大学物理第四章统计物理学基础

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大学物理知识点总结

大学物理知识点总结大学物理涵盖了广泛的知识领域，包括经典力学、电磁学、热力学、光学、量子力学等。

以下是一些常见的大学物理知识点总结：1.经典力学：经典力学是物理学的基础，研究物体的运动规律。

主要包括牛顿三定律、动量定理、动能定理、万有引力定律等。

其中牛顿三定律指出物体在无外力作用下保持静止或匀速直线运动；动量定理描述了力对物体运动状态的改变；动能定理解释了物体的动能和力的关系；万有引力定律用于解释天体运动等。

2.电磁学：电磁学研究电荷和电磁场的相互作用，涉及电场、磁场、电磁感应等内容。

其中库仑定律描述了电荷之间的相互作用力；高斯定律解释了电场的分布规律；安培定律和法拉第电磁感应定律描述了电流和磁场之间的相互作用；麦克斯韦方程组总结了电磁场的基本规律。

3.热力学：热力学是研究热量转化和能量守恒的学科。

主要包括温度、热量、功、熵等概念。

热力学第一定律描述了能量守恒的原理；热力学第二定律描述了熵增原理和热传导的不可逆性；卡诺循环是理想热机的最高效率循环。

4.光学：光学研究光的传播和相互作用现象。

主要包括光的波动理论和光的几何理论。

干涉和衍射是光的波动性质的重要现象；折射和反射是光的几何性质的基本原理。

5.量子力学：量子力学是描述微观粒子行为的物理学理论。

主要包括波粒二象性、不确定性原理、波函数和薛定谔方程等。

波粒二象性描述了微观粒子既具有波动性又具有粒子性；不确定性原理阐述了无法同时准确测量粒子的位置和动量；波函数和薛定谔方程描述了粒子在量子力学中的运动和演化。

6.相对论：相对论是描述高速物体运动的理论。

狭义相对论主要包括以光速为上界的物体运动规律，如时间膨胀、长度收缩、质能等效等；广义相对论涉及引力和时空弯曲等现象。

7.统计物理学：统计物理学基于统计学原理，研究了宏观系统的微观基础。

热力学统计学描述了大量微观粒子构成的系统的性质和行为，如分子速度分布、热平衡等；量子统计学描述了费米子和玻色子的统计行为。

大学物理热力学与统计物理

大学物理热力学与统计物理热力学与统计物理是大学物理中重要的分支，它研究了物质的热学性质以及微观粒子的统计规律。

本文将简要介绍热力学与统计物理的基本概念、原理和应用。

一、热力学基本概念热力学研究的是能量的转化与守恒，包括传热、传能和能量转换等方面的内容。

热力学基本定律包括能量守恒定律、熵增加原理等。

能量守恒定律指出能量在封闭系统中不会凭空产生或消失，只能通过各种形式的转化转移到其他物体或形式。

熵增加原理则是指随着时间的推移，封闭系统中的熵（系统无序程度）总是增加的。

二、热力学基本原理热力学基本原理包括热平衡、热力学第一定律和热力学第二定律。

热平衡是指系统内各部分之间的温度是相等的状态，这是热力学的基础概念。

热力学第一定律是能量守恒的表示，它表明系统的内能变化等于吸收的热量与对外做功的代数和。

热力学第二定律则是热力学的核心内容，它描述了自然界的不可逆性和熵增加的趋势。

三、统计物理基本原理统计物理是热力学的基础，它从微观角度研究了物质中微观粒子的统计规律。

统计物理主要利用统计学方法描述了大量微观粒子的行为，并推导出宏观热力学定律。

基于统计物理，我们可以计算系统的平均能量、熵以及其他宏观状态量。

四、热力学与统计物理的应用热力学和统计物理在各个领域具有广泛的应用，包括能源开发、材料科学、天体物理等。

在工程领域，热力学可以用来设计高效的能源转换系统，提高能源利用效率。

在材料科学领域，热力学对材料的相变、热膨胀等性质有着重要的解释和研究价值。

而在天体物理学中，热力学与统计物理的应用可以帮助我们理解星际物质的形成和演化过程。

总结：本文简要介绍了大学物理中的热力学与统计物理。

热力学是研究能量转化与守恒的学科，其基本定律包括能量守恒定律和熵增加原理。

统计物理是基于热力学的微观解释，通过统计学方法研究大量微观粒子的行为，推导出宏观热力学规律。

热力学与统计物理在能源、材料和天体等领域有着广泛的应用。

通过深入研究热力学与统计物理，我们能够更好地理解和解释自然界中的物质与能量转化过程。

大学物理课程总结

大学物理课程总结大学物理课程总结大学物理课程总结在大二上学期，我们学习了大学物理这门课程，物理学是一切自然科学的基础，处于诸多自然科学学科的核心地位，物理学研究的粒子和原子构成了蛋白质、基因、器官、生物体，构成了一切天然的和人造的物质以及广袤的陆地、海洋、大气，甚至整个宇宙，因此，物理学是化学、生物、材料科学、地球物理和天体物理等学科的基础。

今天，物理学和这些学科之间的边缘领域中又形成了一系列分支学科和交叉学科，如粒子物理、核物理、凝聚态物理、原子分子物理、电子物理、生物物理等等。

这些学科都取得了引人瞩目的成就。

在该学期的学习中，我们主要学习了以下几个章节的内容：第4章机械振动第5章机械波第6章气体动理论基础第7章热力学基础第12章光的干涉第13章光的衍射第14章光的偏振在对以上几个章节进行学习了之后，我们大致了解了有关振动、热力学、光学几个方面的知识。

下面，我对以上几个章节的内容进行详细的介绍。

第四章主要介绍了机械振动，例如：任何一个具有质量和弹性的系统在其运动状态发生突变时都会发生振动。

任何一个物理量在某一量值附近随时间做周期性变化都可以叫做振动。

本章主要讨论简谐振动和振动的合成，并简要介绍阻尼振动、受迫振动和共振现象以及非线性振动。

在第五章机械波的学习中，我们知道了什么是“波”。

如果在空间某处发生的振动，以有限的速度向四周传播，则这种传播着的振动称为波。

机械振动在连续介质内的传播叫做机械波；电磁振动在真空或介质中的传播叫做电磁波；近代物理指出，微观粒子以至任何物体都具有波动性，这种波叫做物质波。

不同性质的波动虽然机制各不相同，但它们在空间的传播规律却具有共性。

本章一机械波为例，讨论了波动运动规律。

从第六章开始，我们开始学习气体动理论和热力学篇，其中，气体动理论是统计物理最简单、最基本的内容。

本章介绍热学中的系统、平衡态、温度等概念，从物质的微观结构出发，阐明平衡状态下的宏观参量压强和温度的微观本质，并导出理想气体的内能公式，最后讨论理想气体分子在平衡状态下的几个统计规律。

《大学物理》课程教学大纲

《大学物理》课程教学大纲一、课程基本信息总学时136学时，讲课102学时，习题讨论课26学时，演示实验8三、课程教学的有关说明1、本课程课内外学时比例：1:2；平均周学时：4。

2、本课程是公共基础课，分连续两个学期完成。

3、在教学中注意把传统教学手段和现代化教学手段相结合，充分利用现代化教学手段进行教学。

四、对于能力培养的基本要求通过大学物理课程教学,应注意培养学生以下能力：1.独立获取知识的能力——逐步掌握科学的学习方法，阅读并理解相当于大学物理水平的物理类教材、参考书和科技文献，不断地扩展知识面，增强独立思考的能力，更新知识结构；能够写出条理清晰的读书笔记、小结或小论文。

2.科学观察和思维的能力——运用物理学的基本理论和基本观点，通过观察、分析、综合、演绎、归纳、科学抽象、类比联想、实验等方法培养学生发现问题和提出问题的能力，并对所涉问题有一定深度的理解，判断研究结果的合理性。

3．分析问题和解决问题的能力——根据物理问题的特征、性质以及实际情况，抓住主要矛盾，进行合理的简化，建立相应的物理模型，并用物理语言和基本数学方法进行描述，运用所学的物理理论和研究方法进行分析、研究。

五、对于素质培养的基本要求通过大学物理课程教学,应注重培养学生以下素质：1.求实精神——通过大学物理课程教学，培养学生追求真理的勇气、严谨求实的科学态度和刻苦钻研的作风。

