PAGE第4節溫度和溫標1.平衡態：在沒有外界影響的情況下，經過足夠長的時間后，系統內各部分的狀態參量都不再變化的狀態。2．熱平衡：兩個相互接觸的系統，經過一段時間以后狀態參量不再發生變化，這說明兩個系統對傳熱來說已經達到了平衡。3．熱平衡定律：如果兩個系統分別與第三個系統達到熱平衡，那么這兩個系統彼此之間也必定處于熱平衡。一切達到熱平衡的系統都具有相同的溫度。4．攝氏溫度t與熱力學溫度T的關系：T＝t＋273.15K。一、狀態參量與平衡態1．熱力學系統通常把由大量分子組成的研究對象稱為熱力學系統。2．外界指系統之外與系統發生相互作用的其他物體的統稱。3．狀態參量描述系統性質的物理量，常用的物理量有幾何參量體積V、力學參量壓強p、熱學參量溫度T。4．平衡態系統在沒有外界影響的情況下，經過足夠長的時間，各部分的狀態參量達到穩定的狀態。二、熱平衡與溫度1．熱平衡：兩個相互接觸的熱力學系統的狀態參量不再變化。2．熱平衡定律：如果兩個系統分別與第三個系統達到熱平衡，那么這兩個系統彼此之間也必定處于熱平衡。3．熱平衡的性質：一切達到熱平衡的系統都具有相同的溫度。4．溫度：表征互為熱平衡系統的共同熱學性質的物理量。三、溫度計與溫標1．常見溫度計的測溫原理名稱測溫原理水銀溫度計根據水銀的熱膨脹的性質來測量溫度金屬電阻溫度計根據金屬鉑的電阻隨溫度的變化來測量溫度氣體溫度計根據氣體壓強隨溫度的變化來測量溫度熱電偶溫度計根據不同導體因溫差產生電動勢的大小不同來測量溫度2．溫標(1)攝氏溫標一種常用的表示溫度的方法，規定標準大氣壓下冰的熔點為0_℃，水的沸點為100_℃。在0℃和100℃之間均勻分成100等份，每份算做1℃。(2)熱力學溫標現代科學中常用的表示溫度的方法，規定攝氏溫度的－273.15_℃為零值，它的一度等于攝氏溫度的一度。(3)攝氏溫度與熱力學溫度①攝氏溫度：攝氏溫標表示的溫度，用符號t表示，單位攝氏度，符號為℃。②熱力學溫度：熱力學溫標表示的溫度，用符號T表示，單位開爾文，簡稱開，符號為K。③換算關系：T＝t＋273.15_K。1．自主思考——判一判(1)平衡態是一種理想狀態。(√)(2)處于熱平衡的兩個系統具有相同的熱量。(×)(3)現代技術可以達到絕對零度。(×)(4)攝氏溫度和熱力學溫度都是從零開始的。(×)(5)0℃的溫度可以用熱力學溫度粗略地表示為273K。(√)(6)溫度升高了10℃也就是升高了10K。(√)2．合作探究——議一議(1)一根長鐵絲一端插入100℃的沸水中，另一端放入0℃恒溫源中，經過足夠長的時間，溫度隨鐵絲有一定的分布，而且不隨時間變化，這種狀態是否為平衡態？提示：這種狀態不是平衡態，只是一種穩定狀態，因為存在外在因素的影響。(2)當系統處于平衡態時，系統的所有性質都不隨時間變化，是絕對不變的嗎？提示：不是。平衡態是一種理想情況，因為任何系統完全不受外界影響是不可能的，即使系統處于平衡態，仍可能發生偏離平衡態的微小變化。(3)試從宏觀和微觀兩個角度理解溫度這個概念。提示：宏觀上，溫度表示物體的冷熱程度；微觀上溫度反映分子熱運動的激烈程度，是分子平均動能大小的標志。對平衡態與熱平衡的理解1．對平衡態的理解(1)熱力學的平衡態是一種動態平衡，組成系統的分子仍在不停地做無規則運動，只是分子運動的平均效果不隨時間變化，表現為系統的宏觀性質不隨時間變化。(2)平衡態是一種理想狀態，因為任何系統完全不受外界影響是不可能的。2．