7.4温度和温标

名师点拨 要清楚各种温度计的测量原理和不同温标下温度计 的刻度值的意义，摄氏温度的 0 ℃是标准状况冰水混合物的温度， 100 ℃是指在标准状态下水的沸点， 其间等分 100 份， 每一份为 1 ℃ . 据此，如果温度计测量时出现误差，要清楚温度计上每一个小格实 际代表的温度值．
变式练习：某同学自定一种新温标P，他将冰点与沸点 之间等分为200份，且将冰点的温度定为50 P，该同学 测量一杯水的温度为150 P，则该温度用摄氏温度表示时 应为( ) A．30 ℃ B．40 ℃ C．50 ℃ D．60 ℃ 解析 每格表示的摄氏度为100/200 ℃＝0.5 ℃，比冰点 高出的温度为(150－50)×0.5 ℃＝50 ℃，故C选项正 确．
测温原理：若温度计C跟物体A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，A的温度 便与B的温度相等. 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，则系统一定存在着热交换。
例2、一金属棒的一端与0℃冰接触，另一端 与100℃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 是否为热平衡态?为什么? 解析：因金属棒一端与0℃冰接触，另一端与 100℃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 在能量交换．
平衡常见的平衡及平衡标志
力学平衡
具有一种相同 的力学性质
静电平衡 具有一种相同 的电学性质
压强
10oC 5atm
k
50oC 6atm
-
绝热
+
电势
+
+
-
-
热平衡 特征 温度相等
具有一种相同 的热学性质
温度
200OC
绝热
10OC
7、温度
两个系统达到热平衡时，它们具有一个共同的热学 性质，该性质实际就是物体的冷热程度。我们就把表征 这一“共同热学性质”的物理量定义为温度。 定义：表征热平衡系统的“共同热学性质”的物理量． 温度是标志一个系统与另一个系统是否处于热平衡 状态的物理量，它的特证就是“一切达到热平衡的系统 都具有相同的温度”这就是常用温度计能够用来测量温 度的基本原理． 注：初中物理中的温度意义是“表示物体冷热程度的 物理量”这是对温度的一个通俗理解，带有主观性和不准 确性，而高中温度的严格定义及测量原理都是建立在热平 衡定律基础上的，热平衡定律表明两物体相互处于热平衡 时，存在一个数值相等的态函数，这个态函数就是温度。 定义中“共同的热学性质”就是初中所说的“冷热程度”
从宏观和微观两个角度如何理解温度的概念？ 答案：(1)宏观上，表示物体的冷热程度． (2) 微观上，反映分子热运动的激烈程度，温度是物体 内所有分子热运动的平均动能的标志.
三、温度计与温标
温度计：温度计是测量温度的工具． 特注：温度计的热容量必须很小，与待测物体接触时， 几乎不改变待测物体状态． 常见温度计的测量原理 (1)水银温度计是根据液体热胀冷缩的性质来测量温 度的．（液体温度计） (2)气体温度计是根据气体压强随温度变化的关系来 测量温度的． (3)金属电阻温度计是根据金属的电阻随温度的变化 来测量温度的．（固体温度计） (4)热电偶温度计是根据不同导体因温差产生的电动势 的大小不同来测量温度的． （固体温度计） 注：掌握常见各种温度计的测温物质及测温属性，便于 分析温度计的测温原理。
带着下面问题仔细阅读课文包括插图、扉页角批及课 后习题，思考后回答问题 1.热学的研究对象是什么？ 2.什么是热学中的外界？ 3.描述热学系统状态的宏观状态参量常见的有那几个？ 各自的作用即分别描述状态的那一个特征？ 4.一个系统处于什么状态是热学中的平衡态？判断一个 系统是否处于平衡态的标志是什么？定义热学中系统的 平衡态的有何意义？ 5.热学中的一个系统的平衡态是不是就是指任意一种稳 定状态？与力学中的平衡态是否相同？它的特点是什么？ 6.什么是热平衡？热平衡是不是就是热学中的平衡态？ 判断两个系统是否达到热平衡的标志是什么？ 7.热平衡定律的内容是什么？它的主要作用是什么？ 8.什么是温标？建立温标常包含那几个要素？了解建立 温标包含的要素有什么作用？
第七章《分子动理论》
7.4《温度和温标》
教学目标
• （一）知识与技能 • 1．了解系统的状态参量以及平衡态的概念。2．掌握热平 衡的概念及热平衡定律。3．掌握温度与温标的定义以及 热力学温度的表示。 • （二）过程与方法 • 通过学习温度与温标，体会热力学温度与摄氏温度的关系。 • （三）情感、态度与价值观 • 体会生活中的热平衡现象，感应热力学温度的应用。 • 教学重点：热平衡的定义及热平衡定律的内容。 • 教学难点：有关热力学温度的计算。 • 教学方法：讲练法、举例法、阅读法 • 教学用具：投影仪、投影片
