最新大学物理热学1PPT课件.ppt

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1、成绩构成成绩构成平时平时20%，期中，期中20%，期末，期末60%一个通知，购买习题册一个通知，购买习题册第二周的周四（第二周的周四（9月月12日）日）9点点-17点点地点：文印中心地点：文印中心以行政班为单位，各行政班班长或学委以行政班为单位，各行政班班长或学委每人收每人收8元钱，在上述时间统一购买元钱，在上述时间统一购买学习的指南学习的指南老师答疑时间周一晚，周五晚七点半到九点半；助老师答疑时间周一晚，周五晚七点半到九点半；助教答疑时间周二晚，周三晚七点半到九点半教答疑时间周二晚，周三晚七点半到九点半物理学是探讨客观物质世界基本物理学是探讨客观物质世界基本规律的一门学科规律的一门学科,是其

2、它各门自然是其它各门自然科学和一切工程技术的基础，科学和一切工程技术的基础， 知识：知识：物理学就是一个研究问物理学就是一个研究问题的方法宝库。题的方法宝库。方法：方法：物理学是知识和方法并重的物理学是知识和方法并重的关于我的课程关于我的课程我会特别注重这部分内容的阐述物理学知识很容易淡忘，而对物理学物理学知识很容易淡忘，而对物理学研究方法的领悟则会让你受益终生研究方法的领悟则会让你受益终生本学期的内容安排本学期的内容安排热学热学电磁学电磁学量子力学量子力学静电学静电学静磁学静磁学变化的电磁场变化的电磁场（7次课左右）次课左右）（6次课）次课）热现象：凡是与温度有关的物热现象：凡是与温度有关的

3、物理性质的变化都叫称为热现象理性质的变化都叫称为热现象热学就是研究热现象规律热学就是研究热现象规律及其应用的一门科学。及其应用的一门科学。 热力学与统计物理初步热力学与统计物理初步系统：热学的研究对象系统：热学的研究对象热运动热运动热运动有一个最大的特点，大量的微观粒子中的个热运动有一个最大的特点，大量的微观粒子中的个别粒子的运动是无规则的和随机的，但在总体上，别粒子的运动是无规则的和随机的，但在总体上，在一定的宏观条件下却遵循确定的统计性规律在一定的宏观条件下却遵循确定的统计性规律 它是运用统计的方法把物体的宏观性质它是运用统计的方法把物体的宏观性质作为微观粒子热运动的统计平均结果，作为微观

4、粒子热运动的统计平均结果，找出宏观量与微观量之间的联系找出宏观量与微观量之间的联系wnp32统计物理统计物理宏观层面宏观层面微观层面微观层面从微观方面研究热学的理论我们称之从微观方面研究热学的理论我们称之为统计物理或分子物理学，为统计物理或分子物理学，热学的宏观理论热学的宏观理论 它根据由观察和实验总结出来的热力学定律，它根据由观察和实验总结出来的热力学定律，再用严密逻辑推理的方法来研究系统的热性质再用严密逻辑推理的方法来研究系统的热性质 热力学热力学两种理论互有优势，相互补充两种理论互有优势，相互补充统计物理统计物理第一个时期，实质上是热学的早期史，开始于第一个时期，实质上是热学的早期史，开

5、始于17世世纪末直到纪末直到19世纪中叶，这个时期积累了大量的实验世纪中叶，这个时期积累了大量的实验和观察事实。关于热的本性展开了研究和争论，和观察事实。关于热的本性展开了研究和争论，第二时期从第二时期从19世纪中叶到世纪中叶到19世纪世纪70年代末。这个时年代末。这个时期发展了唯象热力学和分子运动论期发展了唯象热力学和分子运动论热学的历史在第三时期内，唯象热力学的概念和分子运动论的概在第三时期内，唯象热力学的概念和分子运动论的概念结合最终导致了统计物理学的产生。它开始于念结合最终导致了统计物理学的产生。它开始于19世世纪纪70年代末玻尔兹曼的经典工作，止于年代末玻尔兹曼的经典工作，止于20世

