第05讲 温度和温标（原卷版）

第05讲 温度和温标

知识点01  状态参量与平衡态

1．热力学系统和外界

(1)热力学系统：由大量分子组成的研究对象叫作热力学系统，简称系统。

(2)外界：系统之外与系统发生相互作用的其他物体统称外界。

2．状态参量：用来描述系统状态的物理量，常用的状态参量有体积V、压强p、温度T等。

3．平衡态：在没有外界影响的情况下，系统内各部分的状态参量达到的稳定状态。

【知识拓展1】

1．热力学系统的状态参量

(1)体积V：系统的几何参量，它可以确定系统的空间范围；

(2)压强p：系统的力学参量，它可以描述系统的力学性质；

(3)温度T：系统的热学参量，它可以确定系统的冷热程度。

2．平衡态的理解

(1)热力学的平衡态与力学的平衡态的意义不同，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，表现为系统不受外界的影响，状态参量(压强、体积和温度)不随时间变化。

(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。

【即学即练1】．下列不是描述气体状态参量的物理量是（　　）

A．压强 B．体积

C．质量 D．温度

知识点02  热平衡与温度

1．热平衡：两个相互接触的热力学系统，经过一段时间，各自的状态参量不再变化，说明两个系统达到了平衡，这种平衡叫作热平衡。

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．温度：热平衡中，表征“共同的热学性质”的物理量。

4．热平衡的性质：达到热平衡的系统都具有相同的温度。

【知识拓展2】

1．平衡态与热平衡的区别和联系

2.热平衡定律的意义

决定两个系统是否达到了热平衡的最主要参量是温度。因为互为热平衡的物体具有相同的温度，所以在比较各物体的温度时，不需要将各物体直接接触，只需将温度计分别与各物体接触，即可比较温度的高低。

3．热平衡与温度

(1)对温度的理解

①宏观上，表示物体的冷热程度；

②微观上，反映分子热运动的剧烈程度；

③一切达到热平衡的物体都具有相同的温度。

(2)温度计的测温原理

若物体与A处于热平衡，它同时也与B处于热平衡，则A的温度等于B的温度，这就是温度计用来测量温度的基本原理。

【即学即练2】关于物体的内能、温度和分子的平均动能，下列说法正确的是（　　）

A．温度低的物体分子平均动能一定小 B．温度低的物体内能一定小

C．外界对物体做功时，物体的内能一定增加 D．同一物体，温度高时，含有的热量多

知识点03  温度计与温标

1．确定一个温标的方法

(1)选择一种测温物质。

(2)了解测温物质用以测温的某种性质。

(3)确定温度的零点和分度的方法。

2．热力学温度T与摄氏温度t

(1)摄氏温标：一种常用的表示温度的方法．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，每份算做1 ℃。

(2)热力学温标：现代科学中常用的表示温度的方法．热力学温标表示的温度叫热力学温度。用符号T表示，单位是开尔文，符号为K。

(3)摄氏温度与热力学温度的关系为T＝t＋273.15 K。

【知识拓展3】

1．“温度”含义的两种说法

(1)宏观角度：表示物体的冷热程度；

(2)热平衡角度：两个处于热平衡的系统存在一个数值相等的物理量，这个物理量就是温度。

2．常见温度计及其原理

3.温度计测温原理

一切互为热平衡的系统都具有相同的温度。温度计与待测物体接触，达到热平衡，其温度与待测物体相同。

【即学即练3】气体初始温度为27℃，升高了20℃。用热力学温标表示，气体初始温度为（    ）

A．27K，升高了20K B．300K，升高了20K

C．27K，升高了293K D．300K，升高了293K

考法01  温度的概念与分子动能的关系

【典例1】新型冠状病毒在世界范围内的肆虐，给人类造成了重大损失。为了减少病毒传播，人们常用乙醇免洗洗手液（主要成分是酒精）洗手消毒，使用免洗洗手液洗手后，手部能够很快变干，下列说法正确的是（　　）

A．手部能够很快变干是酒精分子做布朗运动的结果

B．手部能够很快变干是空气对流的结果

C．洗手液中的酒精由液体变为同温度的气体的过程中，分子平均动能不变

D．洗手液中的酒精由液体变为同温度的气体的过程中，分子势能不变

考法02  热平衡定律

【典例2】下列说法不正确的是（　　）

A．热平衡定律是温度计能够用来测量温度的基本原理

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．两个系统处于热平衡时，它们一定具有相同的热量

题组A  基础过关练

1．一杯水含有大量的水分子，若杯中水的温度升高，则（　　）

A．水分子的平均动能增大 B．只有个别水分子动能增大

C．所有水分子的动能都增大 D．水分子动能不变

2．下列热力学温度，最接近于室温的是（　　）

A．100K B．200K C．300K D．400K

3．如图，在固定的汽缸A和B中分别用活塞封闭一定质量的理想气体，活塞面积之比为SA：SB＝1：2。两活塞以穿过B的底部的刚性细杆相连，可沿水平方向无摩擦滑动。两个汽缸都不漏气。某状态下系统平衡时，A中气体压强为pA＝1.5p0，p0是汽缸外的大气压强，则此时B中气体压强为（　　）

