物理選修3-3_7.4_溫度及溫標(biāo)_LI 2

1、第七章分子動理論高中物理選修33系統(tǒng)的概念系統(tǒng)的概念 在物理學(xué)中所在物理學(xué)中所研究的對象研究的對象，稱為，稱為系系統(tǒng)統(tǒng).(系統(tǒng)之外與系統(tǒng)發(fā)生相互作用的其系統(tǒng)之外與系統(tǒng)發(fā)生相互作用的其他物體統(tǒng)稱為他物體統(tǒng)稱為外界外界)BA一、狀態(tài)參量與平衡態(tài)一、狀態(tài)參量與平衡態(tài)1、狀態(tài)參量、狀態(tài)參量幾何性質(zhì)：系統(tǒng)的大小、形狀、體積等幾何性質(zhì)：系統(tǒng)的大小、形狀、體積等力學(xué)性質(zhì)：系統(tǒng)的壓強(qiáng)、受力、表面張力力學(xué)性質(zhì)：系統(tǒng)的壓強(qiáng)、受力、表面張力熱學(xué)性質(zhì)：系統(tǒng)溫度熱學(xué)性質(zhì)：系統(tǒng)溫度 電磁性質(zhì)：系統(tǒng)在電場、磁場作用下的性電磁性質(zhì)：系統(tǒng)在電場、磁場作用下的性質(zhì)，如電場強(qiáng)度質(zhì)，如電場強(qiáng)度, ,磁感應(yīng)強(qiáng)度等。磁感應(yīng)強(qiáng)度等。 表示

2、表示系統(tǒng)某種性質(zhì)系統(tǒng)某種性質(zhì)的的物理量。物理量。一、狀態(tài)參量與平衡態(tài)一、狀態(tài)參量與平衡態(tài)2、氣體的狀態(tài)參量、氣體的狀態(tài)參量（1）.溫度溫度（2）.體積體積（3）.壓強(qiáng)壓強(qiáng)-熱學(xué)性質(zhì)熱學(xué)性質(zhì)-幾何性質(zhì)幾何性質(zhì)-力學(xué)性質(zhì)力學(xué)性質(zhì)3、平衡態(tài)：、平衡態(tài)：系統(tǒng)所有宏觀性質(zhì)不隨時間變系統(tǒng)所有宏觀性質(zhì)不隨時間變化時狀態(tài)化時狀態(tài)稱之為平衡態(tài)稱之為平衡態(tài) 一個物理學(xué)系統(tǒng)，在沒有外界影響的情況一個物理學(xué)系統(tǒng)，在沒有外界影響的情況下，只要經(jīng)過足夠長的時間，系統(tǒng)內(nèi)各部分的下，只要經(jīng)過足夠長的時間，系統(tǒng)內(nèi)各部分的狀態(tài)參量會達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)參量會達(dá)到穩(wěn)定 熱學(xué)系統(tǒng)所處的平衡態(tài)往往是一種熱學(xué)系統(tǒng)所處的平衡態(tài)往往是一種動態(tài)的動態(tài)

3、的平衡平衡（分子仍在不停地做無規(guī)則運(yùn)動）（分子仍在不停地做無規(guī)則運(yùn)動），這種，這種動態(tài)平衡性質(zhì)充分說明熱運(yùn)動是物質(zhì)運(yùn)動的一動態(tài)平衡性質(zhì)充分說明熱運(yùn)動是物質(zhì)運(yùn)動的一種特殊形式。種特殊形式。（與力學(xué)平衡不同）（與力學(xué)平衡不同） 例例1在熱學(xué)中，要描述一定氣體的宏觀在熱學(xué)中，要描述一定氣體的宏觀狀態(tài)，需要確定下列哪些物理量狀態(tài)，需要確定下列哪些物理量( ) A每個氣體分子的運(yùn)動速率每個氣體分子的運(yùn)動速率 B壓強(qiáng)壓強(qiáng) C體積體積 D溫度溫度 解析：描述系統(tǒng)的宏觀狀態(tài)，其參量是宏解析：描述系統(tǒng)的宏觀狀態(tài)，其參量是宏觀量，每個氣體分子的運(yùn)動速率是微觀量，不觀量，每個氣體分子的運(yùn)動速率是微觀量，不是氣體的宏

