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包景东 编

图书标签:

• 热力学
• 统计物理
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出版社： 高等教育出版社

ISBN：9787040337204

版次：1

商品编码：11881117

包装：平装

丛书名： “十二五”普通高等教育本科国家级规划教材

开本：16开

出版时间：2011-11-01

用纸：胶版纸

页数：294

字数：340000

正文语种：中文

内容简介

　　《热力学与统计物理简明教程》是依据高等学校物理学类专业本科“热力学与统计物理学”课程教学大纲的基本要求，并本着易教易学的原则而编写的《热力学与统计物理简明教程》在体系安排、讲解方式和结果分析三方面作了改进，具有条理清晰、背景翔实和学以致用的特色。全书共九章，内容包括热力学基本定律、热力学函数及关系、相平衡与相变、统计热力学、玻耳兹曼统计、系综理论、量子统计、非平衡统计力学初步、计算统计物理《热力学与统计物理简明教程》含有练习题、思考题、习题和模拟试题以及部分习题答案。
　　《热力学与统计物理简明教程》适合作为普通高等学校物理学类专业和相近专业“热力学与统计物理学”课程的教材和参考书。

内页插图

目录

第一章 热力学基本定律
§1．1 物态方程和状态参量
§1．2 热力学第零定律
1．2．1 定律的内容
1．2．2 温度的意义与温度计
§1．3 热力学第一定律
1．3．1 功和热
1．3．2 内能与两个相关实验
1．3．3第一定律及应用
1．3．4第一定律的一种微观解读
§1．4 热力学第二定律
1．4．1第二定律的表述
1．4．2 热机
1．4．3 卡诺定理
1．4．4 TdS方程
1．4．5 熵变计算
§1．5 热力学第三定律
1．5．1第三定律的历史
1．5．2 量子观点
1．5．3 热力学绝对零度的不可实现和低温热容
本章小结
附录
思考题和习题

第二章 热力学函数及关系
§2．1 焓、自由能和吉布斯函数
§2．2 特性函数与麦克斯韦关系
§2．3 均匀物质热力学
2．3．1 表面系统的热力学
2．3．2 磁和电介质热力学
2．3．3 低温获得的方式
§2．4 热辐射的热力学
§2．5 热力学稳定性
本章小结
附录
思考题和习题

第三章 相平衡与相变
§3．1 开放系统与相律
§3．2 克拉珀龙方程
§3．3 气液两相的平衡与转变
§3．4 相变的分类
§3．5 临界现象
本章小结
附录
思考题和习题

第四章 统计热力学
§4．1 热力学概率
4．1．1 从投掷硬币谈起
4．1．2 热力学概率与熵的关系
§4．2第二定律的一种微观理解
§4．3 准热力学方法
§4．4 微观状态的经典和量子描写
4．4．1 微观状态的经典描写
4．4．2 微观状态的量子描写
§4．5 信息论基础
本章小结
附录
习题

第五章 玻耳兹曼统计
§5．1 玻耳兹曼统计分布律
§5．2 配分函数技术
§5．3 能量均分定理
5．3．1 能量均分定理的推导
5．3．2 气体热容的经典理论
§5．4 玻耳兹曼分布的实际适用性
§5．5 玻耳兹曼统计的应用
5．5．1 量子谐振了
5．5．2 具有内部自由度的气体
5．5．3 两能级系统：理想顺磁质
本章小结
附录
思考题和习题

第六章 系综理论
§6．1 经典统计系综和厂空间
§6．2 微正则系综
§6．3 正则系综
6．3．1 正则系综的定义与分布函数
6．3．2 正则分布的特点
§6．4 巨正则系综
§6．5 三种系综分布的关系
*§6．6 全同粒子
6．6．1 吉布斯修正因子的基础
6．6．2 吉布斯佯谬：混合熵
本章小结
附录
思考题和习题

