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溫度和溫標(biāo) 目標(biāo)導(dǎo)航 （1）知道什么是狀態(tài)參量，什么是平衡態(tài)。 （2）知道什么是熱平衡，什么是熱平衡定律。 （3）知道溫度的表示方法。 （4）知道常見溫度計的構(gòu)造，會使用常見的溫度計。 （5）理解攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系。 誘思導(dǎo)學(xué) 1．平衡態(tài)和狀態(tài)參量 在物理學(xué)中，通常把所研究的對象稱為系統(tǒng)。 （１）狀態(tài)參量 用來描述系統(tǒng)狀態(tài)的物理量，叫做系統(tǒng)的狀態(tài)參量。 （２）平衡態(tài) 系統(tǒng)宏觀性質(zhì)不再隨時間變化，這種情況下就說系統(tǒng)達(dá)到了平衡態(tài)。 ２．熱平衡與溫度 （１）溫度 溫度是表示物體冷熱程度的物理量，反映了組成物體的大量分子的無規(guī)則運(yùn)動的激烈程度。 （２）熱平衡 一切達(dá)到熱平衡的系統(tǒng)都具有相同的溫度。 ３．溫度計與溫標(biāo) （１）溫度計 是測量溫度的工具。 家庭和物理實(shí)驗室常用溫度計是利用水銀、酒精、煤油等液體的熱膨脹規(guī)律來制成的。另外，還有金屬電阻溫度計、壓力表式溫度計、熱電偶溫度計、雙金屬溫度計、半導(dǎo)體熱敏電阻溫度計、磁溫度計、聲速溫度計、頻率溫度計等等。 （２）溫標(biāo) 溫度的數(shù)值表示法叫做溫標(biāo)。 用攝氏溫標(biāo)表示的溫度叫做攝氏溫度；在國際單位制中，常采用熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度，叫熱力學(xué)溫度。 熱力學(xué)溫度(T)與攝氏溫度(t)的關(guān)系為： T＝t+273。15 （K） 說明：①兩種溫度數(shù)值不同，但改變1 K和1℃的溫度差相同。 ②０K是低溫的極限，只能無限接近，但不可能達(dá)到。 典例探究 例１　細(xì)心觀察可以發(fā)現(xiàn)，常見液體溫度計的下部的玻璃泡較大，壁也比較薄，上部的管均勻而且很細(xì)，想一想，溫度計為什么要做成這樣呢？ 解析：這樣做的目的都是為了使測量更準(zhǔn)確、更方便。下部較大而上部很細(xì)，這樣下部儲存的液體就比較多，當(dāng)液體膨脹收縮時，膨脹或收縮不大的體積，在細(xì)管中的液面就有較大的變化，可以使測量更精確；下部的壁很薄，可以使玻璃泡內(nèi)的測溫物質(zhì)的溫度較快地與待測物質(zhì)的溫度一致；細(xì)管的粗細(xì)是均勻的，是為了使刻度均勻，更便于讀數(shù)。 課后問題與練習(xí)點(diǎn)擊[來源:學(xué)?？?。網(wǎng)Z。X。X。K] 1．略 2．略 3．解析：　物理量X與熱力學(xué)溫度T成正比，即：X＝ CT （C為常量），又因為T＝t+273．15 K，所以X＝C（t +273．15），因此，t＝X／C-273．15（℃） 4．電流表上代表t１、t２的兩點(diǎn)，t１應(yīng)該標(biāo)在電流比較大的溫度上。 解析：由圖７．４－２甲可以看出，t１溫度下金屬絲電阻比較小，因為電路中電池的電動勢和內(nèi)阻都是不變的，根據(jù)閉合電路的歐姆定律可以知道，此時電路中電流比較大。 基礎(chǔ)訓(xùn)練 １．兩個物體放在一起彼此接觸，它們?nèi)舨话l(fā)生熱傳遞，其原因是( ) A．它們的內(nèi)能相同 B．它們的比熱相同 C．它們的分子總動能相同 D．它們的溫度相同 ２．下列關(guān)于熱力學(xué)溫度的說法中，不正確的是( ) A．熱力學(xué)溫度的零度是－273。15 ℃ B．熱力學(xué)溫度的每一度的大小和攝氏溫度是相同的 C．絕對零度是低溫的極限，永遠(yuǎn)達(dá)不到 D．1℃就是1 K ３．冬天，北方的氣溫最低可達(dá)-40℃，為了測量那里的氣溫應(yīng)選用（ ） A． 水銀溫度計 B．酒精溫度計 C．以上兩種溫度計都可以 D．以上兩種溫度計都不行 4．在25℃左右的室內(nèi)，將一只溫度計從酒精中拿出，觀察它的示數(shù)變化情況是（ ） A．