第 9 章 第 1 节 温度

 
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章  物态变化


天空中的云、高山上的积雪、河面上的冰、冰层下方流动的水,以及空气中的水蒸气,这些都是水的不同状态。自然界的物质在不同条件下会处于不同的状态。本章我们将学习各种物态变化过程及其特点。

通过本章内容的学习,你将了解温度的概念和温度计的工作原理;认识分子动理论的基本观点,以及物态变化的规律;初步形成物质和能量的观念;感悟水循环对人类生存环境的重要性。

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温 度

我们在生活中经常能感受到冷和热的差异,冰块是冷的,刚蒸好的包子是热的。图9–1–1是一张热成像照片,你知道图中的不同颜色反映了什么吗?

什么是温度?

在日常生活中,我们通常凭人体感觉来判断冷热。

 

三个盆分别装有冷水、温水和热水,先将两手分别浸入热水和冷水中,再将两手一起浸入温水中,两手的感觉是怎样的?

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图 9–1–2  液体温度计

通过上述活动,我们知道凭感觉判断冷热有时并不准确。因此,我们引入温度(temperature)这一物理量来表示物体的冷热程度。

生活中常用的是摄氏温度,用 t 表示,它的单位是摄氏度,符号是 ℃。

在温度变化时有些物质的状态会发生变化。例如,固态的冰在温度升高时会化成液态的水,当温度更高时,液态的水会变成气态的水蒸气。

如何测量温度?

我们可以用温度计测量物体的温度。图 9–1–2 是一种常见的液体温度计,它是利用液体热胀冷缩的性质来测量温度的。液体温度计里常装有酒精、煤油等。

为了准确地读出温度,必须确定温度计上的刻度。摄氏温度是这样规定的:取1个标准大气压下冰水混合物的温度为 0℃,沸水的温度为 100℃,然后在 0℃ 和 100℃ 之间分成 100 等份,每一等份即为 1 ℃。0 ~ 100℃ 范围以外也按照同样的分度大小扩展。例如,人的正常体温大约是 37℃;我国东北地区冬天的极端气温可低至 − 50℃,读作零下 50 摄氏度。

 

图 9–1–3  自然界的一些温度

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温度与我们的日常生活息息相关,过高的温度和过低的温度都会令人感到不适,甚至造成伤害。人的皮肤直接接触 50℃ 的物体 2 min 就可能被烫伤;长时间暴露在 0℃ 以下的环境中很容易使裸露在外的皮肤冻伤。大多数导致食物腐败的细菌在 8 ~ 63℃ 之间迅速繁殖,因此食物在这个温度范围内最容易变质。100℃ 以上的温度可以杀灭大部分细菌,而在 − 18℃ 以下的环境中,细菌将停止繁殖,但仍然有可能存活。有些人习惯等待食物冷却至室温后才放进冰箱,从防止食物变质的角度来看,这种做法并不正确。

图 9–1–4  红外温度计
图 9–1–5  常见电子体温计

物质的不少物理性质都会随温度变化而变化,根据这些变化的规律可以制作各种温度计。图 9–1–4 所示的温度计是根据被测物体发出的热辐射来测定物体表面的温度。这种温度计不需要与被测物体接触就可以测量被测物体的温度。图 9–1–1 的热成像照片就是利用这个原理拍摄的,图中的不同颜色对应着不同的表面温度。在工业生产和科学研究中也常用温度传感器测量物体的温度。

专门用于测量人体温度的温度计称为体温计,常见的体温计有液体体温计、电子体温计(图 9–1–5)。液体体温计内装有汞,因其测量准确、稳定性高、价格低廉而得到了长期广泛的使用,但由于人们越来越重视汞的危害,我国已明确规定将从 2026 年 1 月 1 日开始禁止生产含汞体温计。

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用常见温度计测量温度

观察常见温度计

观察实验室使用的液体温度计,其测温范围是多少?分度值是多少?单位是什么?

