人教版(2019)新教材高中物理选择性必修3 第2章气 体固体和液体 第1节 温度和温标课件(共26张PPT)

(共26张PPT)
温度和温标
一、状态参量和平衡态
热力学系统（系统）：
在热学中，把某个范围内大量分子组成的研究对象叫做热力学系统，简称系统。
外界：
系统之外与系统发生相互作用的其他物体统称为外界。
例如：酒精灯加热容器中的气体
把气体作为研究对象，它就是一个热力学系统。
而容器和酒精灯就是外界。
力学：为确定物体（质点）机械运动的状态：
引入物理量 =>（热力学）系统状态参量
压强P
坐标
速度
热学：为确定研究对象（系统）的状态：
热力学系统状态参量
引入物理量
为确定系统的空间范围
体积V
几何参量:
为确定外界与系统之间或系统内部各部分之间的力的作用
力学参量:
为确定系统的冷热程度
温度T
热学参量:
【困难】要定量地描述系统的状态往往很难，因为有时系统的参量会随时间变化。
【然而】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（温度，压强和体积）能达到不随时间而变化的稳定状态。
例如：把不同压强，不同温度的两箱气体注入同一容器：
0oC
2atm
5atm
60oC
绝热
压强大的气体会向压强小的一方流动。
温度高的会向温度低的一方传热。
经过一段时间后，容器各点的压强和温度都不再变化。
如果容器与外界没有能量交换
平衡态
非平衡态
平衡态：
二、热平衡和温度
【思考】初中学过的温度知识：
当热水中的温度计的读数不再升高的时候，我们自然认为此时温度计的温度（读数）就是热水的温度。
那么，我们凭什么说这个时候温度计的温度就是热水的温度？
平衡态
在无外界影响下，一个系统内部的状态参量(P,V,T)都不再改变。
热平衡
一个系统和另一个系统相互作用的问题
如果两个系统相互接触而传热，它们的状态参量将改变。
但是经过一段时间以后，状态参量就不再变化了，
这说明两个系统对于传热来说已经达到了平衡。
这种平衡称为热平衡。
【问题】“平衡态”就是“热平衡”吗？
【答】不是。
1）“平衡态”指的是一个系统的状态。
“热平衡”指的是两个或多个系统之间的关系。二者本质不同。
2）“平衡态”是指在没有外界影响下，一个系统的温度，压强，体积都不变了；
而热平衡是指两个或多个系统的之间的关系，不要混淆。
【拓展】
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。
因此可以说：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。
实验表明：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。
热平衡定律（热力学第零定律）
两个系统处于热平衡时，它们必定具有某个共同的热学性质。
我们把表征这一“共同热学性质”的物理量叫做温度。
温度：
温度是决定一个系统与另一个系统是否达到热平衡的物理量，
它的特征就是“一切达到热平衡的系统都具有相同的温度”。
热平衡的性质：
如果温度计跟物体A处于热平衡，
它同时也跟物体B处于热平衡，
根据热平衡定律，
A的温度便与B的温度相等。
温度计能够用来测量和比较温度高低的基本原理：
k
10oC
5atm
50oC
6atm
绝热
用管道把两个装着气体的容器导通，不久，两个容器中的气体达到了力学平衡.
我们用压强“P”这个物理量来描述它。
它们有了一种相同的“力学性质”
用导线把两个带电导体连接，不久，两个导体达到了静电平衡。
我们用电势“j”这个物理量来描述它。
它们有了一种相同的“电学性质”
将高温物体放入低温的液体中，不久，物体和液体达到了热平衡。
我们用温度“T”这个物理量来描述它。
它们有了一种相同的“热学性质”
“温度”在热平衡中的角色，与压强，电势相似。
+
+
+
-
-
-
-
-
-
10OC
200OC
绝热
温度理解：
初中:
温度是描述物体冷热程度的物理量
高中:
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
尽管初中的认识比较肤浅，但它与我们高中对温度的定义是一致的。
设想两个温度不同的物体相互接触后，
过一段时间当它们达到热平衡态时，
两个物体不就是“冷热相同”吗！
【拓展】热平衡的概念也适用于两个原来没有发生过作用的系统。
换句话说：只要温度相同的两个系统，无论它们是相互接触了，还是分隔千里，它们都是处于热平衡状态。
三、温度计与温标
温标
如果要定量地描述温度，就必须有一套方法，这套方法就是温标。
建立一种温标的几要素：
确定测温物质
确定用以测温的某种性质（测温属性）
确定温度的零点
确定分度方法
（水银/铂/气体/热电偶……）
（体积/电阻/压强/电动势……）
水银温度计
根据水银的热胀冷缩来制造