溫度計示數(shù)上升 B．溫度計示數(shù)下降 C．溫度計示數(shù)不變 D．示數(shù)先下降后上升 5．常用的溫度計是利用液體的________來測量溫度的。攝氏溫度把標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下________的溫度規(guī)定為0度。 6．體溫計的測量范圍是________，最小刻度值是________。 7．一支讀數(shù)為37。8℃的體溫計，不經(jīng)甩過，先后依次測量兩個人的體溫，若他們的真實(shí)體溫分別是36。5℃和38℃，那么這支體溫計的讀數(shù)依次是________、________。 8．液體溫度計越精確，則其玻璃泡的容積與細(xì)管的容積相差必定越（填“大”或“小”）_______________，此時玻璃泡里的液體有微小的膨脹，細(xì)管里的液柱 。 9．能不能用體溫計作為寒暑表使用？試說明理由。 多維鏈接 溫度計和溫標(biāo)的發(fā)明 公元前200一100年間，古希臘菲隆和希隆各自制造過一種以空氣膨脹為原理的測溫器。其后，人們還在三個容器中分別裝上冷、溫、熱水來判斷物體的冷熱：用手摸進(jìn)行比較。 1592或1595年，伽利略制成了第一個氣體溫度計。玻璃管與玻璃泡相連，管內(nèi)有有色液體，倒置于水杯之中。當(dāng)被測溫度的物體與泡接觸時，泡內(nèi)空氣就會因熱脹冷縮而發(fā)生體積變化，使有色液柱上升或下降，再由玻管上標(biāo)有“熱度”(即現(xiàn)在所說的“溫度”)的刻度讀出。這是有史以來的第一支有刻度的溫度計。顯然，這種溫度計不完善：變化著的大氣壓也會使液柱升降，測量范圍極其狹窄。 物理學(xué)中熱力學(xué)里有一門叫計溫學(xué)的分支學(xué)科，它是利用物質(zhì)的熱效應(yīng)來研究測溫技術(shù)的。它包括溫度分度法、溫度參照點(diǎn)的選擇、溫度計按不同用途的設(shè)計、制定各種測溫標(biāo)準(zhǔn)、提高測溫精度、準(zhǔn)確度、測定實(shí)用溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)的差值等。伽利略發(fā)明氣體溫度計后，人們的工作就大致按這些內(nèi)容進(jìn)行。 1611年，伽利略的同事?？送辛羲垢倪M(jìn)了伽利略的氣體溫度計，制成一種蛇狀玻璃管氣體溫度計，玻管上有l(wèi)lO個刻度，可測體溫。 1629年，約瑟夫德米蒂哥這位物理學(xué)家兼猶太教師出版了一本叫《花園中的噴泉》的書，書中載有盛有白蘭地的玻璃泡溫度計，它旁邊的小字上寫著“oleb”(上升)。有人認(rèn)為這是人類第一支較準(zhǔn)確的溫度計。但現(xiàn)未能查明其發(fā)明者，而只能猜測是伽利略或他在帕多瓦大學(xué)的同事德米蒂哥。具體發(fā)明年代只能大致確定在17世紀(jì)初。 1631—1632年，法國化學(xué)家詹雷伊把伽利略的玻璃管倒轉(zhuǎn)過來，并直接用水而不是空氣的體積變化來測定溫度。這是第一支用水作工作物質(zhì)的溫度計。但因管口末密封，水會蒸發(fā)而產(chǎn)生越來越大的誤差。 1641年，第一支以酒精為工作物質(zhì)的溫度計首次出現(xiàn)在意大利托斯卡納大公爵費(fèi)迪南二世的宮庭里。1644—1650年間，這位大公將其不斷完善：用蠟把紅色酒精溫度計的玻管口封位，在玻管上刻度?？梢?，這支溫度計已具有現(xiàn)代溫度計的雛型，以致不少人將溫度計的發(fā)明歸功于這位大公。1654年，這種溫度計已在佛羅倫薩普及，以致這一年被一些人認(rèn)為是溫度計誕生之年。它還被傳到英國和荷蘭。 1646年，意大利物理學(xué)家萊納爾第尼明智地提出以水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)作為溫度計刻度的兩個定點(diǎn)。但無奈當(dāng)時流行的酒精溫度計里酒精的沸點(diǎn)(78.5℃)低于水的沸點(diǎn)(100℃)，所以用水的沸點(diǎn)為第二個定點(diǎn)對酒精溫度計顯然不切實(shí)際，所以這一建議當(dāng)時未能實(shí)施。 