6、纪初世纪初 第四个阶段（第四个阶段（20世纪初以来）：是热力学和世纪初以来）：是热力学和统计物理相结合的阶段，也是热力学与统计物统计物理相结合的阶段，也是热力学与统计物理与其它学科及近代科技相结合和发展的阶，理与其它学科及近代科技相结合和发展的阶， 热学的发展从这一时期开始，出现了一系列崭新的科学技术理从这一时期开始，出现了一系列崭新的科学技术理论，诸如量子力学、控制论、信息论、系统论等等，论，诸如量子力学、控制论、信息论、系统论等等，这些理论各自向纵深发展、又相互渗透，在这个过这些理论各自向纵深发展、又相互渗透，在这个过程中产生的一系列边缘学科对科学技术与社会的发程中产生的一系列边缘学科对科

7、学技术与社会的发展产生了重大而深远的影响。如耗散结构理论、展产生了重大而深远的影响。如耗散结构理论、非平衡态统计物理、经典的非平衡态热力学等。非平衡态统计物理、经典的非平衡态热力学等。 气体动理论本章讨论的气体分子运动论是统计物理学最本章讨论的气体分子运动论是统计物理学最简单最基本的内容。目的在于使我们了解一简单最基本的内容。目的在于使我们了解一些气体性质的微观解释，并学到一些统计物些气体性质的微观解释，并学到一些统计物理的基本概念和方法理的基本概念和方法第七章第七章 统计物理初步统计物理初步从上述物质分子运动论的基本观点出发，研从上述物质分子运动论的基本观点出发，研究和说明宏观物体的各种现象

8、和性能是统计究和说明宏观物体的各种现象和性能是统计物理学的任务物理学的任务 气体动理论的基本假设气体动理论的基本假设1 1，宏观物体是由大量微粒，宏观物体是由大量微粒- - -分子（或原子）组成的。分子（或原子）组成的。2 2，物体中的分子处于永不停息的无，物体中的分子处于永不停息的无规则运动中其激烈程度与温度有关。规则运动中其激烈程度与温度有关。3 3，分子之间存在着相互作用力。，分子之间存在着相互作用力。一一 热力学系统的平衡态热力学系统的平衡态一个系统在不受外界影响的条件下，如果一个系统在不受外界影响的条件下，如果它的一切宏观性质不再随时间变化，并且它的一切宏观性质不再随时间变化，并且体

9、系的各个部分也不发生任何宏观变化我体系的各个部分也不发生任何宏观变化我们就说这个系统处于热力学平衡态。们就说这个系统处于热力学平衡态。AB比如一个封闭容器比如一个封闭容器被隔板分成两个部被隔板分成两个部分，一部分为真空分，一部分为真空一部分中有空气。一部分中有空气。第一节：热力学系统与平衡态第一节：热力学系统与平衡态热力学系统的平衡态热力学系统的平衡态说明说明1：不受外界影响是从作能量角度来说：不受外界影响是从作能量角度来说的，既外界既不作功也不热传递。的，既外界既不作功也不热传递。说明说明2：平衡是动态的平衡：平衡是动态的平衡说明说明3：不受外界影响的系统是不存在的：不受外界影响的系统是不存

10、在的,是个理想模型是个理想模型说明说明4：平衡态不同于系统受恒定外界影响：平衡态不同于系统受恒定外界影响所达到的稳定状态所达到的稳定状态有外界影响的稳定有外界影响的稳定状态不是平衡态状态不是平衡态1 1 宏观量和微观量宏观量和微观量通常我们把描述单个粒子运动状态的物理量称为微观通常我们把描述单个粒子运动状态的物理量称为微观量，如粒子的质量、位置、速度、动量、能量等；量，如粒子的质量、位置、速度、动量、能量等； 描述系统宏观属性的物理量称为宏描述系统宏观属性的物理量称为宏观量，如温度、压强、体积、热容观量，如温度、压强、体积、热容 如果在所研究的问题中既不涉及电磁性质又无须考虑与如果在所研究的问