A．0.75p0 B．0.25p0 C．0.5p0 D．p0

4．下列关系式中正确的是（　　）

A．室外气温：-2℃＜-5℃ B．某物体的速度：-2 m/s＜-12 m/s

C．物体的重力势能：-2 J＜-12 J D．电场中某点的电势：-2 V＜-5 V

5．如果两个系统通过相互作用，实现了热平衡，那么这两个系统（　　）

A．一定具有相同的压强 B．一定具有相同的温度

C．一定具有相同的体积 D．一定同时具有相同的温度、压强和体积

6．下列说法中正确的是（　　）

A．布朗运动实际上就是液体分子的运动

B．固体颗粒越大布朗运动越明显

C．物体的温度越高，其分子平均动能不一定越大

D．温度升高，也就是升高1K

7．关于热力学温标和摄氏温标（　　）

A．某物体摄氏温度10℃，即热力学温度10K

B．热力学温度升高1K大于摄氏温度升高1℃

C．热力学温度升高1K小于摄氏温度升高1℃

D．热力学温标中的每1K与摄氏温标中每1℃大小相等

8．仿照实验室使用的液体温度计的原理，某同学设计了一个简易的气体温度计，如图所示，瓶中装的是气体，瓶塞密封不漏气，瓶塞上面细弯管中有一段液柱。

(1)当温度升高时，液柱将向哪边移动？

(2)此温度计如何标上刻度呢？

题组B  能力提升练

1．当气体温度升高时，下面说法中正确的是（　　）

A．每个分子的速率都增大 B．每个分子的热运动都加剧

C．每个分子的动能都增大 D．物体分子的平均动能增大

2．0℃的水凝固成0℃的冰时，分子的（    ）

A．平均动能减少，势能减少 B．平均动能不变，势能减少

C．平均动能减少，势能不变 D．平均动能减少，势能增大

3．下列关于分子热运动的说法中正确的是（　　）

A．扩散现象表明，分子在做永不停息的热运动

B．布朗运动就是液体分子的无规则热运动

C．温度相同的氢气和氮气，氢气分子和氮气分子的平均速率相同

D．微粒越大，液体温度越高，布朗运动就越明显

4．如图所示，一定质量的理想气体被质量为m的活塞封闭在竖直放置的导热气缸内（活塞与气缸间的摩擦不计），下列操作可使理想气体压强变大的是（　　）

A．缓慢升高环境温度 B．将整体倒置，气缸开口向下

C．用力推气缸，让整体向上加速运动 D．气缸自由下落

5．如图所示，一个横截面积为S的内壁光滑圆筒形容器竖直固定放置，容器中静止的金属圆板A的上表面水平，下表面倾斜，下表面与水平面的夹角为。已知圆板质量为M，大气压强为，则容器内气体压强等于（　　）

A． B．

C． D．

6．如图为一注水的玻璃装置，玻璃管D、E上端与大气相通，利用玻璃管C使A、B两球上部相通，D、C、E三管与两球接口处紧密封接。当A、B、D的水面高度差如图所示时，E管内水相对B中水面的高度差h应等于（　　）