1657年成立的意大利佛羅倫薩實(shí)驗科學(xué)院在其存在的10年間地進(jìn)行了水銀和酒精溫度計的研究，制作過40(或80)個等分標(biāo)度的沒有定點(diǎn)的酒精溫度計：它在1660年冬最冷時顯示11—12“度”，冰的熔點(diǎn)顯示13.5“度”，夏天最熱時為40“度”。 1658年，法國天文學(xué)家伊斯梅爾博里奧制成第一支用水銀作工作物質(zhì)的溫度計。 1660年，意大利材料測試研究所也制成了水銀溫度計。 1665年，荷蘭物理學(xué)、數(shù)學(xué)家惠更斯地提議把水的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)作溫度計刻度的兩個定點(diǎn)，以便各種溫度計標(biāo)準(zhǔn)化。同年，英國物理學(xué)、化學(xué)家波義耳根據(jù)他于1662年發(fā)現(xiàn)的氣體定律(即玻義耳定律，后經(jīng)法國物理學(xué)家馬略特完善后稱波義耳一馬略特定律，簡稱波一馬定律)，指出氣體溫度計不準(zhǔn)的原因及其他缺點(diǎn)。其后，人們大多轉(zhuǎn)向其他工作物質(zhì)的溫度計的研究。 1672年，休賓在巴黎發(fā)明了第一個不受大氣壓影響的空氣溫度計。 1688年，達(dá)蘭西的溫度計以水和牛油熔解時的兩個溫度作溫度計刻度的兩個固定點(diǎn)。 18世紀(jì)初，形形色色的溫度標(biāo)準(zhǔn)(溫標(biāo))已多達(dá)30余種。例如，丹麥天文學(xué)家羅默(他以1676年用觀測木星衛(wèi)星蝕的方法第一次證實(shí)光的傳播是等速運(yùn)動而聞名于世)以人體溫度為22.5“度”和水的沸點(diǎn)為60“度”作溫度計上刻度的兩個定點(diǎn)。牛頓于1701—1703年制作的亞麻子油(一說蓖麻油)溫度計把雪的熔點(diǎn)0“度”和人體的溫度12“度”作溫度計的兩個定點(diǎn)。 法國物理學(xué)家阿蒙東最先指出測溫液體是規(guī)則膨脹的，“有絕對零度存在”也是他最先指出的，他于1703年也制成了一支實(shí)用氣體溫度計。 在18世紀(jì)以前，溫標(biāo)不統(tǒng)一且不太實(shí)用。這些工作歷史地落在華倫海特等人的肩上。 遷居荷蘭的德國玻璃工華倫海特也在英國居住過。他經(jīng)過1709—1714年的研究，把冰、水、氯化銨的混合物平衡溫度定為0℉，人體溫度定為96℉(如以今天我國標(biāo)準(zhǔn)體溫37℃，則應(yīng)為98．6℉，可見他采用的體溫不是今天我國的標(biāo)準(zhǔn)體溫)，其間分為96格，每格為1℉。1724年，他又把水的沸點(diǎn)定為2120℉。但遺憾的是，他未能將冰的熔點(diǎn)定為0℉，而是定為32℉。這就是華氏溫標(biāo)，其符號為tF。這是曾長期使用且至今仍在香港和世界許多地方使用的第一種溫標(biāo)。他還發(fā)明了在填充水銀時進(jìn)行凈化的方法，制成了第一種實(shí)用的水銀溫度計。 1730年，主要研究物理學(xué)和動物學(xué)的法國博物學(xué)家列奧繆爾制成了一種酒精溫度計，他把水的冰點(diǎn)0oR和沸點(diǎn)80oR刻在溫度計上作兩個定點(diǎn)，再把其問分為80格，每隔為1oR。這是其后流行了多年的第二種溫標(biāo)——列氏溫標(biāo)，其符號為tR。 1742年，瑞典物理學(xué)家、天學(xué)家攝爾修斯制成的水銀溫度計則把水的沸點(diǎn)和冰的熔點(diǎn)分別定為0℃和100℃，其間分為100格，每格為1℃，這是第三種得到廣泛流行的實(shí)用溫標(biāo)——攝氏溫標(biāo)，其符號為t或tc。1743年，克里森指出上述定點(diǎn)不符合越熱的物體溫度越高的習(xí)慣，8年以后的1750年，攝爾修斯接受同事斯特默爾的建議，把上述兩定點(diǎn)的溫度對調(diào)，這才成了現(xiàn)在的攝氏溫標(biāo)即百分溫標(biāo)。 上述三種溫標(biāo)都是初級原始的溫標(biāo)，其缺點(diǎn)有二。一是溫度值只有在兩個定點(diǎn)是準(zhǔn)確的其余各點(diǎn)都不準(zhǔn)確；二是定義范圍很窄，例如水銀溫度計測量范圍是—38．87—+356．9℃。以下第四種溫標(biāo)克服了這些缺點(diǎn)。 1848年，英國物理學(xué)家湯姆遜即開爾文提出熱力學(xué)溫標(biāo)。