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內容簡介

　　《熱力學與統計物理簡明教程》是依據高等學校物理學類專業本科“熱力學與統計物理學”課程教學大綱的基本要求，並本著易教易學的原則而編寫的《熱力學與統計物理簡明教程》在體係安排、講解方式和結果分析三方麵作瞭改進，具有條理清晰、背景翔實和學以緻用的特色。全書共九章，內容包括熱力學基本定律、熱力學函數及關係、相平衡與相變、統計熱力學、玻耳茲曼統計、係綜理論、量子統計、非平衡統計力學初步、計算統計物理《熱力學與統計物理簡明教程》含有練習題、思考題、習題和模擬試題以及部分習題答案。
　　《熱力學與統計物理簡明教程》適閤作為普通高等學校物理學類專業和相近專業“熱力學與統計物理學”課程的教材和參考書。

內頁插圖

目錄

第一章 熱力學基本定律
§1．1 物態方程和狀態參量
§1．2 熱力學第零定律
1．2．1 定律的內容
1．2．2 溫度的意義與溫度計
§1．3 熱力學第一定律
1．3．1 功和熱
1．3．2 內能與兩個相關實驗
1．3．3第一定律及應用
1．3．4第一定律的一種微觀解讀
§1．4 熱力學第二定律
1．4．1第二定律的錶述
1．4．2 熱機
1．4．3 卡諾定理
1．4．4 TdS方程
1．4．5 熵變計算
§1．5 熱力學第三定律
1．5．1第三定律的曆史
1．5．2 量子觀點
1．5．3 熱力學絕對零度的不可實現和低溫熱容
本章小結
附錄
思考題和習題

第二章 熱力學函數及關係
§2．1 焓、自由能和吉布斯函數
§2．2 特性函數與麥剋斯韋關係
§2．3 均勻物質熱力學
2．3．1 錶麵係統的熱力學
2．3．2 磁和電介質熱力學
2．3．3 低溫獲得的方式
§2．4 熱輻射的熱力學
§2．5 熱力學穩定性
本章小結
附錄
思考題和習題

第三章 相平衡與相變
§3．1 開放係統與相律
§3．2 剋拉珀龍方程
§3．3 氣液兩相的平衡與轉變
§3．4 相變的分類
§3．5 臨界現象
本章小結
附錄
思考題和習題

第四章 統計熱力學
§4．1 熱力學概率
4．1．1 從投擲硬幣談起
4．1．2 熱力學概率與熵的關係
§4．2第二定律的一種微觀理解
§4．3 準熱力學方法
§4．4 微觀狀態的經典和量子描寫
4．4．1 微觀狀態的經典描寫
4．4．2 微觀狀態的量子描寫
§4．5 信息論基礎
本章小結
附錄
習題

第五章 玻耳茲曼統計
§5．1 玻耳茲曼統計分布律
§5．2 配分函數技術
§5．3 能量均分定理
5．3．1 能量均分定理的推導
5．3．2 氣體熱容的經典理論
§5．4 玻耳茲曼分布的實際適用性
§5．5 玻耳茲曼統計的應用
5．5．1 量子諧振瞭
5．5．2 具有內部自由度的氣體
5．5．3 兩能級係統：理想順磁質
本章小結
附錄
思考題和習題

第六章 係綜理論
§6．1 經典統計係綜和廠空間
§6．2 微正則係綜
§6．3 正則係綜
6．3．1 正則係綜的定義與分布函數
6．3．2 正則分布的特點
§6．4 巨正則係綜
§6．5 三種係綜分布的關係
*§6．6 全同粒子
6．6．1 吉布斯修正因子的基礎
6．6．2 吉布斯佯謬：混閤熵
本章小結
附錄
思考題和習題

