物理选修3-3-7.4-温度和温标-LI-2要点讲课稿

1、物理选修3-3-7.4-温度和温标-LI-2要点1、状态参量、状态参量几何性质：系统的大小、形状、体积等几何性质：系统的大小、形状、体积等力学性质：系统的压强、受力、表面张力力学性质：系统的压强、受力、表面张力热学性质：系统温度热学性质：系统温度 电磁性质：系统在电场、磁场作用下的性电磁性质：系统在电场、磁场作用下的性质，如电场强度质，如电场强度, ,磁感应强度等。磁感应强度等。 表示表示系统某种性质系统某种性质的的物理量。物理量。一、状态参量与平衡态一、状态参量与平衡态2、气体的状态参量、气体的状态参量（1）.温度温度（2）.体积体积（3）.压强压强-热学性质热学性质-几何性质几何性质-力学

2、性质力学性质3、平衡态：、平衡态：系统所有宏观性质不随时间变系统所有宏观性质不随时间变化时状态化时状态称之为平衡态称之为平衡态 一个物理学系统，在没有外界影响的情况一个物理学系统，在没有外界影响的情况下，只要经过足够长的时间，系统内各部分的下，只要经过足够长的时间，系统内各部分的状态参量会达到稳定状态参量会达到稳定 热学系统所处的平衡态往往是一种热学系统所处的平衡态往往是一种动态的动态的平衡平衡（分子仍在不停地做无规则运动）（分子仍在不停地做无规则运动），这种，这种动态平衡性质充分说明热运动是物质运动的一动态平衡性质充分说明热运动是物质运动的一种特殊形式。种特殊形式。（与力学平衡不同）（与力学

3、平衡不同） 例例1在热学中，要描述一定气体的宏观在热学中，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每个气体分子的运动速率 B压强压强 C体积体积 D温度温度 解析：描述系统的宏观状态，其参量是宏解析：描述系统的宏观状态，其参量是宏观量，每个气体分子的运动速率是微观量，不观量，每个气体分子的运动速率是微观量，不是气体的宏观状态参量气体的压强、体积、是气体的宏观状态参量气体的压强、体积、温度分别是从力学、几何、热学三个角度对气温度分别是从力学、几何、热学三个角度对气体的性质进行的宏观描述，是确定气体宏观状体的性质进行的宏观描述，是

4、确定气体宏观状态的三个状态参量显然态的三个状态参量显然B、C、D选项正确选项正确 BCD 平平衡衡态态和和状状态态参参量量二、热平衡与温度二、热平衡与温度 1、热平衡：两个系统之间没有隔热材料，它们、热平衡：两个系统之间没有隔热材料，它们相互接触，或者通过导热性能很好的材料接触，相互接触，或者通过导热性能很好的材料接触，这两个系统的状态参量将会互相影响而分别改这两个系统的状态参量将会互相影响而分别改变最后，两个系统的状态参量不再变化，说明变最后，两个系统的状态参量不再变化，说明两个系统已经具有了某个两个系统已经具有了某个“共同性质共同性质”，此时我，此时我们说两个系统达到了热平衡们说两个系统达

5、到了热平衡 热平衡概念也适用于热平衡概念也适用于两个原来没有发生过两个原来没有发生过作用作用的系统因此可以说，只要两个系统在接的系统因此可以说，只要两个系统在接触时触时它们的状态不发生变化它们的状态不发生变化，我们就说这两个，我们就说这两个系统原来是处于热平衡的系统原来是处于热平衡的2、热力学第零定律（热平衡定律）、热力学第零定律（热平衡定律） 如果两个系统分别与第三个系统达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到热平衡，那么这两个系统也必定处于热平衡。热平衡。若系统若系统A，C达到热平衡达到热平衡若系统若系统B，C达到热平衡达到热平衡A和和B也是处于热平衡也是处于热

6、平衡FeH2O3、温度、温度 一切达到热平衡的系统都具有相同的温度一切达到热平衡的系统都具有相同的温度甲甲乙乙温度温度是决定一个系统与另一个系统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是否达到热平衡状态的物理量力学平衡力学平衡P相同相同两个系统达到热平衡时具有的共同两个系统达到热平衡时具有的共同性质是温度相同性质是温度相同 系统达到热平衡的宏观标志就是温度相同，系统达到热平衡的宏观标志就是温度相同，若温度不同即系统处于非平衡态，则系统一定存若温度不同即系统处于非平衡态，则系统一定存在着热交换。在着热交换。 温度是温度是决定一个系统与另一个系统是否达到热决定一个系统与另一个系统是否达

