《大學物理熱學》PPT課件.ppt

《《大學物理熱學》PPT課件.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《大學物理熱學》PPT課件.ppt（40頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、大學物理 成績構(gòu)成 平時 20%，期中 20%，期末 60% 一個通知，購買習題冊 第二周的周四（ 9月 12日） 9點 -17點 地點：文印中心 以行政班為單位，各行政班班長或?qū)W委 每人收 8元錢，在上述時間統(tǒng)一購買 學習的指南 老師答疑時間周一晚，周五晚七點半到九點半；助 教答疑時間周二晚，周三晚七點半到九點半 如何學習 大學物理 大學與高中學習差異的總結(jié) 變著花樣的應 用理論 不需要拐很大彎 的應用理論 掌握基本理論概念 ,而習題就是這些 理論和概念比較直接的、簡單的應用， 做習題的目的是鞏固基本理論的理解 把精力放在基本概念和理論的掌握上，不要象高 中那樣放在大量做習題上 為考試而學

2、需要大家轉(zhuǎn)變 的第一個學習 觀念 回答大家兩個疑問 為什么考試題里也有些難度較高的題？ 多做習題，理論掌握的不是更好么？ 考試： 90%以上的題 是不需要拐很大彎的 應用理論 10%以下 習題冊 課堂例題 教材例題 書后習題及學 習指導書上的題 習題冊就是學習的指南 如何學習續(xù) 為考試而學 需要大家轉(zhuǎn)變 的第一個學習 觀念 為應用而學 : 需要大家轉(zhuǎn)變的 第二個學習觀念 學習的目的是什么？ 需要大家多思、勤想，把所學的知 識融會貫通，應用自如 要從思想上把握住所學的知識，這樣 才能把所學的東西用好 不注重理解，勢 必影響你的應用 能不能把應付考試當作學習的 最主要目標？不能！ 而是要應用它來研

3、究和解決問題 學以致用！ 續(xù)：如何學習 需要多思、勤想，把所學的知識融會貫 通，有深刻的理解，才能應用自如 1不能被數(shù)學公式架空， 2把握物理概念的實質(zhì)， 3不能 知識零散，要融會貫通， 多做習題不是能讓我們對所學知識有深刻理解么？ 需要大家樹立正確的學習觀念 續(xù)：如何學習 不僅能獲得白菜 ,還要注意領(lǐng)悟 人家是如何種菜的 為考試而學 為應用而學 : 為研究而學 : 需要大家去領(lǐng)悟人家是怎么 研究問題和解決問題的，人 家研究問題的方法、思路、 模式等等 c o sFSW 才智 勤奮 方法 成功 必 須 完 成 的 思 想 轉(zhuǎn) 變 遇到新問題如何辦？ 如何學習（大學物理）小結(jié)！ “會不會做題、做

4、難題”不是評價你學習效果的標 準，而是看“自己對理論是否透徹理解和對前人 研究問題、解決問題的方法、思路、模式是否有 些體會和心得”。 改變自己學習觀念，克服以前應試教育下不再 適宜的學習習慣 無論是應用知識解決問題還是，遇到新問題創(chuàng)造 知識，都和做習題是兩回事情 物理學是探討客觀物質(zhì)世界基本 規(guī)律的一門學科 ,是其它各門自然 科學和一切工程技術(shù)的基礎(chǔ)， 知識： 物理學就是一個研究問 題的方法寶庫。 方法： 物 理 學 是 知 識 和 方 法 并 重 的 關(guān)于我的課程 我會特別注重這部分內(nèi)容的闡述 物理學知識很容易淡忘，而對物理學 研究方法的領(lǐng)悟則會讓你受益終生 本學期的內(nèi)容安排 熱學 電磁學

5、 量子力學 靜電學 靜磁學 變化的電磁場 （ 7次課左右） （ 6次課） 熱現(xiàn)象：凡是與溫度有關(guān)的物 理性質(zhì)的變化都叫稱為熱現(xiàn)象 熱學就是研究熱現(xiàn)象規(guī)律 及其應用的一門科學。 熱力學與統(tǒng)計物理初步 系統(tǒng)：熱學的研究對象 熱運動 熱運動有一個最大的特點，大量的微觀粒子中的個 別粒子的運動是無規(guī)則的和隨機的，但在總體上， 在一定的宏觀條件下卻遵循確定的統(tǒng)計性規(guī)律 它是運用統(tǒng)計的方法把物體的宏觀性質(zhì) 作為微觀粒子熱運動的統(tǒng)計平均結(jié)果， 找出宏觀量與微觀量之間的聯(lián)系 wnp 3 2 統(tǒng)計物理 宏觀層面 微觀層面 從微觀方面研究熱學的理論我們稱之 為統(tǒng)計物理或分子物理學， 熱學的宏觀理論 它根據(jù)由觀察和

