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

第一章.     统计物理学基础

教学内容

统计方法的压强概念、温度概念、等概率假设、麦克斯韦分子速率分布,速率分布函数,三种速率,玻尔兹曼分布律、能量均分定理、理想气体内能、气体分子的平均碰撞频率和平均自由程。

教学要求

1.     了解物质的微观结构,掌握理想气体的微观模型。

2.     了解宏观量的统计性质,掌握统计平均的概念。

3.     理解理想气体压强和温度的统计意义,掌握从统计的理论推导宏观压强公式的方法。

4.     理解气体分子速率分布函数的意义,掌握麦克斯韦分子速率分布,会计算气体分子的三种速率。

5.     了解玻尔兹曼能量分布律,掌握粒子在重力场中按高度分布的密度和压强公式。

6.     理解自由度概念,掌握能量均分定理,会计算理想气体内能。

7.     理解气体分子的平均碰撞频率和平均自由程,并掌握其计算。

  

第二章.     热力学第一定律 

教学内容

热力学第零定律、理想气体状态方程、理想气体的压强和温度、准静态过程、功、热量、热力学第一定律及其在理想气体准静态过程中的应用、热容量、绝热过程、循环过程、热机效率、卡诺循环、致冷循环。

教学要求

1.     掌握热力学第零定律、理想气体状态方程。

2.     理解准静态过程、功、热量、热力学第一定律的意义,掌握理想气体各准静态过程中的应用。

3.     理解循环过程的意义,掌握热机循环和制冷循环中能量传递和转化的特点,掌握热机效率和制冷系数的计算。

 

第三章.     热力学第二定律

教学内容

自然过程的方向、可逆过程、热力学第二定律、热力学概率、熵和熵增加原理。

教学要求

1.     理解自然过程的方向、可逆过程概念。

2.     理解热力学第二定律以及卡诺定理的意义。

3.     理解热力学概率、熵和熵增加原理。


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。