2018-2019版物理新导学笔记选修3-3第七章 4

4温度和温标
[学习目标] 1.知道平衡态及系统的状态参量.2.明确温度的概念，知道热平衡定律及其与温度的关系.3.了解温度计的原理，知道热力学温度与摄氏温度的换算关系．
一、状态参量与平衡态
[导学探究](1)在力学中，为了确定物体运动的状态，我们使用了物体的位移和速度这两个物理量．在热学中如果我们要研究一箱气体的状态，需要哪些物理量呢？
(2)如果系统与外界没有能量交换，该系统就达到平衡态了吗？
答案(1)体积、压强和温度．(2)不是．
[知识梳理]
1．热力学系统：由大量分子组成的一个研究对象．
2．热力学系统的状态参量
(1)体积V：系统的几何参量，它可以确定系统的空间范围．
(2)压强p：系统的力学参量，它可以描述系统的力学性质．
(3)温度T：系统的热学参量，它可以确定系统的冷热程度．
3．对平衡态的理解
(1)在没有外界影响的情况下，系统内的各部分的状态参量达到稳定，即达到平衡态．
(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．
二、热平衡与温度
[导学探究](1)用手心握住体温计玻璃泡，观察到体温计的示数逐渐上升．当上升到36 ℃左右时，为什么不再上升？
(2)当把它立即放入40 ℃的水中时，你又看到什么现象？为什么？
答案(1)因为体温计与人体温度相同，即达到了热平衡．(2)体温计的示数继续上升，因为体温计玻璃泡的温度与水的温度不相同，没有达到热平衡．
[知识梳理]
1．热平衡：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，这说明两个系统对于传热来说已经达到了平衡，这种平衡叫做热平衡．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，这个结论称为热平衡定律．
3．热平衡与温度
(1)一切达到热平衡的物体都具有相同的温度．
(2)温度计的测温原理
若物体与A处于热平衡，它同时也与B处于热平衡，则A的温度等于B的温度，这就是温度计用来测量温度的基本原理．
三、温度计与温标
[导学探究](1)如图1所示，伽利略温度计是利用玻璃管内封闭的气体作为测量物质制成的，当外界温度越高时，细管内的水柱越高吗？
图1
(2)如果气体的温度是1℃，也可以说气体的温度是多少K？如果气体的温度升高了1℃，也可以说气体的温度升高了多少K?
答案(1)不是．由热胀冷缩可知，当外界温度越高时，气体膨胀越厉害，细管内的水柱越低．(2)274.15 K 1 K
[知识梳理]
1．确定一个温标的方法
(1)选择某种具有测温属性的物质．
(2)了解测温物质随温度变化的函数关系．
(3)确定温度的零点和分度的方法．
2．热力学温度T与摄氏温度t
(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 ℃和100 ℃之间均匀分成100等份，每份算做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．热力学温标表示的温度叫热力学温度．用符号T表示，单位是开尔文，符号为K.
(3)摄氏温度与热力学温度的关系为T＝t＋273.15 K.
(4)注意：热力学温标表示的温度和摄氏温标表示的温度，虽然起点不同，但表示温度的温度差是相同的，即ΔT＝Δt.
一、平衡态与热平衡
例1下列说法正确的是()
A．只有处于平衡态的系统才有状态参量
B．状态参量是描述系统状态的物理量，故当系统状态变化时，其各个状态参量都会改变C．两物体发生热传递时，它们组成的系统处于非平衡态
D．0 ℃的冰水混合物放入1 ℃的环境中，冰水混合物处于平衡态
答案 C
解析状态参量是描述系统状态的物理量，与系统是否处于平衡态无关，且系统状态变化时，不一定各个状态参量都改变，A、B错误；处于热传递过程中的两系统处于非平衡态，C正确；0 ℃的冰水混合物放入1 ℃的环境中，周围环境会向冰水混合物传热，不是平衡态，D 错误．
两步法判断热力学系统是否处于平衡态
1．判断热力学系统是否受到外界的影响．
2．判断系统的状态参量(压强、体积和温度)是否发生变化．如果系统不受外界的影响，且状态参量不发生变化，系统就处于平衡态，否则就是非平衡态．
例2(多选)有甲、乙、丙三个温度不同的物体，将甲和乙接触很长一段时间后分开，再将乙和丙接触很长一段时间后分开，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，甲没有达到平衡态
C．乙、丙两物体都和甲达到了热平衡
D．乙、丙两物体达到了热平衡
答案AD
解析乙和丙分开后，甲、乙、丙三个物体与外界没有热传递，所以甲、乙、丙三个物体都达到了平衡态，A正确，B错误；甲和乙接触很长一段时间后分开，甲和乙达到了热平衡，但乙和丙接触很长一段时间后，乙的温度又发生了变化，甲和乙的热平衡被破坏，乙和丙两
物体达到了热平衡，C错误，D正确．
判断系统达到热平衡的两个方法
