第二章　气体、固体和液体

第1节　温度和温标

知识点归纳

知识点一、平衡态与状态参量

1．系统：在物理学中，把所研究的对象称为系统．例如：一瓶气体、几个相互接触的物体、器皿中的液体与它上方蒸气的整体等．

2．状态参量：描述系统状态的物理量，叫系统的状态参量，例如：用体积描述它的几何性质，用压强描述其力学性质，用温度描述其热学性质．

3．平衡态

(1)定义：对于一个不受外界影响的系统，无论其初始状态如何，经过足够长的时间后，必将达到一个宏观性质不再随时间变化的稳定状态，这种状态叫平衡态．

(2)特征：系统的所有性质都不随时间变化．

把不同压强、不同温度的气体混合在同一个容器中，如果容器和外界没有能量的交换，经过一段时间后，容器内各点的温度、压强就会变得一样.

知识点二、热平衡与温度

1．热平衡：两个系统相互接触，它们间没有隔热材料，或通过导热性能好的材料接触，这两个系统的状态参量不再变化时，此时的状态叫做热平衡状态，我们说这两个系统达到了热平衡．

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．

3．对温度的理解

(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，各自原先的平衡状态被破坏，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，热平衡状态通常简称为热平衡．

(2)温度的微观解释：物体的温度有高有低，温度仅由系统内部热运动的状态来决定，分子动理论表明，温度越高，分子做无规则运动的程度越剧烈．物体的温度这一宏观现象所反映出的微观本质是：做热运动的分子具有质量、速度，同时也具有动能．

知识点三、温度计与温标

1．温度计：用来测量物体(系统)温度的仪器叫温度计，温度计的种类很多，如水银温度计、金属电阻温度计、气体温度计、热电偶温度计、双金属温度计等．

2．各种温度计的测温原理

3.温标

(1)温标：如果要定量地描述温度，就必须有一套方法，这套方法就是温标．

(2)摄氏温标：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，每一等份就是1 ℃，这种表示温度的方法就是摄氏温标，表示的温度叫摄氏温度，符号为t，单位为℃.

(3)热力学温标：规定摄氏温度的－273.15 ℃为其零值，它的一度大小等于摄氏温度的一度大小，这种表示温度的方法就是热力学温标，也叫开尔文温标．用这种温标表示的温度叫热力学温度，符号为T，单位为开尔文，简称开，符号为K.1960年，国际计量大会确定了摄氏温标与热力学温标的关系：摄氏温标由热力学温标导出，摄氏温标所确定的温度用t表示，它与热力学温度T的关系是T＝t＋273.15 K.

4．热力学温度与摄氏温度的比较

(1)公式：T＝t＋273.15 K，一般取T＝t＋273 K．若以T为纵轴，t为横轴，其图象如图所示．

(2)每一开尔文与每一摄氏度的大小相等

设某物体的摄氏温度由t1变到t2，对应的热力学温度分别为T1、T2则有

T1＝t1＋273.15 K，T2＝t2＋273.15 K，则ΔT＝T2－T1＝t2－t1＝Δt.

上式的物理意义在于：用摄氏度表示的温差等于用开尔文表示的温差，即每一开尔文的大小与每一摄氏度的大小是相等的，即摄氏温度升高或降低10 ℃与热力学温度升高或降低10 K是一回事．

典例分析

一、对热平衡，热平衡定律的理解

例1  下列状态处于热平衡态的是(　　)

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℃环境中

C．一个装有气体的密闭绝热容器匀速运动，容器突然停止运动，容器内的气体

D．开空调2分钟内教室内的气体

解析 系统处于热平衡态时，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℃环境中，其温度、压强、体积都不再变化，是平衡态，故A、B对；一个装有气体的密闭绝热容器匀速运动突然停止时，容器内气体的温度升高，压强变大，故其不是平衡态，C错；开空调2分钟内教室内的气体，温度、体积均要变化，故其不是平衡态，D错。

答案 AB

二、温度与温标

2020年又是一个寒冷的冬天，人在室外拿铁棒和木头时，感觉到铁棒明显比木头凉，由于表示物体冷热程度的是温度，于是有人得出当时“铁棒比木头温度低”的结论，你认为他的结论对吗？

答案 不对。由于铁棒和木头都与周围的环境达到热平衡，故它们的温度是一样的。感觉到铁棒特别凉，是因为人在单位时间内传递给铁棒的热量比传递给木头的热量多，所以他的结论不对。

自我检测

1．三个系统A、B、C处于热平衡状态，则关于它们的温度的说法正确的是(    )

A．它们的温度可以有较大的差别

B．它们的温度可以有微小的差别

C．它们的温度一定相同

D．无法判断温度的关系

解析 当三个系统处于热平衡状态时，它们有相同的状态参量，即具有相同的温度，故C项正确．

答案  C

2．下列有关温标的说法中正确的是(    )

A．温标不同，测量时得到同一系统的温度数值可能是不同的

B．不同温标表示的温度数值不同，则说明温度不同

C．温标的规定都是人为的，没有什么理论依据

D．热力学温标是从理论上规定的

解析  不同温标下，同一温度在数值上可能不同，A正确；相同的冷热程度，用不同的温标表示，数值可以是不同的，B错；热力学温标是从理论上做出的规定，C错、D正确．

答案  AD

3．关于热力学温标与摄氏温标的下列说法不正确的是(    )

