7.4 温度和温标 课件—2020--2021学年高二下学期物理人教版选修3-3 39 张PPT
文档属性
| 名称 | 7.4 温度和温标 课件—2020--2021学年高二下学期物理人教版选修3-3 39 张PPT |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 2.5MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-05-31 08:42:13 | ||
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文档简介
7.4 温度和温标
什么是温度？
温度是表示物体冷热程度的物理量
温度是如何定义的？温度的测量原理是什么？
要想弄清这些问题，我们首先需要了解研究热学问题的基本相关概念
研究物理问题
研究对象
研究的问题不同
选取的系统常不同
热学研究对象
大量分子组成的物体或物体系统
热力学系统
如气体、液 体、固体等
系统的概念
在物理学中所研究的对象，称为系统。
系统之外与系统发生相互作用的其他物体统称为外界或环境。
注意：在物理学研究中
对系统内部问题，往往采取“隔离”分析方法，
对系统与外界的相互作用问题，往往采取“整体”分析的方法
状态参量
状态参量：描述系统状态的物理量
一辆汽车经过某海湾时的速度为30m/s，加速度为5m/? ?。
某氧气瓶容积为100L，其内氧气在温度为20? ?时的气压为5atm。
状态参量
在热力学中，我们经常用到的系统的状态参量有
温度
体积
压强
热学性质
几何性质
力学性质
某密闭容器容积为100L，其内氧气在温度为20? ? ?时的气压为5atm。
平衡态
对于一个封闭系统，在经过足够长的时间，系统各部分的状态参量会达到稳定（不随时间变化）,我们说系统达到了平衡态。
封闭系统
密集
稀疏
容器与外界没有能量交换
经过足够长的时间
各个部分的状态参量不随时间变化
特点：
处于平衡态的系统，其整体的宏观性质将不随时间而变化、且具有确定的状态
平衡态
由于分子做无规则的热运动，在这样的条件下达到的平衡往往整体平衡局部不平衡，且达到的平衡态具有一定的不稳定性，存在一定的起伏。
这样的平衡称为动态平衡。
平衡态
在有外界作用时，系统中各部分也可能达到稳定状态，但并非为平衡态。
冷空气
温空气
非平衡态
平衡态
平衡态对应的是无外界影响下的状态。
初中我们就学过，用温度计测水温，待温度计稳定后，温度计的温度就是水温
那么凭什么说温度计的温度就是水温呢？
这要从热平衡说起
热平衡
如果两个系统相互接触而传热，它们的状态参量将改变，但经过一段时间后，状态参量不再变化，我们就说两个系统达到了热平衡。（两个系统是通过热传递达到的平衡）
注意：
“平衡态”指的是一个系统的状态；
“热平衡”指的是两个系统之间的关系
热平衡概念也适用于两个原来没有发生过作用的系统
只要两个系统在接触时它们的状态不发生变化，就说这两个系统原来就处于热平衡
热平衡
在测定某金属块的比热容时，先把质量已知的金属块放在沸水中加热。经过一段时间后把它迅速放入质量已知、温度已知的水中，并用温度计测量水的温度。当水温不再上升时，这就是金属块与水的共同温度。根据实验数据就可以计算金属块的比热容”
以上这段叙述中，哪个地方涉及了“平衡态”和“热平衡”的概念？
金属块放在沸水中，经过一段时间后，这时金属块和沸水组成的系统温度相同，处于平衡态，这一系统也达到了热平衡
将金属块放入质量已知、温度已知的水中，并用温度计测水温，当水温不再升高，这时金属块、水和温度计组成的系统温度相同，处于平衡态，这一系统也达到了热平衡。
若A与C处于热平衡状态，而B与C也处于热平衡状态，那么A和B之间处于什么状态？
