温度和温标 (导)学案 (9)
第4节温度和温标
课堂合作探究
问题导学
一、平衡态与热平衡
活动与探究1
1．表示系统状态的各物理量中温度不断发生变化就说物体处于平衡态，对吗？
2．“在测定某金属块的比热容时，先把质量已知的金属块放在沸水中加热。经过一段时间后把它迅速放进质量、温度均已知的水中，并用温度计测量水的温度。根据实验数据就可以计算出金属块的比热容。”以上叙述中，哪个地方涉及了“平衡态”和“热平衡”的概念？
迁移与应用1
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，说明这两个系统原来的温度是相等的C．热平衡就是平衡态
D．处于热平衡的几个系统的温度一定相等
1．对平衡态的理解
（1）热力学的平衡态是一种动态平衡，组成系统的分子仍在不停地做无规则运动，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，而力学中的平衡态是指物体的运动状态处于静止或匀速直线运动状态。
（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。系统处于平衡态时，仍可能发生偏离平衡态的微小变化。
（3）两个系统达到热平衡后再把它们分开，如果分开后它们都不受外界影响，再把它们重新接触，它们的状态不会发生新的变化。因此，热平衡概念也适用于两个原来没有发生过作用的系统。因此可以说，只要两个系统在接触时它们的状态不发生变化，我们就说这两个系统原来是处于热平衡的。
2．热平衡定律的意义
热平衡定律又叫热力学第零定律，为温度的测量提供了理论依据，因为处于热平衡的物体具有相同的温度，所以比较各物体时，不需要将各个物体直接接触，只需将作为标准的温度计分别与各物体接触，即可比较温度的高低。
二、温度计与温标
活动与探究2
1．将一壶冷水（0 ℃）烧开（100 ℃），用摄氏温标和热力学温标分别表示水始末的温度及温度变化有何不同？
2．现实生活中有形形色色的温度计，例如工业上粗略测量用的温度计，最高可以测量到500 ℃，甚至高达3 000 ℃的高温，最低可以测到－120 ℃，最精确的温度计可以精确到10－4℃。请你举出几种温度计，并说明它们是利用什么特性来制造的。
3．使用不同的测温物质制成的摄氏温标温度计，测量同一状态温度时，测量结果一定相同吗？
迁移与应用2
下列关于热力学温度的说法正确的是（）
A．－136 ℃比136 K温度高
B．0 ℃等于273.15 K
C．1 ℃就是1 K
D．升高1 ℃就是升高273.15 K
1．温度的宏观解释
温度是用来表示物体冷热程度的物理量。通常情况下，冷的物体我们说它的温度低，热的物体我们说它的温度高。温度和热平衡状态有着密切的关系，各自处于热平衡状态的两个系统，相互接触时，它们之间发生了热量的传递。经过一定时间以后，各自原来的平衡状态被破坏，热量从高温系统传递给低温系统，并达到一个共同的稳定状态，即新的热平衡状态，热平衡状态通常称为热平衡。
2．温度的微观解释
物体的温度有高有低，温度仅由系统内部分子热运动来决定。分子动理论表明，温度越高，分子做无规则运动的程度越激烈。物体的温度这一宏观现象所反映出的微观本质：做热运动的分子具有质量、速度，同时也具有动能。
3．温标
温度的数值表示法叫做温标。
摄氏温标t：单位℃。在一个标准大气压下，水的凝固点为0 ℃，沸点为100 ℃，之间分成100等份，每份就是1 ℃。用摄氏温标表示的温度叫做摄氏温度。
热力学温标T：单位K，把－273.15 ℃作为0 K，在国际单位制中，常采用热力学温标表示的温度，叫热力学温度。
当堂检测
1．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物体温度的基本原理
2．如图所示是四种测量液体温度的方法，其中正确的是（）
3．关于热力学温标的正确说法是（）
A．热力学温标是一种更为科学的温标
B．热力学温标的零度为－273.15 ℃，叫绝对零度
C．气体温度趋近于绝对零度时其体积为零
D．在绝对零度附近气体已液化
4．关于热力学温标和摄氏温标，下列说法中正确的是（）
A．热力学温标中的每1 K和摄氏温标中的每1 ℃大小相等
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
5．“在新疆某些地区夏季昼夜温差达15 ℃”“在我国东部沿海地区秋冬两季最高气温相差15 K”，以上两种叙述中的温度差哪种说法大些？
答案：
课堂·合作探究
【问题导学】
活动与探究1：
1．答案：描述系统的任何一状态参量发生变化，物体都处于非平衡态，温度是描述系统状态的其中一个物理量，温度发生变化，说明系统不处于平衡态，所以这种说法不对。
2．答案：金属块在沸水中加热一段时间后，二者就达到了“热平衡”，此时的沸水和金属块就处于“平衡态”；将金属块放入质量、温度已知的水之前，金属块和水处于各自的“平衡态”，当放入金属块后水温不再上升时，金属块和水处于“热平衡”，此时温度计的读数就是水和金属块的共同温度。
迁移与应用1：BD解析：一个系统的温度、压强、体积都不变化，系统才处于平衡
态，仅仅根据温度不变且处处相等不能得出系统一定处于平衡态的结论，A错误；根据热平衡的定义可知B、D正确；平衡态是针对某一系统而言的，热平衡是两个系统相互影响的最终结果，C错误。
活动与探究2：
1．答案：用摄氏温标表示：始t1＝0 ℃，末t2＝100 ℃，温度变化Δt＝100 ℃，用热力学温标表示：始T1＝273.15 K，末T2＝373.15 K，温度变化ΔT＝100 K。
2．答案：酒精、煤油、水银温度计是根据液体的热胀冷缩的性质来制造的，金属电阻温度计是根据金属电阻随温度的变化来制造的，气体温度计是根据气体压强随温度的变化来制造的。
3．答案：测量结果不一定相同。摄氏温标规定的0 ℃和100 ℃是相同的，但把0 ℃刻度与100 ℃刻度之间均匀分成100等份，与测温物质的属性就构成了线性关系。不同物体的属性未必与温度构成线性关系。故测量结果常有偏差。
迁移与应用2：AB解析：热力学温度和摄氏温度是表示温度的不同方法，它们最大
的区别就是规定的零点不同，但每一度的大小是一样的。根据T＝t＋273.15 K可知－136 ℃＝137.5 K，0 ℃等于273.15 K，A、B正确；由ΔT＝Δt判断C、D错误。
【当堂检测】
1．BCD解析：热平衡的系统都具有相同的状态参量——温度，A错误，C正确；由热平衡定律，若物体与A处于热平衡，它同时也与B达到热平衡，则A的温度便等于B的温度，这也是温度计用来测量温度的基本原理，B、D正确。
2．D解析：温度计的正确使用方法是将温度计的玻璃泡放入液体中，并且不要让温度计的玻璃泡与容器壁或底相接触，所以只有选项D是正确的。
3．ABD解析：本题考查热力学温标的性质。热力学温标在科学计算中（特别体现在热力学方程中），使方程更简单、更科学，故A对；B是热力学温标的常识，B对；气体趋近于绝对零度时，已液化，但有体积，C错，D对。
4．AC解析：热力学温标和摄氏温标尽管是不同标准的计量方式，但仅是起点不同，热力学温标中变化1 K与摄氏温标中变化1 ℃是相同的，故A、C正确，B错误；摄氏温度为10 ℃的物体，热力学温度为283.15 K，D错误。
5．答案：见解析
解析：在用热力学温标和摄氏温标表示温度变化时，每变化1 ℃等于变化1 K，所以上
述两种温度差是相等的。