热力学与统计物理教案设计

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1、导言一．热力学与统计物理学所研究的对象与任务相同对象：由大量微观粒子组成的宏观物质系统。任务：研究热运动规律及热运动对物质宏观性质的影响。一．热力学与统计物理学的研究方法不同1.热力学方法—热运动的宏观理论热力学方法是从热力学三个定律出发，通过数学演绎，得到物质的各宏观性质之间的关系、宏观物理过程进行的方向和限度等一系列理论结论。热力学方法的优点：其结论具有高度的可靠性和普遍性。因为热力学三定律是人们从大量的观测、实验中总结出来的基本规律，并为人们长期的生产实践所证实，非常可靠。而且热力学三定律又不涉及物质的具体微观结构，它适用于一切物质系统，非常普遍。热力学方法的局限性：由热

2、力学不能导出具体物质的具体特性；也不能解释物质宏观性质的涨落现象；等等。2.统计物理学方法—热运动的微观理论统计物理学方法是从“宏观物质系统是由大量的微观粒子所组成的”这一基本事实出发，认为宏观物理量就是相应微观量的统计平均值。统计物理学的优点：能把热力学三个相互独立的基本规律归结于一个基本的统计原理，阐明三个定律的统计意义；可以解释涨落现象；而且在对物质的微观结构作了某些假设之后，还可以求得物质的具体特性；等等。统计物理学的局限性：由统计物理学所得到的理论结论往往只是近似的结果，这是因为对物质的微观结构一般只能采用简化模型所致。总之，在热现象研究中，热力学和统计物理学两者相辅

3、相成，相互补充。一．主要参考书王竹溪：《热力学简程》、《统计物理学导论》第一章热力学的基本规律本章主要介绍热力学的基本规律以及常见的基本热力学函数。但本章的大多数内容在普通物理的《热学》课程中已经较详细学习过，在此只作一个归纳。因此，本章的各节将有所改变，与课本不完全一致。第一章热力学的基本规律§1.1热平衡定律和温度一．热平衡定律热平衡定律也可称之为热力学第零定律。它是建立温度概念的实验基础。1.热力学系统由大量微观粒子组成的有限的宏观客体称之为热力学系统，简称为系统。热力学所研究的系统有如下三种：⑴孤立系统：与外界没有任何相互作用的系统。⑵封闭系统：与外界有能量交换，但无物

4、质交换的系统。⑶开放系统：与外界既有能量交换，又有物质交换的系统。2.平衡状态及其描述当没有外界影响时，只要经过足够长的时间，系统将会自动趋于一个各种宏观性质不随时间变化的状态，这种状态称为平衡状态，简称为平衡态。它是一种热动平衡状态。根据所研究的具体问题和条件，系统的平衡态可选用某几个宏观物理量来描述，它们可以独立改变，这些物理量称为状态参量或态变量。系统的其他宏观物理性质可以表述为这些态变量的函数，称之为状态函数或态函数。在热力学中，有四种常用的状态参量：几何参量、力学参量、电磁参量、化学参量。3.热平衡定律各自与第三个物体达到热平衡的两个物体，彼此也处于热平衡。用来比较物

5、体温度高低的标准物体就是温度计。2.温标温度的数值表示法叫做温标。有三种常用的温标：⑴经验温标：以测温物质的测温特性随温度的变化为依据而确定的温标。实验表明，选择不同的测温物质或不同的测温特性而确定的经验温标，除标准点外，其他温度并不完全一致。水的冰点沸点摄氏温标（1742年，瑞典）：华氏温标（1714年，德国）：以上两种测温物质都是水银温度计。它们之间的关系为，⑵理想气体温标：用理想气体作测温物质所确定的温标。第一章热力学的基本规律本章主要介绍热力学的基本规律以及常见的基本热力学函数。但本章的大多数内容在普通物理的《热学》课程中已经较详细学习过，在此只作一个归纳。因此，本章的

6、各节将有所改变，与课本不完全一致。§1.1热平衡定律和温度一．热平衡定律热平衡定律也可称之为热力学第零定律。它是建立温度概念的实验基础。1.热力学系统由大量微观粒子组成的有限的宏观客体称之为热力学系统，简称为系统。热力学所研究的系统有如下三种：⑴孤立系统：与外界没有任何相互作用的系统。⑵封闭系统：与外界有能量交换，但无物质交换的系统。⑶开放系统：与外界既有能量交换，又有物质交换的系统。2.平衡状态及其描述当没有外界影响时，只要经过足够长的时间，系统将会自动趋于一个各种宏观性质不随时间变化的状态，这种状态称为平衡状态，简称为平衡态。它是一种热动平衡状态。根据所研究的具体问题和条件

7、，系统的平衡态可选用某几个宏观物理量来描述，它们可以独立改变，这些物理量称为状态参量或态变量。系统的其他宏观物理性质可以表述为这些态变量的函数，称之为状态函数或态函数。在热力学中，有四种常用的状态参量：几何参量、力学参量、电磁参量、化学参量。3.热平衡定律各自与第三个物体达到热平衡的两个物体，彼此也处于热平衡。用来比较物体温度高低的标准物体就是温度计。2.温标温度的数值表示法叫做温标。有三种常用的温标：⑴经验温标：以测温物质的测温特性随温度的变化为依据而确定的温标。实验表明，选择不同的测温物