王娟 劉衛(wèi)華

【摘要】初中物理學(xué)科實(shí)驗(yàn)性較強(qiáng).為了落實(shí)新課標(biāo)精神，培養(yǎng)物理學(xué)科核心素養(yǎng)，提升學(xué)習(xí)物理的能力，需要注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)，掌握實(shí)驗(yàn)操作的方法，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手和動(dòng)腦的能力.

【關(guān)鍵詞】溫度計(jì)；熱脹冷縮；熱平衡

1液體溫度計(jì)

首先對(duì)于液體溫度計(jì)，它的原理是：測(cè)溫液體的熱脹冷縮.玻璃泡內(nèi)所裝的液體受到溫度的影響，體積膨脹，就會(huì)使管內(nèi)液柱的長(zhǎng)度發(fā)生明顯的變化.

1.1原理分析

當(dāng)被測(cè)物體溫度為t1時(shí)，液體吸，熱體積膨脹，達(dá)到熱平衡時(shí)，玻璃泡里的液體液面到達(dá)位置A，此時(shí)體積為V1；當(dāng)被測(cè)物體溫度為t2時(shí)，液體吸熱膨脹，達(dá)到熱平衡時(shí)，玻璃泡里的液體液面到達(dá)位置B，體積為V2.假設(shè)玻璃管內(nèi)徑截面積為S，則有Δh=ΔVS=V2－V1S，水銀的體積膨脹系數(shù)受溫度的影響較小，在較大的范圍內(nèi)可認(rèn)為是不隨溫度的改變而改變，則等分刻度后產(chǎn)生的誤差較小.

1.2公式分析

可以看出，液面高度的變化Δh與溫度的變化成正比，所以液體溫度計(jì)的刻度特點(diǎn)是由下往上，數(shù)值由小到大，且刻度分布均勻.

要提高溫度計(jì)的精確度，即在Δt不變的前提下，增大Δh首先是增大ΔV即增大玻璃泡的容積，其次選擇比熱容較小的液體，如水銀（熱導(dǎo)率大、比熱容小，和外界發(fā)生熱傳遞后很快可以達(dá)到平衡）；第三是減小S，即玻璃管的內(nèi)徑做得更細(xì).

1.3典例分析

例題甲乙兩支煤油溫度計(jì)，玻璃泡容積相同，甲的內(nèi)徑為6.2mm，乙的內(nèi)徑為6mm，現(xiàn)用這兩支溫度計(jì)分別去測(cè)量同一杯溫水的溫度，則情況是（）

（A）甲乙上升高度一樣且兩支溫度計(jì)的示數(shù)相同

（B）乙溫度計(jì)內(nèi)液柱升得高，且示數(shù)也大

（C）甲溫度計(jì)內(nèi)液柱升得高，且示數(shù)也大

（D）乙溫度計(jì)內(nèi)液柱升得高，但甲乙的示數(shù)相同

分析同一杯熱水則溫度計(jì)的示數(shù)應(yīng)相同．

解析由于同一個(gè)物體的溫度是定值，兩支溫度計(jì)的示數(shù)應(yīng)相同.

因?yàn)椴Ａ莸娜莘e相等且都是煤油，故液體受熱后膨脹程度相同，即增大了相同的ΔV，根據(jù)Δh=ΔVS可知：內(nèi)徑S越小，溫度計(jì)內(nèi)液柱上升得越高.答案選（D）．

變式1有兩支待標(biāo)定的液體溫度計(jì)，內(nèi)徑相同，甲的玻璃泡容積大，如果要標(biāo)定一個(gè)精確度更高的溫度計(jì)，下列說法正確的是（）

（A）選擇甲，因?yàn)榧椎呐蛎浉?，液面上升的高度更?/p>

（B）選擇乙，因?yàn)橐业呐蛎浉?，液面上升的高度更?/p>

（C）選擇甲乙都一樣，因?yàn)橐后w的膨脹相同，液面上升的高度相同

（D）無法確定

分析液體升高相同的溫度，膨脹得越大，液體的體積越大，液面上升的高度越高.

