《热力学与统计物理学》学习指导.pdf

《热力学与统计物理学》学习指南一、课程的特点和结构框架热力学与统计物理学是研究热现象的本质及其规律的科学。所谓热现象是指与温度有关的物理性质的变化，其本质是宏观物体内部大量微观粒子的热运动。和机械运动、电磁运动一样，热运动也是自然界中广泛存在的一种基本运动形式。因此，作为研究热运动规律的热力学与统计物理学，与理论力学和电动力学一起构成了物理学的三大支柱，是理科物理专业以及工科相关专业学生的一门必修理论基础课。热力学和统计物理学分别从宏观和微观角度研究热运动，形成既有各自特点又相辅相成的两种方法，即热力学方法和统计物理学方法。这两种方法相辅相成，既描述了热力学系统的宏观性质，又揭示了宏观现象的微观实质。分别从宏观和微观两种角度研究同一对象并得出相同结果是本课程的一大特点，同学们在学习中要充分理解和认识这一特点。图1给出了本课程的结构框架图。图1热力学与统计物理学课程结构框架图二、学习本课程应具备的基础知识及学习方法建议1．应具备的基础知识1（1）热力学和统计物理学是在大学普通物理学的基础上扩展提高的，同学们在学习本课程时应具备普通物理学中热学和理论力学中分析力学的相关知识；（2）学习本课程应具备高等数学的基本知识，包括多元函数微分学、概率论、级数、特殊函数及广义积分等。同学们在学习本课程之前，应先学完高等数学的相关内容。2．学习方法建议（1）认真学习导言部分，了解本课程的研究对象、研究方法和和主要应用领域。（2）要循序渐进，切勿急躁。学习本课程要重在掌握基本思想、基本规律、基本方法和主要结论。（3）在掌握基本理论和基本方法的基础上，仔细分析典型例题，努力完成各章作业，提高分析问题和解决问题的能力。（3）要参照各章的重点、难点提示，掌握各章的知识点、重点、难点以及对各知识点的能力层次要求。（4）在对原型进行科学抽象的基础上，建立简化的理想模型,采用数学手段进行描述和分析是物理学的基本方法之一。平衡态热力学和统计物理学使用了许多理想模型，如，孤立系统、平衡态、准静态过程、理想气体和理想固体等。同学们在学习过程中应注意领会模型与实践的辩证关系，理解模型方法的重要性。三、各章内容提要和知识点、重点及难点提示关于“重点、难点及其要求”中有关提法的说明“识记”、“领会”、“简单应用”和“综合应用”四个能力层次是递进等级关系，后者必须建立在前者的基础之上，它们的具体含义是：识记：能知道有关的名词、概念、知识的含义，并能正确认识和表述。领会：在实际的基础上，能全面把握基本概念、基本原理，能掌握有关概念和原理的区别和联系。简单应用：在领会的基础上，能用学过的知识点分析和解决简单问题。综合应用：能用学过的知识点综合分析和解决较为复杂的问题。导言1.内容提要（1）热现象与热运动导言部分介绍热力学与统计物理的研究对象和研（2）热力学方法与统计物理方法究方法，阐述热力学方法和统计物理方法各自的优缺点（3）两种方法的优、缺点及相互关系以及两种方法的相互关系。2．重点、难点及其要求2．知识点（1）热统的研究对象—热现象与热运动·领会：热现象的本质是热运动；热运动是自然界2中广泛存在的基本运动形式之一。§1－5热力学第一定律与内能（2）两种研究方法—热力学方法与统计物理方法5．1内能的引入与定义·领会：热力学方法与统计物理方法各自的特点及5．2第一定律的数学表达，第一定律的表述二者的相互关系。§1－6热容量和焓6．1热容量、焓的定义及物理意义第一章热力学的基本概念和规律§1－7理想气体的内能7．1焦耳定律1.本章的内容提要7．2理想气体的内能和焓本章系统介绍热力学第零定律、第一定律和第二定．37迈尔定律律以及温度、内能和熵等基本概念。本章是第二、第三§1－8理想气体的绝热过程和第四章的理论基础。本章是在对《热学》中有关内容8.1绝热过程及其过程方程复习的基础上作适当提高。§1－9理想气体的卡诺循环2．本章各节的知识点9．1循环过程及其效率§1-1热力学系统的平衡态及其描述9．2卡诺循环及其效率1．1系统与外界；热力学系统§1－10热力学第二定律1．2热力学系统平衡态定义与判别10．1热力学第二定律的两种表述（开尔文表述1．3平衡态的描述—四类状态参量和克劳修斯表述）1．4广延量与强度量10．2两种表述的等价性§1-2热力学第零定律和温度10．3热力学第二定律的实质2．1热力学第零定律及其意义§1－11卡诺定理2．2温度的科学定义，温标．111卡诺定理1§1－3物态方程．211卡诺定理23．1物态方程定义§1－12热力学温标3．2几种物质的物态方程（特别是理想气体方§1－13克劳修斯等式和不等式程，范德瓦尔斯方程）13．1克劳修斯等式和不等式(dQ)03.3与物态方程有关的几个物理量（膨胀系数、T压强系数和等温压缩系数）§1－14熵和热力学基本方程§1