平衡态的特点：（1）热学系统所处的平衡态是一种动 态平衡，即微观动态宏观平衡的状态。组成系统的分子 仍在不停的做无规则运动，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，这 种动态平衡的特点充分说明热运动是物质运动的一种特 殊形式。 （2）平衡态是一种理想情况，因为完全不受外界影响 是不可能的，系统平衡后由于涨落，仍可能发生偏离平 衡状态的微小变化。
A
A B
B
平衡态和热平衡的区别
热平衡和与平衡态是两个不同的概念， 平衡态描述的是一个系统内部各部分之间的所有宏 观状态参量及宏观性质都相同；而热平衡指的是两个系 统接触后传热 及温度关系。 处于平衡态时所有状态参量都保持稳定，对热平衡 来说只指温度参量相同，故系统处于热平衡时不一定处 于平衡态。 注：我们常以是一个系统还是两个系统来区分平衡 态还是热平衡，但要特注系统的选取是任意的 由人来 决定，例如把两个物体选作两个系统达到温度相同时就 说这两个物体达到热平衡，若把这两个物体选作一个研 究系统，若体积、压强、温度都相同则就可以说这两个 物体组成的系统处于平衡态。
常见的参量与描述性质： ①几何性质 描述系统的大小、形状、体积等。
②力学性质 描述系统的压强、应力、表面张力等。
③热学性质 描述系统温度。 ④电磁性质 描述系统在电、磁场作用下的性 质，如电场强度，磁感应强度等。
4、平衡态：在没有外界影响的情况下，一个系 统内部各部分的所有宏观状态参量不再随时间 发生变化时的稳定状态称之为平衡态．
【典例】 实验室有一支读数不准确的温度计，在测冰 水混合物的温度时，其读数为20 ℃；在测一标准大气 压下沸水的温度时，其读数为80 ℃.下面分别是温度计 示数为41 ℃时对应的实验温度和实际温度为60 ℃时温 度计的示数，其中正确的是( ) A．41 ℃、60 ℃ B．21 ℃、40 ℃ C．35 ℃、56 ℃ D．35 ℃、36 ℃
一、平衡态与状态参量
1、系统：热学中把热学研究对象的整体，叫做一个热 力学系统，简称系统。是由大量无规则热运动分子组成。 明确：系统就是热学的研究对象，即就是由大量无规 则运动的分子组成的系统 2、外界：不属于系统内与系统发生相互作用的其他物 体称之为外界或环境。 注：系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“隔离”分析方 法，对系统与外界的相互作用问题，往往采取“整体” 分析的方法．
8、温标：定量描述温度的方法叫做温标
温标实质是为了表示出物体温度的数值，对温度的 零点及分度方法等所做的规定。 常见的温标有摄氏温标、华氏温标及热力学温标等
9、建立的温标三个要素：
①选择某种具有测温属性的测温物质，即温度计中用 于测量温度的物质。 ②为了测温读数准确一般要保证测温物质的测温属性 随温度变化的函数关系为线性关系 ③确定温度零点和分度方法． 建立温标的三个要素中，前两个要素由测温物质和 设计原理决定，与人为操作无关，造成温度计读数不准 确的人为因素是零点选取和分度方法。 分度方法由测温原理对应的函数关系来决定，温度计 测温不准主要是在分刻度和标刻度时的偶然误差造成的
6、热平衡定律(又叫热力学第零定律)：
如果两个系统同时分别与第 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。
A B
C C
A

B
两系统达到系统热平衡状态的特征：互为热平衡的两个 物体或系统具有相同的温度。 热平衡定律(又叫热力学第零定律)的作用是：给出了温 度的宏观定义；为温度的测量提供的理论依据，是温度 计测量物体温度的原理。 例如：在比较两个物体的温度时，不需要将各个物 体直接接触，依据该定律只需将作为标准物体的温度计 分别与各个物体接触，即可比较不同物体温度的高低。
【解析】 此温度计每一刻度表示的实际温度应为 ℃ 80－20 5 ＝ ℃， 当它的示数为 41 ℃时， 它上升的格数为 41－20＝21(格)， 3 5 对应的实际温度为 21× ℃＝35 ℃；同理，当实际温度为 60 ℃ 3 60 时，此温度计应从 20 开始上升格数 ＝36(格)，它的示数应为 5 3 36 ℃＋20 ℃＝56 ℃，所以 C 正确． 100
例1．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( BCD ) A．每个气体分子的运动速率 B．压强 C．体积 D．温度
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、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，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．
热学中常见的平衡
类比力学中的平衡常见的有共点力平衡和力矩 平衡，共点力平衡的条件及标志是合力为零，而 力矩平衡的条件是力矩相等，再如电学中的静电 平衡，其平衡条件是电势不变或相等，由此可见 不同的平衡，其平衡条件不同