《热学+习题指导》-图书推荐
编辑推荐
《热学》这本书是为大学物理系热学课程编写的的教材，系统简明地介绍热运动的基本性质、规律，以及热物理学研究的基本方法及其应用。并配置236道习题，其中约1/4是根据目前备受关注的自然现象、日常生活、科学仪器、学术问题和正在研究的问题改编或新编而成的，其中一些习题的解答甚至要用到最近才发表的研究成果，其难度很大，而且难以从现有的教材或习题解答指导中找到完整的资料。
因此作者整理了手边的资料，完成了习题指导。习题指导在给出通常层面上对问题解答的同时，着重关注了对问题的物理情景分析和解答的系统性。还给出一些附注，以展示问题的广延性，能帮助读者更深入地掌握热学的精华和要领所在。
内容简介
全书共分7章，各章内容包括：1.热力学系统的平衡态及状态方程；2.热平衡态下微观状态的统计分布律；3.近平衡态中的输运过程；4.热力学一定律；5.热力学第二定律和第三定律；6.液体的性质；7.单元系的相变与复相平衡。
该书附有习题和部分参考答案。
《热学 21世纪物理规划教材 基础课系列》可作为高等学校物理类各专业“热学”的教材或教学参考书。 本书是为大学物理系热学课程编写的的习题指导书，其内容分七章：第一章 热力学系统及平衡态的基本概念和状态方程，第二章 热平衡系统中微观粒子按微观运动状态的统计分布，第三章 偏离平衡态不太的系统中的输运现象及其本质，第四章和第五章为热力学过程的动力学规律，第六章 液体的基本性质，第七章 相和相变的基本概念以及单元系中常见相变的现象、性质、规律及其唯象理论描述方法。共230多道习题，其中相当一部分具有研究层面的意味，由之可以加强训练、提高能力。
本书着重理论与应用的有机结合；力求循序渐进、准确严谨，着重物理图像和知识体系的建立，并适时联系前沿研究现状。整体以求窥得物理学"见物讲理、依理造物"的学科真谛。
作者简介
刘玉鑫，博士，北京大学物理系教授，国家杰出青年基金获得者；现任北京大学物理学院副院长、教育部全国高等学校物理类专业教学指导委员会秘书长，中国物理学会物理教学委员会秘书长；长期从事原子核奇异运动形态及不同模式形态间的相变、QCD相变及早期宇宙强相互作用物质的演化、致密核天体的结构与性质、少体及多体系统的代数研究方法等方面的研究工作，并取得一系列原创性成果；长期从事热学、原子物理学、李群与李代数、原子核理论、平衡态统计物理、量子力学等核心课程的建设和讲授工作。曾获国家自然科学奖三等奖（1997年）、全国高校青年教师奖（2002年）、北京市教学名师奖（2007年）、北京市优秀教师称号（2013年）等；负责组织实施的北京大学物理学院教学改革工作，获国家教学成果奖二等奖（2005年）。 刘玉鑫，北京大学物理学院教授、副院长，博士生导师，1997年获国家自然科学奖三等奖，1999年享受国务院政府特殊津贴，2004年获得国家杰出青年基金，2007年被评为北京市高等学校教学名师。他1984年本科毕业于新乡师范学院物理系，1988年12月在清华大学现代应用物理系获硕士学位，1992年6月在清华大学现代应用物理系获博士学位。
目录
目录
第一章热力学系统的平衡态及状态方程 1
1.1
物质结构的基本图像 1
1.1.1
物质结构的原子分子学说 1
1.1.2
物质分子处于不停顿的无规则运动状态 2
1.1.3
分子之间存在相互作用 3
1.2
热力学系统及其状态参量 5
1.2.1
热力学系统及其分类 5
1.2.2
热力学系统的状态参量 6
1.3
平衡态的概念 7
1.4
温度与温标 9
1.4.1
温度的概念 9
1.4.2
温度相同的判定原则—— 热力学第零定律 9
1.4.3
温度高低的数值标定—— 温标 10
1.5
状态方程及一些系统的状态方程的唯象确定 14
1.5.1
状态方程的基本概念 14
1.5.2
理想气体的状态方程 17
1.5.3
实际气体状态方程简介 23
1.5.4
确定状态方程的唯象方法的一般讨论 26
1.6
理想气体状态方程的初级微观理论 31
1.6.1
理想气体的微观模型 31
1.6.2 理想气体的压强公式 31