第七章 量子统计
第八章 非平衡统计力学初步
第九章 计算统计物理
课程总结
模拟试题
习题答案
教学安排建议
参考文献
常用物理常量

前言/序言

　　热力学与统计物理学的研究对象都是由大量粒子组成的宏观系统，目的是研究这些系统与热现象有关的宏观性质。然而两者的研究方法截然不同，热力学是从若干经验定律出发，通过数学上的逻辑演绎方法，最终给出系统的宏观热性质；而统计物理则是从单个粒子的力学规律出发，加上统计假设，来获得系统的宏观性质。由此看来，统计物理是微观与宏观的桥梁，它提供了研究物质宏观性质的一个有力的理论工具。
　　平衡态热力学与统计物理学既是一门高度成熟的学科，又是一个蓬勃发展的领域。由于它的成熟，使得国内外教材中许多基本内容的选取与处理都已大致定型，但由于它的广泛性和可发展性，也为编写有特色的教材提供了动力和机遇。
　　一、按照有利于教与学的原则，编排内容体系
　　热力学与统计物理是大学本科最后一门专业基础课程，内容繁杂、综合性强、物理思想深刻。一本教材要从学生容易理解、教师方便教学的角度出发，将基本概念和定理具体化、数值化、图像化，使解决问题的办法有章可循，把对知识的溯本求源与扩展引申相结合。笔者从事热力学与统计物理教学十余年，近年来为物理专业国家公费师范生讲授“热力学与统计物理学”课程，从大量国内外著作和论文比较表明：国内教材体系规范，国外教材形式活泼，在两者之间寻找一种平衡，将有利于学生掌握课程，也增加了可读性。
　　热力学是建立在由实验总结出来的四条定律基础之上的，本教程重视确定理想气体性质的两个实验、低温物理实验演变而来的第三定律、范德瓦耳斯气体方程曲线与气液共存实验等温曲线的比较。在统计物理部分，设立“统计热力学”一章，将微观状态数、信息与熵联系起来，以突出平衡态统计物理的假设是等概率法则，统计物理在系综理论形成之后，其在方法论上显示出明显的优越性，无不渗透在当今各种随机现象的研究之中。因此，在第六章“系综理论”中，我们着力比较了三种系综的关系、吉布斯修正因子的普遍基础、从混合熵看吉布斯佯谬，本书精简了一些内容，留出空间以便将诸如“微观力学可逆性而宏观热力学不可逆性”等基本问题讲述得更充分。
　　二、注重知识链节点的背景，加强结果的分析与讨论
　　学习理论物理，既要领会基本概念引入的前提和用意，也要强调数学逻辑的严密性，两者相辅相成。例如，熵引入的数学要求、自由能和焓的通俗含义，由熵增看自由能和焓减小的平衡判据。大多数教材皆把诸如从全微分条件导出态函数的偏导数、拉格朗日乘子法求极值、斯特林近似等数学以附录形式放在最后，初学者可能会忽视它们；而求和变积分、极限温度展开的近似性如何，我们将它们放人相应的章节，并且给出实例，甚至用精确的数值绘出图表来体会这些数学的作用，
　　在知识链条中间应设有节点。本书以脚注的形式介绍相应的重要历史人物和事件，以期增长学生的科学史观；刻意安排了一些小练习，使学生停顿一下来加以巩固；每一章皆有一些表格对内容进行梳理，这将有利于学生的复习。
　　结果分析历来是容易被本科生忽视的环节，学生以为一道习题给出解答就完事大吉了。本书在许多问题后给出了讨论，学生要有意识地评判结果的正确性，例如量纲分析，“渐进理想”，以及现有结论的引申，因为任何前沿课题均建立在最基本的物理思想之上。
　　三、体现热物理学与其他学科的交叉，以重要的实例来理解模型
　　统计物理在处理许多重要科学问题上取得了很大的成功，这为扩展学生的视野打开了一扇窗口，相变是一个新兴的统计物理热点领域，归纳和比较各种相变的类型和特点是很有必要的；怎么提两能级系统的重要性都不为过；另外，还有相对论性粒子在高能重离子核物理中的应用、玻色一爱因斯坦凝聚、费曼棘轮与分子马达等。
　　四、夯实概率和统计平均思想，学以致用
　　大多数教材在结尾部分均有“涨落理论”和“非平衡态统计物理简介”两章，涉及面过大，应设法将这些内容与前面的相联系，本书将涨落的准热力学方法移到第四章“统计热力学”，而将时间演化部分合并成“非平衡统计力学初步”一章，着重阐述微观动力学的可逆性和宏观热力学过程的不可逆性，最后增设了“计算统计物理”一章，其中分子动力学、蒙特卡罗方法和Mathematica非常适合本科生在课外开展探究性研习：考虑真实的分子势、对系综分布进行抽样、模拟非平衡动力学过程等。这也为他们将来的本科学位论文或毕业设计提供了一种可供选择的数值方法，北京师范大学物理系在统计物理领域有着科研促进教学的良好传统，作者得到了杨展如教授、胡岗教授、赵峥教授、管靖教授等的关心及系行政领导的支持；作者与朱建阳教授合作共同承担北京师范大学“热力学与统计物理学”精品课程的建设，在此谨表谢院，作者近年来担任《大学物理》杂志副主编，经常聆听赵凯华先生、喀兴林先生等对教学改革的真知灼见，受益匪浅。还要感谢高等教育出版社的高建博士、忻蓓和张海雁编辑对本书出版的帮助，本书是作者依据高等学校物理学类本科生“热力学与统计物理学”课程教学大纲的基本要求编写而成的。由于本人水平所限，书中不当之处，欢迎读者批评指正。
　　包景东
　　2011年5月于北京师范大学

