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1、大学物理 张国华 zhguohua 公共邮箱 woaiwuli2010 密码 xinxi2010 说明 1 最终成绩评定办法 期中考试成绩占10 平时作业成绩占10 堂出勤情况占5 期末卷面成绩占75 2 教材和参考书 张三慧编著 大学物理学 第三版B版 热学 第17 19章 振动 波动 第20 21章 量子物理 本学期主讲内容 第26 29章 狭义相对论 第6章 吕金钟主编 大学物理辅导 第二版 光学 第22 24章 大学物理习题集 助教网专用 4 答疑 地点 理化楼135第2周 第16周 3 作业 每周二交 统一用作业纸助教网 5 公共邮箱 woaiwuli2010 密码 xinxi201
2、0 6 竞赛 校内竞赛在下学期进行 考试内容为上册书的所有内容 题型与期末试卷类似 时间 周二 五中午11 30 13 00 关于注册助教网完成作业的说明 1 登陆助教网 用自己的用户和密码进入2 点 申请成为学生 3 输入班级 张国华12春 1 测控1101 1102 智能11 自1105 或 张国华12春 2 电信11 计1101 1102 物联11 4 为防止错误 可以查看班级具体情况 确定没有错5 按照提示 一步步进行 直至完成6 在一周内完成 否则影响网上提交作业 7 每周的 大学物理习题集 的作业必须在每周周一晚11点前在网上成功提交 否则就缺交一次作业 如果忘了如何使用 可到助教
3、网下载 助教网学生使用手册 热学 17 19章 一 热学的研究对象 高温退磁 热胀冷缩 相变 1 热学 1 热力学系统 大量分子或原子组成的系统 2 外界 热力学系统以外的物体 研究物体的热现象及其规律的科学 2 热学的研究对象 宏观法与微观法相辅相成 二 热学的研究方法 1 宏观法 热力学 2 微观法 统计力学 气体分子运动论 初级理论 温度和气体动理论 第17章 17 1热运动的描述理想气体模型和状态方程 一 热力学系统状态的描述 1 宏观量 如 质量 速度等 描述微观粒子的物理量 2 微观量 整体上描述 可直接测量 如 温度 体积 压强等 状态参量 1 温度的定义 A B两体系各自达到平
4、衡态 两体系达到共同的热平衡状态 热平衡 热平衡时 两体系有共同的宏观性质 温度 二 温度的概念 例如 设A和B B和C分别热平衡 则A和C一定热平衡 热平衡时 TA TB B A A改变很小 热力学第零定律 2 温度的测量 3 温标 1 华氏温标 1714年荷兰华伦海特建立 以水结冰的温度为32 F 水沸腾的温度为212 F 2 摄氏温标 1742年瑞典天文学家摄尔修斯建立 以冰的熔点定为0 C 水的沸点定为100 C 3 热力学温标 英国的开尔文建立的与工作物质无关的温标与摄氏温度的关系为 单位为开 K 称为热力学温度 温度的数值表示方法 在不受外界影响的条件下 系统的宏观性质不随时间改变
5、的状态 三 平衡态和准静态过程 1 平衡态 2 平衡条件 系统与外界在宏观上无能量和物质的交换 系统的宏观性质不随时间改变 1 平衡态是一个理想化模型 说明 3 动态平衡 宏观量不随时间改变 微观上 无规则的热运动 2 准静态过程 过程 系统状态发生变化 称系统经历了一个过程 准静态过程 每一时刻的状态都近似是平衡态的过程 非准静态过程 每一时刻的状态都不是平衡态的过程 2 方程只适用于平衡态 说明 1 P V T只有两个独立 四 理想气体的状态方程 1 理想气体的状态方程 3 理想气体方程的其它表达形式 玻尔兹曼恒量k n N V 分子数密度 常见准静态过程 热力学系统的状态可以用p v图