7、到热平衡状态平衡状态的物理量，它的特征就是的物理量，它的特征就是“一切达到热一切达到热平衡的系统都具有相同的温度平衡的系统都具有相同的温度”这就是常用温度这就是常用温度计能够用来测量温度的基本原理计能够用来测量温度的基本原理 若温度计跟物体若温度计跟物体A处于热平衡，它同时也跟物处于热平衡，它同时也跟物体体B处于热平衡，根据热平衡定律，处于热平衡，根据热平衡定律，A的温度便与的温度便与B的温度相等的温度相等.高中高中100C500C温度：温度：两个系统达到热平衡时两个系统达到热平衡时,温温度相同度相同初中初中温度温度是描述物体冷热程度的物理量是描述物体冷热程度的物理量300C 例例2、一金属棒

8、的一端与、一金属棒的一端与0冰接触，另一冰接触，另一端与端与100水接触，并且保持两端冰、水的温度水接触，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态是否为热平衡态?为什么为什么? 解析：因金属棒一端与解析：因金属棒一端与0冰接触，另一端与冰接触，另一端与100水接触，并且保持两端冰、水的温度不变水接触，并且保持两端冰、水的温度不变时，金属棒两端温度始终不相同，虽然金属棒内时，金属棒两端温度始终不相同，虽然金属棒内部温度分布处于一种从低到高逐渐升高稳定状态，部温度分布处于一种从低到高逐渐升高稳定状态，但其内部总存在着

9、沿一定方向的能量交换，所以但其内部总存在着沿一定方向的能量交换，所以金属棒所处的状态不是平衡态金属棒所处的状态不是平衡态 答案：否，因金属棒各部分温度不相同，存答案：否，因金属棒各部分温度不相同，存在能量交换在能量交换热热平平衡衡与与温温度度三、温度计与温标三、温度计与温标 1、温标：、温标：定量描述温度的方法定量描述温度的方法叫做温标叫做温标 温标的建立包含三个要素：温标的建立包含三个要素：选择选择温度计中用于测量温度的物质温度计中用于测量温度的物质，即测温，即测温物质；物质；对对测温物质的测温属性随温度变化规律的定测温物质的测温属性随温度变化规律的定量量关系作出某种规定；关系作出某种规定；

10、确定确定固定点即温度的零点和分度方法固定点即温度的零点和分度方法2、热力学温度、热力学温度或绝对温度或绝对温度 (1)定义：定义：热力学温标表示的温度热力学温标表示的温度叫做热力学叫做热力学温度，它是国际单位制中七个基本物理量之一。温度，它是国际单位制中七个基本物理量之一。 (2)符号符号: T，(3)单位单位开尔文开尔文，简称，简称开开，符号为，符号为K (4) 热力学温标与热力学温度热力学温标与热力学温度T的关系：的关系： Tt+273.15 K (5)说明说明 摄氏温标的单位摄氏温标的单位“”是温度的常用单位，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，但不是国际制单位

11、，温度的国际制单位是开尔文，符号为符号为K在今后各种相关热力学计算中，一定在今后各种相关热力学计算中，一定要牢记要牢记将温度单位转换为热力学温度即开尔文将温度单位转换为热力学温度即开尔文； 由由Tt+273.15 K可知，物体可知，物体温度变化温度变化l与与变化变化l K的变化量是等同的的变化量是等同的，但物体所处状态为，但物体所处状态为l与与l K是相隔甚远的；是相隔甚远的； 一般情况下，一般情况下， Tt+273 K 温标种类：温标种类：摄氏温标摄氏温标(摄氏度摄氏度t , 单位：单位：0C) 标准大气压下标准大气压下冰的熔点为零度冰的熔点为零度,沸水为沸水为100度度,期间分为期间分为1

12、00等份等份热力学温标热力学温标(热力学温度热力学温度T, 单位：单位：开尔文开尔文 K）七个基本物理量之一七个基本物理量之一 T=273.15+t (K) T=t 华氏温标华氏温标(荷兰荷兰华伦海特华伦海特) )： 华氏温标的温度华氏温标的温度tF与与t之间的关系：之间的关系： tF32+9/5t 单位：单位： F 华氏温标在欧美使用非常普遍，摄氏华氏温标在欧美使用非常普遍，摄氏温标在亚洲使用较多温标在亚洲使用较多，科学研究中多使用科学研究中多使用绝对温标。绝对温标。体积与温度成线性变化体积与温度成线性变化 例例3实际应用中，常用到一种双金属温度计它是利实际应用中，常用到一种双金属温度计它是

