DHU《文科物理》期终复习思考题.doc

DHU《文科物理》期终复习思考题 一、牛顿三大定律，动量、角动量、能量等三大守恒定律以及它们与空间对称性关系的认识，举例说明。 答：①牛顿三大定律 牛顿第一定律：任何一个物体在不受外力或受平衡力的作用时，总是保持静止状态或匀速直线运动状态，直到有作用在它上面的外力迫使它改变这种状态为止。 牛顿第二定律：物体的加速度跟物体所受的合外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。 牛顿第三定律：两个物体之间的作用力和反作用力，在同一直线上，大小相等，方向相反。 ②三大守恒定律 动量守恒定律:如果一个系统不受外力或所受外力的矢量和为零，那么这个系统的总动量保持不变，这个结论叫做动量守恒定律。 角动量守恒定律:对一固定点o,质点所受的合外力矩为零,则此质点的角动量矢量保持不变。 能量守恒定律:能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量不变。 对称性： 如果一个操作使系统从一个状态变到另一个与之等价的状态，或者说，状态在此操作下不变，我们就说系统对于这一操作是“对称的”，而这个操作叫做这系统的一个对称操作。 常见的对称性时空操作有空间的平移和转动以及时间的平移。一个物体发生一平移后，若仍和原来相同，这形体就具有空间平移对称性。如果使一物体绕某一固定轴转动一个角度，若仍和原来相同，那么这种对称叫做转动对称或轴对称。一个静止不变的系统对任何间隔 ?t 的时间平移表现出不变性，而一个周期性变化的系统(例如单摆)只对周期 T 数倍的时间平移不变。它们都具有一定的时间平移对称性。 上面所述的种种对称性都是指某个系统或具体事物的对称性，另一类对称性是物理定律的对称性，它是指经过一定的操作后，物理定律的形式保持不变。因此物理定律的对称性又叫不变性，这类对称性在物理学中具有更深刻的意义。 (1)物理定律的空间平移对称性。设想我们在空间某处做一个物理实验，然后将该套实验(连同影响该实验的一切外部因素)平移到另一处。如果给以同样的起始条件，实验将会以完全相同的方式进行。这说明物理定律没有因平移而发生变化。这就是物理定律的空间平移对称性。它表明空间各处对物理定律是一样的，所以又叫做空间的均匀性。 (2)物理定律的转动对称性。如果在空间某处做实验后，把整套仪器(连同影响实验的一切外部因素)转一个角度，则在相同的起始条件下，实验也会以完全相同的方式进行。这说明物理定律并没有因转动而发生变化。这就是物理定律的转动对称性。它表明空间的各个方向对物理定律是一样的，所以又叫做空间的各向同性。 (3)物理定律的时间平移对称性。如果我们用一套仪器做实验，该实验进行的方式或秩序是和此实验开始的时刻无关的。无论在什么时候开始做实验，我们得到完全一样的结果。这个事实表示了物理定律的时间平移的对称性。 关于物理定律的对称性有一条很重要的定律——每一种对称性都对应一条守恒定律。 空间平移对称性——动量守恒定律 空间的转动对称性——角动量守恒定律 时间平移对称性——能量守恒定律。 为什么守恒定律比牛顿定律适用范围广泛得多？ 由于动量守恒定律、角动量守恒定律、能量守恒定律等是与时空对称性相联系的，而时空性质的规律比一般力学规律有更大的普遍性，因此三大守恒定律比一般的力学规律（例如牛顿三大定律）具有更大的适用范围。 二、热力学四大定律的内涵，为什么说熵概念比能量更重要？[第四章] 答：热力学四大定律的内涵： 热力学第零定律: 如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡(温度相同)，则它们彼此也必定处于热平衡。这一结论称做“热力学第零定律”。 热力学第一定律: 自然界一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式，能够从一种形式转化为另一种形式，从一个物体传递给另一个物体。在转换和传递的过程中，各种形式能量的总量保持不变。 热力学第二定律: 不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响；不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响；不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。 热力学第三定律：不可能用有限个手段和程序使一个物体冷却到绝对温度零度。（绝对零度不可达到但可以无限趋近。） 熵概念比能量更重要： 能量和熵是物理学中最重要最基本的两个概念，能量概念早已被人们广泛地接受，成为人类社会生活 中不可缺少的用语，熵是一个人们还是不太熟悉的概念，然而它已渗透到社会的各个方面，蕴含了极其丰 富的内容。从这两个概念的建立到本世纪初，人们一直认为能的概念比熵的概念更重要，传统的看法是把 能量比喻为宇宙的女主人，熵是她的影子，意思是能量主宰了宇宙中的一切，因为任何过程能量必须守恒， 而熵不过是能量的附庸，是在能量守恒的前提下进一步指示过程进行的方向罢了。