A．热力学温标与摄氏温标的每一分度的大小是相同的

B．热力学温标的0度值对应于－273.15 ℃

C．热力学温标的0度是不可能达到的

D．气体温度趋近于绝对零度时，其体积趋近于零

解析  由T＝t＋273 K，得知，ΔT＝Δt，即热力学温标温度的变化总等于摄氏温标温度的变化，故A正确；热力学温度与摄氏温度的关系是T＝t＋273 K．可知，当T＝0时，则t＝－273 ℃，故B正确；根据热力学第三定律可知，热力学温标的零K达不到．故C正确；气体温度趋近于绝对零度时，可能是压强p趋近于零，故D错误．

答案  D

4．关于温度与温标，下列说法正确的是(   )

A．温度与温标是一回事，所以热力学温标也称为热力学温度

B．摄氏温度与热力学温度都可以取负值

C．温度升高3 ℃，在热力学温标中温度升高276.15 K

D．热力学温度每一开尔文的大小与摄氏温度每一度的大小相等

解析  温标是温度数值的表示方法，所以温度与温标是不同的概念，用热力学温标表示的温度称为热力学温度，选项A错．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．摄氏温度的每一度与热力学温度的每一开尔文的大小相等，选项D正确．温度升高3 ℃也就是温度升高了3 K，故选项C错．

答案  D

5．关于热力学温度，下列说法中正确的是(    )

A．－33 ℃＝240 K

B．温度变化1 ℃，也就是温度变化274 K

C．摄氏温度与热力学温度都可能取负值

D．温度由t升至2t，对应的热力学温度升高了273 K＋t

解析  本题主要考查热力学温度与摄氏温度的关系．T＝273 K＋t，由此可知：－33 ℃＝240 K，A正确；温度变化1 ℃，也就是温度变化1 K，故B项错误；对于摄氏温度可取负值的范围为－273 ℃～0，因绝对零度达不到，故热力学温度不可能取负值，故C错；D中初态热力学温度为273 K＋t，末态为273 K＋2t，温度升高了t，故D错．

答案  A

6．当甲、乙两物体相互接触后，热量从甲物体流向乙物体，这样的情况表示甲物体具有何种特性(    )

A．较高的热量                  B．较大的比热容

C．较大的密度                  D．较高的温度

解析  根据热量的传递特性：热量总是自发地从高温物体传到低温物体，或从物体的高温部分传递到低温部分，因此决定热能传递方向的决定因素是温度，A、B、C各选项所提到的条件均与此无关，故D正确．

答案  D

7．下列叙述正确的是(    )

A．若不断冷冻，物体的温度就不断地下降，没有止境

B．目前尚不知最低温是多少，最高温是多少

C．摄氏零下373度是低温的下限

D．任何物体，温度下降到某一点就不能再降

解析  在目前的技术条件下最低温可使铜原子核降至10－6 K，但是极不稳定无法持久，故A、B错误．摄氏零下273.15 ℃是低温的极限，故C错．运用热平衡原理可知D是正确的．

答案  D

8．两个温度不同的物体相互接触，达到热平衡后，它们具有相同的物理量是(　　)

A．质量　　　　　　　　                        B．密度

C．温度                                                    D．重力

解析  由热平衡的定义可知，C选项正确。

答案  C

9．下图是四种测液体温度的方法，其中正确的是(　　)

解析  用温度计测量液体温度时，温度计必须置于液体中，而且不能与器壁接触，只有D正确。

答案  D

10．物体内分子运动的快慢与温度有关，在0℃时物体内的分子的运动状态是(　　)

A．仍然是运动的

B．处于静止状态

C．处于相对静止状态

D．大部分分子处于静止状态

解析  分子的运动虽然受温度影响，但永不停息，A项正确，B、C、D错。

答案  A

11．严冬，湖面上结了厚厚的冰，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．取一塑料饮水瓶，将瓶拴住从洞中放入水里，水灌满瓶后取出，再用温度计测瓶中水的温度

C．取一塑料饮水瓶，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，立即从瓶外观察温度计的示数

D．手拿温度计，从洞中将温度计插入水中，待较长时间后取出立即读出示数

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下的温度，所以A的做法不正确，C的做法正确，D的做法不正确，B的做法也失去了原来的热平衡，水瓶提出后，再用温度计测，这时，周围空气也参与了热交换，测出的温度不再是冰下水的温度了。

答案 C

12．关于热平衡的下列说法中正确的是(　　)

A．系统甲与系统乙达到热平衡就是它们的温度达到相同数值

B．标准状况下冰水混合物与0℃的水未达到热平衡

C．量体温时，温度计须和身体接触5－10分钟是为了让温度计跟身体达到热平衡

D．冷热程度相同的两系统处于热平衡状态

解析  达到热平衡时温度相同，或者说温度相同时就表明两系统达到了热平衡故B错，应选A、C、D。

答案  ACD

13．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℃；而华氏温度把冰点定为32，把水的沸点定为212，中间分为180等份，每一等份为1。

(1)1℃等于多少？

(2)人的正常体温若取37℃，为多少华氏度？

解析 (1)1℃＝＝1.8

(2)37×1.8＋32＝98.6

答案 (1)1.8　(2)98.6