1.6.3
温度的本质 34
习题 36
第二章热平衡态下微观状态的统计分布律 43
2.1
统计规律与分布函数的概念 43
2.1.1
事件及其概率 43
2.1.2
统计规律及其伽尔顿板实验演示 44
2.1.3
随机变量与分布函数 45
2.1.4
一些常见的分布律 49
2.2
麦克斯韦分布律 52
2.2.1
速度空间与速度分布律的概念 52
2.2.2
麦克斯韦速度分布律和速率分布律 54
2.2.3
麦克斯韦分布律的实验检验 57
2.2.4
麦克斯韦分布律的一些应用举例 61
2.3
麦克斯韦– 玻尔兹曼分布律 68
2.3.1
重力场中微粒密度随高度的等温分布 68
2.3.2
玻尔兹曼密度分布律及麦克斯韦– 玻尔兹曼分布律 69
2.4
能量均分定理与热容量 72
2.4.1
分子的自由度 72
2.4.2
能量均分定理 72
2.4.3
理想气体的内能及热容量 75
2.4.4
固体的内能及热容量 81
2.5
粒子按微观运动状态的分布规律 82
2.5.1
微观粒子运动状态的描述及微观粒子系统的分类 82
2.5.2
三类系统的微观态数目 85
2.5.3
近独立粒子系统的粒子按能量的最概然分布 88
2.6
气体分子的碰撞及其概率分布 101
2.6.1
气体分子的平均自由程与平均碰撞频率 101
2.6.2
气体分子碰撞的概率分布 105
习题 108
第三章近平衡态中的输运过程 114
3.1
近平衡态中的输运过程及其宏观规律 114
3.1.1
黏滞现象及其宏观规律 114
3.1.2
热传导现象及其宏观规律 116
3.1.3
扩散现象及其宏观规律 117
3.2
气体中输运现象的微观解释 120
3.2.1
输运过程中的流 120
3.2.2
黏滞、热传导及扩散现象的微观解释及相应系数的确定 121
3.3
稀薄气体中的输运现象 126
3.4
布朗运动及其引起的扩散 127
3.4.1
布朗运动的理论描述 127
3.4.2
布朗粒子的扩散举例 129
3.5
非平衡过程中的一些常见现象简介 131
3.5.1 分岔、分形与自相似结构 131
3.5.2
耗散结构与自组织现象 133
习题 136
第四章热力学第一定律 139
4.1 热力学过程和准静态过程 139
4.1.1
热力学过程及准静态过程的概念 139
4.1.2
实现准静态过程的可能性及条件 140
4.2
热力学第一定律 141
4.2.1 能量守恒定律 141
4.2.2 功—— 力学作用下转移的能量 142
4.2.3
热量—— 热学相互作用下转移的能量 144
4.2.4 内能—— 热力学系统的内部能量 145
4.2.5
功、热量及内能间的关系—— 热力学第一定律 145
4.3
热力学第一定律在物体性质描述中的简单应用 147
4.3.1
物体的热容量 147
4 第一章习题解答 1
第二章习题解答46
第三章习题解答 106
第四章习题解答 130
第五章习题解答192
第六章习题解答 230
第七章习题解答 275
主要参考书目313
前言/序言
目前认识到的运动形式有机械的、热的、电磁（包括光）的和“暗”的等，热学是研究热运动的规律及其对物质宏观性质的影响，以及热运动与其它各种运动形式之间相互转化的规律的物理学分支，很显然，热学的研究对象包括热运动的规律和物质的宏观性质两个方面，宏观性质可以根据其状态的特征分为静态的和动态的，并可以根据其运动形式分为力的、热的和电磁（光）的，等等。物质系统（亦称为热力学系统）的最重要特征之一是其由大量微观粒子组成，也就是说热力学系统既可以是宏观上的大系统，也可以是宏观小微观大的系统，因此热学的研究对象不仅包括宏观可见的系统还包括通常意义上的微观系统，再者，物质的状态不仅包括固态、液态、气态、等离子体态、高压态、粉尘态等表观（平常可见）的状态，还包括仅微观可见的由物质的组分粒子的关联（或构型、结构）决定的微观状态。通常把仅宏观可见的状态简称为物态，把考虑微观结构的状态简称为物相，例如常见的物质——铁，由其分子（原子）构成四种不同的晶体结构，于是铁有体心立方δ铁、面心立方γ铁、体心立方β铁和体心立方cc铁，并且其性质有较大差异，因此都呈现为固态的铁有四种相，那么，物相是具有更普遍意义的描述热力学系统状态的概念，系统由一个相向另一个相的演化（变化）统称为相变。现代物理学研究表明，物质演化（包括宇宙等的演化）过程中，相变起着至关重要的作用，因此相结构与相变已成为现代物理学的重要研究领域。
