高二物理競賽熱學(xué)緒論課件

熱學(xué)物理學(xué)中專門研究熱現(xiàn)象的一門分支學(xué)科緒論§1.1宏觀描述方法與微觀描述方法

§1.1.1熱學(xué)的研究對象及其特點(diǎn)熱學(xué)研究物質(zhì)熱運(yùn)動(dòng)與熱相聯(lián)系的各種規(guī)律的理論熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)一、熱物理學(xué)（thermalphysics）熱物理學(xué)是研究有關(guān)物質(zhì)的熱運(yùn)動(dòng)以及與熱相聯(lián)系的各種規(guī)律的科學(xué)。它與力學(xué)、電磁學(xué)及光學(xué)一起共同被稱為經(jīng)典物理四大柱石。宏觀理論（熱力學(xué)）微觀理論（統(tǒng)計(jì)物理學(xué)）熱力學(xué)驗(yàn)證統(tǒng)計(jì)物理學(xué)，統(tǒng)計(jì)物理學(xué)揭示熱力學(xué)本質(zhì)觀察和實(shí)驗(yàn)力學(xué)規(guī)律,統(tǒng)計(jì)平均方法二、熱學(xué)研究對象的特征熱學(xué)研究的是由數(shù)量很大很大的大數(shù)微觀粒子所組成的系統(tǒng)宏觀物質(zhì)宏觀物質(zhì)由大量微觀粒子組成，微觀粒子（分子、原子等）都處于永不停息的無規(guī)熱運(yùn)動(dòng)中.大量微觀粒子的無規(guī)熱運(yùn)動(dòng)-----決定了宏觀物質(zhì)的熱學(xué)性質(zhì)顯然，人類不可能造出一部能計(jì)算1023個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)方程的計(jì)算機(jī)。熱物理學(xué)研究對象的這一特點(diǎn)決定了它有宏觀的與微觀的兩種不同的描述方法。例:1mol物質(zhì)中就有6.02×1023個(gè)分子。宏觀理論微觀理論熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)特征宏觀與微觀的兩種不同描述方法?！?.1.2

宏觀描述方法與微觀描述方法一、熱力學(xué)（thermodynamics）2.熱力學(xué)是具有最大普遍性的一門科學(xué)---不提出任何一個(gè)特殊模型，但又可應(yīng)用于任何的宏觀的物質(zhì)系統(tǒng).熱力學(xué)是熱物理學(xué)的宏觀理論，它從對熱現(xiàn)象的大量的直接觀察和實(shí)驗(yàn)測量所總結(jié)出來的普適的基本定律出發(fā)，應(yīng)用數(shù)學(xué)方法，通過邏輯推理及演繹，得出有關(guān)物質(zhì)各種宏觀性質(zhì)之間的關(guān)系、宏觀物理過程進(jìn)行的方向和限度等結(jié)論。1.熱力學(xué)基本定律是自然界中的普適規(guī)律，結(jié)論具有可靠性與普遍性。特征熱力學(xué)的局限性：（1）

它只適用于粒子數(shù)很多的宏觀系統(tǒng)；---多體系統(tǒng)（2）它主要研究物質(zhì)在平衡態(tài)下的性質(zhì).它不能解答系統(tǒng)如何從非平衡態(tài)進(jìn)入平衡態(tài)的過程；---非平衡態(tài)（3）它把物質(zhì)看為連續(xù)體，不考慮物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)。所以然？（4）

它只能說明應(yīng)該有怎樣的關(guān)系，而不能解釋為什么有這種基本關(guān)系。---所以然？要解釋原因，須從物質(zhì)微觀模型出發(fā)，利用分子動(dòng)理論或統(tǒng)計(jì)物理方法予以解決------微觀理論。二、統(tǒng)計(jì)物理學(xué)（Statisticalphysics）

1.大數(shù)粒子作為一個(gè)整體，存在著統(tǒng)計(jì)相關(guān)性，遵從一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。統(tǒng)計(jì)物理學(xué)則是熱物理學(xué)的微觀描述方法，它從物質(zhì)由大數(shù)分子、原子組成的前提出發(fā)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)的方法，把宏觀性質(zhì)看作由微觀粒子熱運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)平均值所決定,由此找出微觀量與宏觀量之間的關(guān)系。特征2.對大數(shù)粒子統(tǒng)計(jì)所得的平均值就是平衡態(tài)系統(tǒng)的宏觀可測定的物理量。3.系統(tǒng)的粒子數(shù)越多，統(tǒng)計(jì)規(guī)律的正確程度也越高。統(tǒng)計(jì)平均值x的統(tǒng)計(jì)平均值為隨機(jī)變量：某一物理量M在一定條件下的可能取值M1

、M2、M3

，···

，稱為隨機(jī)變量.若隨機(jī)變量Mi出現(xiàn)的概率為Pi，則其統(tǒng)計(jì)平均值為概率分布:{Pi}第i個(gè)事件發(fā)生的總次數(shù)與全部事件發(fā)生的總次數(shù)的比值稱為第i個(gè)事件發(fā)生的概率，即定義：概率分布滿足歸一化條件：平均值統(tǒng)計(jì)規(guī)律微觀描述方法的局限性在于它在數(shù)學(xué)上常遇到很大的困難，由此而作出簡化假設(shè)（微觀模型）后所得到的理論結(jié)果常與實(shí)驗(yàn)不能完全符合。

熱學(xué)有宏觀描述方法（熱力學(xué)方法）與微觀描述方法（統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的方法）之分。它們分別從不同角度去研究問題，自成獨(dú)立體系，相互間又存在千絲萬縷的聯(lián)系。微觀描述方法的局限性：熱力學(xué)驗(yàn)證統(tǒng)計(jì)物理學(xué)，統(tǒng)計(jì)物理學(xué)揭示熱力學(xué)本質(zhì)總結(jié)：熱學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)1、熱力學(xué)第一定律；2、熱力學(xué)第二定律；3、熱機(jī)。統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的初步知識（氣體分子動(dòng)理論）1、分子動(dòng)理論的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)及基本論點(diǎn)；2、氣體分子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律（平衡態(tài)）；3、氣體內(nèi)遷移規(guī)律（非平衡態(tài)）。液體、固體、相變等物性學(xué)1、實(shí)際氣體、液體、固體的基本性質(zhì)；2、一級相變特征及基本規(guī)律。熱學(xué)內(nèi)容能源食品紡織空氣調(diào)節(jié)熱學(xué)應(yīng)用醫(yī)療建筑化工機(jī)械電子交通造紙航空航天時(shí)間t關(guān)鍵概念的發(fā)展力學(xué)電磁學(xué)熱學(xué)相對論量子論1600

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1900熱學(xué)發(fā)展簡述古希臘（公元前611-430年），四元素說：萬物是由土、水、火、氣四種元素在數(shù)量上不同比例的配合組成的。我國殷商時(shí)期，五行學(xué)說：金、木、水、火、土是構(gòu)成世界萬物的五種基本元素，稱為五行。中國古代提出的元?dú)庹f，就認(rèn)為熱（火）是物質(zhì)元?dú)饩凵⒆兓谋憩F(xiàn)。鉆木取火青銅器---鼎一、古代蒸汽機(jī)（steamengine）早期的汽車蒸汽機(jī)成為工業(yè)生產(chǎn)的主要?jiǎng)恿?。第一?/p>