实验表明：
A与B之间也处于热平衡状态
热平衡定律（热力学第零定律）
内容：
若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。
注意：
“平衡态”指的是一个系统的状态；
“热平衡”指的是两个系统之间的关系
处于热平衡的两个系统，它们必定具有某个相同的热学性质
？
系统间的相互作用
打开阀门K，最终活塞处于某个位置静止不动
两带电体相连后，其带电状态不发生变化。
力学平衡
具有一种相同的力学性质
压强
静电平衡
具有一种相同的电学性质
电势
系统间的相互作用
若两个系统接触后，它们的热学状态不发生变化。
热平衡
具有一种相同的热学性质
温度
说明两个系统原来就已经处于相同的热平衡状态。
一切达到热平衡的系统都具有相同的温度
热平衡与温度
初中
高中
温度是描述物体冷热程度的物理量
温度：两个系统达到热平衡时，温度相同
温度反映了组成物体的大量分子的无规则运动的激烈程度
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
常用温度计的测温原理
小结
重新认识温度
两个系统达到热平衡时具有的共同性质是温度相同
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
一切达到热平衡的系统都具有相同的温度
热平衡与温度
一金属棒的一端与0°C冰接触，另一端与100°C水接触，并且保持两端冰、水的温度不变。问当经过充分长时间后，金属棒所处的状态是否为热平衡态？为什么？
经过充分长时间后，金属棒所处的状态不是热平衡态。因为金属棒各部分温度不相同，存在能量交换
热平衡定律（热力学第零定律）
在25°C左右的室内，将一只温度计从酒精中拿出，观察它的示数变化情况是（? ? ? ? ）
A.温度计示数上升
B.温度计示数下降
C.温度计示数不变
D.示数先下降后上升
D
定量描述温度的方法叫温标----温度的数值表示法
建立一种温标的三要素：
①选择某种物质（叫做测温物质，如水银/铂/气体/热电偶）的某一随温度变化的属性（叫做测温属性，如体积/电阻/压强/电动势）来标志温度
②选定固定点（规定零点）
③对测温属性随温度的变化关系作出规定（即规定分度的方法）
你知道的温标有哪几种？
伽利略的温度计
温标的种类
①摄氏温标（摄氏度t , 单位：?°C?）
标准大气压下冰的熔点为零度，沸水为100度，期间分为100等份
②热力学温标（热力学温度T，单位：开尔文 K）
热力学温度：热力学温标表示的温度叫做热力学温标
它是国际单位制中七个基本物理量之一
热力学温标与摄氏温标之间的关系：
T=273.15+t (K)
温标的种类
T=273.15+t (K)
注意:
①两种温度数值不同，但物体温度改变1°C与改变l K的变化量是等同的，但物体所处状态为l °C与l K是相隔甚远的；
②0K是低温的极限，只能无限接近，但不可能达到
③摄氏温标的单位“°C”是温度的常用单位，但不是国际制单位，温度的国际制单位是开尔文，符号为K．
在今后各种相关热力学计算中，一定要牢记将温度单位转换为热力学温度即开尔文；
③华氏温标（华氏度F，单位°F ）
在标准大气压下，规定冰的熔点为32°F，水的沸点为212°F，中间有180等份，每等份为华氏1度。
华氏温标的温度tF与摄氏温度t之间的关系：
华氏温标在欧美使用非常普遍，摄氏温标在亚洲使用较多，科学研究中多使用热力学温标（绝对温标）。
天气预报某地某日的最高气温是27°C，它是多少开尔文？进行低温物理的研究时，热力学温度是2.5K，它是多少摄氏度？
温标的种类
27°C对应300K；2.5K对应-270.65°C?
