高中物理 第七章 分子动理论 第4节 温度和温标学案 新人教版选修3-3

第4节温度和温标

1.知道什么是状态参量，什么是平衡态．

2.了解热平衡的概念及热平衡定律．

3．知道温度与温标的定义，理解温度意义以及热力学温度的表示，理解摄氏温度与热力学温度的关系．

一、状态参量与平衡态

1．热力学系统和外界

(1)热力学系统：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．

(2)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．

2．状态参量：描述系统热学性质的物理量，在热学中常用的状态参量有体积V、压强p、温度T等．

3．平衡态：在没有外界影响的情况下，系统所有性质都不随时间而变化的稳定状态．

1．一根长铁丝，一端插入100 ℃的沸水中，另一端放入0 ℃恒温源中，经过足够长的时间，温度随铁丝有一定的分布，而且不再随时间变化，这种状态是否为平衡态？

提示：这种状态不是平衡态，只是一种稳定状态，因为存在外在因素的影响．

二、热平衡与温度

1.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．但是经过一段时间以后，状态参量就不再变化了，即这两个系统达到了热平衡．

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和比较温度高低的基本原理．

4．热平衡的性质：一切达到热平衡的系统都具有相同的温度．

2．“平衡态”就是“热平衡”吗？

提示：不是．“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，二者的本质不同．

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，每份算作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(开)，符号为K 换算关系T＝t＋273.15 K

(1)27 ℃的温度可以用热力学温度粗略地表示为300 K．( )

(2)摄氏温度和热力学温度都是从零开始的．( )

(3)温度升高20 ℃也就是升高了20 K．( )

(4)热力学温度是国际单位制中基本物理量之一．( )

提示：(1)√(2)×(3)√(4)√

平衡态与热平衡的比较

1．平衡态的理解

(1)热力学的平衡态与力学的平衡态的意义不同，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．

(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．

2．热平衡的理解

(1)平衡态与热平衡的区别：平衡态是对某一系统而言的，是系统的状态，热平衡是对两个接触的系统之间的关系而言的．分别处于平衡态的两个系统在相互接触时，它们的状态可能会发生变化，直到温度相同时，两个系统便达到了热平衡．达到热平衡的两个系统都处于平衡态．

(2)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，那么这两个系统原来是处于热平衡的．

3．热平衡定律的意义：决定两个系统是否达到了热平衡的最主要参量是温度．因为互为

热平衡的物体具有相同的温度，所以在比较各物体的温度时，不需要将各物体直接接触，只需将温度计分别与各物体接触，即可比较温度的高低．

(1)热平衡的特征方面：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．

(2)热平衡的条件方面：达到热平衡的两个系统一定具有相同的温度．

(多选)关于平衡态和热平衡，下列说法中正确的是( )

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都处于平衡态

[审题突破] (1)一个系统的温度、压强、体积都不再变化，该系统处于何种状态？

(2)若两个系统的什么相等，则两个系统已达到热平衡？

[解析] 一般来说，描述系统的状态参量不止一个，仅仅根据温度不变且处处相等不能得出系统一定处于平衡态的结论，选项A错误；根据热平衡的定义可知B、D是正确的；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，可见选项C错误．[答案] BD

解答热平衡问题的三个要点

(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)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

解析：选AD.乙和丙分开后，甲、乙、丙三个物体与外界没有热传递，它们中各自的宏观性质将不随时间而变化且具有确定的状态，所以甲、乙、丙三个物体都达到了平衡态，A选项正确，B选项错误；甲和乙接触一段时间分开后，甲和乙达到了热平衡，但乙和丙接触一段时间后，乙的温度又发生了变化，甲和乙的热平衡被破坏，乙、丙两物体达到了热平衡，故C 选项错误，D选项正确．

对温度和温标的理解