1．根据两个相接触的系统的状态参量是否发生变化判断．如果不发生变化，处于热平衡，发生变化则不处于热平衡．
2．根据两个系统的温度是否相同判断．如果相同，处于热平衡，不相同则不是热平衡．
注意：两个系统达到热平衡时，系统一定具有相同的温度，但其他状态参量未必相同．
二、温度与温标
例3(多选)关于温度与温标，下列说法正确的是()
A．用摄氏温标和热力学温标表示温度是两种不同的表示方法
B．摄氏温度与热力学温度都可以取负值
C．摄氏温度升高3 ℃，在热力学温标中温度升高276.15 K
D．热力学温度升高3 K与摄氏温度升高3 ℃是等效的
答案AD
解析温标是温度数值的表示方法，常用的温标有摄氏温标和热力学温标，A正确；摄氏温度可以取负值，但是热力学温度不能取负值，因为热力学温度的零点是低温的极限，故选项B错；摄氏温度升高3 ℃，也就是热力学温度升高了3 K，故选项C错，D正确．
热力学温度与摄氏温度关系的理解
1．关系：T＝t＋273.15 K.
2．摄氏温度变化1 ℃与热力学温度变化1 K是等效的，即ΔT＝Δt，而不是ΔT＝Δt＋273.15 K. 3．绝对零度是低温的极限，只能接近，永远达不到，故热力学温度不能出现负值，但摄氏温度可以出现负值．
针对训练(1)水的沸点是℃＝K.
(2)绝对零度是℃＝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K.
答案(1)100373.15(2)－273.150(3)309.65 1.5
1．(状态参量与平衡态)(多选)下列状态中处于平衡态的是()
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 °C环境中
C．突然被压缩的气体
D．开空调2分钟内教室中的气体
答案AB
解析系统处于平衡态时，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 °C环境中，其温度、压强、体积都不再变化，处于平衡态，故A、B对；突然被压缩的气体，状态参量发生变化，故其不处于平衡态，C错；开空调2分钟内教室中的气体，温度、体积均要变化，故其不处于平衡态，D错．
2．(热平衡与温度)(多选)下列说法正确的是()
A．放在腋下足够长时间的水银体温计中的水银与人体达到热平衡
B．温度相同的棉花和石头相接触，需要经过一段时间才能达到热平衡
C．若a与b、c分别达到热平衡，则b、c之间也达到了热平衡
D．两物体温度相同，可以说两物体达到了热平衡
答案ACD
解析当温度计的液泡与被测物体紧密接触时，如果两者的温度有差异，它们之间就会发生热传递，高温物体将向低温物体传热，最终使二者的温度达到相等，即达到热平衡，故A、D正确；两个物体的温度相同时，不会发生热传递，故B错；若a与b、c分别达到热平衡，三者温度一定相等，所以b、c之间也达到了热平衡，故C正确．
3．(温度与温标)(多选)严冬，湖面上结了厚厚的冰，但冰下鱼儿仍在游动．为了测出冰下水的温度，徐强同学在冰上打了一个洞，拿来一支实验室温度计，用下列四种方法测水温，正确的做法是()
A．用线将温度计拴牢从洞中放入水里，待较长时间后从水中提出，读出示数
B．取一空的塑料饮水瓶，将温度计悬吊在瓶中，再将瓶拴住从洞中放入水里，水灌满瓶后
待较长时间，然后将瓶提出，立即读出温度计的示数
C．若温度计显示的示数为摄氏温度4℃，即热力学温度4 K
D．若温度计显示的示数为摄氏温度4℃，即热力学温度277.15 K
答案BD
解析要测量冰下水的温度，必须使温度计与冰下的水达到热平衡时，再读出温度计的示数，可隔着冰又没法直接读数，把温度计取出来，显示的又不是原热平衡状态下的温度，所以选项A错误，B正确．T＝t＋273.15 K＝277.15 K，选项C错误，D正确．
4．(温度与温标)关于热力学温标和摄氏温标，下列说法正确的是()
A．热力学温度与摄氏温度的关系是T＝t－273.15 K
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．某物体摄氏温度为10 ℃，即热力学温度为10 K
答案 C
解析摄氏温度与热力学温度的关系为：T＝t＋273.15 K，故A错误；由T＝t＋273.15 K得，ΔT＝Δt，可知，热力学温度升高1 K等于摄氏温度升高1 ℃，故B错误，C正确；某物体摄氏温度为10 ℃，即热力学温度为T＝(10＋273.15) K＝283.15 K，故D错误．
考点一对状态参量与平衡态的理解
1．(多选)热力学系统的平衡态是一种()
A．定态平衡B．动态平衡
C．分子已经不动D．分子仍做无规则运动
答案BD
2．(多选)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
答案BCD
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、体积和温度分别是从力学、几何学、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．故正确答案为B、C、D.