11、题中既不涉及电磁性质又无须考虑与化学成分有关的性质，系统中又不发生化学反应，则不化学成分有关的性质，系统中又不发生化学反应，则不必引入电磁参量和化学参量。必引入电磁参量和化学参量。非平衡态：没有确定的温度和压强非平衡态：没有确定的温度和压强PVT一般指的就一般指的就是这三个是这三个三三 理想气体理想气体实际气体的理想模型实际气体的理想模型理想气体（宏观模型）：理想气体（宏观模型）：实验指出：在通常的温度和压强下一切气体实验指出：在通常的温度和压强下一切气体都近似遵守玻马定律、查理定律、盖都近似遵守玻马定律、查理定律、盖-吕萨克吕萨克定律和阿伏伽德罗定律。定律和阿伏伽德罗定律。理想气体严格遵守上

12、述实验定律理想气体严格遵守上述实验定律不同的气体所表现出的这一性质绝非偶然不同的气体所表现出的这一性质绝非偶然RTRTMPV理想气体（微观模型）：理想气体（微观模型）：不计大小不计大小质点：质点： 不计相互作用不计相互作用自由质点：自由质点：理想气体理想气体分子分子弹性质点：弹性质点：弹性碰撞弹性碰撞自由弹性质点自由弹性质点什么叫理想模型？什么叫理想模型？理想模型：抓住问题的主要因素忽略次要理想模型：抓住问题的主要因素忽略次要因素，把实际情况理想化、模型化的一种因素，把实际情况理想化、模型化的一种简化问题的研究方法简化问题的研究方法理想模型理想模型物理学最重要、最基本的研物理学最重要、最基本的

13、研究问题方法究问题方法举例：举例：质点质点实际物体都有大小和形状，但大小和形状实际物体都有大小和形状，但大小和形状对我门研究问题影响不大时，我们就忽略对我门研究问题影响不大时，我们就忽略物体的大小和形状，把该物体看成一个有物体的大小和形状，把该物体看成一个有质量的点，即质点。质量的点，即质点。主要因素：质量主要因素：质量什么是理想模型什么是理想模型次要因素：大小和形状次要因素：大小和形状这样质点就是实际物体的理想模型这样质点就是实际物体的理想模型理想模型的核心思想理想模型的核心思想近似地处理问题近似地处理问题凡是近似地处理问题的，都可以看作是理想模型凡是近似地处理问题的，都可以看作是理想模型为

14、什么要应用理想模型？为什么要应用理想模型？现实情况太复杂了，直接现实情况太复杂了，直接处理现实情况，往往非常处理现实情况，往往非常困难，甚至处理不了。困难，甚至处理不了。glT2这个公式忽略了很多次要因素这个公式忽略了很多次要因素理想模型的应用是极为广泛的理想模型的应用是极为广泛的在物理学中比比皆是，狭义上讲，质点、理想在物理学中比比皆是，狭义上讲，质点、理想气体等是理想模型，广义上讲，所有物理学理气体等是理想模型，广义上讲，所有物理学理论都是理想模型。论都是理想模型。，团结精神。，首创性；公平；，对待下属，人物有序；，适度集权；，合理报酬益；，个人利益服从整体利，统一领导，统一指挥；，纪律严

15、明；，权责对等；，劳动分工；十四条原则。年提出了有效管理的法国人法约尔，1211109876543211916这其实就是一个理想模型的例子理想模型毕竟是真实情况的近似，利用它来理想模型毕竟是真实情况的近似，利用它来处理问题所得到的结果毕竟与真实结果有出处理问题所得到的结果毕竟与真实结果有出入，如何看待这个问题？入，如何看待这个问题？得到的结果如果与实际的差别较大，得到的结果如果与实际的差别较大，则需要对该模型进行修正则需要对该模型进行修正如何看待与实际存在偏差如何看待与实际存在偏差得到的结果如果与实际的差别较小，得到的结果如果与实际的差别较小，则该模型取得了成功则该模型取得了成功近似地处理问题

16、不等同于近似地处理问题不等同于马马乎乎地处理问题马马乎乎地处理问题对相关物理理论和概念一知半对相关物理理论和概念一知半解，对所用的数学工具不能吃解，对所用的数学工具不能吃透是不可以的透是不可以的理想模型小结：理想模型小结：为我们解决新问题提供了一个重要的指导思想。为我们解决新问题提供了一个重要的指导思想。简言之，在我们分析新问题时，首先要找出哪些简言之，在我们分析新问题时，首先要找出哪些因素是主要影响因素，哪些是次要因素，然后将因素是主要影响因素，哪些是次要因素，然后将一些次要因素忽略，将问题简化，从而使问题得一些次要因素忽略，将问题简化，从而使问题得到解决到解决 没有近似处理问题的思想，我们

