幻燈片1-復(fù)旦大學(xué)精品課程

1、什么是統(tǒng)計(jì)物理？Statistical Physics,熱力學(xué)（Thermodynamics） 研究熱現(xiàn)象和物質(zhì)性質(zhì)的宏觀理論 （macroscopic theory）,微觀（ microscopic）,熱傳導(dǎo)現(xiàn)象,,,,,Cu,宏觀規(guī)律： 熱量不能自發(fā)地從低溫流向高溫（Second Law ）。,——婦孺皆知的常識,但是，物理學(xué)家要問“前因后果”。,,后果,Second Law,Carnot定理,,,熵（

2、Entropy）,原因？ 必須深入到物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu),,,,Cu,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,分子、電子間碰撞傳遞能量——熱傳導(dǎo),根據(jù)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)來研究熱現(xiàn)象和物性。,統(tǒng)計(jì)物理（Statistical Physics）,微觀理論（microscopic theory）,,,,在經(jīng)典物理中，單個粒子的運(yùn)動遵守牛頓力學(xué)規(guī)律，若已知某個粒子在初始時刻的位置和速度后，求解牛頓方程可預(yù)言該粒子在任何時間的位置。

3、,宏觀體系是由大量原子和分子組成的。例如，在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的氣體，每立方厘米有 個分子。物體的宏觀性質(zhì)（壓強(qiáng)、比熱、相變等）是大量分子運(yùn)動的平均結(jié)果。,統(tǒng)計(jì)規(guī)律性,如果想根據(jù)牛頓力學(xué)來確定氣體的宏觀性質(zhì)，就要求解 個相互碰撞的分子的牛頓方程。顯然，這在實(shí)際上是不能辦到的，而且也沒有必要，因?yàn)榇罅苛Ｗ咏M成的體系出現(xiàn)了新的規(guī)律性——統(tǒng)計(jì)規(guī)律性。根據(jù)這種新的規(guī)律性，就能確定宏觀物體的性質(zhì)。,顯示統(tǒng)計(jì)規(guī)律性的一

4、個例子是氣體分子運(yùn)動的速率分布。,分子運(yùn)動,按速率來統(tǒng)計(jì)分子數(shù)目的分布,,分子數(shù)目按速率的分布,復(fù)旦大學(xué)物理系鐘萬蘅教授領(lǐng)導(dǎo)的“復(fù)旦大學(xué)CAI研發(fā)中心”研制成了一套軟件，可模擬各種分子運(yùn)動論的演變過程，包括平衡態(tài)和非平衡過程，受到各國同行專家的稱贊，達(dá)到了國際先進(jìn)水平。,,彈性碰撞公式,,,,,,,5個粒子的速率分布,500個粒子的速率分布,2000個粒子的速率分布,可以想象，當(dāng) 很大很大時，像在氣體中那樣，

5、 ，速率分布 將趨向此穩(wěn)定曲線，起伏非常小，稱為 Maxwell分布。,速率分布的時間平均值,有了統(tǒng)計(jì)分布，就可以通過計(jì)算平均值來求得各種宏觀物理量，不用知道各個分子的運(yùn)動細(xì)節(jié)了。,前面的演示只是從計(jì)算機(jī)模擬看到的現(xiàn)象，我們自然會提出一個問題：此現(xiàn)象背后的物理原理是什么？如何從基本原理推導(dǎo)出Maxwell 分布？這是統(tǒng)計(jì)物理的基礎(chǔ)，也是本門課程所要講解的中心內(nèi)容。,粒子速率分布的動態(tài)演示,10個粒子的速率分布,10