【阅前提示】本篇出自『数理化自学丛书6677版』，此版丛书是“数理化自学丛书编委会”于1963-1966年陆续出版，并于1977年正式再版的基础自学教材，本系列丛书共包含17本，层次大致相当于如今的初高中水平，其最大特点就是可用于“自学”。当然由于本书是大半个世纪前的教材，很多概念已经与如今迥异，因此不建议零基础学生直接拿来自学。不过这套丛书却很适合像我这样已接受过基础教育但却很不扎实的学酥重新自修以查漏补缺。另外，黑字是教材原文，彩字是我写的注解。

【山话嵓语】『数理化自学丛书』其实还有新版，即80年代的改开版，改开版内容较新而且还又增添了25本大学基础自学内容，直接搞出了一套从初中到大学的一条龙数理化自学教材大系列。不过我依然选择6677版，首先是因为6677版保留了很多古早知识，让我终于搞明白了和老工程师交流时遇到的奇特专业术语和计算模式的来由。另外就是6677版的版权风险极小，即使出版社再版也只会再版80年代改开版。我认为6677版不失为一套不错的自学教材，不该被埋没在故纸堆中，是故才打算利用业余时间，将『数理化自学丛书6677版』上传成文字版。

(资料图)

第三章物体的热膨胀

【山话||  本系列专栏中的力单位达因等于10⁻⁵牛顿；功的单位尔格等于10⁻⁷焦耳；热量的单位卡路里等于4.186焦耳。另外这套老教材中的力的单位常用公斤，如今是不允许的，力是不能使用公斤为单位的。】 

§3-2温度和温度计

【01】在第一章中，我们已经讲过，物体的温度是组成物体的分子平均动能的标志。现在我们进一步来说明如何测量物体的温度。

【02】用手摸没有生火的炉子，我们觉得它是冷的。如果炉子里生起火来，它就渐渐变热，从冷变暖再变成灼热以致烫手，在日常生活中，我们习惯于用手来接触各种物体，并且用冷的、凉的、温的、热的、烫的这些形容词来表示物体冷热的程度，物体冷热的程度，叫做物体的温度。例如热火炉的温度比冷火炉的高；冬天室外的气温比夏天的低。

【03】显然，直接凭皮肤的感觉来判别物体的温度是不可靠的。譬如在冬天，我们从寒冷的室外走入室内时，把手放在温度等于室温的一盆水里，会觉得水是温暖的，但是当我们在火炉旁边把手烤热以后，再把它放进同一盆水里，就会觉得水是凉的了。这一点说明单凭感觉来判别物体的温度常常是靠不住的，在不少情况下，甚至不可能凭感觉来判别物体的温度，例如比较两只炉子中火焰的温度。

【04】因此，为了精确地测量物体的温度，就要使用一种特制的仪器，这种仪器叫做温度计。

【05】前面说过，当物质的温度发生变化时，它的一系列物理性质都将随之而变化，这样，我们就可以根据不同的原理制成各种温度计。下面只介绍最常用的一类温度计。

【06】这类温度计是根据液体热胀冷缩的性质制成的。日常用的有水银温度计和酒精温度计两种。

【07】水银温度计是由一根孔径均匀的玻璃管制成的，它的管孔非常细小，管的下端有一个小玻璃泡。把水银倒入玻璃管泡内，并且加热到超过开水的温度时，水银受热而发生膨胀，使多余的水银从管的上端开口处流出。这时封闭管口。待冷却后，因为水银的收缩比玻璃管的收缩厉害得多，水银柱就开始下降，使管内水银面的上部成了真空。

【08】把这样做成的仪器放在沸水的蒸汽里（图3·6）。过一会儿，它的温度就跟蒸汽的温度相同，这时管中的水银柱上升到某一高度。在玻璃管上或管后的木板上作一记号以标明水银面的位置，并在旁边注上数字100。再把这一仪器放到冰水混合物中（图3·7），等它的温度跟冰水的温度一样时，水银柱下降到某一位置，也作一记号来标明这个位置，旁边注上数字0。

【09】然后把0和100之间的长度等分成一百等分，每一等分叫做一度，用记号“ ° ”来表示。100°以上和0°以下部分同样用上述的等分距离来刻度。这样就制成了温度计。0°和100°叫做温度计的两个定点。0°是水的结冰温度，叫做冰点；100°是水的沸腾温度，叫做沸点。

【10】用上面的分度法所定的温标叫做百分温标或摄氏温标，它是为了纪念首先创立这种温标的瑞典科学家摄氏斯而命名的。采用摄氏温标刻度的温度计叫做摄氏温度计。它已经被普遍地应用在日常生活中和科学技术上【另一种华氏温度计目前在英、美等国，仍广泛地应用】。