2.创新意识——通过学习物理学的研究方法、物理学的发展历史以及物理学家的成长经历等，引导学生树立科学的世界观，激发学生的求知热情、探索精神、创新欲望，以及敢于向旧观念挑战的精神。

3.科学美感——引导学生认识物理学所具有的明快简洁、均衡对称、奇异相对、和谐统一等美学特征，培养学生的科学审美观，使学生学会用美学的观点欣赏和发掘科学的内在规律，逐步增强认识和掌握自然科学规律的自主能力。

六、教学内容及基本要求模块1力学:第一单元质点运动学第一讲质点运动的描述，第二讲圆周运动与一般平面曲线运动，第三讲相对运动基本要求：1、质点运动的描述(1)掌握：位矢、位移、速度、加速度等物理量的定义及表达式，能够从已知的运动方程求导得到速度、加速度；同时能够从已知的速度或加速度积分得出运动方程。

《大学物理》教学全套课件

物质的电磁性质
物质的导电性
阐述金属、半导体和绝缘体的导电机制及特点。
物质的介电性
介绍电介质的极化现象，以及介电常数和介电损耗的概念。
物质的磁性
分析物质的抗磁性、顺磁性和铁磁性的产生机理及特点，并讨论磁性材料的应用。
05
光学基础
几何光学基础
光的直线传播光在同种均匀介质中沿直线传播，形成影和像。
02
力学基础
质点运动学
质点的基本概念
定义、特点、适用条件
速度与加速度
定义、物理意义、计算方法及关系
位置矢量与位移
定义、物理意义、计算方法
运动学方程
建立方法、求解及应用
牛顿运动定律
牛顿第一定律
内容、意义及应用
牛顿第二定律
内容、表达式、意义及应用
牛顿第三定律
内容、表达式、意义及应用
牛顿运动定律的应用
重力势能、弹性势能等的计算方法
03
热学基础
温度与热量
1 2
温度的定义和测量温度是物体热度的量度，通常使用温度计进行测量。温度的SI单位是开尔文（K）。
热量的定义和性质热量是物体之间由于温度差异而进行的能量转移。热量总是从高温物体流向低温物体。
3
热力学第零定律如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统之间也将达到热平衡。
课程内容
本课程涵盖力学、热学、电磁学、光学和近代物理等多个领域，通过系统的理论学习和实验训练，使学生掌握物理学的基本知识和实验技能。
课程地位
《大学物理》为后续专业课程的学习打下坚实的物理基础，对于提高学生的科学素质和创新能力具有重要意义。
教学目标与要求
知识目标

物理学的发展

第四章物理学的发展物理学是研究物质基本结构和物质运动的最一般规律的科学，是其它科学和技术的基础和发源地。

一方面，它推动着人们的认识观念与思维方式的变革与发展，另一方面，又通过技术转化为直接生产力，为社会和经济服务。

同时，物理学也是一门不断发展的科学，向着物质世界的深度和广度不断前进。

原始的自然观和物理学的起源与发展在第二章中已经谈到一些，本章叙述的主要是经典物理学至现代物理学的发展和相关内容。

经典物理学是指19世纪末以前的物理学部分，包括经典力学、热力学、统计物理学、经典电磁学等；现代物理学是指20世纪初发展起来的物理学部分，包括量子力学、相对论、原子核物理、粒子物理学等内容。

4.1 经典物理学的诞生与发展从16世纪到18世纪，大约有300年的时间，是近代自然科学形成和发展时期。

这一时期，在资产阶级民主革命和资本主义生产发展的推动下，自然科学摆脱了宗教神学的束缚和坚持对自然界进行精密的观察和实验的研究，以前所未有的速度发展起来。

第谷、开普勒、伽利略、笛卡尔、牛顿等科学家都为新时代科学思想的建立作出了贡献。

其中最杰出的成就是牛顿创立了经典力学体系，实现了以力学为中心的科学知识的第一次大综合。

4.1.1 经典力学体系的建立丹麦天文学家第谷·布拉赫（T.Brahe, 1546～1601年）以毕生精力进行观测，获得了大量数据资料，为开普勒（J.Kepler，1571～1630年）行星运动三定律的108研究作了充分准备。

与此同时，以伽利略(G.Galileo，1564～1642年)为代表的物理学家对力学开展了广泛研究，得到了自由落体定律。

伽利略的两部著作《关于托勒密和哥白尼两大世界体系的对话》和《关于力学和局部运动的两门新科学的对话和数学证明》（通常简称为《两门新科学》，所谓两门新科学是指材料力学和运动力学），为力学的发展奠定了思想基础。

随后，牛顿（I.Newton，1642～1727年）在总结伽利略和开普勒等人研究成果的基础上，进行分析综合，建立了牛顿力学三定律和万有引力定律。

西南大学《统计物理基础》复习思考题及答案

（0132）《统计物理基础》复习思考题一、解释如下概念⑴热力学平衡态；⑵可逆过程；⑶准静态过程；⑷焦耳-汤姆逊效应；⑸μ空间；⑹Γ空间；⑺特性函数；⑻系综；⑼混合系综；⑽非简并性条件；⑾玻色——爱因斯坦凝聚；二回答问题⒈写出热力学第一定律的文字叙述、数学表示、简述该定律的重要性、适用范围。

⒉写出热力学第二定律的文字叙述、数学表示、适用条件，在热力学中的重要性。

⒊写出热力学第三定律的文字叙述、重要性并给予微观解释。

⒋写出熵增加原理的文字叙述、数学表示、适用范围及其微观解释⒌写出等概率原理，举例说明为什么它是平衡态统计物理的基本原理？⒍写出玻尔兹曼关系表达式，简述公式的物理意义和重要性，并用此公式对热力学的熵增加原理给以解释。

⒎写出弛豫时间近似下的玻尔兹曼方程，简述方程的物理意义、适用条件三. 填空题1 气体普适常数R=-------------------，玻尔兹蔓常数K=--------------------，1mol范氏气体物态方程为---------------------------。

⒉照能量均分定理，刚性双原子分子理想气体的内能U＝-5NKT/2------------------，摩尔定容热容量C＝-------------------，光子气体的化学vμ-----------------------------。

势为=μ______________; 工作于温度为500C与⒊理想气体的焦耳—汤姆孙系数=10000C的两热源之间的热机或致冷机热机效率的最大值。

⒋对等温等容系统平衡态时，U、S、F、G、H、中______________最小；而对等温等压系统，U、S、F、G、H中________________最小玻耳兹曼统计中分布公为_______ ___________ _______________，适用条件为。

5. 1moI单原子理想气体在温度为T、体积为v的状态等温膨胀到体积为2v的状∆u________________；吸收热量△Q = 态、则此过程中，内能改变=____________；对外作功△W = _____________________；熵的改变△S= ________________________。

西南大学《统计物理基础》网上作业及参考答案

1：[判断题]参考答案：错误2：[判断题]参考答案：错误3：[判断题]参考答案：错误4：[判断题]参考答案：错误5：[判断题]参考答案：正确6：[判断题]参考答案：错误7：[判断题]参考答案：正确8：[判断题]参考答案：错误9：[判断题]参考答案：错误10：[判断题]参考答案：错误1：[判断题]参考答案：错误2：[判断题]宏观物理量是相应微观物理量的统计平均值参考答案：正确3：[判断题]孤立系统处于稳定平衡的充要条件是dS=0参考答案：错误4：[判断题]利用气体节流过程不能使气体降温参考答案：错误5：[判断题]理想气体等温膨胀过程中吸收的热量等于对外做功参考答案：正确6：[判断题]理想气体的内能与体积有关参考答案：错误7：[判断题]热力学第一定律就是能量守衡定律参考答案：正确8：[判断题]化学元素相同的物质构成一个相参考答案：错误9：[判断题]所有工作于两个一定温度之间的热机的效率相等参考答案：错误10：[判断题]由两个等温过程和两个等压过程组成的循环叫卡诺循环。

参考答案：错误1：[论述题]被吸附在平面上的单原子理想气体分子总分子数N，温度T，面积A。

求：（1）用玻尔兹曼统计公式求系统的内能、定容热容量、状态方程、熵参考答案：）波尔兹曼统计方法粒子自由度，，，（内能2：[论述题]写出等概率原理，举例说明为什么它是平衡态统计物理的基本原理参考答案：等概率原理讲的是：处于平衡态的孤立系统，系统各种可能的微观状态出现的概率相同。

