大学物理电子教案第二篇热学
大学物理(第三版)热学 第二章
一、 理想气体的微观图象
1. 质点 P nkT P 0
在 T 一定的情况下 n 值小 意味着分子间距大 2 .完全弹性碰撞
3. 除碰撞外 分子间无相互作用 f=0
范德瓦耳斯力(简称：范氏力)
f
斥力
合力
r0
O
s
10 -9m r
d
引力
分子力
气体之间的距离
r 8r0 引力可认为是零 可看做理想气体
第3步：dt时间内所有分子对dA的冲量
dI dIi ix 0
1 2
i
dIi
nimi2xdtdA
i
dIi
2ni mi2xdtdA
第4步：由压强的定义得出结果
P
dF dA
dI dtdA
i
ni
m
2 ix
i dA
ixdt
P
dF dA
dI dtdA
2. 气体分子的自由度
单原子分子 双原子分子 多原子分子
i3 i5 i6
二、 能量按自由度均分原理 条件：在温度为T 的平衡态下 1.每一平动自由度具有相同的平均动能
1 2
kT
1 3
3 2
kT
1 2
m
1
3
2
1 2
m
2 x
1 2
m
2 y
1 2
m
2 z
每一平动自由度的平均动能为 1 kT
2
2.平衡态 各自由度地位相等
每一转动自由度 每一振动自由度也具有 与平动自由度相同的平均动能 其值也为 1 kT
大学物理热学讲课教案模板
课时安排：2课时教学目标：1. 理解热学的基本概念，包括温度、热量、比热容等。
2. 掌握热力学第一定律和热力学第二定律的基本原理。
3. 能够运用热学公式解决实际问题。
教学重点：1. 热力学第一定律的应用。
2. 热力学第二定律的表述及理解。
3. 热学公式的推导与应用。
教学难点：1. 热力学第一定律与能量守恒的关系。
2. 热力学第二定律的微观意义。
教学准备：1. 多媒体课件。
2. 教学辅助工具：温度计、量筒、压力计等。
3. 实验演示：比热容实验、热力学第一定律实验等。
教学过程：第一课时一、导入1. 回顾上一节课的内容，引出本节课主题——热学。
2. 提出问题：什么是温度？热量？比热容？二、讲授新课1. 温度：介绍温度的定义、单位及测量方法。
2. 热量：解释热量的概念，介绍热传递的方式（传导、对流、辐射）。
3. 比热容：讲解比热容的定义、单位及计算方法。
三、课堂练习1. 计算不同物质的比热容。
2. 根据热量公式，计算物体温度变化。
四、总结1. 总结本节课所学内容，强调重点知识。
2. 布置课后作业。
第二课时一、复习1. 回顾上一节课所学内容，检查学生对知识的掌握情况。
二、讲授新课1. 热力学第一定律：介绍能量守恒定律，阐述热力学第一定律的表述。
2. 热力学第一定律的应用：通过实例分析，讲解热力学第一定律在实际问题中的应用。
3. 热力学第二定律：介绍热力学第二定律的表述，讲解其微观意义。
三、课堂练习1. 根据热力学第一定律，计算物体的内能变化。
2. 根据热力学第二定律，判断热机的工作效率。
四、实验演示1. 比热容实验：演示不同物质的比热容，让学生观察实验现象。
2. 热力学第一定律实验：演示能量守恒定律，让学生验证热力学第一定律。
五、总结1. 总结本节课所学内容，强调重点知识。
2. 布置课后作业。
教学反思：1. 教师在授课过程中，要注意引导学生积极参与课堂讨论，提高学生的学习兴趣。
2. 通过实验演示，帮助学生理解抽象的热学概念，提高学生的实际操作能力。
电子行业《热学》电子教案
电子行业《热学》电子教案一、导言热学是电子行业中的一个重要概念，它涉及了电子元件的热稳定性、散热设计以及热管理等方面。
本教案旨在介绍电子行业中的热学知识，并提供一些实际案例和应用示例，帮助学员更好地理解这一概念。
二、基本概念1. 热量热量是热学的基本概念之一。
它指的是物体在温度差的作用下，由高温物体向低温物体传递的能量。
电子设备在工作过程中会产生热量，如果不能及时处理，就会导致设备过热、性能下降甚至损坏。
2. 热传导热传导是热量在物体内部传递的过程。
在电子行业中，热传导是指电子元器件内部的热量传递过程，主要通过导热材料进行。
合理选择导热材料并设计良好的散热结构，可以提高元器件的热传导效率。
3. 热阻热阻是指物体抵抗热传导的能力。
在电子行业中，热阻是指电子器件与外界环境之间的热传导阻力。
降低热阻可以有效地改善电子器件的散热性能。
三、热学在电子行业中的应用1. 散热设计在电子设备中，一些元器件在工作过程中会产生大量的热量，如果不能及时散热，就会导致设备过热。
因此，合理的散热设计是电子行业中十分重要的一环。
通过选择合适的散热材料、设计散热结构以及增加散热风扇等方式，可以有效地提高电子设备的散热能力。
2. 热稳定性设计电子器件的性能会随着温度的变化而变化。
在设计电子器件时，需要考虑到温度对性能的影响，并进行合理的热稳定性设计。
通过选择适当的材料、合理的设计电路，可以提高电子器件在高温环境下的稳定性。
3. 环境温度控制电子设备的工作环境温度对其性能和寿命都有很大的影响。
在电子行业中，需要对设备的工作环境进行温度控制，以确保其正常工作。
通过合理的散热设计、空调设备等手段，可以控制设备的环境温度。
四、实际案例1. 智能手机散热设计智能手机在使用过程中，由于各种功能的开启和高性能处理器的运行，会产生大量的热量。
