知识背景
1714 年,德国仪器工匠华伦海特做出了第一支实用的水银温度计。他把冰、水、氯化铵混合物的温度定为 度,把人的体温定为 度,中间平分——这就是华氏温度的来历,所以人体正常体温在华氏温标里是 这样一个奇怪的数。
三十年后,瑞典人摄尔修斯换了个思路:既然冰水混合物的温度和沸水的温度在同一地点总是固定的,就用它们当两个固定标准点,中间等分成 份。他的高明之处在于:没有依赖任何人的体温或某地的天气,而是用可以随时重现的自然现象来定刻度。这正是科学测量的精髓——标准必须可复现。
知识讲解
温度与摄氏温标
温度表示物体的冷热程度。摄氏温度的两个固定点是:冰水混合物 、一个标准大气压下沸水 ,两点之间等分为 份,每份就是 。
读法与写法要规范: 读作「 摄氏度」; 读作「负 摄氏度」或「零下 摄氏度」,不能读成「负摄氏 度」。杭州的气候可以给这些数字一点实感:一月平均气温约 ,七月平均约 ,极端高温曾超过 。
温度计的原理与结构
温度计的原理是液体的热胀冷缩。玻璃泡内装有测温液体(水银、酒精或煤油),泡上方是一根内径很细而均匀的玻璃管。管子越细,同样的体积变化引起的液柱长度变化就越明显,读数也越精确。
| 测温液体 | 凝固点 | 沸点 | 适用场合 |
|---|---|---|---|
| 水银 | 约 | 约 | 测较高温度 |
| 酒精 | 约 | 约 | 测很低的温度 |
所以测南极的低温(可达 )必须用酒精温度计,水银在那里已经凝固;而测沸水就不能用酒精温度计,因为酒精自己都沸腾了。
温度计的正确使用
使用温度计四要点:一选(估计被测温度,选量程合适的温度计,不能超量程);二浸(玻璃泡全部浸入液体中,不能碰容器底和容器壁);三待(等液柱稳定不动后再读数);四读(玻璃泡留在液体中读数,视线与液柱上表面齐平)。
体温计的特殊之处
体温计是一支「有记忆」的温度计。它的玻璃泡上方有一段极细的缩口:体温升高时水银受挤压能通过缩口上升,离开人体后水银遇冷收缩,缩口处的水银柱断开,上方的水银退不回来,因此离开人体后读数不变。
正因为如此,体温计使用前必须用力向下甩,把水银甩回玻璃泡。
- 量程:体温计 到 ;实验室温度计常为 到 。
- 分度值:体温计 (更精细);实验室温度计 。
- 结构:体温计有缩口,可离开人体读数、用前需甩;实验室温度计无缩口,必须留在液体中读数、不能甩。
实验与探究
用小玻璃瓶、细玻璃管、橡皮塞和红墨水自制一支温度计,并给它标上刻度。
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制作:瓶中装满染红的水,橡皮塞塞紧,细玻璃管穿过塞子插入水中,管内水面上升到某处。
标定两个固定点:把瓶子放入冰水混合物中,待液面稳定后在管上刻一道线标为 ;再放入沸水中,待液面稳定后刻线标为 。
分度:把两条线之间的长度等分成 份,每份就是 。任何温度计都需要两个固定点加等分才能有刻度。
改进方向:若液面变化太小不易读数,可换更细的玻璃管,或换用更大的玻璃瓶——两种办法都能让同样的温度变化产生更长的液柱位移。
小科测一杯热水的温度:先把温度计的玻璃泡贴在杯底;插入后立即读数;读数时把温度计拿出水面;视线从下往上斜看液柱。请逐条改正。
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错误一、二:玻璃泡贴在杯底,测到的是杯底的温度而不是水温,应让玻璃泡全部浸入水中且不接触容器底和壁;立即读数时液柱还没稳定,读数偏低,应等液柱稳定不动后再读。
错误三、四:拿出水面读数,玻璃泡遇冷空气液柱下降,读数偏低,应留在水中读数;仰视读数使读数偏小,应保持视线与液柱上表面齐平。
总结:这四处对应「浸、待、读」三个环节,是实验题最经典的四连坑。
经典例题
某体温计的读数停在 ,护士没有甩就直接给三位病人测量。三人的实际体温分别是 、、。三次读数分别是多少?