该原理适用条件：平衡态、孤立系统，大量粒子组成的宏观系统。

它是统计物理的一个最基本的原理，其原因是：①它是实验观察的总结；而不能由其它定理或原理来推证。

②各种统计规律的建立均以它为基础。

例如：（1）推导玻尔兹曼统计、玻色统计、费米统计时找出最可几分布，正是等概率原理，才可由确定微观状态数最多的分布来确定；（2）微正则系综概率分布的建立也是以等概率原理为基础。

1：[论述题]参考答案：①热力学第二定律文字叙述有两种：克氏说法：热传导不可逆开氏说法：功变热不可逆②数学表示：（等号对应可逆，不等号对应不可逆）③适用范围：大量微观粒子构成的宏观系统，且在时间和空间上有限，不适用宇宙。

大学物理公式总结归纳

第一章质点运动学和牛顿运动定律平均速度 v =t△△r1.2 瞬时速度 v=lim△t →△t △r =dtdr速度v=dtds==→→lim lim△t 0△t △t△r 平均加速度a =△t△v瞬时加速度加速度a=lim△t →△t △v =dtdv瞬时加速度a=dt dv =22dtrd匀速直线运动质点坐标x=x 0+vt 变速运动速度 v=v 0+at变速运动质点坐标x=x 0+v 0t+21at 2 速度随坐标变化公式:v 2-v 02=2ax-x 0 自由落体运动竖直上抛运动抛体运动速度分量⎩⎨⎧-==gt a v v av v yx sin cos 00抛体运动距离分量⎪⎩⎪⎨⎧-•=•=20021sin cos gt t a v y t a v x射程 X=g av 2sin 2射高Y=gav 22sin 20飞行时间y=xtga —ggx 2轨迹方程y=xtga —av gx 2202cos 2向心加速度 a=Rv 2圆周运动加速度等于切向加速度与法向加速度矢量和a=a t +a n加速度数值 a=22n t a a +法向加速度和匀速圆周运动的向心加速度相同a n =Rv 2切向加速度只改变速度的大小a t =dtdvωΦR dtd R dt ds v ===角速度 dtφωd =角加速度 22dt dtd d φωα== 角加速度a 与线加速度a n 、a t 间的关系a n =222)(ωωR RR R v == a t =αωR dtd R dt dv == 牛顿第一定律：任何物体都保持静止或匀速直线运动状态,除非它受到作用力而被迫改变这种状态.牛顿第二定律：物体受到外力作用时,所获得的加速度a 的大小与外力F 的大小成正比,与物体的质量m 成反比；加速度的方向与外力的方向相同.1.37 F=ma牛顿第三定律：若物体A 以力F 1作用与物体B,则同时物体B 必以力F 2作用与物体A ；这两个力的大小相等、方向相反,而且沿同一直线.万有引力定律：自然界任何两质点间存在着相互吸引力,其大小与两质点质量的乘积成正比,与两质点间的距离的二次方成反比；引力的方向沿两质点的连线 F=G221rm m G 为万有引力称量=×10-11N •m 2/kg 2重力 P=mg g 重力加速度重力 P=G2r Mm有上两式重力加速度g=G2rM物体的重力加速度与物体本身的质量无关,而紧随它到地心的距离而变胡克定律 F=—kx k 是比例常数,称为弹簧的劲度系数最大静摩擦力 f 最大=μ0N μ0静摩擦系数滑动摩擦系数 f=μN μ滑动摩擦系数略小于μ0 第二章守恒定律动量P=mv 牛顿第二定律F=dtdPdt mv d =)( 动量定理的微分形式 Fdt=mdv=dmv F=ma=mdtdv ⎰21t t Fdt ＝⎰21)(v v mv d ＝mv 2－mv 1 冲量 I= ⎰21t t Fdt动量定理 I=P 2－P 1平均冲力F 与冲量 I=⎰21t t Fdt =F t 2-t 1平均冲力F ＝12t t I -＝1221t t Fdt t t -⎰＝1212t t mv mv --质点系的动量定理 F 1+F 2△t=m 1v 1+m 2v 2—m 1v 10+m 2v 20左面为系统所受的外力的总动量,第一项为系统的末动量,二为初动量质点系的动量定理：∑∑∑===-=ni ni i i ni ii ivm v m t F 111△作用在系统上的外力的总冲量等于系统总动量的增量质点系的动量守恒定律系统不受外力或外力矢量和为零∑=n i ii v m 1=∑=ni i i vm 1=常矢量mvR R p L =•=圆周运动角动量 R 为半径mvd d p L =•= 非圆周运动,d 为参考点o 到p 点的垂直距离φsin mvr L = 同上φsin Fr Fd M == F 对参考点的力矩 F r M •= 力矩dtdL M = 作用在质点上的合外力矩等于质点角动量的时间变化率⎪⎭⎪⎬⎫==常矢量L dt dL 0如果对于某一固定参考点,质点系所受的外力矩的矢量和为零,则此质点对于该参考点的角动量保持不变.质点系的角动量守恒定律∑∆=ii i r m I 2 刚体对给定转轴的转动惯量αI M = 刚体的合外力矩刚体在外力矩M 的作用下所获得的角加速度a 与外合力矩的大小成正比,并于转动惯量I 成反比；这就是刚体的定轴转动定律. ⎰⎰==vmdv r dm r I ρ22 转动惯量 dv 为相应质元dm 的体积元,p 为体积元dv 处的密度ωI L = 角动量dtdLIa M == 物体所受对某给定轴的合外力矩等于物体对该轴的角动量的变化量dL Mdt =冲量距000ωωI I L L dL Mdt LL tt -=-==⎰⎰常量==ωI L θcos Fr W =r F W •=力的功等于力沿质点位移方向的分量与质点位移大小的乘积ds F dr F dW W b L a b L a b L a ab θcos )()()(⎰=•⎰=⎰=n b L a b L a WW W dr F F F dr F W +++=•++⎰=•⎰= 2121)()()(合力的功等于各分力功的代数和tWN ∆∆=功率等于功比上时间 dtdWt W N t =∆∆=→∆0limv F v F tsF N t •==∆∆=→∆θθcos cos lim 0瞬时功率等于力F 与质点瞬时速度v 的标乘积2022121mv mv mvdv W v v -=⎰=功等于动能的增量221mv E k =物体的动能k k E E W -=合力对物体所作的功等于物体动能的增量动能定理 )(b a ab h h mg W -=重力做的功 )()(ba b a ab r GMmr GMm dr F W ---=•⎰=万有引力做的功222121b ab a ab kx kx dr F W -=•⎰=弹性力做的功p p p E E E W baab∆-=-=保势能定义mgh E p =重力的势能表达式r GMmE p -=万有引力势能221kx E p =弹性势能表达式k k E E W W -=+内外质点系动能的增量等于所有外力的功和内力的功的代数和质点系的动能定理k k E E W W W -=++非内保内外保守内力和不保守内力p p p E E E W ∆-=-=0保内系统中的保守内力的功等于系统势能的减少量)()(00p k p k E E E E W W +-+=+非内外p k E E E +=系统的动能k 和势能p 之和称为系统的机械能0E E W W -=+非内外质点系在运动过程中,他的机械能增量等于外力的功和非保守内力的功的总和功能原理常量时，有、当非内外=+===p k E E E W W 00如果在一个系统的运动过程中的任意一小段时间内,外力对系统所作总功都为零,系统内部又没有非保守内力做功,则在运动过程中系统的动能与势能之和保持不变,即系统的机械能不随时间改变,这就是机械能守恒定律.02022121mgh mv mgh mv +=+重力作用下机械能守恒的一个特例20202221212121kx mv kx mv +=+弹性力作用下的机械能守恒第三章气体动理论1毫米汞柱等于 1mmHg=1标准大气压等户760毫米汞柱1atm=760mmHg=×105Pa 热力学温度 T=+t气体定律==222111T V P T V P 常量即 TV P =常量阿付伽德罗定律：在相同的温度和压强下,1摩尔的任何气体所占据的体积都相同.在标准状态下,即压强P 0=1atm 、温度T 0=时,1摩尔的任何气体体积均为v 0= L/mol罗常量 N a =１０２３ mol -1普适气体常量R 00T v P ≡ 国际单位制为： J/压强用大气压,体积用升×10-2 理想气体的状态方程： PV=RT M Mmolv=molM M质量为M,摩尔质量为M mol 的气体中包含的摩尔数R 为与气体无关的普适常量,称为普适气体常量理想气体压强公式 P=231v mn n=VN为单位体积中的平均分字数,称为分子数密度；m 为每个分子的质量,v 为分子热运动的速率P=VNn nkT T N R V N mV N NmRT V M MRT A A mol ====(为气体分子密度,R 和N A 都是普适常量,二者之比称为波尔兹常量k=K J N RA/1038.123-⨯= 气体动理论温度公式：平均动能kT t 23=ε平均动能只与温度有关完全确定一个物体在一个空间的位置所需的独立坐标数目,称为这个物体运动的自由度.双原子分子共有五个自由度,其中三个是平动自由度,两个适转动自由度,三原子或多原子分子,共有六个自由度分子自由度数越大,其热运动平均动能越大.