3．(多选)下列说法正确的是()
A．两个系统处于热平衡时，它们一定具有相同的热量
B．如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统也必定处于热平衡
C．温度是决定两个系统是否达到热平衡状态的唯一物理量
D．热平衡定律是温度计能够用来测量温度的基本原理
答案BCD
解析热平衡的系统都具有相同的状态参量——温度，故A项错误，C项正确．由热平衡定律，若A与C处于热平衡，它们同时也与B达到热平衡，则A、B、C三者的温度相等，这也是温度计用来测量温度的基本原理，故B、D项正确．
考点二对热平衡与温度概念的理解
4．甲、乙两物体接触时，甲向乙传递热量的原因是()
A．甲的质量比乙大B．甲的比热容比乙大
C．甲的热量比乙多D．甲的温度比乙高
答案 D
5．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等的
C．热平衡就是平衡态
D．处于热平衡的两个系统的温度不一定相等
答案 B
解析平衡态是针对某一系统而言的，描述系统状态的参量不只温度一个，还有体积、压强，当温度不变时，系统不一定处于平衡态，故A错误；根据热平衡的定义可知，系统在接触时它们的状态不发生变化，这两个系统的温度是相等的，故B正确，D错误；据以上分析可知，平衡态和热平衡两者是不同的，故C错误．
考点三温度计的使用和两种温标的关系
6．(多选)关于热力学温度，下列说法中正确的是()
A．－33 ℃＝240.15 K
B．温度变化1 ℃，也就是温度变化1 K
C．摄氏温度与热力学温度都可以取负值
D．温度由t℃升至2t℃，对应的热力学温度升高了(273.15＋t) K
答案AB
解析由T＝t＋273.15 K知，A项正确；由ΔT＝Δt知B项正确；摄氏温度可取负值，但热力学温度没有负值，C项错误；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 K，D项错误．
7．(多选)伽利略在1593年制造了世界上第一个温度计——空气温度计，如图1所示，一个细长颈的球形瓶倒插在装有红色液体的槽中，细管中的液面清晰可见，如果不考虑外界大气压的变化，就能根据液面的变化测出温度的变化，则()
图1
A．该温度计的测温物质是槽中的液体
B．该温度计的测温物质是细管中的红色液体
C．该温度计的测温物质是球形瓶中的空气
D．该温度计是利用测温物质的热胀冷缩性质制造的
答案CD
解析细管中的红色液体是用来显示球形瓶中空气的体积随温度变化情况的，测温物质是球形瓶中封闭的空气，该温度计是利用测温物质的热胀冷缩的性质制造的，故A、B错，C、D 正确．
8．(多选)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2所示，已知甲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()
图2
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．由甲图可知，铜的热膨胀系数大于铁的热膨胀系数
D ．由乙图可知，其双金属片的内层一定为铜，外层一定为铁
答案 ABC
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的弯曲程度随温度变化的原理来工作的，A 、B 选项正确；由题图知，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；由题图乙知，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 选项错误．
9．2016年8月6日是第31届里约奥运会开幕的日子，中央电视台播报天气预报，里约的最高气温是38 ℃，它是 K ．中国在研究超导问题方面走在世界前列，中国科学家发现某种超导材料的临界温度是90 K ，它是 ℃.
答案 311.15 －183.15
10．家用温度计经常标有摄氏温度和华氏温度，摄氏温度是把冰熔点的温度定为0 ℃，水沸点的温度为100 ℃，两温度之间分为100等份，每一份为1 ℃；而华氏温度把冰熔点定为32华氏度，把水的沸点定为212华氏度，中间分为180等份，每一等份为1华氏度．求：
(1)温度每上升1 ℃，即上升多少华氏度？
(2)人的正常体温若取37 ℃，为多少华氏度？
答案 (1)1.8华氏度 (2)98.6华氏度
解析 (1)1 ℃＝180100
华氏度＝1.8华氏度 (2)37×1.8华氏度＋32华氏度＝98.6华氏度．。