：几何参量 、力学参量 、热学参量 。
4.平衡态：在没有外界影响的情况下，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 状态，这种状态叫作 。
压强p
相互作用
体积V
系统
平衡态
稳定
温度T
知识梳理
二、热平衡与温度
1.热平衡：两个相互接触而传热的热力学系统，经过一段时间以后，这两个系统的 都不再变化，我们说这两个系统达到了热平衡。达到热平衡的两个系统具有相同的 。
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 ，这个结论称为热平衡定律，它又叫热力学第零定律。
三、温度计与温标
1.温度计：选择一种测量物质，根据这种物质随 变化而变化的某个特性来制造温度计。
热平衡
温度
温度
状态参量
名称 原理
水银温度计 根据水银的热胀冷缩的性质来测量温度
金属电阻温度计 根据金属的电阻率随温度的变化而变化来测量温度
气体温度计 根据气体的压强随温度的变化而变化来测量温度
热电偶温度计 根据不同导体因温差而产生电动势的大小不同来测量温度
2.常见温度计的测温原理
3.温标
(1)定义：定量地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，规定摄氏温度的 ℃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 ，用符号℃表示。
②热力学温度：用 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 ，简称开，符号为 。
③换算关系：T= 。
-273.15
摄氏度
热力学
开尔文
K
t+273.15 K
1.状态参量与平衡态
如图，将鸡蛋放在沸水中加热足够长的时间，鸡蛋处于平衡态吗
要点提示：处于平衡态。当系统内包括温度在内的所有状态参量都不随时间变化时，系统处于平衡态。
课堂探究
知识归纳1
1.热力学系统的状态参量
(1)体积V：系统的几何参量，它可以确定系统的空间范围。
(2)压强p：系统的力学参量，它可以描述系统的力学性质。
(3)温度T：系统的热学参量，它可以确定系统的冷热程度。
2.平衡态的理解
(1)热力学的平衡态与力学的平衡态的意义不同，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。
(2)平衡态的特点：系统温度、压强、体积不发生变化。系统处于平衡态时，所有的状态参量都不随时间变化，我们就能比较准确容易地描述系统的状态，中学阶段我们主要处理平衡态的问题。
例1 (多选)下列系统处于平衡态的是(　　)
A.将一金属块放在沸水中加热足够长的时间
B.冰水混合物处在0 ℃环境中
C.一个装有气体的密闭绝热容器匀速运动，容器突然停止运动，此时容器内的气体
D.开空调2分钟内教室内的气体
解析：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，其温度、压强、体积都不再变化，是平衡态，故A、B对；一个装有气体的密闭绝热容器匀速运动突然停止时，容器内气体的温度升高，故其不是平衡态，C错；开空调2分钟内教室内的气体的温度会变化，故其不是平衡态，D错。
AB
规律方法 两步法判断热力学系统是否处于平衡态
1.判断热力学系统是否受到外界的影响。
2.判断系统的状态参量(压强、体积和温度)是否发生变化。
如果系统不受外界的影响，且状态参量不发生变化，系统就处于平衡态，否则就是非平衡态。
2.热平衡与温度
四季变换，阴晴冷暖，我们每天都会关注天气预报，适当增减衣物。如图是某天的天气预报的截屏，预报概要如下：今日天气多云，温度14 ℃~26 ℃。在24小时的时间内，随着气温的变化测量气温的温度计示数也会变化，那么，在较
短的时间里，温度计与大气达到热平衡了吗
提示：达到热平衡了。因为在较短的时间里两个系统的状态不发生变化。
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2.如图所示是伽利略温度计的示意图，利用玻璃管内封闭的气体作为测量物质，当气温升高时，细管内的水柱越高吗

提示：不是。伽利略温度计的物理原理是空气的热胀冷缩，当气温升高时，细管内的水柱降低。
知识归纳2
1.平衡态与热平衡的区别和联系
状态 平衡态 热平衡
区 别 研究对象 一个系统 两个接触的系统
判断依据 系统不受外界影响，状态参量不变 两个系统的温度相同
联系 处于热平衡的两个系统都处于平衡态 2.热平衡
相互接触而传热的两个系统，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，我们就说两个系统达到了热平衡，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志是系统具有相同的温度。
3.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，这个结论称为热平衡定律。
4.温度与热平衡
(1)温度在宏观上，表示物体的冷热程度。
(2)温度在微观上，反映分子热运动的剧烈程度。
(3)一切达到热平衡的物体都具有相同的温度。