6、p T图 V T图 进行描述 过程方程 2 理想气体的状态图 热现象是物质中大量分子无规则运动的集体表现 1 热运动 一 分子热运动的图像 17 2分子热运动和统计规律 永不停息的无规则运动 2 布朗运动 某个分子的运动 是杂乱无章的 无序的 各个分子之间的运动也不相同 即无序性 二 分子热运动的基本特征 从大量分子的整体的角度看 存在一定的统计规律 例如 平衡态下 气体分子的空间分布 密度 是均匀的 1 无序性 热运动与机械运动的本质区别 2 统计性 可作假设 气体分子向各个方向运动的机会均等 例 1 什么是统计规律性 大量偶然事件表现出来的一种整体规律性 扔硬币 2 统计规律的几个特点 1
7、 只对大量偶然事件才有意义 2 它是不同于个体规律的整体规律 3 总是伴随着涨落 三 统计规律 3 平衡态时 理想气体的统计假设 2 大量分子 1 单个分子 速度是随机的 速度按方向的分布是各向均匀的 连续两次碰撞之间所走过的路程 自由路程的平均值 与其它分子碰撞的平均次数 一秒钟内一个分子 四 分子碰撞及自由程 设其它分子都不动 二 平均碰撞频率的计算 有效直径d 凡是分子中心位于管内的分子都将与A分子进行碰撞 平均碰撞频率 考虑到其它分子都在运动 上述公式修正为 对空气分子d 3 5 10 10m 标准状态下 平均自由程为 几十亿次碰撞 说明 解题步骤 气体容器限度l 1 分子数密度n 2
8、 平均自由程 10 2m 1 力学假设 1 忽略分子的大小 2 不计分子间的作用力 3 分子间的碰撞是完全弹性的 4 单个分子遵守牛顿定律 2 统计假设 17 3气体动理论的压强公式 一 理想气体微观模型 1 i分子碰一次撞器壁所获得的动量增量 2 单位时间的碰撞次数 1秒钟给予器壁的冲量 i分子给器壁的冲力 二 压强公式的推导 i分子给予器壁的冲力 4 N个分子给予器壁的压强 n 分子数密度 3 N个分子的平均冲力 分子热运动平均平动动能 由统计假设 结论 压强公式 1 宏观量P 2 压强的微观本质 大量分子对单位面积器壁的平均冲力 说明 3 记住 1 温度公式 三 温度的本质和统计意义 比
9、较这两式得 压强公式 温度 宏观量 是分子热运动平均平动动能大小的量度 2 温度的统计意义 方均根速率 四 方均根速率 分子平均平动动能 1 质点的自由度 一 自由度 17 4能均分定理理想气体的内能 2 细杆的自由度 3个 确定一物体在空间位置所需之独立坐标数 1 刚性细杆 质心 3个 平动自由度 转动 2个 转动自由度 5个 火车 被限制在一曲线上运动 自由度为1 飞机 自由度为3 经度 纬度 高度 轮船 被限制在一曲面上运动 自由度为2 经度 纬度 2 非刚性细杆 质心 3个 平动自由度 转动 2个 转动自由度 6个 振动 1个 振动自由度 3 刚体的自由度 质心 3个 平动自由度 转动
10、 3个 转动自由度 6个 1 刚性分子的自由度 二 分子的自由度 1 单原子分子 2 双原子分子 3 三原子多原子分子 i 3 i 5 i 6 2 非刚性分子的自由度 1 单原子分子 2 双原子分子 3 三原子分子 i 3 i 6 i 9 三 能量按自由度均分原理 1 推导 而且 由于 能量按自由度均分 处于平衡态的气体分子每一自由度所分得的平均动能都为 2 能量按自由度均分原理 四 理想气体的内能 1 理想气体内能 系统中所有分子热运动动能之总和 不包括分子间相互作用的能量 设平动自由度t 总自由度i 2 刚性理想气体分子的内能 一个分子平均总动能 理想气体内能 转动自由度r 刚性双原子分子 单原子分子 刚性多原子分子 理想的内能 3 讨论 理想气体 E E T 2 在实际上当 量子力学可以证明 仍有零点能存在 1 内能是气体状态的单值函数 例题 三个容器分别装有1mol氦气 1mol氢气和1mol氨气 将他们均视为刚性理想气体分子 若它们温度都升高1K 则三种气体的内能增加值分别为多少 解 作业 课后习题P41 17 17 助教网习题集P41 44 238 239 241 244 246 263 264