對熱平衡的理解兩個系統達到熱平衡后再把它們分開，如果分開后它們都不受外界影響，再把它們重新接觸，它們的狀態不會發生新的變化。因此，熱平衡概念也適用于兩個原來沒有發生過作用的系統。因此可以說，只要兩個系統在接觸時它們的狀態不發生變化，我們就說這兩個系統原來是處于熱平衡的。3．平衡態與熱平衡的區別(1)平衡態是對某一系統而言的，是系統的狀態，熱平衡是對兩個接觸的系統之間的關系而言的。(2)分別處于平衡態的兩個系統在相互接觸時，它們的狀態可能會發生變化，直到溫度相同時，兩個系統便達到了熱平衡。達到熱平衡的兩個系統都處于平衡態。[典例]關于平衡態和熱平衡，下列說法中正確的有()A．只要溫度不變且處處相等，系統就一定處于平衡態B．兩個系統在接觸時它們的狀態不發生變化，說明這兩個系統原來的溫度是相等的C．熱平衡就是平衡態D．處于熱平衡的幾個系統的壓強一定相等[思路點撥]解答本題應注意以下兩點：(1)一個系統的溫度、壓強、體積等都不變化時，才是處于平衡狀態。(2)若兩個系統的溫度相等，則兩個系統已達到熱平衡。[解析]一般來說，描述系統的狀態參量不只是一個，根據平衡態的定義知所有性質都不隨時間變化，系統才處于平衡態，A錯誤；根據熱平衡的定義知處于熱平衡的兩個系統溫度相同，故B正確、D錯誤；平衡態是針對某一系統而言的，熱平衡是兩個系統相互影響的最終結果，可見C錯誤。[答案]B解答熱平衡問題的三個要點(1)平衡態與熱平衡不同，平衡態指的是一個系統內部達到的一種動態平衡。(2)必須要經過較長一段時間，直到系統內所有性質都不隨時間變化為止。(3)系統與外界沒有能量的交換。1．如果一個系統達到了平衡態，那么這個系統各處的()A．溫度、壓強、體積都必須達到穩定的狀態不再變化B．溫度一定達到了某一穩定值，但壓強和體積仍是可以變化的C．溫度一定達到了某一穩定值，并且分子不再運動，達到了“凝固”狀態D．溫度、壓強就會變得一樣，但體積仍可變化解析：選A如果一個系統達到了平衡態，系統內各部分的狀態參量，如溫度、壓強和體積等不再隨時間發生變化。溫度達到穩定值，分子仍然是運動的，不可能達到所謂的“凝固”狀態。2．關于熱平衡，下列說法中錯誤的是()A．系統甲與系統乙達到熱平衡就是它們的溫度達到相同的數值B．標準狀況下冰水混合物與0℃的水未達到熱平衡C．量體溫時體溫計需要和身體接觸十分鐘左右是為了讓體溫計跟身體達到熱平衡D．冷熱程度相同的兩系統處于熱平衡狀態解析：選B兩個系統達到熱平衡時的標志是它們的溫度相同，或者說它們的冷熱程度相同，所以A、C、D三項都正確，B項錯誤。3．[多選]下列物體中處于熱平衡狀態的是()A．冰水混合物處在0℃的環境中B．將一鋁塊放入沸水中加熱足夠長的時間C．冬天剛打開空調的教室內的空氣D．一個裝有氣體的密閉絕熱容器勻速運動，容器突然停止運動時，容器內的氣體解析：選AB冰水混合物的溫度為0℃，和環境的溫度相同，處于熱平衡狀態，A正確；鋁塊在沸水中加熱足夠長的時間，鋁塊和水的溫度相同，處于熱平衡狀態，B正確；冬天剛打開空調的教室內的氣體各部分溫度不相同，未處于熱平衡狀態，C錯誤；勻速運動的容器突然停止運動時，機械能轉化為氣體的內能，容器內的氣體溫度升高，未達到熱平衡狀態，D錯誤。熱力學溫標與攝氏溫標攝氏溫標和熱力學溫標的比較攝氏溫標熱力學溫標名稱/符號攝氏溫度/t熱力學溫度/T單位/符號攝氏度/℃開爾文/K零度的規定一個標準大氣壓下冰水混合物的溫度－273.15℃這個溫度又叫絕對零度，是低溫的極限兩者關系①T＝t＋273.15K，粗略表示為T＝t＋273K②ΔT＝Δt，即升高或降低1K與升高或降低1℃是相同的1．