4 温度和温标
[学习目标] 1.知道什么是状态参量，热平衡的概念．(重点)2.理解热平衡定律及温度的意义，体会生活中的热平衡现象．(重点)3.知道温度计的构造，会使用常见温度计．(重点)4.理解温标、热力学温度的意义，掌握摄氏温度与热力学温度的区别与联系．(重点、难点)
一、平衡态与状态参量
1．热力学系统：由大量分子组成的研究对象．
2．外界：系统之外与系统发生相互作用的其他物体．
3．状态参量：为确定系统的状态所需要的一些量，如：体积、压强、温度等．
4．平衡态：无外界影响、状态参量稳定的状态．
二、热平衡与温度
1．热平衡：两个相互接触的系统，它们之间没有隔热材料，或通过导热性能好的材料接触，经过一段时间，这两个系统的状态参量不再发生变化，即这两个系统达到了热平衡状态．
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：处于热平衡的系统之间有一“共同热学性质”，即温度．这就是温度计能够用来测量温度的基本原理．
三、温度计与温标
1．温度计
名称
原 理
水银温度计
根据水银的热膨胀的性质来测量温度
金属电阻
温度计
根据金属铂的电阻随温度的变化来测量温度
气体温度计
根据气体压强随温度的变化来测量温度
热电偶温度计
根据不同导体因温差产生电动势的大小来测量温度
2.温标：定量描述温度的方法
(1)摄氏温标：一种常用的表示温度的方法，规定标准大气压下冰的熔点为0 ℃，水的沸点为100 ℃.在0 ℃刻度与100 ℃刻度之间均匀分成100等份，每份算做1 ℃.
(2)热力学温标：现代科学中常用的表示温度的方法，热力学温标也叫“绝对温标”．
(3)摄氏温度与热力学温度：
摄氏温度
摄氏温标表示的温度，用符号t表示，单位是摄氏度，符号为℃
热力学
温度
热力学温标表示的温度，用符号T表示，单位是开尔文，符号为K
换算关系
T＝t＋273.15 K
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)当系统处于平衡态时，系统的温度、压强、体积等都不随时间变化． (√)
(2)平衡态是一种理想情况． (√)
(3)温度是决定两个系统是否达到热平衡状态的唯一物理量． (√)
(4)处于热平衡状态的系统内的分子仍在不停地做无规则运动，热平衡是一种动态平衡． (√)
(5)摄氏温度和热力学温度都是从零开始的． (×)
2．(多选)下列物体中处于非平衡态的是( )
A．冰水混合物处在1 ℃的环境中
B．将一铝块放入沸水中加热较长的时间
C．冬天刚打开空调的教室内的气体
D．用玻璃杯盛着的开水放在室内足够长时间
E．压缩密闭容器中的空气
ACE [冰水混合物在1 ℃的环境中要吸收热量，温度升高，不是平衡态，A符合；当铝块放在沸水中足够长的时间，铝块各部分的温度与沸水的温度相同，达到平衡态，B不符合；同理可知D也不符合；冬天刚打开空调的教室内的气体各部分温度不同，不是平衡态，C符合；压缩密闭容器中的空气，要对空气做功，机械能转化为内能，不是平衡态，E符合．]
3．(多选)两个处于热平衡状态的系统，由于受外界影响，状态参量发生了变化，下列关于它们后来是否能处于热平衡状态的说法，正确的是( )
A．不能
B．可能
C．要看它们后来的温度是否相同
D．取决于其他状态参量是否相同
E．系统达到热平衡，其温度一定相同
BCE [只要两个系统的温度相同，两个系统就处于热平衡状态，而与其他参量是否相同无关，故B、C、E正确．]
平衡态与状态参量
1．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，而力学中的平衡态是指物体的运动状态处于静止或匀速直线运动状态．
2．平衡态是一种理想情况，因为任何系统完全不受外界影响是不可能的．系统处于平衡态时，仍可能发生偏离平衡态的微小变化．
3．两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，热平衡概念也适用于两个原来没有发生过作用的系统．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．
【例1】 (多选)下列说法中正确的是( )
A．状态参量是描述系统状态的物理量，故当系统的状态变化时，其各个状态参量都会改变
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达到稳定
C．只有处于平衡态的系统才有状态参量
D．两个物体发生热传递时，它们组成的系统处于非平衡态
E．处于平衡态的系统与外界无能量交换
BDE [由于描述系统的各种性质需要不同的物理量，只要其中某个量变化，系统的状态就会发生变化，不一定各个状态参量都发生变化，A选项错；系统处于平衡态或非平衡态，只是状态参量有无变化，因而C错误；当系统不受外界影响时，系统总要趋于平衡，其内部各部分状态参量趋于稳定，B正确；两个物体发生热传递时，两个物体组成的系统内部仍存在温差，故系统处于非平衡态，故D正确；处于平衡态的系统与外界无能量交换，E正确．]
处理平衡态的问题要注意以下三点
(1)平衡态与热平衡不同，平衡态指的是一个系统内部达到的一种动态平衡．