摄氏温标
摄氏温标以水沸点（101.325kPa压力下水和水蒸气之间的平衡温度）为100度和冰点（101.325kPa压力下冰和被空气饱和的水之间的平衡温度）为0度作为温标的两个固定点。
摄氏温标采用玻璃汞温度计作为内插仪器，假定温度和汞柱的高度成正比，即把水沸点与冰点之间的汞柱的高度差等分为100格，1格对应于1度。
摄氏温标是瑞典人摄尔修斯（A.Celsius，1701—1744）在1742年首先提出的一种经验温标，过去曾被广泛使用。
热力学温标（国际温标）
1954年第10届国际计量大会（CGPM）决定采用水三相点这个固定点来定义温度的单位，冰点已不再是温标的定义固定点了。
1967年第13届国际计量大会决议定义：温度单位开尔文是水三相点热力学温度的1/273.16。
1988年第18届国际计量大会及第77届国际计量委员会（CIPM）决议，自1990年始采用“1990年国际温标（简称ITS-90）”。
ITS-90定义的温度单位更精确，更容易复现。我国自1994年始全面采用这一标准。
国际计量局
华氏温标
华伦海特
后来，华伦海特改进了他创立的温标
把冰、水、氯化铵和氯化钠的混合物的熔点定为零度，以0°F表示，把冰的熔点定为32°F，把水的沸点定为212°F，在32→212的间隔内均分180等分，这样，参考点就有了较为准确的客观依据。
这就是现在仍在许多国家使用的华氏温标，华氏温标确定之后，就有了华氏温度(指示数)。
生活中的温度计种类纷繁，你能说出几种？
体温计? ? ? ? ? ? ? ? ? ?实验室用温度计? ? ? ? ?寒暑表? ? ? ? ??
电子体温计
你知道这些温度计是根据什么原理设计的吗？
下面我们介绍几种
伽利略的温度计
一支玻璃管一端与一个鸡蛋大小的玻璃泡相连
另一端竖直插在水槽中，并使玻璃管内吸入一段水柱。
当气温变化时，玻璃泡中气体压强会随着变化，从而使玻璃管内水柱高度发生变化。
根据管内水柱高度的变化就可测出相应的温度。
体积与温度成线性变化
水银温度计
体温计是一种水银温度计。
测温原理：
热胀冷缩
构造
它的上部是一根玻璃管，下端是一个玻璃泡。在泡里和管的下端装有纯净的水银，管上标有刻度。
体温表的构造很特殊，在玻璃泡和细管相接的地方，有一段很细的缩口。当体温表离开人体后，水银变冷收缩，水银柱就在缩口处断开，上面的水银退不回来，所以体温表离开人体后还能继续显示人的体温度。
酒精温度计
构造
酒精温度计，是由一个盛有酒精的玻璃泡，毛细管，刻度和温标等组成的。
在1个标准大气压下，酒精温度计所能测量的最高温度一般为78℃。因为酒精在1个标准大气压下，其沸点是78℃。
但是温度计内的压强一般情况下都高于1标准大气压，所以有一些酒精温度计的量程大于78度。
酒精温度计，是利用酒精热胀冷缩的性质制成的温度计。
双金属温度计
固体温度升高时会膨胀
把线膨胀程度不同的两种金属片压合在一起，温度变化时，双金属片的弯曲程度会发生变化，带动指针偏转，指示温度
热电偶温度计
把一条金属丝的两端分别与另一条不同材料金属丝的两端熔焊，接成闭合电路，倘若两个焊点之间有温度差，电路中就有电动势产生，温度差越大，电动势也越大。这就是温差电现象。
根据电动势就可以度量两个焊点之间的温度差。
选择不同的金属丝可以做成不同的热电偶温度计，有的可以测量高达3000°C的高温，有的可以测量接近绝对零度的低温
小结
常见温度计的测温原理
名称
原理
水银温度计
根据水银的热膨胀性质来测量温度
金属电阻温度计
气体温度计
热电偶温度计
根据铂的电阻随温度的变化来测量温度
根据气体的压强随温度的变化来测量温度
根据不同导体因温差产生电动势的大小来测量温度
温度计的应用
