复旦大学《大学物理》课件-第1讲(1).ppt

2023/2/15 1 大学物理（热学）大学物理（热学）金晓峰金晓峰 复旦大学物理系复旦大学物理系 2006-9-6 1.To be confident 2.To be yourself 3.To enjoy yourself 大学与中学物理的差别大学与中学物理的差别“美国科学只存在未来，并没有今天和过去。美国科学只存在未来，并没有今天和过去。在我这个位置上的人应该思考的问题是：我们必在我这个位置上的人应该思考的问题是：我们必须做什么才能够创造出美国的物理学；而不是把须做什么才能够创造出美国的物理学；而不是把电报、电灯及其它令人方便的产品称之为“科电报、电灯及其它令人方便的产品称之为“科学”。我并不是低估这些时尚产品的价值，整个学”。我并不是低估这些时尚产品的价值，整个世界的进步需要依靠它们；成功发明这些高技术世界的进步需要依靠它们；成功发明这些高技术产品的人应该受到世界的尊重。但是，虽然一位产品的人应该受到世界的尊重。但是，虽然一位厨师发明了餐桌上的一道美味佳肴，使世人享受厨师发明了餐桌上的一道美味佳肴，使世人享受到口福，但是我们不会尊称他为“化学到口福，但是我们不会尊称他为“化学家”。家”。”美国第一任物理学会会长美国第一任物理学会会长 亨利亨利 奥古斯特奥古斯特 罗兰罗兰（1883年年8月月15日在美国国家科学促进会的讲话日在美国国家科学促进会的讲话)“我常常被问及这样的问题：纯科学和应用科学我常常被问及这样的问题：纯科学和应用科学究竟哪个对世界更重要？为了应用科学，纯科学本身究竟哪个对世界更重要？为了应用科学，纯科学本身必须存在！必须存在！假如我们停止纯科学的进步而只留意科学假如我们停止纯科学的进步而只留意科学的应用，我们很快就会退化成为中国人那样！多少代的应用，我们很快就会退化成为中国人那样！多少代以来中国人没有什么进步，因为他们只满足于科学的以来中国人没有什么进步，因为他们只满足于科学的应用，却从来没有追问过他们祖先所做事情中的原理。应用，却从来没有追问过他们祖先所做事情中的原理。这些原理就构成了纯科学！中国人很早就知道火药的这些原理就构成了纯科学！中国人很早就知道火药的应用，如果他们能用正确的方法来探索“火药应用”应用，如果他们能用正确的方法来探索“火药应用”的原理，中国人就能够在实现众多应用的同时还能够的原理，中国人就能够在实现众多应用的同时还能够发展出化学，甚至物理学！因为只满足于火药爆炸的发展出化学，甚至物理学！因为只满足于火药爆炸的事实和应用，而没有寻根问底，中国人已经远远落后事实和应用，而没有寻根问底，中国人已经远远落后于世界进步；以至于我们现在只将世界上所有众多民于世界进步；以至于我们现在只将世界上所有众多民族中这个最古老、人口最多的民族视为野蛮人！族中这个最古老、人口最多的民族视为野蛮人！”热学的基本内容热学的基本内容 冷热的感觉冷热的感觉 伽利略伽利略 Galileo Galilei 温度计的发明温度计的发明 热是什么热是什么？焦焦 耳耳 James Prescott Joule 能量能量 瓦特瓦特 J.Watt 蒸汽机蒸汽机 用热做功用热做功存在限制否？存在限制否？卡卡 诺诺 Sadi Carnot 卡卡诺循环诺循环 熵的引入熵的引入 克劳修斯 R.Clausius 热的微观图象热的微观图象？麦克斯韦麦克斯韦 James Clerk Maxwell 分子速度分布律分子速度分布律 玻耳兹曼玻耳兹曼 Ludwig Boltzmann 统计物理统计物理“The Feynman Lectures on Physics”(Vol.1)“费恩曼物理学讲义”（第一卷）费恩曼物理学讲义”（第一卷）“热学”“热学”秦允豪秦允豪 参考书参考书 2023/2/15 22 大学物理（热学）大学物理（热学）金晓峰金晓峰 复旦大学物理系复旦大学物理系 2006-9-12 冷热的感觉冷热的感觉 伽利略伽利略 Galileo Galilei 温度计的发明温度计的发明 Black（17281799)“By the use of these instruments we have learned,that if we take 1000 or more different kinds of matter,such as metals,stones,salts,woods,cork,feathers,wool,water and a variety of other fluids,although they be at first of different heats,let them be placed together in the same room without a fire,and into which the sun does not shine,the heat will be communicated from the hotter of these bodies to the colder,during some hours perhaps,or the course at a day,at the end of which time,if we apply a thermometer to them all in succession,it will point precisely to the same degree.”2023/2/15 34 大学物理（热学）大学物理（热学）金晓峰金晓峰 复旦大学物理系复旦大学物理系 2006-9-13 4.58 torr 273.16 K 273.16 K 373.15 K 2023/2/15 45 大学物理（热学）大学物理（热学）金晓峰金晓峰 复旦大学物理系复旦大学物理系 2006-9-30“That he may sometimes have missed the target in his speculations,as for example,in his hypothesis of light quanta,cannot really be held too much against him,for it is not possible to introduce fundamentally new ideas,even in the most exact sciences,without occasionally taking a risk.”1913,Planck,Nernst,Rubens,and Warburg proposed Einstein for Prussian Academy:It is of great advantage to the student of any subject t o r e a d t h e o r i g i n a l memoirs on that subject,for science is always most completely assimilated when it is in the nascent state.James Clark Maxwell 对任何领域的学生来说，对任何领域的学生来说，阅读相关的原始文献都是极阅读相关的原始文献都是极有益处的，因为处在雏形中有益处的，因为处在雏形中的科学最容易被消化。的科学最容易被消化。James Clark Maxwell Phil.Mag.19(1860)19 麦克斯韦分布演示 程序 2023/2/15 61 大学物理（热学）大学物理（热学）金晓峰金晓峰 复旦大学物理系复旦大学物理系 2006-9-20 2023/2/15 64 大学物理（热学）1)Review 2)Applications 2006-12-6 Heat is energy that is transferred from one body to another because of a difference in temperature.dU=dQ+dW Molar Specific Heats Q=nCvT (Cv=mcv/n)Q=nCpT (Cp=mcp/n)for the same T:Qv=U (dU=dQ-PdV)Qp=U+PV Qp-Qv=PV nCpT-nCvT=P(nR T/P)Cp-Cv=R an ideal monatomic gas:Qv=U Because:U=3nRT/2 Thus:U=3nRT/2=nCvT Or:Cv=3R/2 Adiabatic expansion:dU=dQ-PdV=-PdV(since dQ=0)on the other hand:dU=nCvT so:nCvT+PdV=0 From PV=nRT,we have:PdV+VdP=nRdT and:nCv(PdV+VdP)/nR+PdV=0 or:(Cv+R)PdV+CvVdP=0 Since Cp=Cv+R So:CpPdV+CvVdP=0 Or:(Cp/Cv)PdV+VdP=0 Define:=Cp/Cv dP/P+dV/V=0 lnP+lnV=C Therefore:PV=C