[多選]下列關于攝氏溫標和熱力學溫標的說法正確的是()A．用攝氏溫標和熱力學溫標表示溫度是兩種不同的表示方法B．用兩種溫標表示溫度的變化時，兩者的數值相等C．1K就是1℃D．當溫度變化1℃時，也可說成溫度變化274.15K解析：選AB中學常用的兩種表示溫度的方法就是攝氏溫標和熱力學溫標，A正確；兩者關系是：T＝t＋273.15K，所以用兩者表示溫度的變化時，兩者的數值相等，B正確；當溫度變化1℃時，也可說成溫度變化1K，不能說1K就是1℃，只能是1開爾文的溫差等于1攝氏度的溫差，C、D錯誤。2．[多選]下列關于熱力學溫度的說法中正確的是()A．熱力學溫度的零點是－273.15℃B．－136℃比136K溫度高C．0℃等于273.15KD．1℃就是1K解析：選ABC熱力學溫度的零點是－273.15℃，A正確；由熱力學溫度與攝氏溫度的關系T＝273.15K＋t可知，－136℃等于137.15K,0℃等于273.15K,1℃就是274.15K，故B、C正確，D錯誤。3．小明自定義一種新溫標p，他將冰點與沸點之間的溫度等分為200格，且將冰點的溫度定為50p，今小明測量一杯水的溫度為150p，則該溫度用攝氏溫度表示應為()A．30℃ B．40℃C．50℃ D．60℃解析：選C每格表示的攝氏度為eq\f(100,200)℃＝0.5℃，比冰點高出的溫度為(150－50)×0.5℃＝50℃，選項C正確，A、B、D錯誤。1．[多選]關于系統的狀態參量，下列說法正確的是()A．描述運動物體的狀態可以用壓強等參量B．描述系統的力學性質可以用壓強來描述C．描述氣體的性質可用溫度、體積等參量D．溫度能描述系統的熱學性質解析：選BCD描述運動物體的狀態可以用速度、加速度、位移等參量，A錯；描述系統的力學性質可以用壓強、電場強度、磁感應強度等來描述，B對；描述氣體的性質可用溫度、體積、壓強等參量，C對；溫度是用來描述物體冷熱程度的物理量，可以描述系統的熱學性質，D對。2.[多選]伽利略在1593年，制造了世界上第一個溫度計——空氣溫度計，如圖所示，一個細長頸的球形瓶倒插在裝有紅色液體的槽中，細管中的液面清晰可見，如果不考慮外界大氣壓的變化，就能根據液面的變化測出溫度的變化，則()A．該溫度計的測溫物質是槽中的液體B．該溫度計的測溫物質是細管中的紅色液體C．該溫度計的測溫物質是球形瓶中的空氣D．該溫度計是利用測溫物質的熱脹冷縮性質制造的解析：選CD細管中的紅色液體是用來顯示球形瓶中空氣的體積隨溫度變化情況的，測溫物質是球形瓶中封閉的空氣，該溫度計是利用它的熱脹冷縮的性質制造的，故A、B錯，C、D正確。3．[多選]下列說法正確的是()A．用溫度計測量溫度是根據熱平衡的原理B．溫度相同的棉花和石頭相接觸，需要經過一段時間才能達到熱平衡C．若a與b、c分別達到熱平衡，則b、c之間也達到了熱平衡D．兩物體溫度相同，可以說兩物體達到熱平衡解析：選ACD當溫度計的液泡與被測物體緊密接觸時，如果兩者的溫度有差異，它們之間就會發生熱交換，高溫物體將向低溫物體傳熱，最終使二者的溫度達到相等，即達到熱平衡。A、D正確；溫度相同，不會進行熱傳遞，B錯誤；若a與b、c分別達到熱平衡，三者溫度就相等了，所以b、c之間也達到了熱平衡，C正確。4．嚴冬，湖面上結了厚厚的冰，但冰下面魚兒仍在游動，為了測出冰下水的溫度，徐強同學在冰上打了一個洞，拿來一支實驗室溫度計，用下列四種方法測水溫，正確的做法是()A．