如果不能及时散热，就会导致手机过热，影响使用体验。
因此，智能手机的散热设计非常重要。
智能手机的散热设计一般包括以下几个方面：选择合适的散热材料，增加散热结构，如散热片、散热孔等，以增加散热面积和导热能力；设计合理的散热通道，使热量能够有效地从内部传递到外部；增加散热风扇等。
大学物理热学讲课教案设计
一、教学目标1. 知识目标：（1）掌握热学的基本概念和基本规律；（2）理解热力学第一定律和热力学第二定律；（3）熟悉热传递的基本方式，如传导、对流和辐射；（4）了解气体动理论和热力学基础。
2. 能力目标：（1）培养学生运用热学知识解决实际问题的能力；（2）提高学生的实验操作技能和数据分析能力；（3）培养学生的科学探究精神和团队合作能力。
3. 情感目标：（1）激发学生对热学的兴趣，培养学生热爱科学的情感；（2）培养学生的社会责任感和创新意识。
二、教学内容1. 热学基本概念：温度、热量、比热、热能等；2. 热力学第一定律：内能、做功、热传递；3. 热力学第二定律：熵、热力学第二定律的表述；4. 热传递：传导、对流、辐射；5. 气体动理论：理想气体状态方程、压强、温度、体积之间的关系；6. 热力学基础：热力学系统、热力学过程、热力学平衡。
三、教学方法1. 讲授法：系统讲解热学基本概念、基本规律和热力学定律；2. 案例分析法：通过具体案例，引导学生分析问题、解决问题；3. 实验法：通过实验，验证理论知识，提高学生的实验操作技能和数据分析能力；4. 讨论法：组织学生进行课堂讨论，培养学生的科学探究精神和团队合作能力。
四、教学过程1. 导入新课：通过生活中的实例，引导学生关注热现象，激发学习兴趣。
2. 讲解基本概念：讲解温度、热量、比热、热能等基本概念，让学生理解热学的基本规律。
3. 讲解热力学第一定律：通过实例分析，让学生理解内能、做功、热传递之间的关系。
4. 讲解热力学第二定律：讲解熵的概念，分析热力学第二定律的表述，让学生理解热力学第二定律的意义。
5. 讲解热传递：通过实验演示，让学生了解传导、对流、辐射三种热传递方式的特点。
6. 讲解气体动理论：讲解理想气体状态方程，分析压强、温度、体积之间的关系。
7. 讲解热力学基础：讲解热力学系统、热力学过程、热力学平衡等基本概念。
8. 案例分析：通过具体案例，引导学生运用所学知识解决实际问题。
《大学物理实验》-热学
孝感学院《大学物理实验-热学》实验报告日期： 2011 年 月 日 天气：__________ 实 验 室：___________姓名：__________________ 学号：__________ 院系专业：___________ 指导教师：________【实验题目】实验12 金属线胀系数的测定【实验目的】1． 学习用__________或_______________测量_______________。
2． 测量_____________________________________________。
【实验仪器及型号】_______________________________________________________________________【实验原理及预习】 1． 线胀系数实验表明：在一定的温度范围内，原长为L 的物体，受热后其伸长量δ与其温度的增加量t ∆近似成__________，与原长L 亦成__________，即____________________ (式中的比例系数α称为固体的线胀系数) 大量实验表明，不同材料的线胀系数不同，塑料的线胀系数最大，金属次之，请查表给出下列材料线胀系数的数量级。
几种材料的线胀系数2． 线胀系数的测量固体的长度随温度的升高而增加，设L 0为物体在温度t =0℃时的长度，则在常温下，物体在ｔ℃时的长度为____________________设物体在温度t 1℃时的长度为L ，温度升高为t 2℃时，其长度增加了δL =____________________ L +δ=____________________由上两式消去L 0，整理后得α=____________________________而在实验条件下，______________所以α可近似写成α=____________________________3． 试估计本实验中金属杆的伸长量，并据此选择合适的测量器具。
大学物理热力学基础教案
大学物理热力学基础教案一、引言1.1 热力学的概念解释热力学是研究物质系统在温度、压力等条件变化时，其宏观性质如何变化的科学。
强调热力学在工程、物理等领域的应用重要性。
1.2 热力学的研究方法描述热力学通过实验和理论分析来研究物质系统的宏观性质。
介绍热力学的基本定律和理论模型。
二、热力学第一定律2.1 能量守恒定律解释能量守恒定律的内容，即在一个封闭系统中，能量不会凭空产生或消失，只能从一种形式转化为另一种形式。
通过示例或实验现象展示能量守恒定律的应用。
2.2 内能定义内能的概念，即系统内部所有分子和原子的动能和势能之和。
解释内能与系统温度、体积等参数的关系。
三、热力学第二定律3.1 熵的概念介绍熵的概念，即系统混乱程度的度量，熵值越大，系统越混乱。
