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　　本系列图书是北京教育科学研究院组织高等学校资深教授、青年学者、中学特级教师等合作编写的、以学有余力的高中生为目标读者的高中物理教材，被全国中学生物理竞赛委员会指定为参考教材。曾以《高中物理学》为名分别于1997年、20 00年、2006年出版3个版本。本册内容包括热学的基本概念、气体、固体和液体、物态变化、热力学定律。本书适合中学物理教师和参加中学物理竞赛、自主招生考试的高中生阅读。

前言

第7章热学的基本概念

7.1热现象的研究

7.1.1 热现象与热运动

7.1.2宏观量与微观量

7.1.3 热力学和统计物理学

7.2分子动理论基础

7.2.1物体由分子构成

7.2.2 分子在不停地无规则运动

7.2.3 分子之间有相互作用力

7.3温度和温标

7.3.1 平衡态和状态参量

7.3.2热平衡和温度

7.3.3温标和温度计

7.4内能

7.4.1分子的动能

7.4.2分子势能

7.4.3 内能

7.5热量和热传递

7.5.1 热量

7.5.2 热传递

7.5.3热平衡方程

第7章习题

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第8章气体

8.1气体的实验定律

8.1.1玻意耳定律

8.1.2查理定律和盖·吕萨克定律

8.2理想气体状态方程

8.2.1 理想气体及其状态方程

8.2.2 克拉珀龙方程

8.3气体分子运动的特点

8.3.1分子间的距离较大

8.3.2分子间的碰撞频繁

8.3.3分子沿各个方向运动的机会均等

8.3.4分子速率按一定规律分布

8.3.5统计规律和涨落现象

8.4理想气体的压强

8.4.1 单一理想气体的压强

8.4.2道尔顿分压定律

8.5理想气体的温度和内能

8.5.1理想气体的温度

8.5.2理想气体的内能

8.6真实气体范德瓦耳斯方程

8.6.1分子体积所引起的修正

8.6.2 分子间引力所引起的修正

第8章习题

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第9章固体和液体

9.1 固体

9.1.1 晶体的宏观特征

9.1.2 晶体的微观结构

9.1.3 晶体中粒子的热运动

9.2液体

9.2.1液体的微观结构

9.2.2 液体中分子的热运动

9.3液体的表面现象

9.3.1 液体的表面张力

9.3.2润湿（浸润）现象

9.3.3 毛细现象

9.4固体和液体的热膨胀

第9章习题

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第10章物态变化

10.1熔化和凝固

10.1.1熔点

10.1.2 熔点与压强的关系

10.1.3熔化热

10.2蒸发饱和气与饱和蒸气压

10.2.1 蒸发现象

10.2.2 饱和气与饱和蒸气压

10.3沸腾汽化热

10.3.1 沸腾

10.3.2 汽化热

10.4液化临界温度

10.4.1 液化与汽化曲线

10.4.2 临界温度

10.5升华和凝华三相点和三相图

10.5.1 升华和凝华 升华曲线

10.5.2 三相点和三相图

10.6空气的湿度露点

10.6.1 空气的湿度

10.6.2露点

第10章习题

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第11章热力学定律

11.1热力学定律

11.1.1 焦耳实验 功与内能

11.1.2热量与内能

11.1.3热力学定律

11.2理想气体的几种热力学过程

11.2.1等容过程

11.2.2等压过程

11.2.3等温过程

11.2.4 绝热过程

11.3 自然过程的“方向”和热力学第二定律

11.3.1 自然过程的“方向”

11.3.2热力学第二定律

11.4热力学第二定律的微观意义

11.4.1 宏观状态与微观状态

11.4.2 热力学第二定律的统计意义

11.5熵与“热寂”

第11章习题

阅读材料

总复习题

部分习题答案

附录

索引

沈克琦，物理学家、教育家。长期从事物理教学、物理教学研究工作和高等教育行政工作，为办好北京大学物理系、推进理科高等教育改革、提高中学物理教学质量做出了重要贡献，培养造就了一大批优秀物理学人才。曾任北京大学副校长、烟台大学校长，晚年主编《中国科学技术专家传略》物理学卷。

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8.3.3 分子沿各个方向运动的机会均等

　　气体分子做杂乱无章的热运动，就某一个分子来说，它在某一时刻的速度具有怎样的大小和方向，完全是偶然的，但是，对大量分子的整体而言，分子的运动是否会表现出一定规律性呢？

　　我们首先讨论分子运动的方向，正因为大量分子的运动十分混乱，在某一时刻向任一方向运动的分子都有，我们可以想见，在任一时刻分子沿各方向运动的机会是均等的，没有任何理由说一个方向会比其他方向特殊一些，既然在任一时刻分子沿各方向运动的机会是均等的，这就意味着沿各个方向运动的气体分子数都是一样的。