每个具有相同的品均动能kT 21 kT i t 2=ε i 为自由度数,上面3/2为一个原子分子自由度1摩尔理想气体的内能为：E 0=RT ikT N N A A 221==ε 质量为M,摩尔质量为M mol 的理想气体能能为E=RT iM M E M M E mol mol 200==υ气体分子热运动速率的三种统计平均值最概然速率就是与速率分布曲线的极大值所对应哦速率,物理意义：速率在p υ附近的单位速率间隔内的分子数百分比最大mkTm kT p 41.12≈=υ温度越高,p υ越大,分子质量m 越大p υ因为k=A N R和mNA=Mmol 所以上式可表示为molmol A p M RTM RT mN RTmkT 41.1222≈===υ平均速率molmol M RTM RT m kT v 60.188≈==ππ 方均根速率molmol M RT M RT v 73.132≈=三种速率,方均根速率最大,平均速率次之,最概速率最小；在讨论速率分布时用最概然速率,计算分子运动通过的平均距离时用平均速率,计算分子的平均平动动能时用分均根第四章热力学基础热力学第一定律：热力学系统从平衡状态1向状态2的变化中,外界对系统所做的功W ’和外界传给系统的热量Q 二者之和是恒定的,等于系统内能的改变E 2-E 1W ’+Q= E 2-E 1Q= E 2-E 1+W 注意这里为W 同一过程中系统对外界所做的功Q>0系统从外界吸收热量；Q<0表示系统向外界放出热量；W>0系统对外界做正功；W<0系统对外界做负功dQ=dE+dW 系统从外界吸收微小热量dQ,内能增加微小两dE,对外界做微量功dW平衡过程功的计算dW=PS dl =P dVW=⎰21V V PdV平衡过程中热量的计算Q =)(12T T C M Mmol-C为摩尔热容量,1摩尔物质温度改变1度所吸收或放出的热量等压过程：)(12T T C M MQ p molp -= 定压摩尔热容量等容过程：)(12T T C M MQ v molv -= 定容摩尔热容量内能增量 E 2-E 1=)(212T T R iM Mmol -dE等容过程2211 T P T P V RM M T P mol ===或常量 Q v =E 2-E 1=)(12T T C M Mv mol-等容过程系统不对外界做功；等容过程内能变化等压过程2211 T V T V P RM M T V mol ===或常量 )()(121221T T R M M V V P PdV W V V mol⎰-=-== W E E Q P +-=12等压膨胀过程中,系统从外界吸收的热量中只有一部分用于增加系统的内能,其余部分对于外部功R C C v p =- 1摩尔理想气体在等压过程温度升高1度时比在等容过程中要多吸收焦耳的热量,用来转化为体积膨胀时对外所做的功,由此可见,普适气体常量R 的物理意义：1摩尔理想气体在等压过程中升温1度对外界所做的功.泊松比 vp C C =γR i C R i C p v 222+==ii C C vp 2+==γ 等温变化2211 V P V P RT M MPV mol===或常量 121211ln lnV V RT M M W V V V P W mol ==或等温过程热容量计算：12ln V V RT M MW Q mol T ==全部转化为功绝热过程三个参数都变化γγγ2211 V P V P PV ==或常量绝热过程的能量转换关系⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=-12111)(11r V V V P W γ )(12T T C M MW v mol--= 根据已知量求绝热过程的功 W循环=21Q Q - Q2为热机循环中放给外界的热量热机循环效率 1Q W 循环=η Q 1一个循环从高温热库吸收的热量有多少转化为有用的功121211Q Q Q Q Q -=-=η< 1 不可能把所有的热量都转化为功制冷系数 212'2Q Q Q W Q -==循环ω Q2为从低温热库中吸收的热量第五章静电场库仑定律：真空中两个静止的点电荷之间相互作用的静电力F的大小与它们的带电量q 1、q 2的乘积成正比,与它们之间的距离r 的二次方成反比,作用力的方向沿着两个点电荷的连线.221041r q q F πε=基元电荷：e=C 1910-⨯ ；0ε真空电容率=1210-⨯ ;41πε=910⨯rr q q F ˆ412210πε=库仑定律的适量形式场强 0q F E =r r Q q F E 3004πε==r 为位矢电场强度叠加原理矢量和电偶极子大小相等电荷相反场强E 3041r Pπε-= 电偶极距P=ql电荷连续分布的任意带电体⎰⎰==rr dq dE E ˆ4120πε 均匀带点细直棒θπελθcos 4cos 20ldxdE dE x == θπελθsin 4sin 20ldxdE dE y == []j sos a i a rE )(cos )sin (sin 40ββπελ-+-=无限长直棒 j rE 02πελ=dSd E EΦ=在电场中任一点附近穿过场强方向的单位面积的电场线数电通量θcos EdS EdS d E ==ΦdS E d E •=Φ ⎰⎰•=Φ=ΦsE E dS E d⎰•=ΦsE dS E 封闭曲面高斯定理：在真空中的静电场内,通过任意封闭曲面的电通量等于该封闭曲面所包围的电荷的电量的代数和的01ε⎰∑=•S q dS E 01ε 若连续分布在带电体上=⎰Qdq 01ε) ˆ4120R r r rQ E 〉=（πε 均匀带点球就像电荷都集中在球心E=0 r<R 均匀带点球壳内部场强处处为零2εσ=E 无限大均匀带点平面场强大小与到带点平面的距离无关,垂直向外正电荷)11(400ba ab r r Qq A -=πε 电场力所作的功 ⎰=•Ldl E 0 静电场力沿闭合路径所做的功为零静电场场强的环流恒等于零电势差 ⎰•=-=ba b a ab dl E U U U 电势⎰•=无限远aa dl E U 注意电势零点)(b a ab ab U U q U q A -=•= 电场力所做的功rrQ U ˆ40πε=带点量为Q 的点电荷的电场中的电势分布,很多电荷时代数叠加,注意为r∑==ni ii a r q U 104πε电势的叠加原理⎰=Qa r dqU 04πε 电荷连续分布的带电体的电势rr PU ˆ430πε=电偶极子电势分布,r 为位矢,P=ql21220)(4x R Q U +=πε 半径为R 的均匀带电Q 圆环轴线上各点的电势分布W=qU 一个电荷静电势能,电量与电势的乘积E E 00εσεσ==或静电场中导体表面场强U qC = 孤立导体的电容 U=RQ 04πε 孤立导体球R C 04πε= 孤立导体的电容 21U U qC -=两个极板的电容器电容dS U U qC 021ε=-=平行板电容器电容)ln(2120R R L U QC πε==圆柱形电容器电容R2是大的rUU ε=电介质对电场的影响0U U C C r ==ε 相对电容率 dSdC C r r εεεε===00 ε= 0εεr 叫这种电介质的电容率介电系数充满电解质后,电容器的电容增大为真空时电容的r ε倍.平行板电容器rE E ε0=在平行板电容器的两极板间充满各项同性均匀电解质后,两板间的电势差和场强都减小到板间为真空时的r ε1E=E 0+E /电解质内的电场省去几个2033r R DE r εερε==半径为R 的均匀带点球放在相对电容率r ε的油中,球外电场分布2221212CU QU C Q W ===电容器储能第六章稳恒电流的磁场dtdqI =电流强度单位时间内通过导体任一横截面的电量j dS dI j ˆ垂直=电流密度安/米2⎰⎰•==SSdS j jd I θcos 电流强度等于通过S 的电流密度的通量dtdqdS j S-=•⎰电流的连续性方程 ⎰•SdS j =0 电流密度j 不与与时间无关称稳恒电流,电场称稳恒电场.⎰+-•=dl E K ξ 电源的电动势自负极经电源内部到正极的方向为电动势的正方向⎰•=LK dl E ξ电动势的大小等于单位正电荷绕闭合回路移动一周时非静电力所做的功.在电源外部E k =0时,就成了qvF B max=磁感应强度大小毕奥-萨伐尔定律：电流元Idl 在空间某点P 产生的磁感应轻度dB 的大小与电流元Idl 的大小成正比,与电流元和电流元到P 电的位矢r 之间的夹角θ的正弦成正比,与电流元到P 点的距离r 的二次方成反比.20sin 4r Idl dB θπμ=πμ40为比例系数,A m T •⨯=-70104πμ为真空磁导率⎰-==)cos (4sin 421020θθπμθπμcon R IrIdl B 载流直导线的磁场R 为点到导线的垂直距离RIB πμ40=点恰好在导线的一端且导线很长的情况RIB πμ20=导线很长,点正好在导线的中部232220)(2χμ+=R IR B 圆形载流线圈轴线上的磁场分布RIB 20μ=在圆形载流线圈的圆心处,即x=0时磁场分布302xISB πμ≈在很远处时平面载流线圈的磁场也常用磁矩P m ,定义为线圈中的电流I 与线圈所包围的面积的乘积.磁矩的方向与线圈的平面的法线方向相同.ISn P m = n 表示法线正方向的单位矢量.NISn P m = 线圈有N 匝 3024xP B mπμ=圆形与非圆形平面载流线圈的磁场离线圈较远时才适用RIB απϕμ40=扇形导线圆心处的磁场强度 RL=ϕ为圆弧所对的圆心角弧度nqvS QI ==t△ 运动电荷的电流强度 20ˆ4rrqv B ⨯=πμ 运动电荷单个电荷在距离r 处产生的磁场dS B ds B d •==Φθcos 磁感应强度,简称磁通量单位韦伯Wb⎰•=ΦSm dS B 通过任一曲面S 的总磁通量⎰=•SdS B 0 通过闭合曲面的总磁通量等于零I dl B L0μ=•⎰ 磁感应强度B 沿任意闭合路径L 的积分⎰∑=•LI dl B 内0μ在稳恒电流的磁场中,磁感应强度沿任意闭合路径的环路积分,等于这个闭合路径所包围的电流的代数和与真空磁导率0μ的乘积安培环路定理或磁场环路定理I lNnI B 00μμ== 螺线管内的磁场rIB πμ20=无限长载流直圆柱面的磁场长直圆柱面外磁场分布与整个柱面电流集中到中心轴线同rNIB πμ20=环形导管上绕N 匝的线圈大圈与小圈之间有磁场,之外之内没有θsin BIdl dF =安培定律：放在磁场中某点处的电流元Idl,将受到磁场力dF,当电流元Idl 与所在处的磁感应强度B 成任意角度θ时,作用力的大小为：B Idl dF ⨯= B 是电流元Idl 所在处的磁感应强度.⎰⨯=LB Idl Fθsin IBL F = 方向垂直与导线和磁场方向组成的平面,右手螺旋确定aI I f πμ22102=平行无限长直载流导线间的相互作用,电流方向相同作用力为引力,大小相等,方向相反作用力相斥.a 为两导线之间的距离.aI f πμ220= I I I ==21时的情况θθsin sin B P ISB M m •== 平面载流线圈力矩B P M m ⨯= 力矩：如果有N 匝时就乘以N6．42 θsin qvB F = 离子受磁场力的大小垂直与速度方向,只改变方向不改变速度大小B qv F ⨯= F 的方向即垂直于v 又垂直于B,当q 为正时的情况)(B v E q F ⨯+= 洛伦兹力,空间既有电场又有磁场Bm q vqB mv R )(==带点离子速度与B 垂直的情况做匀速圆周运动qBmv R T ππ22==周期 qBmv R θsin =带点离子v 与B 成角θ时的情况.做螺旋线运动qBmv h θπcos 2= 螺距 dBIR U HH=霍尔效应.