温度和温标学案习题

第四节温度和温标

学习目标：

1、知道什么是状态参量，什么是平衡态。

2、知道什么是热平衡，什么是热平衡定律。

3、知道温度的表示方法。

4、知道常见温度计的构造，会使用常见的温度计。

5、理解摄氏温标和热力学温标的转换关系。

重点与难点：

本节的重点是热平衡的概念及热平衡定律以及温度、温标的建立和使用。

本节的难点是利用热平衡知识解释生活中的具体实例，掌握温标之间的转换关系。

1、平衡态与状态参量

请学生阅读课本，归纳以下概念：

（1）系统：物理学中，把所研究的对象称为系统。

系统以外的周围物体称之为外界或环境，系统与外界之间往往存在相互的作用．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．

（2）状态参量：描述物质系统状态的宏观物理量叫做状态参量．

物理学中，需要研究系统的各种性质，包括几何性质、力学性质、热学性质、电磁性质等等．为了描述系统的状态。需要用到一些物理量，例如：用体积描述它的几何性质，用压强描述力学性质．用温度描述热学性质等等。

（3）平衡态：系统所有宏观性质不随时间变化时状态称之为平衡态。

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，系统内各部分的状态参量会达到稳定。

热学系统所处的平衡态往往是一种动态的平衡，这种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。

[例1]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

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、热学三个角度对气体的性质进行的宏观描述，是确定气体宏观状态的三个状态参量．显然B、

C、D选项正确．

2、热平衡与温度

引导学生阅读课本，归纳以下概念：

(1)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，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，说明两个系统已经具有了某个“共同性质”，此时我们说两个系统达到了热平衡．

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．（2）热平衡定律(又叫热力学第零定律)：

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。

（3）温度

两个系统处于热平衡时，它们具有一个“共同性质”。我们就把表征这一“共同性质”的物理量定义为温度。

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，它的特征就是“一切达到热平衡的系统都具有相同的温度”，这就是常用温度计能够用来测量温度的基本原理。

若温度计跟物体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。

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，则系统一定存在着热交换。

[例2]一金属棒的一端与0℃冰接触，另一端与100℃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解析：因金属棒一端与0℃冰接触，另一端与100℃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．

答案：否，因金属棒各部分温度不相同，存在能量交换．

3、温度计与温标

请学生阅读课本，归纳以下结论：

(1)温标：定量描述温度的方法叫做温标

温标的建立包含三个要素：

①选择温度计中用于测量温度的物质，即测温物质；

②对测温物质的测温属性随温度变化规律的定量关系作出某种规定；

③确定固定点即温度的零点和分度方法．

（2）热力学温度．

①定义：热力学温标表示的温度叫做热力学温度，它是国际单位制中七个基本物理量之一。

②符号: T，

③单位开尔文，简称开，符号为K．

④热力学温标与热力学温度T的关系：

T＝t+ K

[说明]

①摄氏温标的单位“℃”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，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；

②由T＝t+ K可知，物体温度变化l℃与变化l K的变化量是等同的，但物体所处状态为l℃与l K是相隔甚远的；

③一般情况下，T＝t+273 K

[例3]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7—4—1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( )

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，其双金属征的内层一定为铜．外层一定为铁

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度变化的原理来工作的，A、B选项是正确的．图7－4一l左图中．加热时，双金属片弯曲程度增大，即进一步向上弯曲，说明双金属片下层热膨胀系数较大，即铜的热膨胀系数较大，C选项正确．图7—4—1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选项是错误的．

课堂练习

1．关于热力学温度和摄氏温度，以下说法正确的是（ABD ）

A．热力学温度的单位"K"是国际单位制中的基本单位

B．温度升高了1℃就是升高了1K

C．1℃就是1 K

D．0℃的温度可用热力学温度粗略地表示为273K

2．（1）水的沸点是___100___℃=；

（2）绝对零度是℃=_____0____K；

（3）某人体温是36.5℃，也可以说体温为______K；此人体温升高1.5℃，也可以说体温升高了______K。

（4）10℃=______K；10K=______℃；27℃=______K；