17、在学没有近似处理问题的思想，我们在学习的过程中，也不可能对前人的理论习的过程中，也不可能对前人的理论有很好的理解和体会。有很好的理解和体会。 四四 理想气体状态方程理想气体状态方程RTRTMPV实验指出：在通常的温度和压强下一切气体实验指出：在通常的温度和压强下一切气体都近似遵守玻马定律、查理定律、盖都近似遵守玻马定律、查理定律、盖-吕萨克吕萨克定律和阿伏伽德罗定律。定律和阿伏伽德罗定律。RTMPV例例1 一篮球在室温为一篮球在室温为00C时打入空气到时打入空气到1.5个大个大气压，气压， 假设球的体积不变，试计算：（假设球的体积不变，试计算：（1）在）在赛球时赛球时,篮球温度升高到篮球温度升

18、高到300C，问这时球内的，问这时球内的压力有多大？（压力有多大？（2）在赛球过程中）在赛球过程中,球被划破一球被划破一个洞开始漏气，把篮球拿回室温的条件下，最个洞开始漏气，把篮球拿回室温的条件下，最终漏掉的空气是原来空气的百分之几？终漏掉的空气是原来空气的百分之几？解：（解：（1）00PTTP 个大气压66. 1RTMPV解：（解：（2）原来的质量原来的质量00RTVPM000RTVPM 后来的质量后来的质量00PPPMMM%3 .335 . 11-1.5理想气体微观模型：不计大小不计大小质点：质点： 不计相互作用不计相互作用除相撞除相撞外无相外无相互作用互作用自由质点：自由质点：理想气理想

19、气体分子体分子弹性质点：弹性质点：弹性碰撞弹性碰撞第二节第二节 理想气体压强和温度的统计意义理想气体压强和温度的统计意义一一 统计性假设（平衡态下）统计性假设（平衡态下）1 1分子处于容器内任一位置处的概率相同（均匀分布）分子处于容器内任一位置处的概率相同（均匀分布）分子数密度分子数密度VNn2 2分子沿各方向运动的概率相同分子沿各方向运动的概率相同任一时刻向各方向运动的分子数相同任一时刻向各方向运动的分子数相同xN3 3分子速率在各个方向分量的各种平均值相同分子速率在各个方向分量的各种平均值相同xv处处相等yNzNxNxNyvzv222zyxvvv0,NvvNiixxNvvii22NvNvN

20、viiziiyiix222222zyxvvv222231vvvvzyx222zyxvvvNvvNiixx22Nvvviiziyix)(222续：统计假设续：统计假设三：推导建立宏观量三：推导建立宏观量(P)(P)与微观量的联系与微观量的联系 气体压强是大量分子不断碰撞容器壁的结果气体压强是大量分子不断碰撞容器壁的结果 压强等于器壁单位面积上所受的平均压力压强等于器壁单位面积上所受的平均压力压强是怎么产生的？压强是怎么产生的？dSFP 推导压强公式推导压强公式 压强等于器壁单位面积上所受的平均压力压强等于器壁单位面积上所受的平均压力dSFP 体积为体积为V的长方体容器中的长方体容器中有一定质量的同种理想气有一定质量的同种理想气体，每个分子质量为体，每个分子质量为m,总分子数为总分子数为N，处于平衡，处于平衡态态,分子数密度为分子数密度为n。xdStsPiidd利用理想气体分子微观模型，考虑一个分利用理想气体分子微观模型，考虑一个分子对器壁的一次碰撞而产生的动量变化子对器壁的一次碰撞而产生的动量变化kvjvivviziyixi方向相反不变，ixiziyvvv ,弹性碰撞：弹性碰撞：z取直角坐标系，在垂直于取直角坐标系，在垂直于x轴的器壁上任取轴的器壁上任取一小面积一小面积ds,计算其所受的压强（如下图）计算其所受的压强（如下图）iiPdSdt上的分子动量变化之和内撞到计算在ixmv2