导体板放在磁场中通入电流在导体板两侧会产生电势差vBl U H = l 为导体板的宽度dBI nq U H 1=霍尔系数nq R H 1=由此得到公式B Br =μ 相对磁导率加入磁介质后磁场会发生改变大于1顺磁质小于1抗磁质远大于1铁磁质'0B B B +=说明顺磁质使磁场加强'0B B B -=抗磁质使原磁场减弱)(0S LI NI dl B +=•⎰μ 有磁介质时的安培环路定理 I S 为介质表面的电流NI I NI S μ=+ r μμμ0=称为磁介质的磁导率∑⎰=•内I dl BLμH B μ= H 成为磁场强度矢量⎰∑=•LI dl H 内磁场强度矢量H 沿任一闭合路径的线积分,等于该闭合路径所包围的传导电流的代数和,与磁化电流及闭合路径之外的传导电流无关有磁介质时的安培环路定理nI H =无限长直螺线管磁场强度 nI nI H B r μμμμ0===无限长直螺线管管内磁感应强度大小第七章电磁感应与电磁场电磁感应现象：当穿过闭合导体回路的磁通量发生变化时,回路中就产生感应电动势.楞次定律：闭合回路中感应电流的方向,总是使得由它所激发的磁场来阻碍感应电流的磁通量的变化任一给定回路的感应电动势ε的大小与穿过回路所围面积的磁通量的变化率dt d m Φ成正比dt d Φ=ξ dt d Φ-=ξdtd Ndt d Φ-=ψ-=ξ ψ叫做全磁通,又称磁通匝链数,简称磁链表示穿过过各匝线圈磁通量的总和Blv dt dx Bl dt d -=-=Φ-=ξ动生电动势 B v ef E mk ⨯=-=作用于导体内部自由电子上的磁场力就是提供动生电动势的非静电力,可用洛伦兹除以电子电荷⎰⎰++•⨯=•=__)(dl B v dl E k ξBlv dl B v ba =•⨯=⎰)(ξ 导体棒产生的动生电动势θξsin Blv = 导体棒v 与B 成一任一角度时的情况⎰•⨯=dl B v )(ξ磁场中运动的导体产生动生电动势的普遍公式IBlv I P =•=ξ 感应电动势的功率 t NBS ωωξsin =交流发电机线圈的动生电动势ωξNBS m = 当t ωsin =1时,电动势有最大值m ξ 所以可为t m ωωξξsin =⎰•-=s dS dtdBξ 感生电动势 ⎰•=LE dl 感ξ感生电动势与静电场的区别在于一是感生电场不是由电荷激发的,而是由变化的磁场所激发；二是描述感生电场的电场线是闭合的,因而它不是保守场,场强的环流不等于零,而静电场的电场线是不闭合的,他是保守场,场强的环流恒等于零.1212I M =ψ M 21称为回路C 1对C2额互感系数.由I1产生的通过C2所围面积的全磁通2121I M =ψM M M ==21回路周围的磁介质是非铁磁性的,则互感系数与电流无关则相等1221I I M ψ=ψ= 两个回路间的互感系数互感系数在数值上等于一个回路中的电流为1安时在另一个回路中的全磁通dt dI M12-=ξ dtdIM 21-=ξ 互感电动势dtdI dtdI M 2112ξξ-=-= 互感系数LI =ψ 比例系数L 为自感系数,简称自感又称电感IL ψ=自感系数在数值上等于线圈中的电流为1A 时通过自身的全磁通dtdIL-=ξ 线圈中电流变化时线圈产生的自感电动势dtdI L ξ-=V n L 20μ=螺线管的自感系数与他的体积V 和单位长度匝数的二次方成正比221LI W m =具有自感系数为L 的线圈有电流I 时所储存的磁能V n L 2μ= 螺线管内充满相对磁导率为r μ的磁介质的情况下螺线管的自感系数nI B μ=螺线管内充满相对磁导率为rμ的磁介质的情况下螺线管内的磁感应强度221H w m μ=螺线管内单位体积磁场的能量即磁能密度⎰=V m BHdV W 21磁场内任一体积V 中的总磁场能量r NIH π2=环状铁芯线圈内的磁场强度 22RIrH π=圆柱形导体内任一点的磁场强度第八章机械振动022=+kx dtxd m 弹簧振子简谐振动2ω=mkk 为弹簧的劲度系数 0222=+x dtxd ω弹簧振子运动方程)cos(ϕω+=t A x 弹簧振子运动方程)sin('ϕω+=t A x 2'πϕϕ+=)sin(ϕωω+-==t A dtdx u 简谐振动的速度x a 2ω-=简谐振动的加速度 πω2=T ωπ2=T 简谐振动的周期T1=ν简谐振动的频率πνω2= 简谐振动的角频率弧度/秒 ϕcos 0A x = 当t=0时ϕωsin 0A u =-22020ωu x A += 振幅00x u tg ωϕ-= 00x uarctg ωϕ-= 初相 )(sin 21212222ϕωω+==t mA mu E k 弹簧的动能)cos(2121222ϕωω+==t kA kx E p 弹簧的弹性势能222121kx mu E += 振动系的总机械能2222121kA A m E ==ω总机械能守恒)cos(ϕω+=t A x 同方向同频率简谐振动合成,和移动位移)cos(212212221ϕϕ-++=A A A A A 和振幅22112211cos cos sin sin ϕϕϕϕϕA A A A tg ++=第九章机械波9．1 νλλ==Tv 波速v 等于频率和波长的乘积介质的杨氏弹介质的切变弹性模量纵波横波ρρN Yv Nv ==固体 ρBv =纵波 B 为介质的荣变弹性模量在液体或气体中传播)(cos λωxt A y -= 简谐波运动方程)(2cos )(2cos )(2cos x vt A x T t A x vt A y -=-=-=λπλπλπ νλ=v 速度等于频率乘以波长简谐波运动方程的几种表达方式 )(2)(1212x x vv --=∆--=∆λπϕχχωϕ或简谐波波形曲线P2与P1之间的相位差负号表示p2落后)(2cos )(2cos )(cos λπλπωx T t A x vt A v x t A y +=+=+=沿负向传播的简谐波的方程)(sin 21222vx t VA E k -∆=ωωρ 波质点的动能)(sin )(21222vx t A V E P -∆=ωωρ波质点的势能)(sin 21222vx t VA E E p k -∆==ωωρ波传播过程中质元的动能和势能相等)(sin 222vxt VA E E E p k -∆=+=ωωρ质元总机械能)(sin 222vx t A V E -=∆=ωωρε波的能量密度2221ωρεA =波在一个时间周期内的平均能量密度vS ε=P 平均能流2221ωρεvA v I == 能流密度或波的强度 0logI IL = 声强级 )cos(21ϕω+=+=t A y y y 波的干涉,2,1,02)(2)(1212=±=---=∆k k r r πλπϕϕϕ波的叠加两振动在P 点的相位差为派的偶数倍时和振幅最大,3,2,1,0)12()(2)(1212=+±=--=∆-k k r r πλπϕϕϕ波的叠加两振动在P 点的相位差为派的偶数倍时和振幅最小,2,1,0,2221=±=-=k k r r λδ两个波源的初相位相同时的情况,2,1,0,2)12(21=+±=-=k k r r λδ第十章电磁震荡与电磁波0122=+q LC dtq d 无阻尼自由震荡有电容C 和电感L 组成的电路)cos(0ϕω+=t Q q )sin(0ϕω+-=t I ILC 1=ω LC T π2= LC121πυ=震荡的圆频率角频率、周期、频率 με00B E =电磁波的基本性质电矢量E,磁矢量BB E με1=和磁导率分别为介质中的电容率和με)(212μεBE W W W m e +=+= 电磁场的总能量密度EB v W S μ1=•= 电磁波的能流密度με1=v第十一章波动光学12r r -=δ 杨氏双缝干涉中有S 1,S 2发出的光到达观察点P 点的波程差2221)2(D d x r +-= D 为双缝到观测屏的距离,d 为两缝之间的距离,r1,r2为S1,S2到P 的距离 Ddx •=δ 使屏足够远,满足D 远大于d 和远大于x 的情况的波程差D dx •=∆λπϕ2相位差)2,1,0( ±±==k dDk x λ 各明条文位置距离O 点的距离屏上中心节点 )2,1,0(2)12( ±±=•+=k d D k x λ各暗条文距离O 点的距离 λdDx =∆ 两相邻明条纹或暗条纹间的距离明条纹）2,1,0(222==+=k kh λλδ 劈尖波程差 2sin λθ=l 两条明暗条纹之间的距离l相等R k r k λ= 牛顿环第k 几暗环半径R 为透镜曲率半径2λ•=∆N d 迈克尔孙干涉仪可以测定波长或者长度N 为条纹数,d 为长度时为暗纹中心）3,2,1(22sin =±=k ka λϕ 单缝的夫琅乔衍射 ϕ为衍射角,a 为缝宽时为明纹中心））（ 3,2,1(22sin =+±=k k a λϕaλϕϕ=≈sin 半角宽度 af ftg x λϕ22≈=∆单缝的夫琅乔衍射中央明纹在屏上的线宽度 Dm λθδθ22.1=<如果双星衍射斑中心的角距离m δθ恰好等于艾里斑的角半径即此时,艾里斑虽稍有重叠,根据瑞利准则认为此时双星恰好能被分辨,m δθ成为最小分辨角,其倒数 λδθ22.11Dm R ==叫做望远镜的分辨率或分辨本领与波长成反比,与透镜的直径成正比)3,2,1,0(sin =±=k k d λϕ 光栅公式满足式中情况时相邻两缝进而所有缝发出的光线在透镜焦平面上p 点会聚时将都同相,因而干涉加强形成明条纹a I I 20cos = 强度为I0的偏振光通过检偏器后强度变为第十二章狭义相对论基础 2')(1c v l l -= 狭义相对论长度变换 2')(1c v t t -∆=∆狭义相对论时间变换 2''1cvu v u u x x x ++= 狭义相对论速度变换 20)(1c v m m -= 物体相对观察惯性系有速度v 时的质量dm c dE k 2= 动能增量202c m mc E k -= 动能的相对论表达式 200c m E = 2mc E =物体的静止能量和运动时的能量爱因斯坦纸能关系式420222c m p c E +=相对论中动量和能量的关系式p=E/c第十三章波和粒子 2021m mv eV = V 0为遏制电压,e 为电子的电量,m 为电子质量,v m 为电子最大初速 A hv mv eV m -==2021 h 是一个与金属无关的常数,A 是一个随金属种类而不同的定值叫逸出功.遏制电压与入射光的强度无关,与入射光的频率v 成线性关系 A mv hv m +=221 爱因斯坦方程 22c hv c m ==ε光光子的质量 λh c hv c m p ==•=光光子的动量。