6、實驗總結(jié)出來的熱力學定律， 再用嚴密邏輯推理的方法來研究系統(tǒng)的熱性質(zhì) 熱力學 兩種理論互有優(yōu)勢，相互補充 統(tǒng)計物理 第一個時期，實質(zhì)上是熱學的早期史，開始于 17世 紀末直到 19世紀中葉，這個時期積累了大量的實驗 和觀察事實。關(guān)于熱的本性展開了研究和爭論， 第二時期從 19世紀中葉到 19世紀 70年代末。這個時 期發(fā)展了唯象熱力學和分子運動論 熱學的歷史 在第三時期內(nèi)，唯象熱力學的概念和分子運動論的概 念結(jié)合最終導致了統(tǒng)計物理學的產(chǎn)生。它開始于 19世 紀 70年代末玻爾茲曼的經(jīng)典工作，止于 20世紀初 第四個階段（ 20世紀初以來）：是熱力學和 統(tǒng)計物理相結(jié)合的階段，也是熱力學與統(tǒng)計物

7、理與其它學科及近代科技相結(jié)合和發(fā)展的階， 熱學的發(fā)展 從這一時期開始，出現(xiàn)了一系列嶄新的科學技術(shù)理 論，諸如量子力學、控制論、信息論、系統(tǒng)論等等， 這些理論各自向縱深發(fā)展、又相互滲透，在這個過 程中產(chǎn)生的一系列邊緣學科對科學技術(shù)與社會的發(fā) 展產(chǎn)生了重大而深遠的影響。如耗散結(jié)構(gòu)理論、 非平衡態(tài)統(tǒng)計物理、經(jīng)典的非平衡態(tài)熱力學等。 氣體動理論 本章討論的氣體分子運動論是統(tǒng)計物理學最 簡單最基本的內(nèi)容。目的在于使我們了解一 些氣體性質(zhì)的微觀解釋，并學到一些統(tǒng)計物 理的基本概念和方法 第七章 統(tǒng)計物理初步 從上述物質(zhì)分子運動論的基本觀點出發(fā)，研 究和說明宏觀物體的各種現(xiàn)象和性能是統(tǒng)計 物理學的任務(wù) 氣體

8、動理論的基本假設(shè) 1，宏觀物體是由大量微粒 - -分子（或原子）組成的。 2，物體中的分子處于永不停息的無 規(guī)則運動中其激烈程度與溫度有關(guān)。 3，分子之間存在著相互作用力。 一 熱力學系統(tǒng)的平衡態(tài) 一個系統(tǒng)在不受外界影響的條件下，如果 它的一切宏觀性質(zhì)不再隨時間變化，并且 體系的各個部分也不發(fā)生任何宏觀變化我 們就說這個系統(tǒng)處于熱力學平衡態(tài)。 A B 比如一個封閉容器 被隔板分成兩個部 分，一部分為真空 一部分中有空氣。 第一節(jié)：熱力學系統(tǒng)與平衡態(tài) 熱力學系統(tǒng)的平衡態(tài) 說明 1：不受外界影響是從作能量角度來說 的，既外界既不作功也不熱傳遞。 說明 2：平衡是動態(tài)的平衡 說明 3：不受外界影響的

9、系統(tǒng)是不存在的 , 是個理想模型 說明 4：平衡態(tài)不同于系統(tǒng)受恒定外界影響 所達到的穩(wěn)定狀態(tài) 100 oc 0 oc 金屬桿 有外界影響的穩(wěn)定 狀態(tài)不是平衡態(tài) 二 狀態(tài)參量 1 宏觀量和微觀量 通常我們把描述單個粒子運動狀態(tài)的物理量稱為微觀 量，如粒子的質(zhì)量、位置、速度、動量、能量等； 描述系統(tǒng)宏觀屬性的物理量稱為宏 觀量，如溫度、壓強、體積、熱容 狀態(tài)參量：是描述氣體性質(zhì)的宏觀量 如果在所研究的問題中既不涉及電磁性質(zhì)又無須考慮與 化學成分有關(guān)的性質(zhì)，系統(tǒng)中又不發(fā)生化學反應，則不 必引入電磁參量和化學參量。 非平衡態(tài)：沒有確定的溫度和壓強 P V T 一般指的就 是這三個 三 理想氣體 實際氣

10、體的理想模型 理想氣體（宏觀模型）： 實驗指出：在通常的溫度和壓強下一切氣體 都近似遵守玻馬定律、查理定律、蓋 -呂薩克 定律和阿伏伽德羅定律。 理想氣體嚴格遵守上述實驗定律 不同的氣體所表現(xiàn)出的這一性質(zhì)絕非偶然 RTRTMPV 理想氣體（微觀模型）： 不計大小 質(zhì)點： 不計相互作用 自由質(zhì)點： 理想氣體 分子 彈性質(zhì)點： 彈性碰撞 自由彈性質(zhì)點 什么叫理想模型？ 理想模型：抓住問題的主要因素忽略次要 因素，把實際情況理想化、模型化的一種 簡化問題的研究方法 理想模型 物理學最重要、最基本的研 究問題方法 舉例： 質(zhì)點 實際物體都有大小和形狀，但大小和形狀 對我門研究問題影響不大時，我們就忽略