解释熵与系统温度、分子运动等的关系。
3.2 热力学第二定律的表述表述热力学第二定律的不同形式，如熵增原理、卡诺定理等。
通过实际例子或图示展示熵增原理的应用。
四、热力学第三定律4.1 绝对零度的概念解释绝对零度是理论上最低可能的温度，即物质的熵为零的状态。
介绍开尔文温标与摄氏温标的关系。
4.2 熵与绝对零度解释熵与绝对零度之间的关系，即随着温度的降低，熵逐渐减小并趋近于零。
强调熵与绝对零度在热力学研究中的重要性。
五、热力学应用5.1 热机介绍热机的概念，即利用热能转换为机械能的装置。
解释热机的效率和热力学第二定律的关系。
5.2 热传递描述热传递的基本方式，包括导热、对流和辐射。
解释热传递的规律，如傅里叶定律、牛顿热传递定律等。
六、热力学状态方程6.1 理想气体状态方程推导理想气体状态方程PV=nRT，其中P 为压强，V 为体积，n 为物质的量，R 为理想气体常数，T 为温度。
解释理想气体状态方程在一定条件下的适用性。
6.2 物态方程介绍物态方程的概念，它是描述在不同温度和压力下，物质的状态（如固体、液体、气体）如何变化的方程。
举例说明物态方程在实际应用中的重要性。
2024年大学物理热力学基础教案
大学物理热力学基础教案教案大学物理热力学基础一、教学目标1.让学生了解热力学的基本概念、原理和定律，理解热力学系统的性质和变化规律。
2.培养学生运用热力学知识分析和解决实际问题的能力。
3.培养学生的科学思维和创新意识，提高学生的科学素养。
二、教学内容1.热力学第一定律：能量守恒定律在热力学系统中的体现，理解内能、热量和功的概念，掌握热力学第一定律的表达式和运用。
2.热力学第二定律：理解热力学第二定律的两种表述，掌握熵的概念和性质，了解可逆过程和不可逆过程的特点。
3.热力学第三定律：了解热力学第三定律的内容，理解绝对零度的概念。
4.热力学势：掌握内能、焓、自由能和吉布斯自由能的概念和运用，了解热力学势在分析热力学系统变化中的应用。
5.相变和相平衡：理解相变的概念，掌握相平衡条件和相图的分析方法。
6.热力学统计物理基础：了解热力学与统计物理的关系，理解微观态和宏观态的概念，掌握统计物理的基本方法。
三、教学安排1.热力学第一定律：2学时2.热力学第二定律：2学时3.热力学第三定律：1学时4.热力学势：2学时5.相变和相平衡：2学时6.热力学统计物理基础：2学时四、教学方法1.讲授法：讲解热力学的基本概念、原理和定律，阐述热力学系统的性质和变化规律。
2.案例分析法：通过分析实际案例，让学生了解热力学知识在实际问题中的应用。
3.讨论法：针对热力学中的重点和难点问题，组织学生进行课堂讨论，培养学生的科学思维和创新意识。
4.实验法：结合实验课程，让学生亲自动手进行热力学实验，加深对热力学知识的理解和运用。
五、教学评价1.课堂表现：考察学生在课堂上的参与程度、提问和回答问题的积极性。
2.课后作业：布置适量的课后作业，检查学生对课堂知识的掌握程度。
3.期中考试：检验学生对热力学知识的理解和运用能力。
4.期末考试：全面评估学生对热力学知识的掌握程度，以及分析问题和解决问题的能力。
六、教学资源1.教材：《热力学与统计物理》（高等教育出版社）2.参考文献：《大学物理》、《物理学报》等相关期刊和书籍。
大学物理(热学篇)
v1
v´1
x
A1 y °
z
1秒钟A1受到分子的总冲量
2mv x
vx 2x
mv
2 x
x
第三步 N个分子在1秒内对A1的碰撞
A1在1秒内受到的冲量——平均作用力F
F 2mv1x
v1 x 2x
2mv2x
v2x 2x
2mv Nx
vNx 2x
m x
(v12x
v22x
vN2 x )
m x
N
即在平衡态，一个自由度，代表一种独立的 运动和一份能量
如某种分子有t个平动自由度，r个转动自由度v振动 自由度，则分子具有：
平均平动动能 平均转动动能 平均振动动能
为什么均分到各自由度所对应的运动能量都 是二分之一KT呢？ 主要是分子不断碰撞以达到平衡态的结果。
注意
１、 一般温度下（T <10 3 K）振
（1)每个分子作用于气壁的冲量I
解（1）每个分子作用于气壁的冲量等于气体 分子动量增量的负值
I 2mv 1.21024kgm/ s
（2)每秒钟碰在器壁单位面积上的分子数n0
解（2）器壁ΔA面积上在Δt时间内碰撞的分子数
N A vt n
z
6
n0
N At
nv 6
n0
1 6
nv
0.31028
/
m3
物体运动形式：平动、转动、振动
自由度数目 i t r v
平转振 动动动
例1 自由运动的质点 (三维空间) 3 个 平动自由度 记作 t = 3
若受到限制，自由度降低 平面上 ： t=2 直线上 ：t=1
例2 自由运动刚体 (如手榴弹)自由度。
现代物理化学电子教案 湖南大学 1[1].5 统计热力学的应用
![现代物理化学电子教案 湖南大学 1[1].5 统计热力学的应用](https://img.taocdn.com/s3/m/0bcb0c045fbfc77da269b1ec.png)
6. 标准摩尔熵 :标准压力下，实验温度T时求得1mol物质的熵值 称为 标准摩尔熵，只有298K时的数值有表可查.
