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1、四四.温度和温温度和温标标12/26/2022情景切入情景切入 12/26/2022一、平衡态与状态参量一、平衡态与状态参量1、系统：物理学中，把所、系统：物理学中，把所研究的对象研究的对象称为系统称为系统 系统以外的周围物体系统以外的周围物体称之为外界或环境，系称之为外界或环境，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，往往采取究中，对系统内部问题，往往采取“隔离隔离”分析分析方法，对系统与外界的相互作用问题，往往采取方法，对系统与外界的相互作用问题，往往采取“整体整体”分析的方法分析的方法12/26/20222、状态参量、状态参
2、量：描述物质系统状态的宏观物理量描述物质系统状态的宏观物理量叫做状态参量叫做状态参量 物理学中，需要研究系统的各种性质，包括物理学中，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，为了描述系统的状态。需要用到一些物理量，例如：用例如：用体积体积描述它的几何性质，用描述它的几何性质，用压强压强描述力描述力学性质用学性质用温度温度描述热学性质等等描述热学性质等等 12/26/20223、平衡态：、平衡态：系统所有宏观性质不随时间变化时系统所有宏观性质不随时间变化时状态状态称之为平衡态称之为平衡
3、态 一个物理学系统，在没有外界影响的情况下，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平动态的平衡衡，这种动态平衡性质充分说明热运动是物质运，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。动的一种特殊形式。12/26/2022注意点注意点:1.1.在有外界影响时在有外界影响时,系统也可能处于一种宏观性质不随时系统也可能处于一种宏观性质不随时间变化的状态间变化的状态,但这不是平衡态但这不是平衡态,只是一种稳定状态只
4、是一种稳定状态.因为因为当撤去外界影响时当撤去外界影响时,系统各部分的状态能量会变化系统各部分的状态能量会变化.2.2.热力学系统的平衡态是一种动态平衡热力学系统的平衡态是一种动态平衡,组成系统的分子组成系统的分子仍在不停地做无规则运动仍在不停地做无规则运动,只是分子运动的平均效果不随只是分子运动的平均效果不随时间变化时间变化,表现为系统的宏观性质不随时间变化表现为系统的宏观性质不随时间变化.3.3.平衡态是一种理想情况平衡态是一种理想情况,因为系统完全不受外界影响是因为系统完全不受外界影响是不可能的不可能的.12/26/2022 例例1在热学中，要描述一定气体的宏观状态，需在热学中，要描述一
5、定气体的宏观状态，需要确定下列哪些物理量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，其参量是宏观量，每解析：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、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，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选项正确选项正
6、确 BCD 12/26/2022二、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，它们相、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，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具有了某个“共同性质共同性质”，此时我们说两个系统达，此时我们说两个系统达到了热平衡到了热平衡 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作两个原来没有发生过作用
7、用的系统因此可以说，只要两个系统在接触时的系统因此可以说，只要两个系统在接触时它们的状态不发生变化它们的状态不发生变化，我们就说这两个系统原，我们就说这两个系统原来是处于热平衡的来是处于热平衡的12/26/2022 2、热平衡定律、热平衡定律(又叫热力学第零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。称为热平衡定律。3、温度温度 两个系统处于热平衡时，它们具有一个两个系统处于热平衡时，它们具有一个“共同性共同性质质”。我们
8、就把表征这一。我们就把表征这一“共同性质共同性质”的物理量定义的物理量定义为温度。为温度。12/26/2022 系统达到热平衡的宏观标志就是温度相同，若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，则系统一定存在着温度不同即系统处于非平衡态，则系统一定存在着热交换。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平决定一个系统与另一个系统是否达到热平衡状态衡状态的物理量，它的特征就是的物理量，它的特征就是“一切达到热平衡的一切达到热平衡的系统都具有相同的温度系统都具有相同的温度”这就是常用温度计能够用来这就是常用温度计能够用来测量温度的基本原理测量温度的基本原理 若