第七章 量子統計
第八章 非平衡統計力學初步
第九章 計算統計物理
課程總結
模擬試題
習題答案
教學安排建議
參考文獻
常用物理常量

前言/序言

　　熱力學與統計物理學的研究對象都是由大量粒子組成的宏觀係統，目的是研究這些係統與熱現象有關的宏觀性質。然而兩者的研究方法截然不同，熱力學是從若乾經驗定律齣發，通過數學上的邏輯演繹方法，最終給齣係統的宏觀熱性質；而統計物理則是從單個粒子的力學規律齣發，加上統計假設，來獲得係統的宏觀性質。由此看來，統計物理是微觀與宏觀的橋梁，它提供瞭研究物質宏觀性質的一個有力的理論工具。
　　平衡態熱力學與統計物理學既是一門高度成熟的學科，又是一個蓬勃發展的領域。由於它的成熟，使得國內外教材中許多基本內容的選取與處理都已大緻定型，但由於它的廣泛性和可發展性，也為編寫有特色的教材提供瞭動力和機遇。
　　一、按照有利於教與學的原則，編排內容體係
　　熱力學與統計物理是大學本科最後一門專業基礎課程，內容繁雜、綜閤性強、物理思想深刻。一本教材要從學生容易理解、教師方便教學的角度齣發，將基本概念和定理具體化、數值化、圖像化，使解決問題的辦法有章可循，把對知識的溯本求源與擴展引申相結閤。筆者從事熱力學與統計物理教學十餘年，近年來為物理專業國傢公費師範生講授“熱力學與統計物理學”課程，從大量國內外著作和論文比較錶明：國內教材體係規範，國外教材形式活潑，在兩者之間尋找一種平衡，將有利於學生掌握課程，也增加瞭可讀性。
　　熱力學是建立在由實驗總結齣來的四條定律基礎之上的，本教程重視確定理想氣體性質的兩個實驗、低溫物理實驗演變而來的第三定律、範德瓦耳斯氣體方程麯綫與氣液共存實驗等溫麯綫的比較。在統計物理部分，設立“統計熱力學”一章，將微觀狀態數、信息與熵聯係起來，以突齣平衡態統計物理的假設是等概率法則，統計物理在係綜理論形成之後，其在方法論上顯示齣明顯的優越性，無不滲透在當今各種隨機現象的研究之中。因此，在第六章“係綜理論”中，我們著力比較瞭三種係綜的關係、吉布斯修正因子的普遍基礎、從混閤熵看吉布斯佯謬，本書精簡瞭一些內容，留齣空間以便將諸如“微觀力學可逆性而宏觀熱力學不可逆性”等基本問題講述得更充分。
　　二、注重知識鏈節點的背景，加強結果的分析與討論
　　學習理論物理，既要領會基本概念引入的前提和用意，也要強調數學邏輯的嚴密性，兩者相輔相成。例如，熵引入的數學要求、自由能和焓的通俗含義，由熵增看自由能和焓減小的平衡判據。大多數教材皆把諸如從全微分條件導齣態函數的偏導數、拉格朗日乘子法求極值、斯特林近似等數學以附錄形式放在最後，初學者可能會忽視它們；而求和變積分、極限溫度展開的近似性如何，我們將它們放人相應的章節，並且給齣實例，甚至用精確的數值繪齣圖錶來體會這些數學的作用，
　　在知識鏈條中間應設有節點。本書以腳注的形式介紹相應的重要曆史人物和事件，以期增長學生的科學史觀；刻意安排瞭一些小練習，使學生停頓一下來加以鞏固；每一章皆有一些錶格對內容進行梳理，這將有利於學生的復習。
　　結果分析曆來是容易被本科生忽視的環節，學生以為一道習題給齣解答就完事大吉瞭。本書在許多問題後給齣瞭討論，學生要有意識地評判結果的正確性，例如量綱分析，“漸進理想”，以及現有結論的引申，因為任何前沿課題均建立在最基本的物理思想之上。
　　三、體現熱物理學與其他學科的交叉，以重要的實例來理解模型
　　統計物理在處理許多重要科學問題上取得瞭很大的成功，這為擴展學生的視野打開瞭一扇窗口，相變是一個新興的統計物理熱點領域，歸納和比較各種相變的類型和特點是很有必要的；怎麼提兩能級係統的重要性都不為過；另外，還有相對論性粒子在高能重離子核物理中的應用、玻色一愛因斯坦凝聚、費曼棘輪與分子馬達等。
　　四、夯實概率和統計平均思想，學以緻用
　　大多數教材在結尾部分均有“漲落理論”和“非平衡態統計物理簡介”兩章，涉及麵過大，應設法將這些內容與前麵的相聯係，本書將漲落的準熱力學方法移到第四章“統計熱力學”，而將時間演化部分閤並成“非平衡統計力學初步”一章，著重闡述微觀動力學的可逆性和宏觀熱力學過程的不可逆性，最後增設瞭“計算統計物理”一章，其中分子動力學、濛特卡羅方法和Mathematica非常適閤本科生在課外開展探究性研習：考慮真實的分子勢、對係綜分布進行抽樣、模擬非平衡動力學過程等。這也為他們將來的本科學位論文或畢業設計提供瞭一種可供選擇的數值方法，北京師範大學物理係在統計物理領域有著科研促進教學的良好傳統，作者得到瞭楊展如教授、鬍崗教授、趙崢教授、管靖教授等的關心及係行政領導的支持；作者與硃建陽教授閤作共同承擔北京師範大學“熱力學與統計物理學”精品課程的建設，在此謹錶謝院，作者近年來擔任《大學物理》雜誌副主編，經常聆聽趙凱華先生、喀興林先生等對教學改革的真知灼見，受益匪淺。還要感謝高等教育齣版社的高建博士、忻蓓和張海雁編輯對本書齣版的幫助，本書是作者依據高等學校物理學類本科生“熱力學與統計物理學”課程教學大綱的基本要求編寫而成的。由於本人水平所限，書中不當之處，歡迎讀者批評指正。
　　包景東
　　2011年5月於北京師範大學
熱力學與統計物理簡明教程 下載 mobi epub pdf txt 電子書

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