　　当然，这里所说的数目相等并不是的，例如，在某一时刻，沿某一方向运动的分子数是10000个，沿另一方向运动的分子数可能是10001个，沿第三个方向运动的分子数可能是9999个，它们并不相等，而是有一些微小的差别，在另一时刻，各个方向的分子数目又会有微小的改变，但是若取它们的平均值，则可以说沿每个方向运动的分子数都是10000个，如果我们所研究得到气体系统中的分子数越多，这种平均值与实际情况的偏差的百分数就越小，也就是与实际情况越接近，我们把这种平均值称为统计平均值。

　　从以上的分析可以看出，虽然在某一时刻某个分子向哪个方向运动是有偶然性的，但对大量气体分子所组成的系统却表现出一种规律性——气体分子沿各个方向运动的数目相等。

　　8.3.4 分子速率按一定规律分布

　　气体中即使是沿同一方向运动的分子，它们的速率一般也不相等，而是有的大，有的小，甚至可有很大的差别，而且由于频繁的碰撞，就某一分子而言它的速率将是不断变化的，那么，对大量分子组成的系统整体而言，分子速率是否就毫无规律了呢？

　　为了回答这个问题，自然应该通过实验测定出具有各种不同速率的分子数目，至少应该测定出分子速率在每个速率区间中的分子数，表8.3给出了氧气分子在0℃和100℃时的速率分布的实验数据，从表中可以看出，在0℃时，速率在300～400m·s—1区间的分子数多，速率大于400 m·s—1的各区间和小于300 m·s—1的各区间中的分子数依次递减，速率很大和很小的分子数则很少，这种情况也可以粗略地用图8.10中的锯齿形曲线来表示，可以想见，如果实验测定时把速率间隔取得小一些、再小一些……在极限情况下锯齿形曲线将变成图8.10中的平滑曲线，根据同样的做法和道理，采用表8.3中100℃时的数据，我们可以得到图8.11.两个图线都明显地具有“气体的大多数分子的速率都在某个数值附近。

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　　全国中学生物理竞赛委员会指定参考书 中学物理课本和大学普通物理课本之间的桥梁 物理概念准确，物理图像清晰，物理思想深刻 专为中学生编写，中学生看得懂，能消化 图片质量高，版式精美，注重阅读体验

前言

前言

这本教材是为学校里学习基础较好且学有余力并对物理学科饶有兴趣、愿意深入钻研的学生编写的，其内容的深度和广度均超出原来的教学大纲和现行课程标准的要求.其目的在于充分开发学生的智力，使学生在高中阶段不仅能学到比较扎实的基础知识，而且在科学思维和科学方法，理论结合实际地进行综合分析的能力，热爱科学、勇于探索创新的精神，严谨的科学态度和科学作风等方面都能得到培养和提高，从而具有较全面的科学文化素质，为今后进一步学习和工作打下良好的基础.

现就编写这本教材的一些考虑和如何使用本教材的建议叙述如下.

1. 教学重点放在基本概念和基本原理上.从伽利略、牛顿时代开始，经过300多年无数科学家的努力，物理学已经成为比较成熟、系统性很强的学科.物理学的成果对现代自然科学和工程技术的发展起着巨大的推动作用，每一门新技术的出现都是物理学研究取得突破的结果.说物理学成熟和系统指的是物理学的知识已形成一个内部结构严密的体系，广泛的实践已经证明物理学的基本原理和规律正确地反映了客观世界的运动、发展和演化.只要能正确地理解和掌握这些概念、原理和规律及研究问题的科学方法，许多看来头绪纷繁的问题都有可能迎刃而解，对不断出现的新知识的理解也将比较容易.所以，高中物理课的首要任务应该是基本物理概念和原理的教与学，力求使学生对它们有比较清楚的理解.因此，在教材中不惜多费笔墨对一些概念和原理作了比较深入的阐述，在教学中也应当在这方面多花一些时间.要做到真正的理解，单靠讲和听是不行的，必须通过学生独立思考，把教学过程从被动接受转变为主动学习，才能使学习内容成为学生头脑中印象深刻、具有有机联系的知识.这个过程需要多花一些时间.这样，虽然表面上教学进度慢了，但实际上学生真正弄懂了所学内容，就能牢记不忘，而且学会了科学思维的方法，可以举一反三，触类旁通，把知识变活了，将来学习会越来越顺利，总的效果会是快而不是慢，且能学得更好、更扎实.

2. 如前所述，本教材的内容与传统和现行高中教材相比，在深度和广度上均有所超出.对于这部分内容的要求应区别不同情况作不同处理，不要都与基本原理的要求一样.这部分内容大体上可以分为四种情况.

（1） 与基本概念、基本原理密切相关的内容，学生应该掌握，才能达到“真正的理解”.如力学中的矢量、近乎微积分的分析处理方法、简谐振动表达式、振动的合成和波的叠加的推导等均属这一类.这些概念和方法在物理学中使用较多，也有助于学生更好地理解有关内容，高中学生也是能够掌握的.其中一些内容学生开始接触时可能有些困难，不要因此而回避，也不要期望一步到位.经过多次接触，反复运用，后可以达到预期目的.

