1、物理選修3-3-7.4-溫度和溫標-LI-2要點1、狀態參量、狀態參量幾何性質：系統的大小、形狀、體積等幾何性質：系統的大小、形狀、體積等力學性質：系統的壓強、受力、表面張力力學性質：系統的壓強、受力、表面張力熱學性質：系統溫度熱學性質：系統溫度 電磁性質：系統在電場、磁場作用下的性電磁性質：系統在電場、磁場作用下的性質，如電場強度質，如電場強度, ,磁感應強度等。磁感應強度等。 表示表示系統某種性質系統某種性質的的物理量。物理量。一、狀態參量與平衡態一、狀態參量與平衡態2、氣體的狀態參量、氣體的狀態參量（1）.溫度溫度（2）.體積體積（3）.壓強壓強-熱學性質熱學性質-幾何性質幾何性質-力學

2、性質力學性質3、平衡態：、平衡態：系統所有宏觀性質不隨時間變系統所有宏觀性質不隨時間變化時狀態化時狀態稱之為平衡態稱之為平衡態 一個物理學系統，在沒有外界影響的情況一個物理學系統，在沒有外界影響的情況下，只要經過足夠長的時間，系統內各部分的下，只要經過足夠長的時間，系統內各部分的狀態參量會達到穩定狀態參量會達到穩定 熱學系統所處的平衡態往往是一種熱學系統所處的平衡態往往是一種動態的動態的平衡平衡（分子仍在不停地做無規則運動）（分子仍在不停地做無規則運動），這種，這種動態平衡性質充分說明熱運動是物質運動的一動態平衡性質充分說明熱運動是物質運動的一種特殊形式。種特殊形式。（與力學平衡不同）（與力學

3、平衡不同） 例例1在熱學中，要描述一定氣體的宏觀在熱學中，要描述一定氣體的宏觀狀態，需要確定下列哪些物理量狀態，需要確定下列哪些物理量( ) A每個氣體分子的運動速率每個氣體分子的運動速率 B壓強壓強 C體積體積 D溫度溫度 解析：描述系統的宏觀狀態，其參量是宏解析：描述系統的宏觀狀態，其參量是宏觀量，每個氣體分子的運動速率是微觀量，不觀量，每個氣體分子的運動速率是微觀量，不是氣體的宏觀狀態參量氣體的壓強、體積、是氣體的宏觀狀態參量氣體的壓強、體積、溫度分別是從力學、幾何、熱學三個角度對氣溫度分別是從力學、幾何、熱學三個角度對氣體的性質進行的宏觀描述，是確定氣體宏觀狀體的性質進行的宏觀描述，是

4、確定氣體宏觀狀態的三個狀態參量顯然態的三個狀態參量顯然B、C、D選項正確選項正確 BCD 平平衡衡態態和和狀狀態態參參量量二、熱平衡與溫度二、熱平衡與溫度 1、熱平衡：兩個系統之間沒有隔熱材料，它們、熱平衡：兩個系統之間沒有隔熱材料，它們相互接觸，或者通過導熱性能很好的材料接觸，相互接觸，或者通過導熱性能很好的材料接觸，這兩個系統的狀態參量將會互相影響而分別改這兩個系統的狀態參量將會互相影響而分別改變最后，兩個系統的狀態參量不再變化，說明變最后，兩個系統的狀態參量不再變化，說明兩個系統已經具有了某個兩個系統已經具有了某個“共同性質共同性質”，此時我，此時我們說兩個系統達到了熱平衡們說兩個系統達

5、到了熱平衡 熱平衡概念也適用于熱平衡概念也適用于兩個原來沒有發生過兩個原來沒有發生過作用作用的系統因此可以說，只要兩個系統在接的系統因此可以說，只要兩個系統在接觸時觸時它們的狀態不發生變化它們的狀態不發生變化，我們就說這兩個，我們就說這兩個系統原來是處于熱平衡的系統原來是處于熱平衡的2、熱力學第零定律（熱平衡定律）、熱力學第零定律（熱平衡定律） 如果兩個系統分別與第三個系統達如果兩個系統分別與第三個系統達到熱平衡，那么這兩個系統也必定處于到熱平衡，那么這兩個系統也必定處于熱平衡。熱平衡。若系統若系統A，C達到熱平衡達到熱平衡若系統若系統B，C達到熱平衡達到熱平衡A和和B也是處于熱平衡也是處于熱