h
22
残余熵、量热熵、统计熵的关系 Sm(残余)=Sm(统计) - Sm(量热)
〔解〕 (1)摩尔热力学能 Ut,m-U0,t,m
(2)恒容热容 Cv,m
(3)摩尔熵 Syt,m
h
5
统计热力学应用一 2 双原子及线性多原子气体
双原子及线性多原子气体除了三个 平动自由度之外，还有二个转动自由度 和(3n-5)个振动自由度（暂不考虑电子 配分函数贡献）。它们相应的配分函数 如下：
298.15K 时
h
14
3.3 非线型多原子分子气体振动
非线性多原子分子具有 3N -6 个振动自由度，每一振 动自由度的配分函数、Uv-Uv,0、Cv,v 和 Sv 的计算方法在 前面已讨论过。若有 j 个振动模式，则
h
15
统计热力学应用二 热力学定律的统计诠释
1 热力学第一定律
为使粒子按指定的方向发生相同的能量变化，则要求粒子作有 序的运动，显然只有做功才能达到此目的。与上式对比：
R N0
T
V
nRT hV
2
1.2 单原子分子气体热力学能及热容
结论与实验结果基本上一致
h
3
1.3 单原子分子气体热力学熵
Sackur-Tetrode公式用来计算理想气体的平动熵
可得到恒压下一摩尔理想气体温度由 T1 变化至 T2 的熵变：
这一结论与经典热力学中
h 的结果一致
大学物理2热力学第一定律
II
O V1
AT
V2 V
PdV
V2
RT
V
V1
V2 dV RT ln V1
P RT ln 1 P2
Q AT
CT
例 将500J的热量传给标准状态下2mol 的氢。 (1) 若体积不变，问这热量变为什么？氢的温 度变为多少？ (2) 若温度不变，问这热量变为什么？氢的压 强及体积各变为多少？ (3) 若压强不变，问这热量变为什么？氢的温 度及体积各变为多少？
18.3 热容量(Heat capacity)
定义：热容量
dQ 定压热容量 ： dQ 定容热容量 ： CV CP 39; dT
dQ 为过程量
dQ • 摩尔热容量 C ， 单位：J/mol· C K dT
1 dQ CP dT P 1 dQ CV dT V
QT V2 500 ln V = = = 0.11 M 1 2×8.31×273 RT0 Mmol
V 2 = e 0.11 = 1.11 V1
V 2 =V1×1.11 = 2×22.4×1.11= 50(升)
= 0.05m3
V1 p2 = p1 = 44.8× 1 = 0.89atm V2 50
(3) Qp = M CpΔ T Mmol Qp 500 ΔT= = = 8.6K 7 M Cp 2× × 8.31 2 Mmol T =T0 +Δ T = 8.60C pΔ V = M RΔ T Mmol Δ V = V1 + M RΔ T V2 = V1 + Mmol p 41.8 + 2×0.082×8.6 = 46.2(升) = 1 = 0.046m3
大学物理第二章 热力学第一定律要点
2) 恒压过程：变化过程中p(系) = p(环) = 常数，(dp=0)
(ｐ(始) = ｐ(终) = 常数，为等压过程， p = 0 )
3) 恒容过程：过程中系统的体积始终保持不变 4) 绝热过程：系统与环境间无热交换的过程
5) 循环过程：经历一系列变化后又回到始态的过程。 循 环过程前后状态函数变化量均为零 。 6) 可逆过程：系统经历某过程后，能够通过原过程的反 向变化而使系统和环境都回到原来的状态
U＝f (T ,V ) U U dU dV dT V T T V
又 dT = 0, dU = 0, dV 0
U 0 V T
即： 恒温时，U不随V变化
U=f (T) 理想气体单纯 pVT 变化时，U 只是 T 的函数
（液体、固体近似成立）
§2.3 恒容热、恒压热与焓的导出 1. 恒容热（QV）：
对于封闭系统，W =0 时的恒容过程： ∵ dV=0 ，∴W = 0，有：
QV ΔU U2 U1
及 δQV dU
2. 恒压热（Qp）：
对于封闭系统，W = 0 时的恒压过程： W= – pambV= – p(V2 – V1) = – (p2V2 – p1V1)
（H的定义虽然由恒压过程导出，但可用于任何过程的计算）
H： 状态函数， 广度量， 单位 J 理想气体，单纯 pVT 变化，恒温时： ∵ U = 0 ∴ H = U + (pV) = 0 + (pV) = (nRT) = nRT = 0 H = f ( T ) 理想气体单纯 pVT 变化时，H 只是 T 的函数
摩尔热容
相变焓
大学物理化学 第二章 热力学第一定律3(1)
标准状态(压力为Pθ的纯态)反应的△rHm就称为标准摩
尔反应焓 。
r
H
m
B
H
B,m
(T)
产物总焓--反应物总焓
B
在标准状态下，物质B的
H
B,m
(T)
是温度的函数
故
r
H
m
T
也是温度的函数，随温度T的改变而改变
注意：rHm T 与实际化学反应的焓变是不同的。
因为计算 rHm T，规定反应系统中的每种物质
分析：不可逆相变，压力不是平衡压力
关键：1)向真空蒸发，P环＝0 ，W＝0， Q ＝△U
2) △U、 △H为状态函数改
变量，只决定于始末态， 与具体途径无关。 思路：在始末态间设 玻璃泡
0Pa
100℃
恒温 100℃
向真空
计可逆相变途径
蒸发
计算△U、 △H 1 mol 100℃ 101325Pa H2O(l)
100℃
101325Pa 1 mol H2O(g)
始态：
1 mol 100℃、
途径1:向真空 不可逆蒸发
101325Pa ΔvapHm(373K)=40.64KJ
H2O(l)
途径2:恒压101325Pa 可逆蒸发
解：另外设计一条途径2 ,求解△H,△U
末态：
1 mol 100℃、 101325Pa H2O(g)
三. 反应热效应与温度的关系
f Hm 298.15K
C
H
m
298.15
K
一.基希霍夫定律
求反应 aA bB 等温 等压 gG hH
大学物理热力学第二定律讲义省公开课获奖课件说课比赛一等奖课件
1
左3，右1
4
左2，右2 5 6 16
左1，右3
4
左0，右4
1
宏观状态
1
6
左4，右0
5
左3，右1
16
左2，右2
4 3
左1，右3 左0，右4
4
2
16
1
6
0
4个粒子旳分布
16
2. 等几率假设
孤立系统中 每个微观态出现旳几率相同 ˃
•分布越均匀,微观态数目越多.