规定细管中水银柱的高度与温度的关系是线性的。
金属电阻温度计
根据铂的电阻随温度变化来制造
规定铂的电阻与温度的关系是线性的。
热电偶温度计:
气体温度计:
根据气体的压强随温度的变化来制造
根据不同导体因温差产生电动势的大小来制造
半导体热敏电阻温度计
1593年，伽利略发明了第一支空气温度计。
这种气体温度计是用一根细长的玻璃管制成的。
它的一端制成空心圆球形；
另一端开口，事先在管内装进一些带颜色的水，并将这一端倒插入盛有水的容器中。
在玻璃管上等距离地标上刻度。
这样，当外界温度升高时，玻璃球内气体膨胀，使玻璃管中水位降低；
反之，温度较低时，玻璃球内气体收缩，玻璃管中的水位就上升。
确定温度的零点和分度的方法：
摄氏温标规定：
标准大气压下冰的熔点为00C
标准大气压下水的沸点为1000C
把玻璃管上00C刻度与1000C刻度之间分成100等份，每份算作10C。
热力学温标表示的温度
热力学温度：
国际单位制中七个基本物理量之一。
开尔文（kelvin)，简称开，符号为K
1960年，国际计量大会确定了摄氏温标与热力学温标的关系：摄氏温标由热力学温标导出。
t 0C
T K
T=t+273.15 K
1）T = t + 273.15 K中，等式仅反映数值关系，单位不同。
【问】当温度升高100C,那它是升高了几K呢？
2）就一个分度来说，Dt=DT.
【问】270C的温度用热力学温度粗略的表示为_____K.
3）对于同一温度来说，用不同的温标表示，数值不同，这是因为零值的选取不同。
【问】摄氏温度和热力学温度都是从零开始的？
4）热力学温度的零度是低温极限，也叫绝对零度，永远达不到，只能接近，估热力学温度不能出现负值。所以热力学温度从零开始.
而摄氏温度有负值，不是从零开始。
300
例：(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2 min内教室内的气体
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，是平衡状态
突然被压缩的气体温度升高，压强变大，故其不是平衡状态
开空调2 min内教室内的气体温度、体积均有变化，故其不是平衡状态
AB
系统处于热平衡态时，其状态参量稳定不变，
例（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
BCD
例（单选）．根据下图判断，人们选择的温度计中的测量物质及其依据是(　　)
A．水，水的密度小
B．水，水的密度出现异常现象
C．汞，汞的密度大
D．汞，汞的密度与温度呈规则的线性关系
由于水的密度和温度关系的曲线是不规则曲线，如果选水为测温物质，则温度计刻度不均匀；
汞的密度与温度呈规则的线性关系，选汞为测温物质，温度计刻度均匀
D
例（多选）：关于热力学温度下列说法中正确的是（ ）
A－330C=240K
B温度变化10C，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t0C升至2t0C，对应的热力学温度升高了273K+t
AB
例（多选）：一铜块和一铁块，质量相等，铜块的温度T1，比铁块的温度T2高，当它们接触在一起时，如果不和外界交换能量，则（ ）
A从两者开始接触到热平衡的整个过程中，铜块放出的热量等于铁块吸收的热量
B在两者达到热平衡以前的任何一段时间内，铜块放出的热量不等于铁块吸收的热量
C达到热平衡时，铜块的温度是T=(T1+T2)/2
D达到热平衡时，两者的温度相等
Q放 =c铜mDt =c铜m (T1-T)
Q吸 =c铁mDt =c铁m (T-T2)
Q吸 = Q放
T=
AD
【课后作业】：
1．(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
2．(单选)如果两个系统通过相互作用，实现了热平衡，那么这两个系统(　　)
A．一定具有相同的压强 B．一定具有相同的温度
C．一定具有相同的体积 D．一定同时具有相同的温度、压强和体积
3．(多选)下列关于热力学温度的说法正确的是(　　)
A．－136 ℃比136 K温度高
B．0 ℃等于273.15 K
C．1 ℃就是1 K
D．升高1 ℃就是升高273.15 K
4．(多选)有甲、乙、丙三个温度不同的物体，将甲和乙接触较长一段时间后分开．再将乙和丙接触较长一段时间后分开，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、丙两物体一定达到了热平衡
5．(多选)下列说法正确的是(　　)
A．目前实验室内所能达到的最低温度为－273.15 ℃，即绝对零度
B．热就是温度，温度就是热
C．热平衡定律为：当A、B两物体分别与C物体达到热平衡时，则A物体与B物体之间也会处于热平衡状态
D．当甲、乙两物体达到热平衡时，甲、乙两物体的温度相同