(2)必须要经过较长一段时间，直到系统内所有性质都不随时间变化为止．
(3)系统与外界没有能量的交换．
1．(多选)下列关于系统是否处于平衡态的说法不正确的是( )
A．开空调2分钟内教室内的气体处于平衡态
B．两个温度不同的物体相互接触，这两个物体组成的系统处于非平衡态
C．0 ℃的冰水混合物放入1 ℃的环境中，冰水混合物处于平衡态
D．压缩密闭容器中的空气，空气处于平衡态
ACD [开空调2分钟内教室内的气体温度要变化，故不是平衡状态，A错误；两物体温度不同，接触后高温物体会向低温物体传热，是非平衡态，B正确；0 ℃的冰水混合物放入1 ℃的环境中，周围环境会向冰水混合物传热，不是平衡态，C错误；压缩密闭容器中的空气，要对空气做功，机械能转化为内能，不是平衡态，D错误．]
热平衡与温度
1．温度
(1)宏观上
①温度的物理意义：表示物体冷热程度的物理量．
②与热平衡的关系：各自处于热平衡状态的两个系统，相互接触时，它们相互之间发生了热量的传递，热量从高温系统传递给低温系统，经过一段时间后两系统温度相同，达到一个新的平衡状态．
(2)微观上
①反映物体内分子热运动的剧烈程度，是大量分子热运动平均动能的标志．
②温度是大量分子热运动的集体表现，是含有统计意义的，对个别分子来说温度是没有意义的．
2．热平衡
(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的温度等于B的温度，这就是温度计用来测量温度的基本原理．
3．热平衡定律的意义
热平衡定律又叫热力学第零定律，为温度的测量提供了理论依据．因为互为热平衡的物体具有相同的温度，所以比较各物体温度时，不需要将各个物体直接接触，只需将作为标准物体的温度计分别与各物体接触，即可比较温度的高低．
【例2】 (多选)关于平衡态和热平衡，下列说法中不正确的有( )
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，说明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
E．处于热平衡的几个系统的温度一定相等
ACD [一般来说，描述系统的状态参量不只是一个，根据平衡态的定义知所有性质都不随时间变化，系统才处于平衡态，A错误；根据热平衡的定义知处于热平衡的两个系统温度相同，故B正确、D错误、E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错误．]
热平衡与温度理解的两个误区
误区1：误认为只要温度不变，系统就处于平衡态
产生误区的原因是没有正确理解平衡态的概念，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，系统才是处于平衡态．
误区2：误认为平衡态就是热平衡
产生误区的原因是由于不理解热平衡与平衡态的关系，错误地认为处于平衡态的两个物体之间一定会处于热平衡状态．其实各自处于平衡态的两个物体温度不一定相同，它们接触后各自的状态会发生变化，直到达到热平衡为止．
2．(多选)下列有关热平衡的说法，不正确的是( )
A．如果两个系统在某时刻处于热平衡状态，则这两个系统永远处于热平衡状态
B．热平衡定律只能研究三个系统的问题
C．如果两个系统彼此接触而不发生状态参量的变化，这两个系统又不受外界影响，那么这两个系统一定处于热平衡状态
D．两个处于热平衡状态的系统，温度可以有微小的差别
E．两系统的温度相同时，才能达到热平衡
ABD [本题考查的知识是热平衡．处于热平衡状态的系统，如果受到外界的影响，状态参量会随之变化，温度也会变化，故A错；热平衡定律对多个系统也适用，故B错；由热平衡的意义可知，C正确；温度相同是热平衡的标志，必须相同，故D错，E正确，正确选项为A、B、D.]
温度计和温标
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．使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)比较摄氏温标和热力学温标．
摄氏温标
热力学温标
提出者
摄尔修斯和施勒默尔
英国物理学家开尔文
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
T＝t＋273.15 K，
粗略表示：T＝t＋273 K
【例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273 K＋t
E．－136 ℃比136 K温度高
ABE [T＝273 K＋t，由此可知：－33 ℃＝240 K，A正确，同时B正确；D中初态热力学温度为273 K＋t，末态为273 K＋2t，温度变化t K，故D错；对于摄氏温度可取负值的范围为0 ℃到－273 ℃，因绝对零度达不到，故热力学温度不可能取负值，故C错；根据T＝t＋273 K，可知－136 ℃＝137 K，E正确．]
(1)热力学温度与摄氏温度的关系是T＝t＋273.15 K，因此对于同一温度来说，用不同的温标表示，数值不同，这是因为零值选取不同．
(2)在热力学温标与摄氏温标中，热力学温度升高(或降低)1 K，则摄氏温度也升高(或降低)1℃.