解析當(dāng)甲乙兩支溫度計(jì)升高相同的溫度時(shí)，由于甲的玻璃泡容積大，液體膨脹的體積更大，根據(jù)Δh=ΔVS，則液面上升的高度更高.可以提高溫度計(jì)的精確度，即提高溫度計(jì)的分度值.所以選甲.答案為（A）.

變式2現(xiàn)有兩支分度值相同、玻璃泡的容積相同的水銀體溫計(jì)，甲的內(nèi)徑大于乙.用它們來給物體測(cè)溫時(shí)，情況是（）

（A）甲更準(zhǔn)確

（B）乙更確度

（C）甲乙的準(zhǔn)確度一樣高

（D）無法確定

分析準(zhǔn)確度與分度值大小有關(guān).

解析溫度計(jì)內(nèi)裝有等容積的水銀，故升高相同溫度時(shí)，膨脹的體積ΔV相同．由：Δh=ΔVS ，則內(nèi)徑大的溫度計(jì)的液柱高度小，但內(nèi)徑大的溫度計(jì)的刻度分布更密．但由于此時(shí)分度值相同，即精確度相同，則用它們測(cè)同一物體的溫度，準(zhǔn)確度相同.答案選（C）.

2氣體溫度計(jì)

分析伽利略的溫度計(jì)，它的原理是氣體的熱脹冷縮性質(zhì)，但由于玻璃泡的容積比玻璃管的容積大得多，可忽略不計(jì)，故可以把封閉氣體隨著溫度的變化看作是等容過程.則本質(zhì)上氣體溫度計(jì)是根據(jù)氣體的壓強(qiáng)隨溫度的變化來制成的.

2.1原理分析

當(dāng)環(huán)境溫度為t1時(shí)，且封閉氣體吸熱膨脹達(dá)到熱平衡時(shí)，玻璃泡里的液體液面到達(dá)位置A，此時(shí)玻璃泡里氣體壓強(qiáng)為p1；當(dāng)環(huán)境溫度為t2時(shí)，封閉氣體達(dá)到熱平衡時(shí)，液體液面位置為B，玻璃泡里氣體壓強(qiáng)為p2.假設(shè)外面大氣壓強(qiáng)為p0，則有p0=p1+ρghA，p0=p2+ρghB，Δp=p2－p1=ρgΔh.

查理定律一定質(zhì)量的某種氣體，在體積不變的情況下，壓強(qiáng)p與熱力學(xué)溫度T成正比.寫成等式就是p=CT，所以有p1=CT1，p2=CT2，

Δp=p2－p1=CΔT=CΔt，所以有ρgΔh=CΔt，ρΔh=CΔtg=kΔt.

2.2公式分析

液面高度的變化在數(shù)值上與溫度的變化成正比.只是溫度升高，液面下降，所以氣體溫度計(jì)的刻度特點(diǎn)是由下往上，數(shù)值變小，且刻度是均勻的.

分析公式可知提高溫度計(jì)的精確度，即在Δt不變的前提下，可以減小液體的密度、增大玻璃球的容積和減小玻璃管內(nèi)徑等方法.

2.3儀器缺點(diǎn)

由于氣體溫度計(jì)下端是與大氣相通，玻璃管中的液面位置不僅受到球體內(nèi)空氣溫度的影響，還會(huì)受到大氣壓強(qiáng)的影響．因此這種溫度計(jì)的缺點(diǎn)是管中液柱的升降變化還受到大氣壓變化的影響，所以誤差較大，甚至有可能使管內(nèi)液面低于管外液面；還有此溫度計(jì)體積較大，攜帶不方便.

3結(jié)語

本文通過分析比較液體溫度計(jì)和氣體溫度計(jì)的測(cè)溫原理，加深了學(xué)生對(duì)各種溫度計(jì)知識(shí)的認(rèn)識(shí)，便于展開豐富多彩的自制溫度計(jì)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)器具活動(dòng).

參考文獻(xiàn)：

[1]洪安生.用水銀制作液體溫度計(jì)是因?yàn)樗y的比熱小嗎？[J].物理通報(bào)，2002（08）：31-32.

[2]羅倩，張皓晶.用溫度計(jì)測(cè)量酒精的體積膨脹系數(shù)[J].物理實(shí)驗(yàn)，2020，40（09）：61-63.