6、平衡FeH2O3、溫度、溫度 一切達到熱平衡的系統都具有相同的溫度一切達到熱平衡的系統都具有相同的溫度甲甲乙乙溫度溫度是決定一個系統與另一個系統是決定一個系統與另一個系統是否達到熱平衡狀態的物理量是否達到熱平衡狀態的物理量力學平衡力學平衡P相同相同兩個系統達到熱平衡時具有的共同兩個系統達到熱平衡時具有的共同性質是溫度相同性質是溫度相同 系統達到熱平衡的宏觀標志就是溫度相同，系統達到熱平衡的宏觀標志就是溫度相同，若溫度不同即系統處于非平衡態，則系統一定存若溫度不同即系統處于非平衡態，則系統一定存在著熱交換。在著熱交換。 溫度是溫度是決定一個系統與另一個系統是否達到熱決定一個系統與另一個系統是否達

7、到熱平衡狀態平衡狀態的物理量，它的特征就是的物理量，它的特征就是“一切達到熱一切達到熱平衡的系統都具有相同的溫度平衡的系統都具有相同的溫度”這就是常用溫度這就是常用溫度計能夠用來測量溫度的基本原理計能夠用來測量溫度的基本原理 若溫度計跟物體若溫度計跟物體A處于熱平衡，它同時也跟物處于熱平衡，它同時也跟物體體B處于熱平衡，根據熱平衡定律，處于熱平衡，根據熱平衡定律，A的溫度便與的溫度便與B的溫度相等的溫度相等.高中高中100C500C溫度：溫度：兩個系統達到熱平衡時兩個系統達到熱平衡時,溫溫度相同度相同初中初中溫度溫度是描述物體冷熱程度的物理量是描述物體冷熱程度的物理量300C 例例2、一金屬棒

8、的一端與、一金屬棒的一端與0冰接觸，另一冰接觸，另一端與端與100水接觸，并且保持兩端冰、水的溫度水接觸，并且保持兩端冰、水的溫度不變問當經過充分長時間后，金屬棒所處的狀不變問當經過充分長時間后，金屬棒所處的狀態是否為熱平衡態態是否為熱平衡態?為什么為什么? 解析：因金屬棒一端與解析：因金屬棒一端與0冰接觸，另一端與冰接觸，另一端與100水接觸，并且保持兩端冰、水的溫度不變水接觸，并且保持兩端冰、水的溫度不變時，金屬棒兩端溫度始終不相同，雖然金屬棒內時，金屬棒兩端溫度始終不相同，雖然金屬棒內部溫度分布處于一種從低到高逐漸升高穩定狀態，部溫度分布處于一種從低到高逐漸升高穩定狀態，但其內部總存在著

9、沿一定方向的能量交換，所以但其內部總存在著沿一定方向的能量交換，所以金屬棒所處的狀態不是平衡態金屬棒所處的狀態不是平衡態 答案：否，因金屬棒各部分溫度不相同，存答案：否，因金屬棒各部分溫度不相同，存在能量交換在能量交換熱熱平平衡衡與與溫溫度度三、溫度計與溫標三、溫度計與溫標 1、溫標：、溫標：定量描述溫度的方法定量描述溫度的方法叫做溫標叫做溫標 溫標的建立包含三個要素：溫標的建立包含三個要素：選擇選擇溫度計中用于測量溫度的物質溫度計中用于測量溫度的物質，即測溫，即測溫物質；物質；對對測溫物質的測溫屬性隨溫度變化規律的定測溫物質的測溫屬性隨溫度變化規律的定量量關系作出某種規定；關系作出某種規定；

10、確定確定固定點即溫度的零點和分度方法固定點即溫度的零點和分度方法2、熱力學溫度、熱力學溫度或絕對溫度或絕對溫度 (1)定義：定義：熱力學溫標表示的溫度熱力學溫標表示的溫度叫做熱力學叫做熱力學溫度，它是國際單位制中七個基本物理量之一。溫度，它是國際單位制中七個基本物理量之一。 (2)符號符號: T，(3)單位單位開爾文開爾文，簡稱，簡稱開開，符號為，符號為K (4) 熱力學溫標與熱力學溫度熱力學溫標與熱力學溫度T的關系：的關系： Tt+273.15 K (5)說明說明 攝氏溫標的單位攝氏溫標的單位“”是溫度的常用單位，是溫度的常用單位，但不是國際制單位，溫度的國際制單位是開爾文，但不是國際制單位