好的，这是一本名为《电动力学基础与前沿进展》的图书简介，内容详实，不含《热力学与统计物理简明教程》的任何信息。 --- 图书简介：《电动力学基础与前沿进展》 作者： [此处填写作者名，例如：李明 教授/王晓 博士] 出版社： [此处填写出版社名，例如：科学技术出版社/高等教育出版社] 定价： [此处填写定价] 页码： [此处填写页码] 开本： [此处填写开本，例如：16开] 导言：理解电磁世界的基石 电磁学是现代物理学的核心支柱之一，它不仅构成了经典物理学的四大基本相互作用之一的宏观描述，更是量子场论、粒子物理乃至凝聚态物理等诸多前沿领域不可或缺的理论基础。从宏观世界的电场、磁场分布，到微观层面的光子与物质的相互作用，电磁现象无处不在。 《电动力学基础与前沿进展》旨在为物理学、电子工程、应用数学等相关专业的学生和研究人员提供一套全面、深入且与时俱进的电动力学知识体系。本书不仅严谨地重述了麦克斯韦方程组的经典推导与应用，更着重于将这些理论框架与现代物理研究中的实际问题和新兴技术紧密结合。 本书结构清晰，逻辑严密，由浅入深，力求在保证理论完整性的同时，凸显物理图像的直观性与数学工具的精确性。 第一部分：静电场与稳恒磁场——经典的构建 本书的开篇部分聚焦于静电场和稳恒磁场的理论基础，为后续复杂的电磁现象建立坚实的数学和物理直觉。 第一章：电荷、库仑定律与高斯定律 本章从最基本的电荷概念出发，详细阐述了库仑定律的矢量形式及其在离散电荷系统中的叠加原理。重点在于高斯定律的严格推导及其在求解具有高度对称性电荷分布问题中的应用。此外，内容还涵盖了电势的概念、等势面、以及电偶极子的物理图像和场强。 第二章：导体、介质与静电场的能量 深入探讨了在静电平衡状态下导体内部的特性，如电荷分布、场强为零的物理意义，以及静电屏蔽效应。介质的引入，特别是线性电介质的极化现象，被详细分析，包括电位移矢量 $mathbf{D}$ 的引入及其在求解有介质情况下静电问题的有效性。能量密度和总静电能的计算被作为重要的概念进行讲解。 第三章：稳恒电流与毕奥-萨伐特定律 本章将焦点转向动态电荷——电流。首先定义了电流密度和连续性方程，阐述了电流的守恒定律。然后，详细推导了毕奥-萨伐特定律，并利用其计算了各种典型稳恒电流（如直线电流、圆环电流）产生的磁场。 第四章：安培环路定律与磁矢量势 安培环路定律作为磁场计算的另一个核心工具，其适用条件和局限性被细致讨论。随后，引入磁矢量势 $mathbf{A}$ 的概念，它为处理非对称磁场问题提供了比直接使用毕奥-萨伐特定律更有效的数学途径。本章还包含了磁介质（顺磁、抗磁、铁磁）的响应特性及磁化强度的分析。 第二部分：时变场与麦克斯韦方程组——统一的框架 本部分是全书的核心，标志着电磁学从分离的静电磁理论走向统一的电磁场理论。 第五章：法拉第电磁感应定律与电磁场的源 本章详细阐述了磁通量的变化如何产生电动势（法拉第定律）。通过对洛伦兹力在不同参考系下的表现分析，引出了电磁感应定律的微分形式，并强调了它与动生电动势和感生电动势的区别与联系。 第六章：麦克斯韦方程组的完整形式 本章通过对安培定律中“位移电流”项的引入，完成了对麦克斯韦方程组的整合。本书以严格的数学推导展示了这四个方程如何统一了电、磁现象，并预言了电磁波的存在。对四个方程的物理意义、积分形式与微分形式的互换，以及在不同介质边界条件下的应用进行了深入剖析。 第七章：电磁场的能量、动量与边界条件 电磁场的能量流密度（坡印廷矢量 $mathbf{S}$）及其守恒定律被系统地介绍，这不仅是理解能量传输的关键，也是后续辐射理论的基础。同时，详细给出了电场和磁场在不同介质分界面上的精确边界条件，这些条件是解决工程和实验问题的关键。 第三部分：电磁波的传播与辐射 本部分着重于麦克斯韦方程组的动态解，特别是自由空间和介质中的电磁波传播，以及辐射现象。 第八章：平面电磁波的传播 详细分析了在无源、无损均匀介质中（包括真空）平面电磁波的传播特性。讨论了波的相速度、群速度、波阻抗的概念。特别关注了横波的性质，以及电场、磁场和传播方向之间的相位关系。 第九章：电磁波的反射与折射 本章应用边界条件和惠更斯原理，分析了电磁波在不同媒质界面上的行为。严格推导了菲涅耳公式（Fresnel Equations），计算了不同极化（平行极化与垂直极化）电磁波的反射系数和透射系数，并探讨了全反射现象。 第十章：导波与腔体 将电磁场理论应用于工程实践，讨论了在金属波导（如矩形波导）中的模式（TE、TM、TEM模式）传播特性，分析了截止频率和波导色散。同时，对谐振腔的电磁场分布和品质因数进行了初步探讨。 第十一章：电磁辐射与天线基础 这是本书面向前沿应用的重要章节。从矢量势和推迟势出发，系统推导了电磁辐射的理论。详细分析了电偶极子辐射的功率和方向图，并对磁偶极子和更复杂天线的辐射特性进行了概述。本章强调了辐射场和近场（感应场）的区别。 第四部分：电动力学的前沿与现代主题 本部分拓展了经典电动力学范畴，引入了相对论效应和更现代的分析工具。 第十二章：狭义相对论与电磁学 本章深入探讨了电磁场如何融入狭义相对论的框架。展示了洛伦兹变换如何将电场和磁场统一为一个四维的电磁场张量 $F^{mu u}$。通过这一强大的数学工具，清晰地展示了电场和磁场在不同惯性系之间的相互转换关系。 第十三章：辐射的进阶理论与散射 本章扩展了辐射章节，引入了更一般的辐射源模型（如线性加速电荷的Larmor公式）。讨论了散射理论，包括瑞利散射（Rayleigh Scattering）的经典解释及其在解释天空颜色中的应用，以及汤姆孙散射的初步介绍。 第十四章：辐射阻尼与辐射反应力 对带电粒子在电磁场中加速运动时所承受的辐射反作用力（辐射阻尼）进行了理论分析。讨论了这一现象在经典电动力学中的不完备性，为后续量子电动力学的引入埋下伏笔。 总结与展望 《电动力学基础与前沿进展》力求成为一本兼具深度、广度和现代性的教材。它不仅扎实地覆盖了传统电动力学的所有核心内容，更通过引入相对论、电磁波的工程应用（导波、天线）以及辐射理论的现代视角，帮助读者构建起一个连贯且富有洞察力的电磁世界图像。本书适合作为大学高年级本科生和研究生阶段的教材或专业参考书。阅读本书，读者将能够掌握分析和解决复杂电磁问题的能力，并为深入研究凝聚态物理中的电磁响应、等离子体物理或微波工程奠定坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