（2） 属于物理学基本原理，但在高中阶段只能达到初步理解的内容.如力学中的角动量、刚体定轴转动、流体动力学等均属此类.这些内容涉及的物理现象是生活中经常遇到的，它们又是进一步学习的基础.因此在高中应该教一点初步知识，以拓宽学生的思路，并为进一步学习做点准备.对这部分内容要求要适当，不能要求学生有深入的理解.在课后作业方面只要求做一些有助于理解所讲内容的习题.

（3） 适当增加了一些近代物理方面的内容.面向21世纪的中学生应该对20世纪初以来的近代物理学有一定的了解，跳出经典物理学的框框，获得比较完整、准确的物理概念.但由于学生数学物理基础的限制，这部分内容只能是初步的.对于书中增加的一些近代物理的基本概念、原理和结论，如相对论、量子论和粒子与宇宙等内容，有的采取渗透的方法，在讲授经典物理知识时加入有关的内容；有的则比较系统地进行简要介绍，讲解中侧重基本概念、发展脉络和研究方法.近代物理学的发展过程充满了新旧观念的矛盾、理论与实验的矛盾，也正是这些矛盾推动了物理学的发展.这对于启发学生的科学思维和创新精神是十分有利的.这部分内容以及新增加的经典物理学中的统计概念、不可逆过程等，不可能要求学生完全理解，只要求学生知道一些基本的概念，知道还有不少问题有待进一步学习就行了.这样，学生学到的知识是开放型的，而不是封闭型的，学生的求知欲得到进一步的激发.学到的某些新知识就如一个嫩芽，遇到适宜的环境，它就能够生长起来.每个人的条件不同，今后的发展也会有很大差别.这样安排有利于学有余力的学生通过学习较早地接触到更深一些的内容从而达到更高的水平.

教师在讲授这方面内容时可以相机行事，进行适当的增删.学生则要改变老师教多少就学多少的被动学习习惯，采取主动学习、充分发挥自己潜力的学习方法.

（4） 阅读材料.多数是介绍科学家的事迹和扩大知识面的材料.这些材料有利于提高学生的科学素质.阅读这些材料不费多少时间，希望每位学生都能认真阅读、思考并有所体会.

3. 一定要通过各个教学环节加强能力培养，特别是科学思维能力的培养.要结合理论教学和具体事例讲授科学家如何发现问题、如何探索解决问题的途径，他们采用的科学方法，他们具有的严谨的科学作风、兢兢业业的敬业精神和勇于突破的创新精神.讲授原理时要注意讲清思路而不是只讲结论.有的内容可以不讲而要求学生自学，思考题要求学生认真思考并相互讨论，把有关概念和原理真正搞清楚.做习题是教学过程的必要环节，要求学生在认真复习课堂讲授内容基础上独立完成作业.希望学生在解题过程中弄清思路，务求做一题就有一题的收获.

4. 实验教学是物理教学的重要环节.实验教学既与理论教学相联系，又有一定的相对独立性.鉴于已有专门的中学物理实验教材出版，本教材未编入具体的实验内容.

在编写这套教材时，曾组织大、中学校老师召开过多次座谈会，他们提出了许多宝贵的意见和建议.这套教材的力学部分先后由张继恒、张维善执笔；热学部分由张维善执笔；电磁学部分由林婉执笔；光学和近代物理部分由张维善执笔.沈克琦主持编写并对全书进行了审阅.

中国科学技术大学出版社为本书的编写、出版做了大量工作，谨表诚挚的谢意.我们还由衷地希望看过和用过此教材的老师和同学提出宝贵的批评和意见，以帮助我们进一步改进，使之日臻完善.谨致谢忱.

沈克琦

2014年9月

书籍介绍

本系列图书是北京教育科学研究院组织高等学校资深教授、青年学者、中学特级教师等合作编写的、以学有余力的高中生为目标读者的高中物理教材，被全国中学生物理竞赛委员会指定为唯一参考教材。曾以《高中物理学》为名分别于1997年、2000年、2006年出版3个版本。本册内容包括热学的基本概念、气体、固体和液体、物态变化、热力学定律。本书适合中学物理教师和参加中学物理竞赛、自主招生考试的高中生阅读。

这本教材是为学校里学习基础较好且学有余力并对物理学科饶有兴趣、愿意深入钻研的学生编写的，其内容的深度和广度均超出原来的教学大纲和现行课程标准的要求。其目的在于充分开发学生的智力，使学生在高中阶段不仅能学到比较扎实的基础知识，而且在科学思维和科学方法，理论结合实际地进行综 合分析的能力，热爱科学、勇于探索创新的精神，严谨的科学态度和科学作风等方面都能得到培养和提高，从而具有较全面的科学文化素质，为今后进一步学习和工作打下良好的基础。