已知某物理量X与热力学温度T成正比，请把这个关系用等式表示出来。现在用摄氏温度t来表示温度，这个关系式又该怎样写？分别画出X-T图象和X-t图象的草图。
X=kT；X=k（273.15+t）
温度计的应用
下图甲表示某金属丝的电阻R随摄氏温度t变化的情况。把这段金属丝与电池、电流表串联起来（图乙），用这段金属丝做测温探头，把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度，于是就得到一个最简单的电阻温度计。请判断：如果电池的电动势和内阻都是不变的，电流表上代表t1、t2的两点，哪个应该标在电流比较大的刻度上？
练习
【分析】
【解答】
【点评】
练习
【分析】
【解答】
【点评】
什么是温度？
温度是表示物体冷热程度的物理量
温度是如何定义的？温度的测量原理是什么？
要想弄清这些问题，我们首先需要了解研究热学问题的基本相关概念
研究物理问题
研究对象
研究的问题不同
选取的系统常不同
热学研究对象
大量分子组成的物体或物体系统
热力学系统
如气体、液 体、固体等
系统的概念
在物理学中所研究的对象，称为系统。
系统之外与系统发生相互作用的其他物体统称为外界或环境。
注意：在物理学研究中
对系统内部问题，往往采取“隔离”分析方法，
对系统与外界的相互作用问题，往往采取“整体”分析的方法
状态参量
状态参量：描述系统状态的物理量
一辆汽车经过某海湾时的速度为30m/s，加速度为5m/? ?。
某氧气瓶容积为100L，其内氧气在温度为20? ?时的气压为5atm。
状态参量
在热力学中，我们经常用到的系统的状态参量有
温度
体积
压强
热学性质
几何性质
力学性质
某密闭容器容积为100L，其内氧气在温度为20? ? ?时的气压为5atm。
平衡态
对于一个封闭系统，在经过足够长的时间，系统各部分的状态参量会达到稳定（不随时间变化）,我们说系统达到了平衡态。
封闭系统
密集
稀疏
容器与外界没有能量交换
经过足够长的时间
各个部分的状态参量不随时间变化
特点：
处于平衡态的系统，其整体的宏观性质将不随时间而变化、且具有确定的状态
平衡态
由于分子做无规则的热运动，在这样的条件下达到的平衡往往整体平衡局部不平衡，且达到的平衡态具有一定的不稳定性，存在一定的起伏。
这样的平衡称为动态平衡。
平衡态
在有外界作用时，系统中各部分也可能达到稳定状态，但并非为平衡态。
冷空气
温空气
非平衡态
平衡态
平衡态对应的是无外界影响下的状态。
初中我们就学过，用温度计测水温，待温度计稳定后，温度计的温度就是水温
那么凭什么说温度计的温度就是水温呢？
这要从热平衡说起
热平衡
如果两个系统相互接触而传热，它们的状态参量将改变，但经过一段时间后，状态参量不再变化，我们就说两个系统达到了热平衡。（两个系统是通过热传递达到的平衡）
注意：
“平衡态”指的是一个系统的状态；
“热平衡”指的是两个系统之间的关系
热平衡概念也适用于两个原来没有发生过作用的系统
只要两个系统在接触时它们的状态不发生变化，就说这两个系统原来就处于热平衡
热平衡
在测定某金属块的比热容时，先把质量已知的金属块放在沸水中加热。经过一段时间后把它迅速放入质量已知、温度已知的水中，并用温度计测量水的温度。当水温不再上升时，这就是金属块与水的共同温度。根据实验数据就可以计算金属块的比热容”
以上这段叙述中，哪个地方涉及了“平衡态”和“热平衡”的概念？
金属块放在沸水中，经过一段时间后，这时金属块和沸水组成的系统温度相同，处于平衡态，这一系统也达到了热平衡
将金属块放入质量已知、温度已知的水中，并用温度计测水温，当水温不再升高，这时金属块、水和温度计组成的系统温度相同，处于平衡态，这一系统也达到了热平衡。
若A与C处于热平衡状态，而B与C也处于热平衡状态，那么A和B之间处于什么状态？