2．(多选)下列关于热力学温度的说法中，正确的是( )
A．热力学温度的零值等于－273.15 ℃
B．热力学温度变化1 K和摄氏温度变化1 ℃，变化量的大小是相等的
C．绝对零度是低温的极限，永远达不到
D．1 ℃就是1 K
E．升高1 ℃就是升高274.15 K
ABC [根据热力学温标零值的规定可知A正确；热力学温度变化1 K和摄氏温度变化1 ℃的变化量大小是相等的，但1 ℃不是1 K，B正确，D、E错误；绝对零度是低温的极限，只能无限接近而永远不可能达到，C正确．]
课 堂 小 结
知 识 脉 络
1.平衡态.
2.热平衡与热平衡定律.
3.摄氏温度t与热力学温度T的关系：T＝t＋273.15 K.
1．(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 [热平衡的系统都具有相同的状态参量——温度，故选项A错误，选项C正确；由热平衡定律可知，若物体与A处于热平衡，它同时也与B达到热平衡，则A的温度等于B的温度，这也是温度计用来测量温度的基本原理，故选项B、D也正确．]
2．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、体积都必须达到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、压强就会变得一样，但体积仍可变化
A [如果一个系统达到了平衡态，系统内各部分的状态参量，如温度、压强和体积等不再随时间发生变化．温度达到稳定值，分子仍然是运动的，不可能达到所谓的“凝固”状态．]
3．(多选)下列物体中处于热平衡状态的是( )
A．冰水混合物处在0 ℃的环境中
B．将一铝块放入沸水中加热足够长的时间
C．冬天刚打开空调的教室内的空气
D．一个装有气体的密闭绝热容器匀速运动，容器突然停止运动时，容器内的气体
AB [冰水混合物的温度为0 ℃，和环境的温度相同，处于热平衡状态，A正确；铝块在沸水中加热足够长的时间，铝块和水的温度相同，处于热平衡状态，B正确；冬天刚打开空调的教室内的气体各部分温度不相同，未处于热平衡状态，C错误；匀速运动的容器突然停止运动时，机械能转化为气体的内能，容器内的气体温度升高，未达到热平衡状态，D错误．]
4．(多选)下列关于摄氏温标和热力学温标的说法正确的是( )
A．用摄氏温标和热力学温标表示温度是两种不同的表示方法
B．用两种温标表示温度的变化时，两者的数值相等
C．1 K就是1 ℃
D．当温度变化1 ℃时，也可说成温度变化274.15 K
AB [中学常用的两种表示温度的方法就是摄氏温标和热力学温标，A正确；两者关系是：T＝t＋273.15 K，所以用两者表示温度的变化时，两者的数值相等，B正确；当温度变化1 ℃时，也可说成温度变化1 K，不能说1 K就是1 ℃，只能是1开尔文的温差等于1摄氏度的温差，C、D错误．]
课件53张PPT。第七章 分子动理论4 温度和温标研究对象 体积 压强 状态参量稳定 热平衡状态 热平衡 温度 热膨胀 电阻 压强 温差 温度 摄氏度√√√√×平衡态与状态参量热平衡与温度 温度计和温标 点击右图进入…Thank you for watching !课时分层作业(四)
(时间：25分钟 分值：50分)
一、选择题(本题共5小题，每小题6分)
1．(多选)下列关于热平衡定律的理解，正确的是( )
A．两系统的温度相同时，才能达到热平衡
B．A、B两系统分别与C系统达到热平衡，则A、B两系统达到热平衡
C．甲、乙、丙物体温度不相等，先把甲、乙接触，最终达到热平衡，再将丙与乙接触最终也达到热平衡，则甲、丙是处于热平衡的
D．热平衡时，两系统的温度相同，压强、体积也一定相同
E．温度是决定两个系统是否达到热平衡状态的唯一物理量
ABE [两个系统达到热平衡的标志是它们温度相同但压强、体积不一定相同，故A、B、E对，C、D错．]
2．(多选)下列说法不正确的是( )
A．处于热平衡的两个系统的状态参量不再变化
B．达到热平衡的两个系统分开后，再接触有可能发生新的变化
C．两个未曾接触的系统不可能处于热平衡
D．若a系统与b系统处于热平衡，b系统与c系统处于热平衡，则a与c未必处于热平衡
E．用温度计测量温度是根据热平衡的原理
BCD [据热平衡的意义，两个系统处热平衡，无论分开，还是再接触，系统的状态参量都不再发生变化，故A正确，B错误；两个未曾接触的系统有可能处于热平衡，所以C错误；据热平衡定律，系统a、系统c分别与系统b处于热平衡，则系统a与系统c一定也处于热平衡，故D错误；当温度计的液泡与被测物体紧密接触时，如果两者的温度有差异，它们之间就会发生热交换，高温物体将向低温物体传热，最终使二者的温度达到相等，即达到热平衡，E正确．答案为B、C、D.]