4、觀狀態(tài)參量氣體的壓強(qiáng)、體積、是氣體的宏觀狀態(tài)參量氣體的壓強(qiáng)、體積、溫度分別是從力學(xué)、幾何、熱學(xué)三個角度對氣溫度分別是從力學(xué)、幾何、熱學(xué)三個角度對氣體的性質(zhì)進(jìn)行的宏觀描述，是確定氣體宏觀狀體的性質(zhì)進(jìn)行的宏觀描述，是確定氣體宏觀狀態(tài)的三個狀態(tài)參量顯然態(tài)的三個狀態(tài)參量顯然B、C、D選項(xiàng)正確選項(xiàng)正確 BCD 平平衡衡態(tài)態(tài)和和狀狀態(tài)態(tài)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(tǒng)之間沒有隔熱材料，它們、熱平衡：兩個系統(tǒng)之間沒有隔熱材料，它們相互接觸，或者通過導(dǎo)熱性能很好的材料接觸，相互接觸，或者通過導(dǎo)熱性能很好的材料接觸，這兩個系統(tǒng)的狀態(tài)參量將會互相影響而分別改這兩個系統(tǒng)的狀態(tài)參量將會互

5、相影響而分別改變最后，兩個系統(tǒng)的狀態(tài)參量不再變化，說明變最后，兩個系統(tǒng)的狀態(tài)參量不再變化，說明兩個系統(tǒng)已經(jīng)具有了某個兩個系統(tǒng)已經(jīng)具有了某個“共同性質(zhì)共同性質(zhì)”，此時我，此時我們說兩個系統(tǒng)達(dá)到了熱平衡們說兩個系統(tǒng)達(dá)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(fā)生過兩個原來沒有發(fā)生過作用作用的系統(tǒng)因此可以說，只要兩個系統(tǒng)在接的系統(tǒng)因此可以說，只要兩個系統(tǒng)在接觸時觸時它們的狀態(tài)不發(fā)生變化它們的狀態(tài)不發(fā)生變化，我們就說這兩個，我們就說這兩個系統(tǒng)原來是處于熱平衡的系統(tǒng)原來是處于熱平衡的2、熱力學(xué)第零定律（熱平衡定律）、熱力學(xué)第零定律（熱平衡定律） 如果兩個系統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)達(dá)如果兩個系

6、統(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)達(dá)到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)也必定處于到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)也必定處于熱平衡。熱平衡。若系統(tǒng)若系統(tǒng)A，C達(dá)到熱平衡達(dá)到熱平衡若系統(tǒng)若系統(tǒng)B，C達(dá)到熱平衡達(dá)到熱平衡A和和B也是處于熱平衡也是處于熱平衡FeH2O3、溫度、溫度 一切達(dá)到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度一切達(dá)到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度甲甲乙乙溫度溫度是決定一個系統(tǒng)與另一個系統(tǒng)是決定一個系統(tǒng)與另一個系統(tǒng)是否達(dá)到熱平衡狀態(tài)的物理量是否達(dá)到熱平衡狀態(tài)的物理量力學(xué)平衡力學(xué)平衡P相同相同兩個系統(tǒng)達(dá)到熱平衡時具有的共同兩個系統(tǒng)達(dá)到熱平衡時具有的共同性質(zhì)是溫度相同性質(zhì)是溫度相同 系統(tǒng)達(dá)到熱平衡的宏觀標(biāo)志就是溫度相同，系統(tǒng)達(dá)到熱平

7、衡的宏觀標(biāo)志就是溫度相同，若溫度不同即系統(tǒng)處于非平衡態(tài)，則系統(tǒng)一定存若溫度不同即系統(tǒng)處于非平衡態(tài)，則系統(tǒng)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(tǒng)與另一個系統(tǒng)是否達(dá)到熱決定一個系統(tǒng)與另一個系統(tǒng)是否達(dá)到熱平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)的物理量，它的特征就是的物理量，它的特征就是“一切達(dá)到熱一切達(dá)到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度”這就是常用溫度這就是常用溫度計(jì)能夠用來測量溫度的基本原理計(jì)能夠用來測量溫度的基本原理 若溫度計(jì)跟物體若溫度計(jì)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(jù)熱平衡定律，處于熱平衡，根據(jù)熱平衡定律，A的溫度便與的溫度便與

8、B的溫度相等的溫度相等.高中高中100C500C溫度：溫度：兩個系統(tǒng)達(dá)到熱平衡時兩個系統(tǒng)達(dá)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(dāng)經(jīng)過充分長時間后，金屬棒所處的狀不變問當(dāng)經(jīng)過充分長時間后，金屬棒所處的狀態(tài)是否為熱平衡態(tài)態(tài)是否為熱平衡態(tài)?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