1
—相应微观态数目多旳 宏观态出现旳几率大
由高温物体传向低温物体。相反过程不会自动
发生。 当然，用致冷机可把热量由
低温物体传向高温物体。但外
高温热库T1 Q1
界必须对工作物质做功，这就 A
工质
引起了其他效果。 有限温差热传导不可逆。
Q2 低温热库T2
3、气体旳绝热自由膨胀 （扩散）
膨胀：能够自动进行 压缩：不能自动进行。 气体向真空中自由膨胀旳过程是不可逆旳。
四、热力学基本方程
dS dQ T
由克劳修斯熵增旳公式有 dQ TdS
代入热力学第一定律，得
TdS dE dA
只有体积功时
TdS dE＋pdV
----热力学基本方程
由热力学基本方程能够求熵
五、熵增旳计算
理想气体
1、用热力学基本方程求熵
dE n CVdT
TdS dE pdV
P n RT
V
例9.1 求n摩尔理想气体由态（T1,V1) 到
热量自动从低 温传到高温
T1
Q1
A净
Q2
T2
T1
Q2 克氏 T2
二、统计意义（微观解释 ）
大学物理热力学(课件)
大学物理热力学(课件)大学物理热力学课件一、引言热力学是研究物质系统在温度、压力、体积等热力学参数变化时的宏观性质和行为的科学。
大学物理热力学课程旨在帮助学生理解热力学的基本概念、基本定律和基本方法，培养学生运用热力学知识解决实际问题的能力。
本课件将围绕热力学的基本原理、热力学第一定律、热力学第二定律、热力学第三定律和热力学状态方程等内容进行讲解。
二、热力学基本原理1.系综理论：热力学研究的是大量粒子的统计行为，系综理论是描述这些粒子行为的数学工具。
系综理论将系统划分为三个系综：微观系综、宏观系综和热力学系综。
2.状态量与过程量：热力学中，状态量是描述系统宏观状态的物理量，如温度、压力、体积等；过程量是描述系统在过程中变化的物理量，如热量、功等。
3.状态方程：状态方程是描述系统状态量之间关系的方程，常见的状态方程有理想气体状态方程、范德瓦尔斯方程等。
三、热力学第一定律1.定义：热力学第一定律是能量守恒定律在热力学领域的具体表现，表述为系统内能的增量等于热量与功的代数和。
2.表达式：ΔU=QW，其中ΔU表示系统内能的增量，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外做的功。
3.应用：热力学第一定律可以用于分析热力学过程中的能量转换和传递，如热机、制冷机等。
四、热力学第二定律1.定义：热力学第二定律是描述自然过程方向性的定律，表述为热量不能自发地从低温物体传递到高温物体。
2.表达式：ΔS≥0，其中ΔS表示系统熵的增量，熵是衡量系统无序程度的物理量。
3.应用：热力学第二定律可以用于分析热力学过程的可行性，如热机效率、制冷循环等。
五、热力学第三定律1.定义：热力学第三定律是描述绝对零度附近物质性质的特殊规律，表述为在绝对零度附近，完美晶体的熵趋于零。
2.表达式：S→0asT→0，其中S表示熵，T表示温度。
3.应用：热力学第三定律为低温物理学和制冷技术提供了理论依据。
六、热力学状态方程1.理想气体状态方程：pV=nRT，其中p表示压力，V表示体积，n表示物质的量，R表示理想气体常数，T表示温度。
大学物理《热学》第二版李椿 第二章 气体分子运动论的基本概念
第二章 气体分子运动论的基本概念2-1 目前可获得的极限真空度为10-13mmHg 的数量级，问在此真空度下每立方厘米内有多少空气分子，设空气的温度为27℃。
解： 由P=n K T 可知n =P/KT=)27327(1038.11033.1101023213+⨯⨯⨯⨯⨯-- =3.21×109(m–3)注：1mmHg=1.33×102N/m 22-2 钠黄光的波长为5893埃，即5.893×10-7m ，设想一立方体长5.893×10-7m ， 试问在标准状态下，其中有多少个空气分子。
解：∵P=nKT ∴PV=NKT 其中T=273K P=1.013×105N/m 2 ∴N=623375105.52731038.1)10893.5(10013.1⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=--KTPV 个2-3 一容积为11.2L 的真空系统已被抽到1.0×10-5mmHg的真空。
为了提高其真空度，将它放在300℃的烘箱内烘烤，使器壁释放出吸附的气体。
若烘烤后压强增为1.0×10-2mmHg ，问器壁原来吸附了多少个气体分子。
解：设烘烤前容器内分子数为N 。
，烘烤后的分子数为N 。
根据上题导出的公式PV = NKT 则有： )(011011101T P T P K VKT V P KT V P N N N -=-=-=∆因为P 0与P 1相比差103数量，而烘烤前后温度差与压强差相比可以忽略，因此0T P 与11T P 相比可以忽略1823223111088.1)300273(1038.11033.1100.1102.11⨯≅+⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=⋅=∆---T P KN N 个2-4 容积为2500cm 3的烧瓶内有1.0×1015个氧分子,有4.0×1015个氮分子和3.3×10-7g 的氩气。