实验表明：
A与B之间也处于热平衡状态
热平衡定律（热力学第零定律）
内容：
若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。
注意：
“平衡态”指的是一个系统的状态；
“热平衡”指的是两个系统之间的关系
处于热平衡的两个系统，它们必定具有某个相同的热学性质
？
系统间的相互作用
打开阀门K，最终活塞处于某个位置静止不动
两带电体相连后，其带电状态不发生变化。
力学平衡
具有一种相同的力学性质
压强
静电平衡
具有一种相同的电学性质
电势
系统间的相互作用
若两个系统接触后，它们的热学状态不发生变化。
热平衡
具有一种相同的热学性质
温度
说明两个系统原来就已经处于相同的热平衡状态。
一切达到热平衡的系统都具有相同的温度
热平衡与温度
初中
高中
温度是描述物体冷热程度的物理量
温度：两个系统达到热平衡时，温度相同
温度反映了组成物体的大量分子的无规则运动的激烈程度
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
常用温度计的测温原理
小结
重新认识温度
两个系统达到热平衡时具有的共同性质是温度相同
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
一切达到热平衡的系统都具有相同的温度
热平衡与温度
一金属棒的一端与0°C冰接触，另一端与100°C水接触，并且保持两端冰、水的温度不变。问当经过充分长时间后，金属棒所处的状态是否为热平衡态？为什么？
经过充分长时间后，金属棒所处的状态不是热平衡态。因为金属棒各部分温度不相同，存在能量交换
热平衡定律（热力学第零定律）
在25°C左右的室内，将一只温度计从酒精中拿出，观察它的示数变化情况是（? ? ? ? ）
A.温度计示数上升
B.温度计示数下降
C.温度计示数不变
D.示数先下降后上升
D
定量描述温度的方法叫温标----温度的数值表示法
建立一种温标的三要素：
①选择某种物质（叫做测温物质，如水银/铂/气体/热电偶）的某一随温度变化的属性（叫做测温属性，如体积/电阻/压强/电动势）来标志温度
②选定固定点（规定零点）
③对测温属性随温度的变化关系作出规定（即规定分度的方法）
你知道的温标有哪几种？
伽利略的温度计
温标的种类
①摄氏温标（摄氏度t , 单位：?°C?）
标准大气压下冰的熔点为零度，沸水为100度，期间分为100等份
②热力学温标（热力学温度T，单位：开尔文 K）
热力学温度：热力学温标表示的温度叫做热力学温标
它是国际单位制中七个基本物理量之一
热力学温标与摄氏温标之间的关系：
T=273.15+t (K)
温标的种类
T=273.15+t (K)
注意:
①两种温度数值不同，但物体温度改变1°C与改变l K的变化量是等同的，但物体所处状态为l °C与l K是相隔甚远的；
②0K是低温的极限，只能无限接近，但不可能达到
③摄氏温标的单位“°C”是温度的常用单位，但不是国际制单位，温度的国际制单位是开尔文，符号为K．
在今后各种相关热力学计算中，一定要牢记将温度单位转换为热力学温度即开尔文；
③华氏温标（华氏度F，单位°F ）
在标准大气压下，规定冰的熔点为32°F，水的沸点为212°F，中间有180等份，每等份为华氏1度。
华氏温标的温度tF与摄氏温度t之间的关系：
华氏温标在欧美使用非常普遍，摄氏温标在亚洲使用较多，科学研究中多使用热力学温标（绝对温标）。
天气预报某地某日的最高气温是27°C，它是多少开尔文？进行低温物理的研究时，热力学温度是2.5K，它是多少摄氏度？
温标的种类
27°C对应300K；2.5K对应-270.65°C?