9、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(nèi)時，金屬棒兩端溫度始終不相同，雖然金屬棒內(nèi)部溫度分布處于一種從低到高逐漸升高穩(wěn)定狀態(tài)，部溫度分布處于一種從低到高逐漸升高穩(wěn)定狀態(tài)，但其內(nèi)部總存在著沿一定方向的能量交換，所以但其內(nèi)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(tài)不是平衡態(tài)金屬棒所處的狀態(tài)不是平衡態(tài) 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(jì)與溫標(biāo)三、溫度計(jì)與溫標(biāo) 1、溫標(biāo)：、溫標(biāo)：定量描述溫度的方法定量描述溫度的方法叫做溫標(biāo)叫做溫標(biāo) 溫標(biāo)的建立包含三個要素：溫標(biāo)的建立包含三

10、個要素：選擇選擇溫度計(jì)中用于測量溫度的物質(zhì)溫度計(jì)中用于測量溫度的物質(zhì)，即測溫，即測溫物質(zhì)；物質(zhì)；對對測溫物質(zhì)的測溫屬性隨溫度變化規(guī)律的定測溫物質(zhì)的測溫屬性隨溫度變化規(guī)律的定量量關(guān)系作出某種規(guī)定；關(guān)系作出某種規(guī)定；確定確定固定點(diǎn)即溫度的零點(diǎn)和分度方法固定點(diǎn)即溫度的零點(diǎn)和分度方法2、熱力學(xué)溫度、熱力學(xué)溫度或絕對溫度或絕對溫度 (1)定義：定義：熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度叫做熱力學(xué)叫做熱力學(xué)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(xué)溫標(biāo)與熱力學(xué)溫

11、度熱力學(xué)溫標(biāo)與熱力學(xué)溫度T的關(guān)系：的關(guān)系： Tt+273.15 K (5)說明說明 攝氏溫標(biāo)的單位攝氏溫標(biāo)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，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(guān)熱力學(xué)計(jì)算中，一定在今后各種相關(guān)熱力學(xué)計(jì)算中，一定要牢記要牢記將溫度單位轉(zhuǎn)換為熱力學(xué)溫度即開爾文將溫度單位轉(zhuǎn)換為熱力學(xué)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(tài)為，但物體所處狀態(tài)為l與與l K是相隔甚遠(yuǎn)的；是相隔甚遠(yuǎn)的； 一般情

12、況下，一般情況下， Tt+273 K 溫標(biāo)種類：溫標(biāo)種類：攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)(攝氏度攝氏度t , 單位：單位：0C) 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點(diǎn)為零度冰的熔點(diǎn)為零度,沸水為沸水為100度度,期間分為期間分為100等份等份熱力學(xué)溫標(biāo)熱力學(xué)溫標(biāo)(熱力學(xué)溫度熱力學(xué)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(biāo)華氏溫標(biāo)(荷蘭荷蘭華倫海特華倫海特) )： 華氏溫標(biāo)的溫度華氏溫標(biāo)的溫度tF與與t之間的關(guān)系：之間的關(guān)系： tF32+9/5t 單位：單位： F 華氏溫標(biāo)在歐美使用非常普遍，攝氏華氏溫標(biāo)在歐美使用非常普遍，攝氏溫標(biāo)

13、在亞洲使用較多溫標(biāo)在亞洲使用較多，科學(xué)研究中多使用科學(xué)研究中多使用絕對溫標(biāo)。絕對溫標(biāo)。體積與溫度成線性變化體積與溫度成線性變化 例例3實(shí)際應(yīng)用中，常用到一種雙金屬溫度計(jì)它是利實(shí)際應(yīng)用中，常用到一種雙金屬溫度計(jì)它是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(guān)金屬片被加熱時，其彎曲程度會增大，則下列各種相關(guān)敘敘述中正確的有述中正確的有 ( )雙金屬溫度計(jì)雙金屬溫度計(jì)圖圖741 A該溫度計(jì)的測溫物質(zhì)是銅、鐵兩種熱膨脹系

14、數(shù)不同的金屬該溫度計(jì)的測溫物質(zhì)是銅、鐵兩種熱膨脹系數(shù)不同的金屬B雙金屬溫度計(jì)是利用測溫物質(zhì)熱脹冷縮的性質(zhì)來工作的雙金屬溫度計(jì)是利用測溫物質(zhì)熱脹冷縮的性質(zhì)來工作的C由左圖可知，銅的熱膨脹系數(shù)大于鐵的熱膨脹系數(shù)由左圖可知，銅的熱膨脹系數(shù)大于鐵的熱膨脹系數(shù)D由右圖可知，其雙金屬征的內(nèi)層一定為銅外層一定為鐵由右圖可知，其雙金屬征的內(nèi)層一定為銅外層一定為鐵ABC 隨隨堂堂練練習(xí)習(xí)解析：雙金屬溫度計(jì)是利用熱膨脹系數(shù)不同的解析：雙金屬溫度計(jì)是利用熱膨脹系數(shù)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(xiàng)是正確選項(xiàng)