【11】低于0°的温度要加上一个“负”字或记号“－”。例如－25°读作“负25°”或“零下25°”，用摄氏温度计测出的温度数后面都要加一个拉丁字母 C，如20°C，这个 C 字代表摄氏温标。

【12】根据不同的用途，温度计的刻度范围也不同。图3·8是一般实验室用的温度计，最高的温度可以达到140°C  。家庭用的温度计（通常称为寒暑表）最高刻度到50°C 就够用了。

【13】温度计中不仅可以采用水银，还可以采用其他液体，象酒精等。因为水银在－39℃ 时就要凝结成固体，所以不能用它来测量很低的温度。在这种场合下，可以利用酒精温度计，因为酒精的凝固温度是－114℃   。但是酒精在80°C 时就要沸腾，所以使用酒精温度计不能测量高于80℃ 的温度。

【14】家庭用的多半是酒精温度计。为了容易看清酒精液面起见，往往使酒精着上红色或蓝色。

【15】温度计只能指出跟它的玻璃泡相接触的物体的温度。因此我们在测量液体温度的时候，不可以把它从液体中拿出来，否则温度计的读数就要发生变化。

【16】测量室内空气的温度时，不可以把温度计挂在靠近火炉的地方。测量室外空气的温度时，应当把温度计放在空气流通的阴暗处，不能让阳光直接照在温度计上。这是为了避免由于火炉或太阳对温度计的直接辐射而使温度计的读数偏高。

【17】最后，我们介绍测量人体温度的医用温度计，又叫做体温计（图3·9）。这是一种水银温度计。体温计的浏度范围是从34℃ 到42°C，相当于人体温度的变动范围，健康人的体温是37℃ 左右。体温计管泡的容积要比上面的细管孔的容积大得多，管泡只要稍微受热，管中水银柱的长度就会发生显著的变化。又每度的距离也比普通温度计大得多，一般把它分成十等分，使体温的测量能够精确到十分之一度。

【18】体温计中的水银柱上升后不能自动地退回到泡里去，这是因为管孔在A点附近做得非常细，当水银膨胀的时候，很容易通过这里升到上面的细管中去。当体温计离开人体冷却时，泡里的水银一收缩，水银就在 A 点处断开，于是上面的水银柱就退不回去了。所以体温计在离开人体后所表示的温度仍是人体的最高温度。为了让上面的水银再回到泡里，必须拿着体温计的上部，用力往下甩几下（注意：不是医用温度计可千万不能甩）。

【19】最高温度计和最低温度计是气象台为了测量某一段时间内（例如一昼夜）空气的最高温度和最低温度所使用的两种特制的温度计。图3·10(a)是最高温度计，图3·10(b)是最低温度计。这两种温度计都是水平放置的。

【20】最高温度计的管中装着水银，其右端有一根小铁棒。温度升高时，水银柱膨胀，把小铁棒推向右侧。温度降低时，水银柱缩短，小铁棒却留在原处。因此，小铁棒的最右端位置就指示出这段时间内曾经达到过的最高温度。

【21】最低温度计中装的不是水银，而是酒精。在管中也有一根玻璃小棒。当温度下降时，酒清柱收缩，带着小玻璃棒向左移动。当温度升高时，酒精能自由地穿过玻璃棒和管壁之间的隙缝，而玻璃棒并不改变它的位置。因此，小玻璃棒的最左端位置就指示出两次观察之间这段时间中曾经达到过的最低温度。

【22】如果要用最高或最低温度计来进行一次新的测量，那么，只要把温度计倾斜过来，并轻敲温度计而使小棒滑向左侧（对最高温度计）或右侧（对最低温度计）就可以了。

习题3-2

1、普通温度计是根据什么原理制成的？ 

2、什么叫做温度计的定点？它们是怎样选定的？

3、有两个温度计，它们的泡里装有同样多的水银，但是玻璃管的内径粗细不同。试问：当把它们同时放在蒸汽中时，两水银柱上升的高度是否相等？

4、如图所示的是历史上第一个温度计，它是由伽利略在十六世纪发明的。它的构造很简单，是一个带有细长玻璃管的玻璃泡，玻璃管的下端开口插在有色的液体中。当加热玻璃泡时，有一部分空气从玻璃管中跑出（为什么？）。等玻璃泡冷却后，有色液体就沿玻璃管上升到某一高度（为什么？）。

试问：这个温度计是利用什么来指示温度的升高或降低的？这个温度计的主要缺点是什么？[提示：考虑大气压强的影响]

5、没有甩过的医用温度计的读数是37.8℃  。用它来测量两个病人的体温，如果他们的体温分别是37.4℃ 和38.2℃ ，那么，这个体温计上的读数将各是多少？[提示：注意体温计构造上的特点]

6、如果温度计玻璃管的粗细是不均匀的，那么温度计的刻度还能保持均匀吗？为什么？

关键词：