学习使用常见温度计

使用液体温度计测量液体温度时,应将温度计的玻璃泡完全浸没在被测液体中,玻璃泡不能接触容器壁和容器的底部,待液体温度计内液柱的液面稳定时读数。读数时,温度计的玻璃泡不要离开被测液体,且视线应平视温度计内的液面。

阅读温度传感器、电子体温计的使用说明书,了解使用方法。

用常见温度计测量温度

分别用液体温度计、温度传感器测量热水、冷水、温水的温度,将数据记录在表 9–1–1 中,并比较两种温度计测得的温度。

 

表 9–1–1  数据记录表
待测物质 热水 冷水 温水
液体温度计测得的温度 /℃      
温度传感器测得的温度 /℃      

 

用电子体温计测量同组同学的体温,比较各位同学的体温差异。

 

若采用接触式电子体温计,每位同学在测量体温前都需要用医用酒精对体温计消毒。

 

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科学研究中常用的是热力学温度,用字母 T 表示。在国际单位制中,热力学温度的基本单位是开尔文,符号是 K。热力学温度与摄氏温度之间的换算关系是

T = 273.15 + t

热力学温度的 0 K 称为“绝对零度”。研究表明,0 K 是不可能达到的。

约 138 亿年前,宇宙刚刚开始形成,它的温度约为 1032 K。随着宇宙的膨胀,它逐渐冷却,现在宇宙的平均温度约为 3 K。地球上的平均温度比宇宙的平均温度高,这是因为地球离太阳较近且有大气层包裹。如果没有太阳,地球也将处于 3 K 左右,地球生命也就不可能存在了。

温度的微观意义是什么?

温度常常会对日常生活中的一些现象产生影响。

 

在一杯冷水和一杯热水中分别滴入一滴蓝墨水,如图 9–1–6 所示,观察发生的现象。

图 9–1–6  在水中滴入蓝墨水

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常见的物质是由大量分子、原子构成的,分子都在不停地做无规则运动。蓝墨水在水中散开是一种扩散现象,它是由分子的无规则运动导致的。热水中的蓝墨水比冷水中的扩散得更快,说明温度越高,扩散越快,分子运动越剧烈。日常生活中,有许多扩散现象的例子。你闻到花香,就是芳香分子进入了你的鼻子;外壳完好的鸭蛋,浸入盐水里一段时间后,里面都变咸了,那是因为食盐分子进入了鸭蛋内部。

分子在不停地运动,但组成固体或液体的分子却不会飞散开,总是聚集在一起保持一定的体积,是因为分子间存在着相互作用力。花瓣下方有时会挂着露珠(图 9–1–7),这是分子间存在引力的体现。如图 9–1–8 所示,木块不易被压缩,它是分子间存在斥力的反映。

图 9–1–7  露珠能悬挂在花瓣下方
图 9–1–8  木块不易被压缩

这就是分子动理论的初步知识。分子运动受到分子间相互作用力的影响。温度反映了分子运动剧烈程度,温度越高,分子运动越剧烈。正是因为这种关系,分子无规则运动也称为分子热运动。

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1.我们常常觉得泉水冬暖夏凉,这是因为泉水的温度夏天低、冬天高吗?

2.规定摄氏温度时,为什么要取 0℃ 和 100℃ 两个温度作为标准温度来进行定标?取人的正常体温作为两个标准温度的其中一个,有什么缺点?

3.下列能体现分子无规则运动的现象是(     )。

A.雪花纷飞        B.树叶飘落       C.花香扑鼻       D.水波荡漾

主题学习:分子热运动与物态变化 1

将各种颜色的糖果在白色浅碟中摆放成你喜欢的图案,加入少量水,使糖果的一半浸入水中(图 9–1–9)。

(1)盘子里发生了什么变化?

(2)分别用热水和冷水来做这个实验,现象有什么不同?

(3)这个实验说明了什么?

图 9–1–9

发布时间:2026/4/27 21:43:17  阅读次数:36