《大学物理》学习指南

《大学物理》学习指南《大学物理》是理工科及医学类学生的一门公共基础课，该课程内容多，课时少，建议学生课前预习，上课认真听讲，理解物理概念、掌握物理定理和定律，学会分析物理过程，课后适当做些习题，以巩固物理知识。

为了学生更好学好《大学物理》，给出了每章的基本要求及学习指导。

第一章质点力学一、基本要求1．掌握描述质点运动状态的方法，掌握参照系、位移、速度、加速度、角速度和角加速度的概念。

2．掌握牛顿运动定律。

理解惯性系和非惯性系、保守力和非保守力的概念。

3．掌握动量守恒定律、动能定理、角动量守恒定律。

4．理解力、力矩、动量、动能、功、角动量的概念。

二、学习指导1．运动方程： r = r (t )=x (t )i +y (t )j +z (t )k 2．速度：平均速度 v =t ∆∆r 速度 v =t d d r平均速率 v =t ∆∆s 速率 dtdsv =3．加速度：平均加速度 a =t ∆∆v 加速度 a =t d d v =22d d tr4．圆周运动角速度t d d θω==Rv角加速度 t t d d d d 2θωβ== 切向加速度 βτR tva ==d d 法向加速度 a n =22ωR R v = 5．牛顿运动定律牛顿第一定律：任何物体都保持静止或匀速直线运动状态，直至其他物体所施的力迫使它改变这种运动状态为止.牛顿第二定律：物体受到作用力时所获加速度的大小与物体所受合外力的大小成正比，与物体质量成反比，加速度a 的方向与合外力F 的方向相同。