3．(多选)关于热平衡，下列说法正确的是( )
A．系统甲与系统乙达到热平衡就是它们的温度达到相同的数值
B．标准状况下冰水混合物与0 ℃的水未达到热平衡
C．量体温时温度计需和身体接触达到5 min是为了让温度计跟身体达到热平衡
D．冷热程度相同的两系统处于热平衡状态
E．两个处于热平衡的系统，温度可以有微小的差别
ACD [两系统达到热平衡的标志是它们的温度相同，或者说它们的冷热程度相同，A、D正确；标准状况下冰水混合物的温度为0 ℃，与0 ℃的水的温度相同，所以达到热平衡，B错误；量体温时温度计需和身体接触达5 min是为了使温度计的温度和身体的温度相同，达到热平衡，C正确；温度是热平衡的标志，必须相同，E错误．]
4．(多选)伽利略在1593年制造了世界上第一个温度计——空气温度计，如图所示，一个细长颈的球形瓶倒插在装有红色液体的槽中，细管中的液面清晰可见，如果不考虑外界大气压的变化，就能根据液面的变化测出温度的变化，则下列说法不正确的是( )
A．该温度计的测温物质是槽中的液体
B．该温度计的测温物质是细管中的红色液体
C．该温度计的测温物质是球形瓶
D．该温度计的测温物质是球形瓶中的空气
E．该温度计是利用测温物质的热胀冷缩性质制造的
ABC [细管中的红色液体是用来显示球形瓶中空气的体积随温度变化情况的，测温物体是球形瓶中封闭的空气，该温度计是利用它的热胀冷缩的性质制造的，故A、B、C错误，D、E正确．]
5．(多选)实际应用中，常用到一种双金属温度计，它是利用铜片与铁片铆合在一起的双金属片的弯曲程度随温度变化的原理制成的，如图所示．已知左图中双金属片被加热时，其弯曲程度会增大，则下列各种相关叙述中正确的有( )
双金属温度计
A．该温度计的测温物质是铜、铁两种热膨胀系数不同的金属
B．双金属温度计是利用测温物质热胀冷缩的性质来工作的
C．由左图可知，铜的热膨胀系数大于铁的热膨胀系数
D．由右图可知，其双金属片的内层一定为铜，外层一定为铁
E．由右图无法判断其双金属片内、外层的情况
ABC [双金属温度计是利用热膨胀系数不同的铜、铁两种金属制成的双金属片的弯曲程度随温度变化的原理来工作的，A、B选项正确；如题图中，加热时双金属片弯曲程度增大，即进一步向上弯曲，说明双金属片下层热膨胀系数较大，即铜的热膨胀系数较大，C选项正确；如题图右图中，温度计示数是顺时针方向增大，说明当温度升高时温度计指针顺时针方向转动，则其双金属片的弯曲程度在增大，故可以推知双金属片的内层一定是铁，外层一定是铜，D选项错误，E错误．]
二、非选择题(本题共3小题，共20分)
6．(4分)一个系统的温度由200 K升高到300 K，另一个系统的温度由200 ℃升高到300 ℃，则它们升高了__________(填相同或不同)温度，它们升高到的温度__________(填相同或不同)．
[答案] 相同 不同
7．(10分)在某一温度计的管子上刻有150格均匀的标度．在1标准大气压下，当温度计的玻璃泡进入冰水混合物中时，水银柱位置在40刻度处；当玻璃泡进入沸水中时，水银柱的位置在90刻度处．当水银柱上升到100刻度处时，应相当于多少摄氏度？相当于热力学温度多少开？
[解析] 摄氏温标规定：冰水混合物的温度为0 ℃，1标准大气压下沸水温度为100 ℃，由此可见，题中所说的40刻度处就是0 ℃，90刻度处就是指100 ℃.从40到90有50等份，每1等份的实际温度是 ℃＝2 ℃.
当水银柱上升到100刻度处时，共占有的等份数是：100－40＝60.所以100刻度处的实际温度是：2 ℃×60＝120 ℃.
由热力学温度与摄氏温度的关系式：T＝t＋273 K可得120 ℃相当于热力学温度：
T＝(120＋273)K＝393 K.
即该温度计100刻度处相当于120 ℃，相当于393 K.
[答案] 120 ℃ 393 K
8．(6分)已知某物理量x与热力学温度T成正比，它们的图象关系如图所示，试用图象表示某物理量x与摄氏温度t的关系．
[解析] 从图象看，物理量x与热力学
温度成正比关系，用K表示比例系数，有x＝KT.由于t＝T－273.15 ℃，则有x＝K(t＋273.15 ℃)，因此x与t的关系图象如图所示．
[答案] 见解析