15、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(jìn)一步向上彎曲，說明雙金屬片下程度增大，即進(jìn)一步向上彎曲，說明雙金屬片下層熱膨脹系數(shù)較大，即銅的熱膨脹系數(shù)較大，層熱膨脹系數(shù)較大，即銅的熱膨脹系數(shù)較大，C選項(xiàng)正確圖選項(xiàng)正確圖741右圖中，溫度計(jì)示數(shù)是順右圖中，溫度計(jì)示數(shù)是順時針方向增大，說明當(dāng)溫度升高時溫度計(jì)指針順時針方向增大，說明當(dāng)溫度升高時溫度計(jì)指針順時針方向轉(zhuǎn)動，則其雙金屬片的彎曲程度在增大，時針方向轉(zhuǎn)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(nèi)層一定是鐵，外層一定故可以推知雙金屬片的內(nèi)層一定是鐵，外層一定是銅，是銅，D選項(xiàng)是錯誤的選項(xiàng)

16、是錯誤的 攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)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(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)，年首先提出的一種經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)，過去曾被廣泛使用。攝氏溫標(biāo)以水沸點(diǎn)過去曾被廣泛使用。攝氏溫標(biāo)以水沸點(diǎn)（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(diǎn)（度和冰點(diǎn)（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(biāo)的兩個度作為溫標(biāo)的兩個固定點(diǎn)。攝氏溫標(biāo)采用玻璃汞溫

17、度計(jì)作為內(nèi)插儀固定點(diǎn)。攝氏溫標(biāo)采用玻璃汞溫度計(jì)作為內(nèi)插儀器，假定溫度和汞柱的高度成正比，即把水沸點(diǎn)器，假定溫度和汞柱的高度成正比，即把水沸點(diǎn)與冰點(diǎn)之間的汞柱的高度差等分為與冰點(diǎn)之間的汞柱的高度差等分為100100格，格，1 1格對格對應(yīng)于應(yīng)于1 1度。度。攝氏溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)19541954年第年第1010屆國際計(jì)量大會（屆國際計(jì)量大會（CGPMCGPM）決定采用水）決定采用水三相點(diǎn)一個固定點(diǎn)來定義溫度的單位，冰點(diǎn)已不三相點(diǎn)一個固定點(diǎn)來定義溫度的單位，冰點(diǎn)已不再是溫標(biāo)的定義固定點(diǎn)了。再是溫標(biāo)的定義固定點(diǎn)了。19671967年第年第1313屆國際計(jì)屆國際計(jì)量大會決議定義：溫度單位開爾文是水三相點(diǎn)熱量

18、大會決議定義：溫度單位開爾文是水三相點(diǎn)熱力學(xué)溫度的力學(xué)溫度的1/273.161/273.16。19881988年第年第1818屆國際計(jì)量大屆國際計(jì)量大會及第會及第7777屆國際計(jì)量委員會（屆國際計(jì)量委員會（CIPMCIPM）決議，自）決議，自19901990年始采用年始采用“19901990年國際溫標(biāo)（簡稱年國際溫標(biāo)（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(fù)現(xiàn)。我國自復(fù)現(xiàn)。我國自19941994年始全面采用這一標(biāo)準(zhǔn)。年始全面采用這一標(biāo)準(zhǔn)。國際溫標(biāo)國際溫標(biāo)溫度的單位有了新的、更加精確和科學(xué)的定義以溫度的單位有了新的、更加

19、精確和科學(xué)的定義以后，考慮到人們長期以來的使用習(xí)慣，仍然保留后，考慮到人們長期以來的使用習(xí)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(tài)的攝氏溫度，就是用它與一特定的熱狀態(tài)狀態(tài)的攝氏溫度，就是用它與一特定的熱狀態(tài)（比水三相點(diǎn)溫度低（比水三相點(diǎn)溫度低0.01?K0.01?K的熱狀態(tài)，即的熱狀態(tài)，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(dǎo)出的，是。因此，攝氏溫度是從開爾文溫度導(dǎo)出的，是以以0 0攝氏度作為計(jì)算起點(diǎn)的溫度。攝氏溫度和開爾攝氏度作為計(jì)算起點(diǎn)的溫度。攝氏溫度和開爾文溫度相差一個常數(shù)，彼此可以互相換算：文溫度相差一個常數(shù)，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(shù)值上，它與過去人們習(xí)慣使用的攝氏溫標(biāo)溫在數(shù)值上，它與過去人們習(xí)慣使用的攝氏溫標(biāo)溫度很相近，但不相等，與攝氏溫標(biāo)的原定義無關(guān)。度很相近，但不相等，與攝氏溫標(biāo)的原定義無關(guān)。1714年年,荷蘭荷蘭華倫