设混合气体的温度为150℃,求混合气体的压强。
大学物理电子教案
第二篇 电磁学
第三篇 热学 第四篇 振动与波 波动光学 第五篇 量子论
第一章 运动的描述
第二章 运动定律与力学中的守恒定律
第三章 相对论
第四章 静电场与稳恒电场
第五章 稳波
第八章 气体动理论基础 第九章 热力学基础
第十章
机械振动
第十一章 机械波 第十二章 光的干涉 第十三章 光的衍射
第十四章 光的偏振
第十五章 现代光学简介
第十六章 量子物理基础
第十七章 原子核物理和粒子物理简介 第十八章 新技术的物理基础
大学物理学电子教案课件
大学物理学电子教案课件第一章：引言1.1 课程介绍理解大学物理学的地位和作用掌握物理学的基本概念和原理培养科学思维和科学方法1.2 物理学的发展历程回顾物理学的历史发展了解著名物理学家的贡献激发学生对物理学的兴趣和热情1.3 物理学的应用领域介绍物理学在各个领域的应用强调物理学对技术和社会的影响引发学生对物理学实际意义的思考第二章：力学2.1 牛顿运动定律掌握牛顿三定律的内容和适用范围理解力和运动的关系求解简单的力学问题2.2 动量和能量学习动量和能量的概念及其守恒定律运用动量和能量原理解决实际问题探讨守恒定律在实际中的应用2.3 刚体运动和转动学习刚体的运动和转动的基本概念掌握转动动能和转动惯量的计算求解刚体运动的动力学问题第三章：热学3.1 温度和热量理解温度的概念及其计量单位学习热量传递的方式和规律探讨热量在实际中的应用3.2 热力学定律掌握热力学第一定律和第二定律理解能量守恒和熵增加原理探讨热力学定律在实际中的应用3.3 热传导和热膨胀学习热传导的机制和定律掌握热膨胀的基本概念和应用求解热传导和热膨胀的实际问题第四章：电磁学4.1 库仑定律和电场掌握库仑定律和电场的基本概念学习电场的计算和电场线求解静电场的实际问题4.2 磁场和电流学习磁场的基本概念和磁场线掌握安培定律和法拉第电磁感应定律求解电磁场的实际问题4.3 电磁波学习电磁波的产生和传播理解电磁波的能量和动量探讨电磁波在通信和能源传输中的应用第五章：光学5.1 光的传播和反射学习光的传播和反射的基本原理掌握反射定律和反射图像的特点求解光学反射的实际问题5.2 光的折射和透镜学习光的折射原理和透镜的基本概念掌握透镜的成像规律和焦距的计算求解光学折射的实际问题5.3 光的波动性和光谱学习光的波动性和干涉现象掌握光谱的产生和应用探讨光的波动性在科学研究中的应用第六章：量子力学基础6.1 量子现象理解黑体辐射和普朗克量子理论学习光电效应和康普顿效应掌握波粒二象性和不确定性原理6.2 量子力学的基本概念了解量子态和量子叠加学习量子纠缠和量子隧穿掌握薛定谔方程和海森堡不确定性原理6.3 量子力学的应用探讨量子力学在原子、分子和固体物理学中的应用学习量子计算和量子通信的基本原理了解量子力学在现代科技中的应用第七章：原子物理学7.1 原子结构学习原子的电子排布和能级掌握泡利不相容原理和洪特规则了解原子的光谱和能级跃迁7.2 原子核物理学了解原子核的结构和组成学习核力和核反应掌握核素的性质和放射性衰变7.3 激光和光谱学学习激光的原理和应用掌握光谱学的原理和技术探讨激光和光谱学在科学研究和工业应用中的重要性第八章：分子和固体物理学8.1 分子结构和性质学习分子的轨道理论和VSEPR模型掌握分子的键合理论和分子间作用力探讨分子的物理化学性质8.2 固体物理学基础了解固体的分类和晶体结构学习晶格的振动和电子能带理论掌握固体材料的性质和应用8.3 半导体和纳米材料学习半导体的基本原理和特性掌握半导体器件的工作原理探讨纳米材料的特性和应用第九章：热力学9.1 热力学势学习自由能和吉布斯自由能掌握化学势和相变探讨热力学势在材料科学和化学工程中的应用9.2 热力学循环和热机学习热力学循环的基本原理掌握卡诺循环和热机的效率探讨热机在能源转换和热力学工程中的应用9.3 热传递和热控制学习热传递的基本方式和机制掌握热传导、对流和辐射的计算探讨热控制技术和热管理在工程和科学研究中的应用第十章：现代物理学进展10.1 相对论理解狭义相对论和广义相对论的基本原理学习时空的弯曲和引力波探讨相对论在粒子物理学和宇宙学中的应用10.2 粒子物理学了解粒子物理学的基本概念和标准模型学习强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用探讨粒子物理学在探测新粒子和探索宇宙起源中的应用10.3 宇宙学和天体物理学学习宇宙的起源和演化掌握宇宙大爆炸理论和暗物质、暗能量的概念探讨天体物理学在探索宇宙结构和星系形成中的应用第十一章：生物物理学11.1 生物物理学的概述理解生物物理学的定义和研究范围掌握生物物理学的基本研究方法探讨生物物理学在科学研究和医学应用中的重要性11.2 生物分子的物理性质学习生物分子的结构和功能掌握生物分子的相互作用和动力学探讨生物分子在生物系统和疾病中的作用11.3 