摄氏温标
摄氏温标以水沸点（101.325kPa压力下水和水蒸气之间的平衡温度）为100度和冰点（101.325kPa压力下冰和被空气饱和的水之间的平衡温度）为0度作为温标的两个固定点。
摄氏温标采用玻璃汞温度计作为内插仪器，假定温度和汞柱的高度成正比，即把水沸点与冰点之间的汞柱的高度差等分为100格，1格对应于1度。
摄氏温标是瑞典人摄尔修斯（A.Celsius，1701—1744）在1742年首先提出的一种经验温标，过去曾被广泛使用。
热力学温标（国际温标）
1954年第10届国际计量大会（CGPM）决定采用水三相点这个固定点来定义温度的单位，冰点已不再是温标的定义固定点了。
1967年第13届国际计量大会决议定义：温度单位开尔文是水三相点热力学温度的1/273.16。
1988年第18届国际计量大会及第77届国际计量委员会（CIPM）决议，自1990年始采用“1990年国际温标（简称ITS-90）”。
ITS-90定义的温度单位更精确，更容易复现。我国自1994年始全面采用这一标准。
国际计量局
华氏温标
华伦海特
后来，华伦海特改进了他创立的温标
把冰、水、氯化铵和氯化钠的混合物的熔点定为零度，以0°F表示，把冰的熔点定为32°F，把水的沸点定为212°F，在32→212的间隔内均分180等分，这样，参考点就有了较为准确的客观依据。
这就是现在仍在许多国家使用的华氏温标，华氏温标确定之后，就有了华氏温度(指示数)。
生活中的温度计种类纷繁，你能说出几种？
体温计? ? ? ? ? ? ? ? ? ?实验室用温度计? ? ? ? ?寒暑表? ? ? ? ??
电子体温计
你知道这些温度计是根据什么原理设计的吗？
下面我们介绍几种
伽利略的温度计
一支玻璃管一端与一个鸡蛋大小的玻璃泡相连
另一端竖直插在水槽中，并使玻璃管内吸入一段水柱。
当气温变化时，玻璃泡中气体压强会随着变化，从而使玻璃管内水柱高度发生变化。
根据管内水柱高度的变化就可测出相应的温度。
体积与温度成线性变化
水银温度计
体温计是一种水银温度计。
测温原理：
热胀冷缩
构造
它的上部是一根玻璃管，下端是一个玻璃泡。在泡里和管的下端装有纯净的水银，管上标有刻度。
体温表的构造很特殊，在玻璃泡和细管相接的地方，有一段很细的缩口。当体温表离开人体后，水银变冷收缩，水银柱就在缩口处断开，上面的水银退不回来，所以体温表离开人体后还能继续显示人的体温度。
酒精温度计
构造
酒精温度计，是由一个盛有酒精的玻璃泡，毛细管，刻度和温标等组成的。
在1个标准大气压下，酒精温度计所能测量的最高温度一般为78℃。因为酒精在1个标准大气压下，其沸点是78℃。
但是温度计内的压强一般情况下都高于1标准大气压，所以有一些酒精温度计的量程大于78度。
酒精温度计，是利用酒精热胀冷缩的性质制成的温度计。
双金属温度计
固体温度升高时会膨胀
把线膨胀程度不同的两种金属片压合在一起，温度变化时，双金属片的弯曲程度会发生变化，带动指针偏转，指示温度
热电偶温度计
把一条金属丝的两端分别与另一条不同材料金属丝的两端熔焊，接成闭合电路，倘若两个焊点之间有温度差，电路中就有电动势产生，温度差越大，电动势也越大。这就是温差电现象。
根据电动势就可以度量两个焊点之间的温度差。
选择不同的金属丝可以做成不同的热电偶温度计，有的可以测量高达3000°C的高温，有的可以测量接近绝对零度的低温
小结
常见温度计的测温原理
名称
原理
水银温度计
根据水银的热膨胀性质来测量温度
金属电阻温度计
气体温度计
热电偶温度计
根据铂的电阻随温度的变化来测量温度
根据气体的压强随温度的变化来测量温度
根据不同导体因温差产生电动势的大小来测量温度
温度计的应用
已知某物理量X与热力学温度T成正比，请把这个关系用等式表示出来。现在用摄氏温度t来表示温度，这个关系式又该怎样写？分别画出X-T图象和X-t图象的草图。
X=kT；X=k（273.15+t）
温度计的应用
下图甲表示某金属丝的电阻R随摄氏温度t变化的情况。把这段金属丝与电池、电流表串联起来（图乙），用这段金属丝做测温探头，把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度，于是就得到一个最简单的电阻温度计。请判断：如果电池的电动势和内阻都是不变的，电流表上代表t1、t2的两点，哪个应该标在电流比较大的刻度上？
练习
【分析】
【解答】
【点评】
练习
【分析】
【解答】
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