其符號為TK或T，并于1854年指出只需選用一個固定點(diǎn)數(shù)值，這種溫標(biāo)就能確定。這個點(diǎn)就是“絕對零度”。然而，在實(shí)際建立熱力學(xué)溫度單位時，考慮到歷史傳統(tǒng)和當(dāng)時的技術(shù)條件，他不得不用攝爾修斯的0—100℃的間隔作為100個新溫度的間隔，即新溫度的每個間隔為1開氏度(1oK)與 l攝氏度(1℃)相當(dāng)。這就是開氏溫標(biāo)。歷史上類似而含義不盡相同的名稱還有理想氣體溫標(biāo)、熱力學(xué)絕對溫標(biāo)等。這第四種溫標(biāo)的特點(diǎn)是：與任何物體的性質(zhì)無關(guān)，不受工作物質(zhì)的影響，解除了工作物質(zhì)因凝固、汽化而受到的限制，僅與熱量有關(guān)。1927年，第七屆國際計量大會確定它為最基本的溫標(biāo)。1954年大會又決定把273.16oK這一水的三相點(diǎn)作為這一溫標(biāo)的唯一定點(diǎn)。這一溫標(biāo)實(shí)際包含的另一定點(diǎn)是不能用物質(zhì)的已知性質(zhì)來定義的，它是理論上推導(dǎo)出來的最低溫度——絕對零度。1967年，第十三屆國際計量大會將這種溫標(biāo)的單位“開氏度”(oK)改為“開爾文”(K)，而前述“開氏溫標(biāo)”及“開氏溫度”被分別代之以“新國際實(shí)用溫標(biāo)”和“熱力學(xué)溫度”，我國也最終由國務(wù)院于1984年2月27日下達(dá)命令在1991年1月1日起正式施行使用。 第五種溫標(biāo)為蘭氏溫標(biāo)，在19世紀(jì)由英國工程師蘭金發(fā)明，其符號為TR，蘭氏度的符號為Ro。這種溫標(biāo)的水三相點(diǎn)約491.7Ro，水的沸點(diǎn)約671.6Ro。這種溫標(biāo)比前四種用得更少。 隨著上述攝氏，國際溫標(biāo)的建立和技術(shù)的成熟，以及實(shí)際測量的需要，人們改進(jìn)、發(fā)明了形形色色的溫度計。 1743年，法國克利斯廷在里昂改制了像攝爾修斯那樣的溫度計，這更接近現(xiàn)代溫度計。 1782年，西克斯發(fā)明了 “最高最低溫度計”，丹尼爾盧瑟福在1794年作了改進(jìn)。1782年，英國韋奇伍德．和德國塞格爾各自發(fā)明了測定火焰溫度或爐溫用的溫度計，后者的發(fā)明被稱為塞格爾測溫錐。 1821—1822年，德國塞貝克發(fā)現(xiàn)熱電(溫差電)現(xiàn)象，提出溫差電動勢序，認(rèn)識到由此可制成熱電偶即溫差電偶來測溫度。1830年便出現(xiàn)了這種溫差電偶，用它還可探測紅外線。選用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)體或半導(dǎo)體作熱電偶材料，可以測量很寬的溫度范圍(如—50—+1600℃)，若用特殊熱電偶材料，則更可擴(kuò)大到—180—2000℃，這顯然是酒精或水銀溫度計望塵莫及的。 俄國楞次和英國戴維于1835年得知金屬在受熱時電阻會增大，AF斯文貝爾格于1857年便用這一原理發(fā)明了差示溫度計(由一個接在測量電橋中的涂黑銅螺線組成)。 1860年，德國威廉西門子發(fā)明了遙測式電阻溫度計，1869年他為它加裝了一根鈉絲作測量探頭，可測更高的溫度。 19世紀(jì)60年代初，英國醫(yī)生阿爾伯特發(fā)明了現(xiàn)在仍在位用的那種體溫計：其最大特點(diǎn)是細(xì)管內(nèi)有一段特別狹窄，體溫計離開被測人體后水銀在這狹處中斷而水銀柱并不下降，可從容不迫地讀出體溫。 1881年，蘭利將涂黑的鉑帶作熱敏元件制成輻射熱測量計(或電阻測輻射熱計)測量輻射熱。 其后，溫度計新品種不斷涌現(xiàn)。例如，光學(xué)高溫計(測600℃以上高溫)、光度計(測星球表面溫度)、紅外顯微鏡(測小至10—100微米的點(diǎn)的溫度)、半導(dǎo)體點(diǎn)溫度計(測點(diǎn)的溫度)、石英振子溫度計(可測低溫至250間的溫度，精度特高) 對10000℃以上的高溫，一般溫度測量法已無能為力。這時，要用原子光譜的譜線和溫度間的關(guān)系來計算出溫度。 版權(quán)所有：高考資源網(wǎng)(www.ks5u.com)