生物膜和细胞物理了解生物膜的结构和功能学习细胞物理的基本原理探讨生物膜和细胞物理在细胞信号传导和疾病中的作用第十二章：环境物理学12.1 环境物理学的概述理解环境物理学的定义和研究范围掌握环境物理学的基本研究方法探讨环境物理学在环境保护和可持续发展的应用中的重要性12.2 大气物理学和气象学学习大气的组成和结构掌握大气现象和气象学的基本原理探讨大气物理学和气象学在天气预报和气候变化研究中的应用12.3 地球物理学和地震学了解地球的内部结构和物理性质学习地震的产生和传播探讨地球物理学和地震学在地震预测和地质勘探中的应用第十三章：物理实验和测量技术13.1 物理实验的基本方法和技巧掌握物理实验的设计和数据处理方法学习物理实验中常用的测量技术和仪器探讨物理实验在科学研究和工程应用中的重要性13.2 现代物理测量技术了解现代物理测量技术的发展趋势学习激光测量、光纤测量和电子测量等技术探讨现代物理测量技术在精密工程和科学研究中的应用掌握口头报告的准备和表达技巧探讨物理实验报告和口头报告在学术交流和职业发展中的应用第十四章：物理学在工程和技术中的应用14.1 物理学在电子技术和信息技术中的应用了解电子器件和半导体材料的基本原理学习光电子学和光通信技术的应用探讨物理学在电子技术和信息技术发展中的作用14.2 物理学在能源和环保技术中的应用掌握能源转换和节能技术的原理学习清洁能源和环境监测技术的应用探讨物理学在能源和环保技术发展中的作用14.3 物理学在材料科学和纳米技术中的应用了解材料科学的基本原理和制备方法学习纳米材料的特性和应用探讨物理学在材料科学和纳米技术发展中的作用第十五章：物理学教育和研究的前沿问题15.1 物理学教育的现状和挑战分析当前物理学教育的问题和挑战探讨改进物理学教育的方法和策略思考如何培养具有创新能力和批判性思维的物理学人才15.2 物理学研究的趋势和挑战了解当前物理学研究的热点和前沿问题探讨物理学在交叉学科和多领域中的应用思考如何应对物理学研究中的挑战和机遇15.3 物理学教育和研究的国际合作和交流学习国际合作和交流的重要性掌握国际合作和交流的技巧和策略探讨如何加强物理学教育和研究领域的国际合作和交流重点和难点解析重点：1. 物理学的基本原理和概念，如牛顿运动定律、热力学定律、电磁学、光学等。
大学物理化学 热力学第二定律
（1）隔离体系中所发生的一切不可逆过程，
都使其熵值增加： 过程方向的标志；
dS隔离，这0 是自发
（2）隔离体系中所发生的一切可逆过程， 其熵值都保持不变：dS隔离 0 ，这是体 系已达到平衡态的标志。平衡态是自发 过程的限度；
（3）隔离体系不可能发生使其熵值减少的 过程。
熵增加原理：隔离体系所发生的一切自 发过程都是朝着使其熵值增加的方向进 行，一直到隔离体系的熵值达到最大为 止，即体系处于平衡态。
三、熵的物理意义
1.自发过程的本质 自发过程的方向性归结为功热转换的不 可逆性。
热：分子混乱运动的表现；
功：一种稳定有序运动的表现；
功热转换：分子由有序状态自发地变为 无序状态，即混乱度增加。无序运动却 不会自动地变为有序运动。
从微观上讲：
热功转换不可逆性是分子运动由混乱程 度较小的状态自发地向混乱程度较大的 状态变化的必然结果。一切不可逆过程 都是向混乱度增加的方向进行。
RT2
ln V4 V3
CV ,m (T2
T1)
RT1
ln
V2 V1
RT2
ln V4 V3
TV 1 常数，有：
T1V2 1 T2V3 1,T2V4 1 T1V1 1
V2 V3
1
V1 V4
1
V2 V1
nA TA
恒容
nB TB
变温
nA T’
n=nA+nB T’
恒温
膨胀
nB T’
S S A S B
S A
nA .CV .m
ln
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平衡过程
• 平衡态2
v
6.2.4 理想气体的状态方程
一、气体的状态方程:
反映平衡态下P、V、T间的关系。
大学物理电子教案第二篇热学
7
二、理想气体: 绝对遵循克拉伯珑方程的气体。
PV m RT 理想气体的状态方程 M
摩尔气体常数：R
PV 00
T
8.31J（mol K）
0
理想气体的状态方程的另一种表达式
孤立系统：系统与外界既没能量传递，又没质量传递。
封闭系统：系统与大学外物理界电子只教案有第二能篇热量学 传递，没有质量传5 递。
6.2.2 系统状态的描述
一、宏观量（状态参量） 压强（P）、体积（V）、温度（T）（可直接测量）
二、微观量 分子的位置、速度、… （不可直接测量）
统计方法
宏观量
微观量
6.2.3 平衡态和平衡过程
空气分子在常温下 v =500m/s.分子不停地碰撞，标准状态
下约 5109次/s。 反映了气体分子热运动的特征：小、多、快、乱。
*统计观点:大量分子运动的综合作用决定体系的宏观性质
反映了分子热运动大学和物理体电子系教案宏第二观篇热性学 质的联系。
3
二、统计规律性：
某一小球落入其中那格是 一个偶然事件。
热运动服从统计规律。
研究对象数量的增加必然引起物理规律的变化。
这就是哲学上的从量变到质变.
