高二物理竞赛热学绪论课件

热学物理学中专门研究热现象的一门分支学科绪论§1.1宏观描述方法与微观描述方法

§1.1.1热学的研究对象及其特点热学研究物质热运动与热相联系的各种规律的理论热力学统计物理学一、热物理学（thermalphysics）热物理学是研究有关物质的热运动以及与热相联系的各种规律的科学。它与力学、电磁学及光学一起共同被称为经典物理四大柱石。宏观理论（热力学）微观理论（统计物理学）热力学验证统计物理学，统计物理学揭示热力学本质观察和实验力学规律,统计平均方法二、热学研究对象的特征热学研究的是由数量很大很大的大数微观粒子所组成的系统宏观物质宏观物质由大量微观粒子组成，微观粒子（分子、原子等）都处于永不停息的无规热运动中.大量微观粒子的无规热运动-----决定了宏观物质的热学性质显然，人类不可能造出一部能计算1023个粒子的运动方程的计算机。热物理学研究对象的这一特点决定了它有宏观的与微观的两种不同的描述方法。例:1mol物质中就有6.02×1023个分子。宏观理论微观理论热力学统计物理学特征宏观与微观的两种不同描述方法。§1.1.2

宏观描述方法与微观描述方法一、热力学（thermodynamics）2.热力学是具有最大普遍性的一门科学---不提出任何一个特殊模型，但又可应用于任何的宏观的物质系统.热力学是热物理学的宏观理论，它从对热现象的大量的直接观察和实验测量所总结出来的普适的基本定律出发，应用数学方法，通过逻辑推理及演绎，得出有关物质各种宏观性质之间的关系、宏观物理过程进行的方向和限度等结论。1.热力学基本定律是自然界中的普适规律，结论具有可靠性与普遍性。特征热力学的局限性：（1）

它只适用于粒子数很多的宏观系统；---多体系统（2）它主要研究物质在平衡态下的性质.它不能解答系统如何从非平衡态进入平衡态的过程；---非平衡态（3）它把物质看为连续体，不考虑物质的微观结构。所以然？（4）

它只能说明应该有怎样的关系，而不能解释为什么有这种基本关系。---所以然？要解释原因，须从物质微观模型出发，利用分子动理论或统计物理方法予以解决------微观理论。二、统计物理学（Statisticalphysics）

1.大数粒子作为一个整体，存在着统计相关性，遵从一定的统计规律。统计物理学则是热物理学的微观描述方法，它从物质由大数分子、原子组成的前提出发，运用统计的方法，把宏观性质看作由微观粒子热运动的统计平均值所决定,由此找出微观量与宏观量之间的关系。特征2.对大数粒子统计所得的平均值就是平衡态系统的宏观可测定的物理量。3.系统的粒子数越多，统计规律的正确程度也越高。统计平均值x的统计平均值为随机变量：某一物理量M在一定条件下的可能取值M1

、M2、M3

，···

，称为随机变量.若随机变量Mi出现的概率为Pi，则其统计平均值为概率分布:{Pi}第i个事件发生的总次数与全部事件发生的总次数的比值称为第i个事件发生的概率，即定义：概率分布满足归一化条件：平均值统计规律微观描述方法的局限性在于它在数学上常遇到很大的困难，由此而作出简化假设（微观模型）后所得到的理论结果常与实验不能完全符合。

热学有宏观描述方法（热力学方法）与微观描述方法（统计物理学的方法）之分。它们分别从不同角度去研究问题，自成独立体系，相互间又存在千丝万缕的联系。微观描述方法的局限性：热力学验证统计物理学，统计物理学揭示热力学本质总结：热学热力学基础1、热力学第一定律；2、热力学第二定律；3、热机。统计物理学的初步知识（气体分子动理论）1、分子动理论的实验基础及基本论点；2、气体分子运动的规律（平衡态）；3、气体内迁移规律（非平衡态）。液体、固体、相变等物性学1、实际气体、液体、固体的基本性质；2、一级相变特征及基本规律。热学内容能源食品纺织空气调节热学应用医疗建筑化工机械电子交通造纸航空航天时间t关键概念的发展力学电磁学热学相对论量子论1600

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1900热学发展简述古希腊（公元前611-430年），四元素说：万物是由土、水、火、气四种元素在数量上不同比例的配合组成的。我国殷商时期，五行学说：金、木、水、火、土是构成世界万物的五种基本元素，称为五行。中国古代提出的元气说，就认为热（火）是物质元气聚散变化的表现。钻木取火青铜器---鼎一、古代蒸汽机（steamengine）早期的汽车蒸汽机成为工业生产的主要动力。第一次