11、 物體的大小和形狀，把該物體看成一個有 質(zhì)量的點，即質(zhì)點。 主要因素：質(zhì)量 什么是理想模型 次要因素：大小和形狀 這樣質(zhì)點就是實際物體的理想模型 理想模型的核心思想 近似地處理問題 凡是近似地處理問題的，都可以看作是理想模型 為什么要應用理想模型？ 現(xiàn)實情況太復雜了，直接 處理現(xiàn)實情況，往往非常 困難，甚至處理不了。 g lT 2 這個公式忽略了很多次要因素 理想模型的應用是極為廣泛的 在物理學中比比皆是，狹義上講，質(zhì)點、理想 氣體等是理想模型，廣義上講，所有物理學理 論都是理想模型。 ，團結(jié)精神。，首創(chuàng)性；公平； ，對待下屬，人物有序；，適度集權(quán)； ，合理報酬益；，個人利益服從整體利 ，統(tǒng)一

12、領(lǐng)導，統(tǒng)一指揮；，紀律嚴明； ，權(quán)責對等；，勞動分工；十四條原則。 年提出了有效管理的法國人法約爾， 1211 1098 76 543 21 1916 這其實就是一個理想模型的例子 理想模型畢竟是真實情況的近似，利用它來 處理問題所得到的結(jié)果畢竟與真實結(jié)果有出 入，如何看待這個問題？ 得到的結(jié)果如果與實際的差別較大， 則需要對該模型進行修正 如何看待與實際存在偏差 得到的結(jié)果如果與實際的差別較小， 則該模型取得了成功 近似地處理問題不等同于 馬馬乎乎地處理問題 對相關(guān)物理理論和概念一知半解， 對所用的數(shù)學工具不能吃透是不 可以的 理想模型小結(jié)： 為我們解決新問題提供了一個重要的指導思想。 簡言

13、之，在我們分析新問題時，首先要找出哪些 因素是主要影響因素，哪些是次要因素，然后將 一些次要因素忽略，將問題簡化，從而使問題得 到解決 沒有近似處理問題的思想，我們在學 習的過程中，也不可能對前人的理論 有很好的理解和體會。 四 理想氣體狀態(tài)方程 RTRTMPV 實驗指出：在通常的溫度和壓強下一切氣體 都近似遵守玻馬定律、查理定律、蓋 -呂薩克 定律和阿伏伽德羅定律。 RTMPV 例 1 一籃球在室溫為 00C時打入空氣到 1.5個大 氣壓， 假設(shè)球的體積不變，試計算：（ 1）在 賽球時 ,籃球溫度升高到 300C，問這時球內(nèi)的 壓力有多大？（ 2）在賽球過程中 ,球被劃破一 個洞開始漏氣，把

14、籃球拿回室溫的條件下，最 終漏掉的空氣是原來空氣的百分之幾？ 解：（ 1） 0 0 P T TP 個大氣壓66.1 RTMPV 解：（ 2） 原來的質(zhì)量 0 0 RT VPM 0 0 0 RT VPM 后來的質(zhì)量 0 0 P PP M MM %3.33 5.1 1-1 . 5 理想氣體微觀模型： 不計大小 質(zhì)點： 不計相互作用 除相撞 外無相 互作用 自由質(zhì)點： 理想氣 體分子 彈性質(zhì)點： 彈性碰撞 第二節(jié) 理想氣體壓強和溫度的統(tǒng)計意義 一 統(tǒng)計性假設(shè)（平衡態(tài)下） 1分子處于容器內(nèi)任一位置處的概率相同（均勻分布） 分子數(shù)密度 V Nn 2分子沿各方向運動的概率相同 任一時刻向各方向運動的分子數(shù)

15、相同 xN 3分子速率在各個方向分量的各種平均值相同 xv 處處相等 yN zN xN xN yv zv 222 zyx vvv 0 , N v v N i ix x N v v i i 2 2 N v N v N v i iz i iy i ix 222 222 zyx vvv 2222 3 1 vvvv zyx 222 zyx vvv N v v N i ix x 2 2 N vvv i iziyix )( 222 續(xù)：統(tǒng)計假設(shè) 三：推導建立宏觀量 (P)與微觀量的聯(lián)系 氣體壓強是大量分子不斷碰撞容器壁的結(jié)果 壓強等于器壁單位面積上所受的平均壓力 壓強是怎么產(chǎn)生的？ dS FP 推導壓強公式 壓強等于器壁單位面積上所受的平均壓力 dS F P 體積為 V的長方體容器中 有一定質(zhì)量的同種理想氣 體，每個分子質(zhì)量為 m, 總分子數(shù)為 N，處于平衡 態(tài) ,分子數(shù)密度為 n。 x dS ts P i i dd 利用理想氣體分子微觀模型，考慮一個分 子對器壁的一次碰撞而產(chǎn)生的動量變化 kvjvivv iziyixi 方向相反 不變， ix iziy v vv , 彈性碰撞： z 取直角坐標系，在垂直于 x軸的器壁上任取 一小面積 ds,計算其所受的壓強（如下圖） i iPdSdt 上的分子動量變化之和內(nèi)撞到計算在 ixmv2