11、，溫度的國際制單位是開爾文，符號為符號為K在今后各種相關熱力學計算中，一定在今后各種相關熱力學計算中，一定要牢記要牢記將溫度單位轉換為熱力學溫度即開爾文將溫度單位轉換為熱力學溫度即開爾文； 由由Tt+273.15 K可知，物體可知，物體溫度變化溫度變化l與與變化變化l K的變化量是等同的的變化量是等同的，但物體所處狀態為，但物體所處狀態為l與與l K是相隔甚遠的；是相隔甚遠的； 一般情況下，一般情況下， Tt+273 K 溫標種類：溫標種類：攝氏溫標攝氏溫標(攝氏度攝氏度t , 單位：單位：0C) 標準大氣壓下標準大氣壓下冰的熔點為零度冰的熔點為零度,沸水為沸水為100度度,期間分為期間分為1

12、00等份等份熱力學溫標熱力學溫標(熱力學溫度熱力學溫度T, 單位：單位：開爾文開爾文 K）七個基本物理量之一七個基本物理量之一 T=273.15+t (K) T=t 華氏溫標華氏溫標(荷蘭荷蘭華倫海特華倫海特) )： 華氏溫標的溫度華氏溫標的溫度tF與與t之間的關系：之間的關系： tF32+9/5t 單位：單位： F 華氏溫標在歐美使用非常普遍，攝氏華氏溫標在歐美使用非常普遍，攝氏溫標在亞洲使用較多溫標在亞洲使用較多，科學研究中多使用科學研究中多使用絕對溫標。絕對溫標。體積與溫度成線性變化體積與溫度成線性變化 例例3實際應用中，常用到一種雙金屬溫度計它是利實際應用中，常用到一種雙金屬溫度計它是

13、利用銅片與鐵片鉚合在一起的雙金屬片的彎曲程度隨溫度用銅片與鐵片鉚合在一起的雙金屬片的彎曲程度隨溫度變化的原理制成的，如圖變化的原理制成的，如圖741所示已知左圖中雙所示已知左圖中雙金屬片被加熱時，其彎曲程度會增大，則下列各種相關金屬片被加熱時，其彎曲程度會增大，則下列各種相關敘敘述中正確的有述中正確的有 ( )雙金屬溫度計雙金屬溫度計圖圖741 A該溫度計的測溫物質是銅、鐵兩種熱膨脹系數不同的金屬該溫度計的測溫物質是銅、鐵兩種熱膨脹系數不同的金屬B雙金屬溫度計是利用測溫物質熱脹冷縮的性質來工作的雙金屬溫度計是利用測溫物質熱脹冷縮的性質來工作的C由左圖可知，銅的熱膨脹系數大于鐵的熱膨脹系數由左圖

14、可知，銅的熱膨脹系數大于鐵的熱膨脹系數D由右圖可知，其雙金屬征的內層一定為銅外層一定為鐵由右圖可知，其雙金屬征的內層一定為銅外層一定為鐵ABC 隨隨堂堂練練習習解析：雙金屬溫度計是利用熱膨脹系數不同的解析：雙金屬溫度計是利用熱膨脹系數不同的銅、鐵兩種金屬制成的雙金屬片其彎曲程度隨溫銅、鐵兩種金屬制成的雙金屬片其彎曲程度隨溫度變化的原理來工作的，度變化的原理來工作的，A、B選項是正確選項是正確的圖的圖7 4一一l左圖中加熱時，雙金屬片彎曲左圖中加熱時，雙金屬片彎曲程度增大，即進一步向上彎曲，說明雙金屬片下程度增大，即進一步向上彎曲，說明雙金屬片下層熱膨脹系數較大，即銅的熱膨脹系數較大，層熱膨脹系

15、數較大，即銅的熱膨脹系數較大，C選項正確圖選項正確圖741右圖中，溫度計示數是順右圖中，溫度計示數是順時針方向增大，說明當溫度升高時溫度計指針順時針方向增大，說明當溫度升高時溫度計指針順時針方向轉動，則其雙金屬片的彎曲程度在增大，時針方向轉動，則其雙金屬片的彎曲程度在增大，故可以推知雙金屬片的內層一定是鐵，外層一定故可以推知雙金屬片的內層一定是鐵，外層一定是銅，是銅，D選項是錯誤的選項是錯誤的 攝氏溫標攝氏溫標是瑞典人攝爾修斯（是瑞典人攝爾修斯（A.CelsiusA.Celsius，1701174417011744）在）在17421742年首先提出的一種經驗溫標，年首先提出的一種經驗溫標，過去