即dtPd a m F ρρρ==牛顿第三定律：力总是成对出现的。

当物体A 以力F 1作用于物体B 时，物体B 也必定以力F 2作用于物体A ，F 1和F 2总是大小相等，方向相反，作用在一条直线上。

6．惯性系和非惯性系：牛顿运动定律成立的参考系称为惯性系。

牛顿运动定律不成立参考系称为非惯性系。

7．变力的功 )(dz F dy F dx F r d F W z y x ++=⋅=⎰⎰ρρ 保守力的功 pb pa p ab E E E W -=∆-= 8．动能定理 k k k E E E W ∆=-=129．功能原理 W 外+W 非保守内力=E -E 010．机械能守恒定律 ∆E k =-∆E p (条件W 外+W 非保守内力=0)11．冲量 ⎰=21t t dt F I ρρ12．动量定理 p v m v m I ρρρρ∆=-=12质点系的动量定理 p 系统末态-p 系统初态=∆p13．动量守恒定律 p =∑=n i 1p i =恒矢量 (条件 0=∑ii F ρ)14．力矩、角动量 F r M ρρρ⨯= P r L ρρρ⨯=15．角动量定理 1221L L dt M t t ρρρ-=⎰16．角动量守恒恒矢量=∑i L ρ （条件0=∑ii M ρ第二章刚体力学一、基本要求1．掌握描述刚体定轴转动运动状态的方法，掌握角速度和角加速度的概念。

大学物理C1(一) 教学大纲

大学物理C1（一）
一、课程说明
课程编号：140113X10
课程名称（中/英文）：大学物理C1（一）/ University Physics C1（Ⅰ）
课程类别：物理类
学时/学分：64/4
先修课程：高等数学
适用专业：理工类专业最低要求
教材、教学参考书：大学物理学，第2版，杨兵初主编，高等教育出版社，2015
二、课程设置的目的意义
本课程是理工科专业最低要求的必修基础课，它具有双重任务、基础理论教育和科学素质教育。

通过学习可使学生获取系统的经典物理和近代物理的基础知识，同时，本学科体系也能够最生动、最有效的培养学生辩证唯物主义世界观和科学宇宙观。

而物理学的研究方法全面涵盖了现代科学研究方法论，是培养学生从事创造性研究的基础。

因此本课程是对工科学生进行基础理论和科学素质教育的一门重要课程。

三、课程的基本要求
1．掌握课程中的基本概念、基本理论和基本方法,并对此有比较系统的认识与理解，能应用这些基本理论和方法解决基础的物理问题。

2．根据理工类电低要求，必修内容有质点力学、刚体力学、振动和波动力学，光的量子性、电磁学。

大学物理C1选修统计物理学基础、热力学基础和波动光学。

3.通过本课程的学习，使学生抽象思维受到严格的训练。

培养学生逻辑思维能力和分析问题、解决问题的能力，为以后课程学习和科研打下扎实的物理基础。

四、教学内容、重点难点及教学设计
五、实践教学内容和基本要求
大学物理实验另开设一门课
六、考核方式及成绩评定
七、大纲主撰人：大纲审核人：。

大学物理统计物理学与热力学

大学物理统计物理学与热力学在大学物理学习中，统计物理学与热力学是重要的分支领域。

统计物理学是以统计方法研究物质的宏观性质，而热力学则关注物质的能量转化和热现象。

本文将探讨这两个领域的基本概念、主要原理和实际应用。

一、统计物理学统计物理学是用统计方法研究物质微观状态与宏观性质间关系的学科。

它通过考虑在大量粒子系统中的统计规律，揭示物质性质的普遍规律。

统计物理学的核心概念是统计热力学和微观统计学。

1. 统计热力学统计热力学研究大量粒子系统的宏观性质和概率分布。

它基于经典热力学的基本假设，如粒子之间的力学相互作用、宏观系统与热源的交换等。

通过定义熵、温度、压力等宏观量，统计热力学建立了宏观系统的统计描述和微观粒子的统计规律。

2. 微观统计学微观统计学是统计物理学的基础，研究微观粒子在给定约束下的状态统计。

它从粒子的能级和简并度出发，通过玻尔兹曼原理和统计机理，推导出系统的状态密度和粒子分布的统计规律。

微观统计学将微观粒子的性质与宏观物质的性质联系起来，为统计物理学的理论建立提供了基础。

二、热力学热力学是研究物质热现象和能量转化的学科。

它关注热力学系统的宏观性质，如体积、温度、压强等，并通过热力学定律和热力学过程描述物质的行为。

1. 热力学定律热力学定律是热力学的基本原则，包括零th定律、第一定律和第二定律。

零th定律表明具有相同温度的物体处于热平衡；第一定律阐述了能量守恒的原理；第二定律给出了热量流动方向和热效率的限制。

2. 热力学过程热力学过程是物质从一个平衡状态变化到另一个平衡状态的过程。

常见的过程包括等温过程、绝热过程、等容过程等。

通过对过程中的能量转化和熵变化的分析，可以研究系统的性质和实际应用。

三、统计物理学与热力学的应用统计物理学和热力学的理论与方法广泛应用于各个领域，包括物质科学、天文学、地球科学等。

1. 材料科学统计物理学在材料科学中的应用包括材料的相变、晶体结构、热导率等研究。

通过统计方法，可以揭示材料中微观粒子的分布和能量转换规律，为材料设计和性能优化提供理论指导。

大学物理期末总结(第一学期)ppt课件

r r (t ) 自然坐标系: s, , n
2.位移:描写质点在直一角段坐时标间系内:位置r 移(x动2 情x1况)i的 (矢y2量 y.1
)
j
(
z2
2
z1
)k
r r2(t t) r1(t)
自然坐标系: s
3.速度:描写运动快慢程度和方向的物理量.
{
v
dr
dt
直角坐标系: v
dx
20
一.统计方法的基本概念
1.统计规律：特点：(1).大量事件的表现。
(2).与单个粒子所遵循的规律有本质区别。
(3).涨落现象。
(4).与宏观状态有关。
2.宏观量与微观量的联系：
p
1 3
nmv 2
2 3
n t
t
3 2
kT
二.麦克斯韦分子速率分布 p nkT
f (v) dN 4 ( m ) e 3/ 2 mv2 / 2kT v2
v1
v2 f (v)dv
v2 xf (v)dv
v1
v1
★一个分子具有任何定值速率的几率等于零
三.能量均分定理
25
1.内容：在温度 T 的平衡态下，粒子的每一个可能的自由度
都有相同的平均动能 kT/2。
2.内能： E M i RT
2
四.分子碰撞的统计规律
1.平均碰撞频率： z 2nd 2v
2.平均自由程： v
三. 相对论
17
一 . 洛伦兹变换
1.满足条件： 1）满足相对性原理和光速不变原理
2）当质点速率远小于真空光速 c 时，该变
2.坐标变换:
换应能使伽利略变换重新成立。
x x ut

统计物理必备公式总结归纳

统计物理必备公式总结归纳统计物理是研究宏观系统的统计规律的分支科学，它与微观粒子的运动无关，而是通过统计方法来研究大量粒子的集体行为。

在统计物理学中，公式是理解和描述系统行为的关键工具。

本文将对统计物理中一些必备公式进行总结归纳，以帮助读者更好地理解和应用统计物理。

一、热力学量公式1. 内能U的计算公式：U = 3/2kT其中，U为内能，k为玻尔兹曼常数，T为系统温度。

2. 熵S的计算公式：S = k lnΩ其中，S为熵，k为玻尔兹曼常数，Ω为系统的微观状态数。

3. 自由能F的计算公式：F = U - TS其中，F为自由能，U为内能，T为系统温度，S为熵。

二、热力学过程公式1. 等温过程的工作公式：W = -nRT ln(V2/V1)其中，W为系统所做的功，n为物质的摩尔数，R为气体常数，T 为系统温度，V2和V1为过程中体积的变化。

2. 绝热过程的压强体积关系：P1V1^γ = P2V2^γ其中，P1和P2为过程中的初始和末态的压强，V1和V2为初始和末态的体积，γ为绝热指数。

三、碳氢化合物平均动能公式1. 一维单原子分子平均动能公式：〈E〉 = (1/2)kT其中，〈E〉为平均动能，k为玻尔兹曼常数，T为系统温度。

2. 一维双原子分子平均动能公式：〈E〉 = (1/2)kT + (1/2)kT(1 + 2/3exp(-θ/T))其中，〈E〉为平均动能，k为玻尔兹曼常数，T为系统温度，θ为势能常数。