9、温度计跟物体若温度计跟物体A处于热平衡，它同时也跟物体处于热平衡，它同时也跟物体B处于热平衡，根据热平衡定律，处于热平衡，根据热平衡定律，A的温度便与的温度便与B的温的温度相等度相等.12/26/2022 例例2、一金属棒的一端与、一金属棒的一端与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、水的温度不变问当经过充分长时间后，金属棒所处的状态是否为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
10、不变时，金水接触，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，存在能量答案：否，因金属棒各部分温度不相同，存在能量交换交换12/26/2022三、三、温度计与温标温度计与温标 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
11、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量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；关系作出某种规定；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12/26/20222、热力学温度、热力学温度 (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温度，它是国际单位制中七个基本物理量 之一。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)摄氏温度
12、与热力学温度摄氏温度与热力学温度T的关系：的关系：Tt+273.15 K 12/26/2022(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，但是温度的常用单位，但不是国际制单位，温度的国际制单位是开尔文，符不是国际制单位，温度的国际制单位是开尔文，符号为号为K在今后各种相关热力学计算中，一定要牢在今后各种相关热力学计算中，一定要牢记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与变与变化化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
13、；是相隔甚远的；一般情况下，一般情况下，Tt+273 K12/26/2022 例例3、实际应用中，常用、实际应用中，常用到一种双金属温度计它到一种双金属温度计它是利用铜片与铁片铆合在是利用铜片与铁片铆合在一起的双金属片的弯曲程一起的双金属片的弯曲程度随温度变化的原理制成度随温度变化的原理制成的，如图的，如图741所示所示已知左图中双金属片被加已知左图中双金属片被加热时，其弯曲程度会增大，热时，其弯曲程度会增大，则下列各种相关叙述中正则下列各种相关叙述中正确的有确的有 ()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
14、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 12/26/2022解析：双金属温度计是利用热膨胀系数不同的铜、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，的原理来工作的，A、B选项是正确的图选项是正确的图7 4一一l左图中加热时，双金
15、属片弯曲程度增大，即进一左图中加热时，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，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，即铜的热膨胀系数较大，C选项正确图选项正确图741右右图中，温度计示数是顺时针方向增大，说明当温度图中，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，定是铁，外层一定是铜，D选项是错误的选项是错误的 12/26/2022 下列状态中处
16、于热平衡态的是()A将一金属块放在沸水中加热足够长的时间B冰水混合物处在0 环境中C突然被压缩的气体D开空调2分钟内教室内的气体课堂互动课堂互动12/26/2022解析：系统处于热平衡态时，其状态参量稳定不变，金属块放在沸水中加热足够长的时间，冰水混合物在0 环境中，其温度、压强、体积都不再变化，是平衡状态，故A、B对；突然被压缩的气体温度升高，压强变大，故其不是平衡状态，C错；开空调2分钟内教室内的气体温度、体积均要变化，故其不是平衡状态，D错答案：AB12/26/2022 关于温度的物理意义，下列说法中正确的是()A温度是物体冷热程度的客观反映B人如果感觉到某个物体很冷，就说明这个物体的温