我是一名即将毕业的本科生，在准备考研的过程中，热力学和统计物理一直是我的一个薄弱环节。市面上关于这两个学科的书籍琳琅满目，但很多都过于理论化，缺乏实践指导。当我拿到这本《热力学与统计物理简明教程》时，我最大的感受就是“接地气”。它没有那些华而不实的理论包装，而是从实际应用出发，循序渐进地引导读者理解概念。书中的语言非常朴实，没有过多的专业术语堆砌，即便是一些复杂的推导，作者也能用最精炼的语言进行阐述。我特别喜欢书中对统计系综的讲解，它将微观粒子、宏观状态之间的联系讲得头头是道，让我对玻尔兹曼分布、费米-狄拉克分布等概念有了全新的认识。而且，这本书的排版也很合理，章节划分清晰，每个知识点都有明确的标题，方便查找和复习。我还会经常翻看书中的附录，里面有一些非常实用的公式汇总和概念梳理，这对于我这种需要大量记忆和理解的学生来说，简直是雪中送炭。总而言之，这是一本既有深度又不失广度的教材，对于备考和深入学习都非常有帮助。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉就像是在与一位经验丰富、耐心细致的老师对话。我之前对热力学和统计物理总是有一种“远观而不可近”的感觉，总觉得它们是物理学中最为抽象和难以理解的部分。然而，《热力学与统计物理简明教程》完全打破了我的这种固有印象。作者在讲解每一个概念时，都仿佛能洞察读者的思维盲点，提前给出解释。比如，在阐述热力学过程的可逆性与不可逆性时，书中不仅给出了严谨的定义，还通过一系列生动的生活现象来类比，让我瞬间就明白了这些抽象概念在现实世界中的意义。更让我印象深刻的是，书中在介绍统计物理的一些基本模型时，并没有直接给出复杂的数学公式，而是先从宏观现象入手，然后巧妙地引出微观的统计规律，这种由宏观到微观的过渡非常自然，让我在不知不觉中就掌握了核心思想。这本书的魅力还在于它的“简明”二字，它剔除了很多不必要的枝蔓，将最精华的部分呈现给读者，这对于时间宝贵的学习者来说，无疑是极大的节省。