四、费米-狄拉克分布和玻尔兹曼分布公式1. 费米-狄拉克分布公式：f(E) = 1 / (exp((E-μ)/(kT)) + 1)其中，f(E)为能级E上的费米分布函数，μ为系统的化学势，k为玻尔兹曼常数，T为系统温度。

2. 玻尔兹曼分布公式：f(E) = exp((μ-E)/(kT))其中，f(E)为能级E上的玻尔兹曼分布函数，μ为系统的化学势，k为玻尔兹曼常数，T为系统温度。

五、统计物理中的重要关系公式1. 统计物理中的状态方程：PV = NkT其中，P为系统的压强，V为系统的体积，N为系统中的粒子数，k为玻尔兹曼常数，T为系统温度。

物理学院本科生主流课程顺序表

物理学院本科生主流课程顺序表从计算机科学到量子力学，物理学院本科生将接受广泛的课程教育。

本文将为您介绍物理学院本科生通常学习的主流课程顺序表，以帮助您更好地了解物理学院的课程设置和学习路径。

1. 引言物理学是自然科学中的一门重要学科，它涵盖了广泛的研究领域，如力学、热学、电磁学、光学和量子力学等。

物理学院本科生的学习课程旨在培养学生的物理学基础知识、实验技能和科研能力，为他们未来的职业发展奠定坚实基础。

2. 基础课程2.1 物理学导论物理学导论通常作为物理学院本科生的第一门课程。

通过介绍物理学的发展历史、基本概念和研究方法，本课程帮助学生建立起对物理学领域的整体认识。

2.2 高等数学高等数学是物理学习的基础，它涉及微积分、线性代数等数学知识。

学生需要通过该课程的学习，为后续物理学课程的学习打下扎实的数学基础。

2.3 大学物理大学物理是物理学院本科生的核心课程之一。

通过讲解力学、热学和波动光学等内容，学生将建立起对基本物理现象和定律的理解。

实验课也是大学物理的重要组成部分，学生将通过实验来巩固所学知识和培养实验技能。

3. 主干课程3.1 电磁学电磁学是物理学中一门重要的课程，涵盖了电场、磁场和电磁波等内容。

学生通过学习电磁学，将深入了解电磁现象和电磁力学的基本原理，并学会运用电磁理论解决问题。

3.2 光学光学是物理学中研究光现象和光学定律的科学。

学生将学习光的传播、折射、干涉和衍射等光学现象，以及光学仪器的工作原理。

此外，实验课程将帮助学生掌握光学实验的基本方法和技巧。

3.3 热学与统计物理学热学与统计物理学研究热现象和物质的统计规律。

学生将学习热力学定律、状态方程和理想气体等内容，并了解统计物理学的基本原理。

此外，实验和计算方法也是该课程的重要组成部分，学生将通过实验和计算来深化对热学和统计物理学的理解。

4. 专业选修课程4.1 量子力学量子力学是物理学中的重要分支，研究微观粒子的运动和相互作用。

大学物理学上册目录

7-10 热力学第二定律的统计意义
高等教育出版社
高等教育出版社
物理学（第四版）电子教案
第二章牛顿定律
2-0 第二章教学基本要求 2-1 牛顿定律 2-2 物理量的单位和量纲 2-3 几种常见的力 2-4 惯性参考系力学相对性原理 2-5 牛顿定律的应用举例
高等教育出版社
物理学（第四版）电子教案
第三章动量守恒定律和能量守恒定律
3-0 第三章教学基本要求 3-1 质点和质点系的动量定理 3-2 动量守恒定律 3-4 动能定理 3-5 保守力与非保守力势能 3-6 功能原理机械能守恒定律 3-7 完全弹性碰撞完全非弹性碰撞 3-8 能量守恒定律
物理学（第四版）电子教案
第一章质点运动学
1-0 第一章教学基本要求 1-1 质点运动的描述 1-2 加速度为恒矢量时的质点运动 1-3 圆周运动 1-4 相对运动
高等教育出版社
物理学（第四版）电子教案
上册目录
第一章质点运动学第二章牛顿定律第三章动量守恒定律和能量守恒定律第四章刚体的转动第六章热力学基础第七章气体动理论
物理学（第四版）电子教案
第七章气体动理论
7-0 第七章教学基本要求 7-1 物质的微观模型统计规律性
7-2 理想气体的压强公式 7-3 理想气体分子的平均平动动能与温度的关系
7-4 能量均分定理理想气体内能 7-5 麦克斯韦气体分子速率分布律 7-7 分子平均碰撞次数和平均自由程 7-8 气体的迁移现象
6-0 第六章教学基本要求
6-1 气体物态参量平衡态理想气体物态方程
6-2 准静态过程功热量
6-3 内能热力学第一定律

大学物理：统计物理学基础

二、大量分子热运动服从统计规律
每一个分子的运动具有不可预测性，或者说偶然性大数分子的运动总体，表现出确定的规律性
统计假设
1、分子数密度处处相等（均匀分布） 2、分子沿各个方向运动的概率相同 * 任一时刻向各方向运动的分子数相同
* 分子速度在各个方向分量的各种平均值相等
vx v y vz
宏观量是大量粒子运动的集体表现，决定于微观量的统计平均值。
统计规律
掷骰子
大量偶然事件整体所遵从的规律
掷大量次数，每点出现次数约1/6，呈现规律性。抛硬币抛大量次数，正反数约各1/2，呈现规律性。
数学处理
假设系统某物理量 f 有N个微观状态，{ fi , i=1,2,…N }，某一微观量取值 fi 的次数为Ni次，则 f 的统计平均值为
v v f (v )dv
0

v
8kT
8RT RT 1.60 M M
2. 方均根速率(root-mean-square speed )
v v f (v )dv
2 2
3kT 3RT RT v 1.73 m
2
3. 最概然速率（最可几速率) (Most Probable Speed)
T2 v
v p1
v p2
解：
2kT vp M
(1) T1 < T2
(2) 绿：氧紫：氢
例处理理想气体分子速率分布的统计方法可用于金属中自由电子( “电子气”模型 )。设导体中自由电子数为 N ,电子速率最大值为费米速率 vF ，且已知电子速率在 v — v + d v 区间概率为：
f lim
N f
i
i i

伯克利物理学教程统计物理学

伯克利物理学教程统计物理学全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：伯克利物理学教程是一本集合了丰富知识和实用技能的教材，其中的统计物理学部分更是备受学生们推崇。

统计物理学作为物理学的一个重要分支，是研究大量微观粒子在宏观尺度表现和性质的一门学科。

它通过统计学方法分析和解释宏观系统的性质，对于理解热力学、量子力学等领域具有重要意义。

在伯克利物理学教程的统计物理学部分中，学生会学到许多基础概念和方法。

其中包括热力学第二定律、微正则系综、正则系综、巨正则系综等内容。

热力学第二定律是统计物理学研究的重要基础，它指出了一个系统的熵不会减小，在孤立系统中，熵是增加的。

而微正则系综、正则系综和巨正则系综则分别用来描述系统的宏观性质、热平衡状态和粒子数分布。

除了基础概念外，伯克利物理学教程还会介绍一些进阶的内容，比如相变、统计场论等。

相变是物质由一种相转变为另一种相的现象，例如水变成冰或水蒸气。

统计场论则是研究场的统计性质，可以用来描述复杂系统中的相变和临界现象。

在学习伯克利物理学教程的统计物理学部分时，学生们需要具备一定的数学基础和物理常识。

统计物理学是一门较为抽象的学科，需要学生具备扎实的数学推导和逻辑思维能力。

对物理学常识的掌握也是十分重要的，只有理解了物质微观粒子的行为规律，才能更好地理解统计物理学的内容。

通过学习伯克利物理学教程的统计物理学部分，学生能够掌握一些实用的技能和方法。

统计物理学不仅可以用来解释宏观系统的性质，还可以应用于其他领域，比如材料科学、生物学等。

掌握了统计物理学的知识，可以帮助学生更好地理解自然界的规律，促进科学研究和技术创新的发展。

第二篇示例：伯克利物理学教程是一本经典的物理学教材，而统计物理学则是其中的一门重要课程。

统计物理学是物理学中的一个重要分支，它通过统计方法研究了大量微观粒子的集体行为，从而揭示了物质的宏观性质。

本文将介绍伯克利物理学教程中关于统计物理学的内容，希望能带给读者更多关于这门课程的了解。