16、曾被廣泛使用。攝氏溫標以水沸點過去曾被廣泛使用。攝氏溫標以水沸點（101?325Pa101?325Pa壓力下水和水蒸氣之間的平衡溫度）壓力下水和水蒸氣之間的平衡溫度）為為100100度和冰點（度和冰點（101?325Pa101?325Pa壓力下冰和被空氣飽壓力下冰和被空氣飽和的水之間的平衡溫度）為和的水之間的平衡溫度）為0 0度作為溫標的兩個度作為溫標的兩個固定點。攝氏溫標采用玻璃汞溫度計作為內插儀固定點。攝氏溫標采用玻璃汞溫度計作為內插儀器，假定溫度和汞柱的高度成正比，即把水沸點器，假定溫度和汞柱的高度成正比，即把水沸點與冰點之間的汞柱的高度差等分為與冰點之間的汞柱的高度差等分為100100

17、格，格，1 1格對格對應于應于1 1度。度。攝氏溫標攝氏溫標19541954年第年第1010屆國際計量大會（屆國際計量大會（CGPMCGPM）決定采用水）決定采用水三相點一個固定點來定義溫度的單位，冰點已不三相點一個固定點來定義溫度的單位，冰點已不再是溫標的定義固定點了。再是溫標的定義固定點了。19671967年第年第1313屆國際計屆國際計量大會決議定義：溫度單位開爾文是水三相點熱量大會決議定義：溫度單位開爾文是水三相點熱力學溫度的力學溫度的1/273.161/273.16。19881988年第年第1818屆國際計量大屆國際計量大會及第會及第7777屆國際計量委員會（屆國際計量委員會（CIP

18、MCIPM）決議，自）決議，自19901990年始采用年始采用“19901990年國際溫標（簡稱年國際溫標（簡稱ITS-ITS-9090）”。ITS-90ITS-90定義的溫度單位更精確，更容易定義的溫度單位更精確，更容易復現。我國自復現。我國自19941994年始全面采用這一標準。年始全面采用這一標準。國際溫標國際溫標溫度的單位有了新的、更加精確和科學的定義以溫度的單位有了新的、更加精確和科學的定義以后，考慮到人們長期以來的使用習慣，仍然保留后，考慮到人們長期以來的使用習慣，仍然保留攝氏溫度這一名詞，但它有了新的意義。某一熱攝氏溫度這一名詞，但它有了新的意義。某一熱狀態的攝氏溫度，就是用它與

19、一特定的熱狀態狀態的攝氏溫度，就是用它與一特定的熱狀態（比水三相點溫度低（比水三相點溫度低0.01?K0.01?K的熱狀態，即的熱狀態，即0 0攝氏度）攝氏度）之間的溫度差所表示的溫度。這個溫度差要用開之間的溫度差所表示的溫度。這個溫度差要用開爾文溫度來表示。它的單位稱為攝氏度，符號為爾文溫度來表示。它的單位稱為攝氏度，符號為。因此，攝氏溫度是從開爾文溫度導出的，是。因此，攝氏溫度是從開爾文溫度導出的，是以以0 0攝氏度作為計算起點的溫度。攝氏溫度和開爾攝氏度作為計算起點的溫度。攝氏溫度和開爾文溫度相差一個常數，彼此可以互相換算：文溫度相差一個常數，彼此可以互相換算：t/t/T/KT/K273.15273.15。由此，攝氏溫度有了新的定義。由此，攝氏溫度有了新的定義。在數值上，它與過去人們習慣使用的攝氏溫標溫在數值上，它與過去人們習慣使用的攝氏溫標溫度很相近，但不相等，與攝氏溫標的原定義無關。度很相近，但不相等，與攝氏溫標的原定義無關。1714年年,荷蘭荷蘭華倫海特華倫海特(GDFahrenheit)(GDFahrenheit)最初最初所制的水銀溫度計是在北愛爾蘭最冷的某個冬日，所制的水銀溫度計是在北愛爾蘭最冷