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第一步 · 抓原理:体温计有缩口,水银只能上升不能自动回落。所以读数只会在实际体温高于原读数时才变化。
第二步 · 逐人分析:
- 第一人 ,低于 ,水银不上升,读数仍是 。
- 第二人 ,与原读数相同,读数是 。
- 第三人 ,高于 ,水银继续上升,读数是 。
第三步 · 结论:三次读数为 、、。规律:未经回零的体温计,只有体温高于原读数时才准确,其余情况都偏高。这是中考选择题的常客。
难点与易错点
- 读数时把温度计拿出来:实验室温度计必须留在液体中读数,只有体温计可以取出。
- 玻璃泡碰底或碰壁:测的就不是液体温度了。
- 不等稳定就读:液柱还在变化,读数必然偏低(测热水时)。
- 超量程使用:用量程到 的温度计去测 的油,会把温度计胀坏。
- 体温计用前不甩:会导致低体温者被读成上次的高温数值。
- 单位读法错误: 读作「负 摄氏度」,不是「负摄氏 度」。
生活中的应用
- 杭州夏天的高温预警:气象台的气温是在离地 的百叶箱内测的,避免阳光直射,所以体感往往比预报更热。
- 冰箱冷冻室约 :低温抑制微生物活动,食物才能长期保存。
- 烹饪用的探针温度计:牛排中心温度决定生熟;地铁车厢空调设定 ,是舒适与能耗的折中。
生活应用题 1 · 自制温度计怎么标出湘湖的水温
小科用自制温度计(已标好 和 ,两点间管长 )去测湘湖水温,液面停在 刻度上方 处。水温是多少?
分步解:
- 求每摄氏度对应的长度: 对应 ,故 对应 。
- 求温度:。
- 验算:,与观测一致,水温约 。这一步用的是液柱长度与温度成正比(均匀细管才成立)。
生活应用题 2 · 早晚温差里的读数陷阱
杭州某年三月的一天,早上气温 ,午后升到 。小科早上把一支实验室温度计挂在阳台上,中午回来发现读数是 ,比天气预报高出不少。请解释原因,并说明温差是多少。
分步解:
- 温差计算:(这是气温的日温差)。
- 读数偏高的原因:温度计被阳光直射,玻璃泡吸收太阳辐射后温度高于周围空气温度,测到的不是气温。
- 正确做法:把温度计放在通风、背阴处,让玻璃泡只与空气进行热交换。这说明测量不仅要仪器对,测量环境也必须符合要求,否则数据没有意义。
考点
- 选择题:摄氏温度的规定、温度的读法与写法
- 选择题:根据凝固点和沸点选择测温液体(南极用酒精、测沸水用水银)
- 实验题:温度计使用的四步操作及错误改正(浸、待、读三坑)
- 计算题:未甩体温计的读数判断、自制温度计的刻度换算
- 简答题:体温计缩口的作用、为什么能离开人体读数
中考真题
关于温度计的使用,下列说法正确的是( )
A. 用体温计测沸水温度 B. 测液体温度时可将玻璃泡贴在容器底部 C. 实验室温度计读数时视线应与液柱上表面齐平 D. 温度计插入液体后应立即读数
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逐项分析:
- A 错:体温计量程只有 到 ,测沸水会把它胀坏。
- B 错:贴在容器底部测到的是容器温度,玻璃泡应全部浸入液体且不接触底和壁。
- C 对:视线与液柱上表面齐平才能避免俯视、仰视误差。
- D 错:必须等液柱稳定后再读数。
答案:C。
小科想用一支分度值为 的温度计更精确地测量水温,他能否通过换用内径更细的玻璃管来实现?请说明理由。
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第一步 · 原理:液柱长度变化 与液体体积膨胀量 和管的横截面积 有关,。
第二步 · 推理: 变小,同样的 会让 变大,即同样的温度变化对应更长的液柱位移,刻度可以分得更密。
第三步 · 结论:可以。换用内径更细的玻璃管(或增大玻璃泡容积)都能提高温度计的精确程度。但灵敏度提高的代价是量程变小,两者不可兼得,这也是体温计量程窄的原因。