17、度很低C热量会自发地从含热量多的物体传向含热量少的物体D热量会自发地从温度较高的物体传向温度较低的物体12/26/2022解析：温度是表示物体冷热程度的物理量，但人们对物体冷热程度的感觉具有相对性，A正确，B错误；热传递的方向是热量自发地从温度较高的物体传向温度较低的物体，而热量是过程量，不能说物体含有热量，C错误，D正确答案：AD12/26/2022 关于热力学温标的说法正确是()A热力学温标是一种更为科学的温标B热力学温标的零度为273.15 KC气体温度趋近于绝对零度时其体积为零D在绝对零度附近气体已液化，所以它的压强不会为零解析：本题考查热力学温标的性质热力学温标在科学计算中特别体现在
18、热力学方程中，使方程更简单，更科学，故A对；B是热力学温标的常识，错误；气体趋近于绝对零度时，已液化，但有体积，故其压强不为零，C错，D对答案：AD 12/26/2022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，这两个系统原来的温度是相同的C热平衡就是平衡态D处于热平衡的几个系统的温度一定相等12/26/2022解析：一般来说，描述系统的状态参量不止一个，根据平衡态的定义可以确定A错根据热平衡的定义可知B和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C错正确选项为B、D.答案
19、：BD【反思总结】平衡状态时各状态参量都保持稳定热平衡指温度相同，热平衡时，不一定处于平衡态12/26/2022【跟踪发散】11：下列有关热平衡的说法正确的是()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，且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，温度可以有微小差别12/26/2022解析：答案：C 12/26/2022 关于热力学温度下列说法中正确的是()A33 240 KB温度变化1，也就是温度变化1 KC摄氏温度与热力学温度都可能取负值D温
20、度由t 升至2t，对应的热力学温度升高了273 Kt12/26/2022思路点拨：热力学温标和摄氏温标是温度的两种不同的表示方法，对同一温度来说，用不同的温标表示数值不同，这是因为它们零值的选取不同，但两种温标表示的温差一定相同解析：由Tt273 K知，A项正确；由Tt知B项正确；摄氏温度可取负值，但热力学温度没有负值，C错；温度由t 升高到2t，摄氏温度升高了t，热力学温度也升高了t，D错答案为A、B.答案：AB12/26/2022【跟踪发散】21：一个系统的温度由200 K升高到300 K，另一个系统的温度由200 升高到300，则有关这两个温度及其变化的说法正确的是()A它们升高了相同的
21、温度B它们升高的温度不同C它们后来的温度相同 D它们后来的温度不同解析：由Tt273.15 K和两种温标下温度的变化特点tT判断，可知A、D正确答案：AD 12/26/20221下列物体中处于热平衡状态的是()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足够长的时间C冬天刚打开空调的教室内的气体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12/26/2022解析：冰水混合物在1 的环境中要吸收热量，温度升高，不是热平衡状态，A错误；当一个系统经足够长的时间，系统内各部分温度相等时，系统就达到了热平衡状态，B正确；冬天刚打开空调的教室内的气体各部分温度不相等，未
22、处于平衡状态，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，容器内的气体分子未达到平衡态，D错误答案：B12/26/20222下图是四种测液体温度的方法，其中正确的是()解析：用温度计测量液体温度时，温度计必须置于液体中，而且不能与器壁接触，只有D正确答案：D12/26/20223下列有关温标的说法正确的是()A温标不同，测量时得到同一系统的温度数值可能是不同的B不同温标表示的温度数值不同，则说明温度不同C温标都是人为规定的，没有什么理论依据D热力学温标是从理论上规定的解析：温标是温度的测量标准，在不同温标下，同一温度在数值表示上可能不同，A正确，B错误；热力学温标是从理论上做
23、出的规定，C错误，D正确答案：AD12/26/20224关于热力学温标和摄氏温标，下列说法中正确的是()A热力学温标中的每1 K与摄氏温标中的每1 大小相等B热力学温度升高1 K大于摄氏温度升高1 C热力学温度升高1 K等于摄氏温度升高1 D某物体摄氏温度10，即热力学温度10 K解析：热力学温标和摄氏温标尽管是不同标准的计数方式，但仅是起点不同，热力学温标中变化1 K与摄氏温标中变化1 是相同的，故A、C对B错；摄氏温度为10 的物体，热力学温度为283 K，D错答案：AC12/26/20225根据图判断，温度计中人们选择的测温物质及其依据是()12/26/2022A水，水的密度小B水，水的密度出现异常现象C汞，汞的密度大D汞，汞的密度与温度呈规则的线性关系解析：由于水的密度和温度的关系曲线是不规则曲线，并且不是单调的，如果选水为测温物质，则温度计刻度不均匀汞的密度与温度呈规则的线性关系，选汞作为测温物质，温度计刻度是均匀的答案：D12/26/2022