根据热学的研究对象的上述特点，在长期的研究中逐渐形成了由宏观人手和由微观人手两种方法，并分别简称为宏观方法和微观方法。宏观方法是根据大量观测事实，应用数学工具，通过逻辑推理和演绎，分析总结归纳出确定的、可观测的宏观量之间的关系及其变化规律，由于观测事实既可以是静态的也可以是动态的，因此这种方法既适用于研究状态方程等静态性质也适用于研究热力学定律等动态规律，通常也称之为热力学方法，显然，这种方法具有唯象和可靠、普适的特点。微观方法是根据物质微观结构的学说，从微观层次出发，利用统计的方法阐述物质宏观性质的物理本质，因此通常也称之为统计物理方法。显然，这种方法具有唯理和基本的特点，但由于受到对微观结构及组分粒子间相互作用认识的水平和实际计算能力的限制，这种方法被认为具有近似的特点。由于宏观物理量是相应的微观量的统计平均值，因此热力学（宏观）方法和统计物理（微观）方法相辅相成、互为补充。
作为基础物理课程热学的教材或参考书，本书系统简明地介绍热运动的基本性质、规律以及热物理学研究的基本方法及其应用，根据热物理学的研究对象的上述特点，其内容共分七章。第一章介绍热力学系统及其平衡态的基本概念、状态参量之间的关系及其微观本质。第二章介绍热力学系统中微观粒子热运动的基本规律——按微观运动状态的统计分布律。第三章对偏离平衡态不大的系统（即近平衡系统）中的输运现象予以简要介绍，并说明输运现象的微观本质。第四章和第五章介绍热力学过程的基本规律——热力学的第一、第二和第三定律，并对内能、焓、熵、自由能、自由焓及化学势等物理量予以讨论。第六章介绍液体的彻体和表面两方面的基本性质（对于气体性质的讨论已穿插于前几章之中，不再单列；对于固体，对其性质进行讨论的课程已经被列为必修课程，并有大量教材和专著，本书也不专门讨论）。第七章介绍相和相变的基本概念以及单元系中常见相变的现象、性质、规律及其唯象理论描述。按前述的热力学系统的状态的性质，本书内容采用将静态性质与动态性质两部分大致分开、分别讨论的方式来展开。第一和第二章讨论静态性质和规律，第三、第四、第五和第七章重点讨论动态性质和规律，第六章讨论特殊系统的静态和动态性质。按原理、方法及其应用的著录展开方式来看本书的内容，其第一、第二、第三、第四和第五章主要介绍原理、规律和方法，穿插介绍一些应用；第六章和第七章主要介绍前述规律和方法的应用，为展示宏观方法与微观方法之间的关系，在各章节的介绍和讨论中都兼顾两种方法，当然，考虑各课程内容划分的惯例，本书对微观方法的介绍和讨论是在“分子”动理论的框架下来展开，不采用标准的统计物理的系综理论方法。全书的内容和分量与基础物理学的热学课程约45～54学时相匹配，可作为相应的教材或参考书，其基本内容也可供32～40学时的热学课程的教学使用。
关于教学，尤其是基础物理课程教学，经过多年的努力，人们基本上已经将其目标定位由单纯向同学们传授知识，转变到了提高同学们自己获取知识的能力、提高同学们批判性思维的能力和创新性研究的能力，为真正实现这一目标定位，作者认为至少应该注意下述事项或环节：（1）准确把握并宣扬物理的内涵和外延，避免物理被认为是“纯粹理论”科学、甚至因所谓的加强应用技术而将物理课程边缘化；（2）着重对基本概念的准确论述和讲解，着重于物理原理和机制的基础性及其寻根求源的探索性，切莫让人将“物理”误认为是“无理”；（3）着重物理图像和知识体系构建以及解析计算能力、数据分析能力的培养，着重定理、定律及公式的实质及适用条件的分析，避免生拉硬套甚至误导学生；（4）积极调动和激发同学们探索未知的兴趣和欲望，培养并提高同学们批判性思维的能力和创新性研究的能力，切忌抹杀同学们的好奇心和批判精神。