大学物理Ⅱ——热学
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spContent=物理学是多学科交叉、转移和渗透的支撑点,其研究几乎跨越人类可以涉足的所有时空范畴,为其他各自然科学学科的研究基础。由哈尔滨工业大学物理教研室集体打造的《大学物理II---热学》课程,将用生动形象的语言、严密理性的分析、多变的视角,向你们展现一个丰富多彩的热学世界。
—— 课程团队
课程概述

热学是研究物质热现象及其规律的一门学科

在自然界中,凡是与物体冷热有关的物理现象,都叫做热现象。热现象在日常生活中普遍存在。例如,物体一般都能热胀冷缩。为了对物体冷热的客观本质定量的研究,人们建立了温度的概念,用它来表示物体的冷热程度。

温度概念建立之后,人们就探讨热现象的本质。物理学家们研究发现,热现象是物质运动的一种表现形式。并建立了热量是能量传递的一种量度的概念。同时,根据大量实验事实总结出了关于热现象的宏观理论——热力学。热力学的主要内容是两条基本定律——热力学第一定律和热力学第二定律。这些定律都具有高度的普遍性和可靠性,但由于它们不涉及物质的内部具体结构,所以不能揭示热现象的本质。

为了探讨热现象本质,物理学家们从物质的微观结构出发,以每个微观粒子遵循的力学定律为基础,利用统计规律来推导出宏观的热学规律,形成研究热现象的统计理论——统计物理。所以更深刻的揭示了热现象以及热力学定律的本质,其本质就是组成物质的大量分子或原子不停息的无规则(或杂乱无章)运动的剧烈程度有关。因此,我们把大量分子无规则运动称为热运动。一切热现象都是这种热运动在宏观上的表现。


授课目标

《大学物理II---热学》所形成的知识体系能够实现建立描述热学的科学方法论、培养学生科学的物理思维习惯、构建交叉学科知识基础的功能,并使他们获得再学习的动力和能力。

课程大纲

第一周  统计物理学基础 

  第1章 统计物理学基础 1-01统计规律 

                       1-02 概率理论 

                       1-03微观量与宏观量平衡态与非平衡态 

                       1-04理想气体压强 

                       1-05理想气体温度 

                       1-06理想气体分子速率分布律 

                       1-07理想气体三种统计速率

  第一周测试题


第二周  统计物理学基础和热力学第一定律 

  第1章 统计物理学基础 1-08玻尔兹曼分布 

                       1-09能量均匀定理 

                       1-10分子碰撞的统计规律 

  第2章 热力学第一定律 2-01热力学系统 

                       2-02状态参量和状态方程 

                       2-03 热力学过程 

                       2-04 热平衡 第零定律 

                       2-05功 

                       2-06 热量 热容量 

                       2-07 内能 热力学第一定律

  第二周测试题



第三周  热力学第一定律的应用 

  第2章 热力学第一定律 2-08等体过程 

                       2-09等压过程 

                       2-10等温过程 

                       2-11绝热过程 

                       2-12多方过程 

                       2-13 循环过程 

                       2-14 热机、热机效率;制冷机、制冷系数 

                       2-15卡诺循环 

                       2-16卡诺定理

  第三周测试题



第四周  热力学第二定律 

  第3章 热力学第二定律 3-01 热力学过程的方向性 

                       3-02 可逆过程与不可逆过程 

                       3-03 热力学第二定律两种表述 

                       3-04 两种表述的等价性 

                       3-05 卡诺定理 

                       3-06 克劳修斯熵 

                       3-07 熵增加原理 

                       3-08 熵变的计算 

                       3-09 热力学概率 

                       3-10 玻尔兹曼熵

  第四周测试题


预备知识

高等数学


证书要求

课程分合格证书和优秀证书两种,总评成绩60分以上为合格;80分以上为优秀。


参考资料

大学物理学(上、下) 赵远 王晓鸥 张宇等主编 高等教育出版社 北京  2015

哈里德大学物理学(上、下)  滕小英 马廷钧 李椿 改编 机械工业出版社 北京 2009

普通物理学(上、下) 程守洙 江之永 主编 高等教育出版社 北京 2013


常见问题
  1. 统计物理学的学习中,研究对象是大量微观粒子构成的热学系统,因此必须采用统计的方法及一些理想的模型来研究宏观现象与微观量之间的关系。对于统计方法和理想模型的应用需要重点理解和掌握。

  2. 热力学是研究热现象的宏观理论,是根据大量实验事实总结出热力学三大定律。要求能够运用热力学三大定律分析热力学中的简单问题。