用線將溫度計拴牢從洞中放入水里，待較長時間后從水中提出，讀出示數B．取一塑料飲水瓶，將瓶拴住從洞中放入水里，水灌滿瓶后取出，再用溫度計測瓶中水的溫度C．取一塑料飲水瓶，將溫度計懸吊在瓶中，再將瓶拴住從洞中放入水里，水灌滿瓶后待較長時間，然后將瓶提出，立即從瓶外觀察溫度計的示數D．手拿溫度計，從洞中將溫度計插入水中，待較長時間后取出立即讀出示數解析：選C用線將溫度計拴牢從洞中放入水中，待較長時間后從水中提出，讀出示數，不符合溫度計的使用方法，故A錯；水灌滿瓶后取出，溫度會升高，不再是湖水的溫度，相當于取出溫度計讀數，故B錯；取一塑料飲水瓶，將溫度計懸吊在瓶中，再將瓶拴住從洞中放入水里，水灌滿瓶后待較長時間，然后將瓶取出，立即從瓶外觀察溫度計示數，這樣能保證瓶取出后，溫度計的示數不會降低，故C正確；取出溫度計讀出示數，不符合溫度計的使用方法，故D錯。5．有關溫標的說法正確的是()A．溫標不同，測量時得到同一系統的溫度數值可能是不同的B．不同溫標表示的溫度數值不同，則說明溫度不同C．溫標的規定都是人為的，沒有什么理論依據D．熱力學溫標和攝氏溫標是兩種不同的溫度表示方法，表示的溫度數值沒有關系解析：選A溫標不同，測量同一系統的溫度數值一般不同，A正確，B錯誤；每一種溫標的規定都有一定意義，如攝氏溫標的0℃表示一個標準大氣壓下冰的熔點，100℃為一個標準大氣壓下水的沸點，C錯誤；熱力學溫標和攝氏溫標的數值關系是T＝t＋273K，D錯誤。6．實驗室有一支讀數不準確的溫度計，在測冰水混合物的溫度時，其讀數為20℃；在測1標準大氣壓下沸水的溫度時，其讀數為80℃。下列分別是溫度計示數為41℃時對應的實際溫度和實際溫度為60℃時溫度計的示數，其中正確的是()A．41℃，60℃ B．21℃，40℃C．35℃，56℃ D.35℃，36℃解析：選C此溫度計每一刻度表示的實際溫度為eq\f(100,80－20)℃＝eq\f(5,3)℃，當它的示數為41℃時，它上升的格數為41－20＝21，對應的實際溫度應為21×eq\f(5,3)℃＝35℃；同理，當實際溫度為60℃時，此溫度計應從20開始上升格數為eq\f(60,\f(5,3))＝36，它的示數為36℃＋20℃＝56℃，所以C正確。7．假設房間向環境傳遞熱量的速率正比于房間和環境之間的溫度差，暖氣片向房間傳遞熱量的速度也正比于暖氣片與房間之間的溫度差。暖氣片溫度恒為T0，當環境溫度為－5℃時，房間溫度保持在22℃。當環境溫度為－15℃時，房間溫度保持為16.5℃。(1)求暖氣片的溫度T0；(2)給房子加一層保溫材料，使得溫差一定時房間散熱的速率下降20%，求環境溫度為－15℃時房間的溫度。解析：(1)設兩次房間溫度分別為T1＝22℃，T1′＝16.5℃，環境溫度分別為T2＝－5℃，T2′＝－15℃；設暖氣片向房間的散熱系數為k1，房間向環境的散熱系數為k2，當房間溫度平衡時暖氣片向房間的散熱速率與房間向環境的散熱速率相同，則有：k1(T0－T1)＝k2(T1－T2)①k1(T0－T1′)＝k2(T1′－T2′)②整理得：T0＝eq\f(T2T1′－T2′T1,T1′－T2′－T1－T2)＝eq\f(－5×16.5－－15×22,16.5－－15－[22－－5])℃＝55℃(2)設此時房間的溫度為T1″則k1(T0－T1″)＝(1－20%)k2(T1″－T2′)③由①式可知，eq\f(k1,k2)＝eq\f(T1－T2,