A．0.6m B．0.8m C．1.2m D．1.5m

7．关于温度的概念，下述说法中正确的是（　　）

A．温度升高，物体内所有分子的动能都增大

B．温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子平均动能越大

C．当某物体的内能增加时，则该物体的温度一定升高

D．甲物体的温度比乙物体的温度高，则甲物体分子平均速率比乙物体分子平均速率大

8．在温度相同的条件下，下列有关氧气、氮气分子说法正确的是（　　）

A．每一个氧分子和每一个氮分子的动能相同

B．1克氧气分子动能之和与1克氮气分子动能之和相等

C．1摩尔氧气分子动能总和与1摩尔氮气分子动能总和相等

D．1摩尔氧气分子动能总和大于1摩尔氮气分子动能总和

9．如图所示为内壁光滑的导热气缸，一质量，表面积的活塞封闭一定质量的理想气体，开始时气缸如图甲放置，之后将其竖直放置（如图乙），大气压强，求：

（1）如甲图中放置时，气缸内气体的压强为多少？

（2）如乙图中放置时，气缸内气体的压强为多少？

10．电压力锅是传统高压锅和电饭锅的升级换代产品，它结合了压力锅和电饭锅的优点，实现了全密封烹调，达到了省时省电的目的。

(1)如果某电压力锅的锅内气体的体积为V，气体的摩尔体积为VA，阿伏加德罗常数为NA，则锅内气体分子的个数有多少；

(2)如果压力锅正常工作时锅内的温度能保持在117 ℃，此时室温为27 ℃，试用热力学温度表示锅内温度和室温，并计算锅内食物升高了多少K。

题组C  培优拔尖练

1．下列说法中正确的是（　　）

A．已知水的摩尔质量和水分子的质量，可以计算出阿伏加德罗常数

B．悬浮在液体中的固体微粒越小，在某一瞬间撞击它的液体分子数就越多，布朗运动越明显

C．当两个分子的间距从很远处逐渐减小到很难再靠近的过程中，分子间的作用力先减小后增大，分子势能不断增大

D．温度升高，分子热运动的平均动能一定增大，并且所有分子的速率都增大

2．下图描绘一定质量的氧气分子分别在和两种情况下速率分布情况，符合统计规律的是（　　）

A． B．

C． D．

3．关于分子动理论，下列说法中正确的是（　　）

A．达到热平衡的两个系统具有相同的温度

B．两个邻近分子间不可能同时存在斥力和引力

C．布朗运动就是液体或者气体分子的无规则运动

D．温度是分子平均速率的标志

4．下列有关热平衡的说法，正确的是（　　）

A．如果两个系统在某时刻处于热平衡状态，则这两个系统永远处于热平衡状态

B．热平衡定律只能研究三个系统的问题

C．如果两个系统彼此接触而不发生状态参量的变化，这两个系统又不受外界影响，那么这两个系统一定处于热平衡状态

D．两个处于热平衡状态的系统，温度可以有微小的差别

5．关于分子动理论的规律，下列说法正确的是（　　）

A．布朗运动是液体分子的无规则运动

B．压缩气体时气体会表现出抗拒压缩的力，是气体分子间存在斥力的缘故

C．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，用来表征它们所具有的“共同热学性质”的物理量是内能

D．已知某种气体的密度为ρ（kg/m3），摩尔质量为M（kg/mol），阿伏加德罗常数为NA（mol-1），则该气体分子之间的平均距离可以表示为

6．如图所示，竖直圆筒是固定不动的，粗筒直径是细筒的2倍，细筒足够长，粗筒中A、B两轻质活塞（不考虑活塞的重力）间封有气体气柱长L=20cm活塞A上方的水银深H=10cm，两活塞与筒壁间的摩擦不计，用外力向上托住活塞B，使之处于平衡状态，水银面与粗筒上端相平。现使活塞B缓慢上移，直至一半的水银被推入细筒中，若大气压强p0相当于75cm高的水银柱产生的压强。则此时气体的压强为（    ）

A．100cmHg B．95cmHg

C．90cmHg D．85cmHg

7．若已知大气压强为p0，图中各装置均处于静止状态，液体密度均为ρ，重力加速度为g，下列说法正确的是（　　）

A．甲图中密闭气体的压强大小是p0+ρgh

B．乙图中密闭气体的压强大小是p0+ρgh

C．丙图中密闭气体的压强大小是p0－ρgh

D．丁图中密闭气体的压强大小是p0＋ρgh1

8．关于分子动理论的相关知识，下列说法正确的是（　　）

A．空气中大量PM2.5的运动是分子热运动

B．温度相同的氧气和氢气，分子的平均动能相同

C．当分子间距离为r0时，分子势能最大

D．某气体的摩尔体积为V，每个分子的体积为V0，则阿伏加德罗常数的数值可表示为

9．已知大气压强是由于大气的重力而产生的，某学校兴趣小组的同学，通过查找资料得知：月球半径，月球表面重力加速度。月球表面本来没有空气，为开发月球，某同学设想在月球表面覆盖一层大气，使月球表面附近的大气压达到。已知大气层厚度，比月球半径小得多。

(1)该同学根据上述几个物理量能估算出月球周围大气层的质量吗？若能，请估算出月球周围大气层的质量；若不能，请说明理由。

(2)假如月球周围的大气全部液化成液态且均匀分布在其表面上，估算一下月球半径将会增加多少？（已知液化空气的密度）

10．如图甲表示某金属丝的电阻R随摄氏温度t变化的情况。把这段金属丝与电池、电流表串联起来（如图乙所示），用这段金属丝作测温探头，把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度，于是就得到一个最简单的电阻温度计，假设电池的电动势和内阻都是不变的。

探究：(1)电流大的对应的温度高还是温度低？

(2)t1与t2哪个点对应的电流更大些？