2.1 温度和温标 课件-2021-2022学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

第二章 气体、固体和液体 物体是由大量分子组成的，分子在做永不停息的无规则运动，分子之间存在着相互作用力。 这些因素决定了分子的三种不同的聚集状态：气体、固体和液体。物体处于不同状态时具有不同的物理性质。 人类对物质属性的认识是从宏观到微观不断深入的过程。相应地，人们对新材料或传统材料新功能的开发和研制也从来没有停止过。从远古的石器时代，到后来的青铜器时代、铁器时代……新材料在人类文明进程中扮演了重要的角色。 要推论宏观物质的表现，就必须采用统计方法，由对个体原子（分子）物理参量的适当统计平均，来得出支配宏观行为的规律。 2.1 温度和温标 问题：假如一个容器用挡板K隔开，容器中的气体被分成A、B两部分，它们的压强分别为pA、pB，温度分别为TA、TB。打开挡板K后，如果容器与外界没有能量交换，经过一段时间后，容器内的气体会是什么状态？ 状态参量与平衡态 系统之外与系统发生相互作用的其他物体统称外界。例如，用酒精灯加热容器中的气体，把气体作为研究对象，它就是一个热力学系统，而容器和酒精灯就是外界。 研究某一容器中气体的热学性质，其研究对象是容器中的大量分子组成的系统，这在热学中叫作一个热力学系统，简称系统。 在力学中，为描述物体（质点）的运动状态，我们使用了物体的位置和速度这两个物理量。 在热学中，为确定系统的状态，也需要用到一些物理量，这些物理量叫作系统的状态参量。 状态参量与平衡态 要定量地描述系统的状态往往很难，因为有时系统的参量会随时间变化 例如，为了确定系统的空间范围，要用到体积 V，这是一个几何参量；为了确定外界与系统之间或系统内部各部分之间力的作用，要用到压强 p，这是一个力学参量 ；而要确定系统的冷热程度，就要用到一个热学参量——温度 T 然而在没有外界影响的情况下，只要经过足够长的时间，系统内各部分的状态参量能够达到稳定状态。这种状态叫作平衡态，否则就是非平衡态。 当系统处于平衡态时，系统所有状态参量都不随时间变化，我们就能比较准确地描述系统的状态。在中学阶段，我们主要处理平衡态的问题。 热平衡与温度 如果两个系统相互接触而传热，这两个系统的状态参量将会互相影响而分别改变。经过一段时间，各自的状态参量就不再变化了，这说明两个系统达到了平衡。这种平衡叫作热平衡。 上面所说的平衡态，指的是一个系统的状态参量不再改变。下面我们要研究一个系统与另一个系统相互作用的问题 实验表明：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 热平衡与温度 换句话说，温度是决定一个系统是否达到热平衡的物理量，它的特点就是“达到热平衡的系统具有相同的温度”（图 2.1-1） 热平衡定律表明，当两个系统 A、B 处于热平衡时，它们必定具有某个共同的热学性质，我们就把表征这一“共同的热学性质”的物理量叫作温度 热平衡与温度 下表列出了部分人们已观测的温度。 温度计与温标 确定一个温标时首先要选择一种测温物质，根据这种物质的某个特性来制造温度计。例如，可以根据水银的热膨胀来制造水银温度计，这时我们规定细管中水银柱的高度与温度的关系是线性关系。还可以根据气体压强随温度的变化来制造气体温度计（图2.1-2），等等。 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 确定了测温物质和它用以测温的某种性质之后，还要确定温度的零点和分度的方法。例如，摄氏温标曾经规定，标准大气压下冰的熔点为0 ℃，水的沸点为100 ℃；并据此把玻璃管上0 ℃刻度与100 ℃刻度之间均匀分成100 等份，每份算做1 ℃。 温度计与温标 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 现代科学中用得更多的是热力学温标。热力学温标表示的温度叫作热力学温度，它是国际单位制中七个基本物理量之一，用符号T 表示，单位是开尔文（kelvin），简称开，符号为K 根据国家标准，在表示温度差的时候可以用摄氏度（℃）代替开尔文（K），即1 ℃ 与1 K相等。 因此这个式子中T的单位用K， t的单位用℃ 科学漫步：形形色色的温度计 例如，双金属温度计是把线膨胀程度不同的两种金属片压合在一起，温度变化时，双金属片的弯曲程度会发生变化，带动指针偏转来指示温度（图2.1-3）。 自从伽利略制造了第一个温度计以后，温度就不再是一个主观感觉，而成了一个客观的物理量。人们根据物质某种