13、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，如图变化的原理制成的，如图741所示已知左图中双所示已知左图中双金属片被加热时，其弯曲程度会增大，则下列各种相关金属片被加热时，其弯曲程度会增大，则下列各种相关叙叙述中正确的有述中正确的有 ( )双金属温度计双金属温度计图图741 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由左图

14、可知，铜的热膨胀系数大于铁的热膨胀系数D由右图可知，其双金属征的内层一定为铜外层一定为铁由右图可知，其双金属征的内层一定为铜外层一定为铁ABC 随随堂堂练练习习解析：双金属温度计是利用热膨胀系数不同的解析：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其弯曲程度随温铜、铁两种金属制成的双金属片其弯曲程度随温度变化的原理来工作的，度变化的原理来工作的，A、B选项是正确选项是正确的图的图7 4一一l左图中加热时，双金属片弯曲左图中加热时，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，层热膨胀系

15、数较大，即铜的热膨胀系数较大，C选项正确图选项正确图741右图中，温度计示数是顺右图中，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，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，外层一定故可以推知双金属片的内层一定是铁，外层一定是铜，是铜，D选项是错误的选项是错误的 摄氏温标摄氏温标是瑞典人摄尔修斯（是瑞典人摄尔修斯（A.CelsiusA.Celsius，1701174417011744）在）在17421742年首先提出的一种经验温标，年首先提出的一种经验温标，过去

16、曾被广泛使用。摄氏温标以水沸点过去曾被广泛使用。摄氏温标以水沸点（101?325Pa101?325Pa压力下水和水蒸气之间的平衡温度）压力下水和水蒸气之间的平衡温度）为为100100度和冰点（度和冰点（101?325Pa101?325Pa压力下冰和被空气饱压力下冰和被空气饱和的水之间的平衡温度）为和的水之间的平衡温度）为0 0度作为温标的两个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与冰点之间的汞柱的高度差等分为100100

17、格，格，1 1格对格对应于应于1 1度。度。摄氏温标摄氏温标19541954年第年第1010届国际计量大会（届国际计量大会（CGPMCGPM）决定采用水）决定采用水三相点一个固定点来定义温度的单位，冰点已不三相点一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。再是温标的定义固定点了。19671967年第年第1313届国际计届国际计量大会决议定义：温度单位开尔文是水三相点热量大会决议定义：温度单位开尔文是水三相点热力学温度的力学温度的1/273.161/273.16。19881988年第年第1818届国际计量大届国际计量大会及第会及第7777届国际计量委员会（届国际计量委员会（CIP

18、MCIPM）决议，自）决议，自19901990年始采用年始采用“19901990年国际温标（简称年国际温标（简称ITS-ITS-9090）”。ITS-90ITS-90定义的温度单位更精确，更容易定义的温度单位更精确，更容易复现。我国自复现。我国自19941994年始全面采用这一标准。年始全面采用这一标准。国际温标国际温标温度的单位有了新的、更加精确和科学的定义以温度的单位有了新的、更加精确和科学的定义以后，考虑到人们长期以来的使用习惯，仍然保留后，考虑到人们长期以来的使用习惯，仍然保留摄氏温度这一名词，但它有了新的意义。某一热摄氏温度这一名词，但它有了新的意义。某一热状态的摄氏温度，就是用它与

19、一特定的热状态状态的摄氏温度，就是用它与一特定的热状态（比水三相点温度低（比水三相点温度低0.01?K0.01?K的热状态，即的热状态，即0 0摄氏度）摄氏度）之间的温度差所表示的温度。这个温度差要用开之间的温度差所表示的温度。这个温度差要用开尔文温度来表示。它的单位称为摄氏度，符号为尔文温度来表示。它的单位称为摄氏度，符号为。因此，摄氏温度是从开尔文温度导出的，是。因此，摄氏温度是从开尔文温度导出的，是以以0 0摄氏度作为计算起点的温度。摄氏温度和开尔摄氏度作为计算起点的温度。摄氏温度和开尔文温度相差一个常数，彼此可以互相换算：文温度相差一个常数，彼此可以互相换算：t/t/T/KT/K273.15273.15。由此，摄氏温度有了新的定义。由此，摄氏温度有了新的定义。在数值上，它与过去人们习惯使用的摄氏温标温在数值上，它与过去人们习惯使用的摄氏温标温度很相近，但不相等，与摄氏温标的原定义无关。度很相近，但不相等，与摄氏温标的原定义无关。1714年年,荷兰荷兰华伦海特华伦海特(GDFahrenheit)(GDFahrenheit)最初最初所制的水银温度计是在北爱尔兰最冷的某个冬日，所制的水银温度计是在北爱尔兰最冷