例2 (多选)有甲、乙、丙三个温度不同的物体，将甲和乙接触很长一段时间后分开，再将乙和丙接触很长一段时间后分开(发生了热交换)，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
AD
解析：甲、乙、丙三个物体与外界没有热传递，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后分开，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，乙和丙两物体达到了热平衡，C错误，D正确。
3.温度计与温标
海明威在短篇小说《一天的等待》中有这样一段对话：
爸爸：“人发烧到一百零二度是不会死的，你真是在说傻话。”
儿子：“我知道会的。在法国上学的时候，同学们告诉我，发烧到四十度就活不了了。我已经一百零二度了。”
其中的102度是指的华氏温度，40度是指的摄氏温度，同学们可以查阅资料，进一步了解它们之间的关系，并把40 ℃换算成热力学温度。
要点提示：40 ℃换算成热力学温度为313.15 K。
课堂探究
知识归纳3
1.“温度”含义的两种说法
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
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物理量，这个物理量就是温度，这样的定义更具有科学性
2.温度计测量原理
一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。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.温标
(1)常见的温标有摄氏温标、华氏温标、热力学温标。
(2)温标要素：第一，选择某种具有测温属性的测温物质；第二，了解测温物质的测温属性随温度变化的函数关系；第三，确定温度零点和分度的方法。
(3)摄氏温标和热力学温标
温标 摄氏温标 热力学温标
零度的规定 一个标准大气压下冰 水混合物的温度 -273.15 ℃(绝对零度)
温度名称 摄氏温度 热力学温度
温度符号 t T
单位名称 摄氏度 开尔文
单位符号 ℃ K
关系 (1)T=t+273.15 K，粗略表示为T=t+273 K (2)每一开尔文的大小与每一摄氏度的大小相等 特别提醒：
(1)温度计的热容量必须很小，与待测物体接触时，几乎不改变待测物体状态。
(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。
例3 (多选)关于热力学温度和摄氏温度，下列说法错误的是(　 　)
A.某物体摄氏温度为10 ℃，即热力学温度为10 K
B.热力学温度升高1 K等于摄氏温度升高1 ℃
C.摄氏温度升高10 ℃，对应热力学温度升高283 K
D.热力学温度和摄氏温度的温标不同，两者表示的温度无法比较
解析：热力学温度与摄氏温度的关系T=t+273.15 K，所以选项A错误；对于T=t+273.15 K，有许多同学错误地认为可变形为ΔT=Δt+273.15 K，而认为C选项正确，实际上ΔT=T2-T1=t2-t1=Δt，即用摄氏温度表示的温差等于用热力学温度表示的温差，所以选项B正确，选项C、D错误。
ACD
热力学温度与摄氏温度关系的理解
1.T=t+273.15 K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1 K是等效的，即ΔT=Δt，而不ΔT=Δt+273.15 K。
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。
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、体积都一定达到了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、压强不再变化，但体积仍可变化
A
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2.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
A
3(多选)关于热力学温度下列说法中正确的是(　 　)
A.-33 ℃=240 K
B.温度变化1 ℃，也就是温度变化1 K
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t+273 K
E.-136 ℃比136 K温度高
ABE
4.家用温度计经常标有摄氏温度和华氏温度，摄氏温度是把冰熔点的温度定为0 ℃，水沸点的温度为100 ℃，两温度之间分为100等份，每一份为1 ℃；而华氏温度把冰熔点定为32华氏度，把水的沸点定为212华氏度，中间分为180等份，每一等份为1华氏度。(本题所述皆为标准大气压下)求：
(1)温度每上升1 ℃，即上升多少华氏度
(2)人的正常体温若取37 ℃，对应多少华氏度
解析：(1)1 ℃= 华氏度 =1.8华氏度
(2)37×1.8华氏度+32华氏度= 98.6华氏度。
答案：(1)1.8华氏度　(2)98.6华氏度