评分☆☆☆☆☆

作为一名非物理专业的工科学生，我曾经对热力学和统计物理感到畏惧，认为它们离我的专业领域太远。但为了应对课程需要，我还是硬着头皮翻开了这本《热力学与统计物理简明教程》。出乎意料的是，这本书的叙述方式非常易于理解，它用了很多贴近生活、贴近工程实际的例子来解释那些看似艰深的理论。例如，书中在讲解能量守恒时，就结合了蒸汽机的效率问题，让我看到了热力学定律在工业生产中的直接应用。而在讲到布朗运动时，更是将微观粒子的随机运动与宏观现象联系起来，让我体会到了统计物理的强大解释力。这本书的优点在于它没有过分强调数学的严谨性，而是更注重概念的物理意义和思想方法的传达，这对于我这种需要快速掌握核心知识的学习者来说，简直是太友好了。书中的插图也十分精美，能够直观地展示一些物理过程，大大减轻了我的阅读负担。总的来说，这是一本非常值得推荐给非物理专业学生入门热力学和统计物理的教材。

评分☆☆☆☆☆

我是一位对宇宙万物运行规律充满好奇心的爱好者，一直以来都梦想着能深入理解热力学和统计物理的奥秘。在寻觅了无数书籍后，终于遇见了这本《热力学与统计物理简明教程》。这本书真的给了我太多的惊喜！它没有像其他书籍那样，上来就抛出一大堆令人望而生畏的公式和定理，而是用一种非常温和、循序渐进的方式，带领读者一步步走进热力学和统计物理的殿堂。我尤其欣赏书中对于“能量”、“熵”等核心概念的解读，作者通过一系列巧妙的比喻和形象的图示，将这些抽象的概念变得鲜活起来，让我不仅理解了“是什么”，更理解了“为什么”。书中的语言流畅优美，仿佛在讲述一个引人入胜的故事，让我沉浸其中，欲罢不能。而且，书中还穿插了许多历史故事和科学家的趣闻轶事，这让我在学习知识的同时，也感受到了科学探索的魅力和乐趣。这本《简明教程》不仅仅是一本教科书，更像是一本引导读者探索物理世界奇妙之旅的指南，我强烈推荐给所有对知识充满渴望的读者！

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是物理学爱好者们的福音！我一直对微观世界的奇妙运行规律充满了好奇，但传统的教材往往晦涩难懂，公式推导过程繁琐，看得我头昏脑胀。直到我偶然间翻开了这本《热力学与统计物理简明教程》，才真正领略到了这两个学科的魅力。《简明教程》这个名字起得真是太贴切了！它没有那些冗长的前言和复杂的数学铺垫，而是直击核心，用一种非常清晰、直观的方式来讲解热力学第一、第二、第三定律。作者似乎非常懂得如何抓住重点，将抽象的概念具象化。比如，讲解熵的时候，它不像我之前看过的书那样只是一味地抛出公式，而是用一些非常生动的比喻，比如房间的混乱程度、信息的丢失等等，让我一下子就理解了熵的本质。而且，书中穿插的例题和习题也很有代表性，能够很好地巩固所学知识，并且还能启发我们思考更深层次的问题。即使是像我这样物理基础不算特别扎实的读者，也能在阅读的过程中感到轻松和愉悦，并且逐渐建立起对热力学和统计物理的信心。这绝对是一本值得反复阅读的优秀教材，我强烈推荐给所有对物理感兴趣的朋友们！