大学物理电子教案第二篇热学
4
6.2 平衡态 理想气体状态方程
6.2.1 热力学系统 一、热力学系统（简称系统）
由大量微观粒子所组成的宏观客体。 二、系统的外界（简称外界）
能够与所研究的热力学系统发生相互作用的其它物体。 开放系统：系统与外界既有能量传递，又有质量传递。
伽尔顿板实验
大量小球在空间的分布服从 统计规律。
人们把这种支配大量粒子 综合性质和集体行为的规律性 称为统计规律性。
.......................................................................................................................................
vx vy vz
除需特别考虑外不计分子的重力； 弹性碰撞(能量守恒、动量守恒)；
分子运动服从牛顿力学。
理想气体分子像一个个极小的彼此间无相互作用的
遵守牛顿力学规律大的学物弹理电性子教质案第点二篇热学
13
* 统计假设:
若忽略重力影响，达到平衡态时分子按位置的分 布是均匀的, 即分子数密度到处一样.
平衡态时，分子速度沿各方向分量的各种平均值 相等。
依据，分析研究物态变化中有关热功转换的关系和条件。
大学物理电子教案第二篇热学
2
6 气体动理论
6.1 分子热运动与统计规律性
一、气体分子运动理论的基本观点
* 分子观点：宏观物体是由大量不连续微粒—分子（或
原子）组成的。标准状态1mol气体有6.02 1023个分子。
*分子运动观点：气体分子处于永不停息的无规则运动中,
一、平衡态：孤立的热学系统经过很长时间后宏观量
（压强、温度、分子数密度）达到不随时间改变的稳定状
态（热动平衡状态）。
平衡态在PV 图上大用学物一理电点子教来案第表二篇示热学。
6
二、平衡过程:系统从一个平衡态变化到另一平衡态,所 经历的一系列中间状态都无限接近平衡态的过程。
平衡过程在 pV 图上用一条曲线表示。
1托＝1mmHg＝1.33102 Pa
解：N(n2n1)V
P1 n1kT1 n1
P1 kT1
N(P2 P1)V 1.891018(个）
T Tk
2
1
P PnkTn 2
2
2
2
kT 2 大学物理电子教案第二篇热学
10
2
【例题6－3】 试求（1）气体分子间的平均距离l与压强P、温度T的关系。 （2）求压强为1atm，温度为0o C的情况下气体分子间
P m RT N RT N ( R )T nkT
M V N V V N
0
0
分 子 数n密 N度 ： V
玻尔兹大曼 学k物理电常 R 子教N案数 第二1篇.热3： 学 81023JK 0
8
【例题6－1】容积V=30L的高压钢瓶内装有P=130atm的 气，做实验每天需用P1=1atm和V1=400L的氧气，规定氧 压强不能降到P2=10atm以下，以免开启阀门时混进空气。 试计算这瓶氧气使用几天后就需要重新充气。
*个别分子运动（微观量）——无序 大量分子运动（宏观量）——有序（统计规律）
统计方法
宏观量
微观量
大学物理电子教案第二篇热学
12
6.3 压强和温度的微观解释
6.3.1 理想气体压强公式
一、基本假设
* 理想气体分子微观模型假设： 分子当作质点，不占体积； 除碰撞外不计分子之间，分子和器壁之间的相互作用
解：设瓶内原装氧气的质量为m,重新充气时瓶内 剩余氧气的质量为m2,每天用氧的质量为m1,则按理想
气体的状态方程有：
可用天m 数： m2 (PP2)V 9(天）
m1
P1V1
m P RV , TM m 2 P R 2 V,T M m 1 P 1 R V 1 M ,T
大学物理电子教案第二篇热学
THERMOTICS
大学物理电子教案第二篇热学
1
第二篇 热 学
力学：研究物体机械运动。 研究方法：牛顿力学的确定论。
热 学 ：研究物体热运动。 研究方法： 分子动理论：研究热现象的微观理论，从物质的微观结构 出发，运用统计平均的方法揭示热现象的微观本质。
热力学：研究热现象的宏观理论，以观察和实验事实为
9
【例题6－2】
容积为11.2 103 m3的真空系统在t1 27oC时P1 1.0 105托， 为提高真空度，将系统放在t2 300oC的烘箱内烘烤，使吸 附在器壁上的分子释放出来，若烘烤后压强增为
P2 1.0102 托. 问：升温后释放出多少个分子。
1大气压（atm) 760mmHg 1.013105 Pa
的平均距离l。
解：（1） PnkTnN1V3l
V nN
1
l kT 3 P
(2) l kT P
1
3
1
1.38 1023
273
3
1.013105
3.34 109 m (约为分子直径的10倍）
大学物理电子教案第二篇热学
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*气体分子热运动的特征：小、多、快、乱。