1、熱力學(xué)與統(tǒng)計物理教學(xué)大綱課程名稱 ：熱力學(xué)與統(tǒng)計物理英文名稱： Thermodynamics and statistic physics課程性質(zhì)： 學(xué)科教育必修課課程編號： E121015所屬院部： 光電工程學(xué)院周學(xué)時： 3 學(xué)時總學(xué)時： 45 學(xué)時學(xué)分： 3 學(xué)分教學(xué)對象 ( 本課程適合的專業(yè)和年級) ：物理學(xué)專業(yè) (本科 )2012 級學(xué)生預(yù)備知識：高等數(shù)學(xué)、概率統(tǒng)計、普物課程在教學(xué)計劃中的地位作用：熱力學(xué)統(tǒng)計物理課是物理專業(yè)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)課，與理論力學(xué)、量子力學(xué)、電動力學(xué)共同構(gòu)成物理專業(yè)重要的四門必修課， 通常稱為物理專業(yè)的四大力學(xué)課。熱力學(xué)和統(tǒng)計物理的任務(wù)是研究熱運動的規(guī)律， 研究與熱

2、運動有關(guān)的物性及宏觀物質(zhì)系統(tǒng)的演化。 本課程的作用是使學(xué)生掌握熱力學(xué)與統(tǒng)計物理的基本原理和處理具體問題的一些重要方法， 并初步具有用這些方法解決較簡單問題的能力。教學(xué)方法：以板書手段為主要形式的課堂教學(xué)。在課堂教學(xué)中， 教師應(yīng)精心組織教學(xué)內(nèi)容，注重發(fā)揮學(xué)生在教學(xué)活動中的主體作用和教師的主導(dǎo)作用，注重采用多種教學(xué)形式提高課程教學(xué)質(zhì)量。 注意在學(xué)習(xí)中調(diào)動學(xué)生積極性和創(chuàng)造性，注重各種教學(xué)方法的靈活應(yīng)用。教學(xué)目標(biāo)與要求：要求學(xué)生初步掌握與熱現(xiàn)象有關(guān)的物質(zhì)宏觀物理性質(zhì)的唯象理論和統(tǒng)計理論，并對二者的特點與聯(lián)系有一個較全面的認(rèn)識同時注重對學(xué)生邏輯思維能力的培養(yǎng)，強(qiáng)調(diào)學(xué)生物理素養(yǎng)的生成和提高。課程教材： 汪

3、志誠主編 . 熱力學(xué)統(tǒng)計物理（第四版）.北京：高等教育出版社，2010 年參考書目：1 蘇汝鏗主編 . 統(tǒng)計物理學(xué) . 上海：復(fù)旦大學(xué)出版社， 2004 年2 王竹溪主編 . 熱力學(xué)簡程 . 北京：高等教育出版社， 19643 王竹溪主編 . 統(tǒng)計物理學(xué)導(dǎo)論 . 北京：高等教育出版社， 1956考核形式：考核方式為考試。 綜合成績根據(jù)平時成績和期末成績評定，平時成績不超過30 ，期末成績不少于70% 。編寫日期： 2012 年 5 月制定課程內(nèi)容及學(xué)時分配（含教學(xué)重點、難點）：本課程內(nèi)容主要包括： 熱力學(xué)的基本規(guī)律麥克斯韋關(guān)系及其應(yīng)用， 氣體的節(jié)流膨脹與絕熱膨脹，基本熱力學(xué)函數(shù)，特性函數(shù)，平衡

4、輻射熱力學(xué)，磁介質(zhì)熱力學(xué)等。熱動平衡判據(jù)，開放系的熱力學(xué)基本方程， 多元系的復(fù)相平衡和化學(xué)平衡 , 吉布斯相律熱力學(xué)第三定律 ,粒子和系統(tǒng)運動狀態(tài)的經(jīng)典描述與量子描述，等幾率原理，分布與微觀狀態(tài)， 三種統(tǒng)計分布熱力學(xué)量的統(tǒng)計表式， 熱力學(xué)量的統(tǒng)計表式，理想氣體的物態(tài)方程，麥克斯韋速度分布律，能量均分定理，理想氣體的內(nèi)能 ,弱簡并玻色氣體和費米氣體， 光子氣體， *玻色 -愛因斯坦凝聚， 金屬自由電子氣 , ,相空間，劉維爾定理，微正則分布及其熱力學(xué)公式，正則分布及其熱力學(xué)公式等。通過講課、練習(xí)和實驗，使學(xué)生達(dá)到各章中所提的基本要求，最終使學(xué)生掌握熱力學(xué)與統(tǒng)計物理的基本理論和思想。教學(xué)時數(shù)具體分

5、配：教 學(xué) 內(nèi) 容講授實驗 /實踐合計第一章 熱力學(xué)的基本規(guī)律44第二章 均勻物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)66第三章 單元系的相變66第四章 多元系的復(fù)相平衡和化學(xué)平衡33第六章 近獨立粒子的最概然分布66第七章 波耳茲曼統(tǒng)計88第八章 玻色統(tǒng)計和費米統(tǒng)計88第九章 系綜理論22復(fù)習(xí)22總計4545講授大綱與各章的基本要求：第一章熱力學(xué)的基本規(guī)律本章介紹熱力學(xué)系統(tǒng)基本規(guī)律，屬復(fù)習(xí)章節(jié)教學(xué)內(nèi)容：1.掌握平衡態(tài)概念及其描述方法2.根據(jù)熱平衡定律建立溫度的嚴(yán)格概念，并掌握定量量度法3.簡單了解理想氣體溫標(biāo)4.物態(tài)方程的表達(dá)式，并會學(xué)應(yīng)用；5.熱力學(xué)第一定律、第二定律的內(nèi)容和數(shù)學(xué)表達(dá)式及其對應(yīng)的熱力學(xué)函數(shù)的意義及

6、其應(yīng)用6.熱力學(xué)基本規(guī)律的統(tǒng)一方程熱力學(xué)基本方程的意義及應(yīng)用7.熱力學(xué)中的過程量功、熱量與狀態(tài)量（熱力學(xué)函數(shù)內(nèi)能、焓、熵、自由能和吉布斯函數(shù)的區(qū)別與聯(lián)系，并掌握其數(shù)學(xué)表達(dá)式教學(xué)重點和難點：1.物態(tài)方程的三個系數(shù)的定義式，應(yīng)用它們求解物態(tài)方程的方法2.熱力學(xué)第一定律、第二定律的內(nèi)容和數(shù)學(xué)表達(dá)式及其對應(yīng)的熱力學(xué)函數(shù)的意義及其應(yīng)用3.熱力學(xué)中的過程量功、熱量與狀態(tài)量（熱力學(xué)函數(shù)內(nèi)能、焓、熵、自由能和吉布斯函數(shù)的區(qū)別與聯(lián)系，其數(shù)學(xué)表達(dá)式4.二元函數(shù)、偏導(dǎo)數(shù)循環(huán)關(guān)系、倒數(shù)關(guān)系及全微分性質(zhì)在熱力學(xué)中應(yīng)用考核要求：1.理解平衡態(tài)概念及其描述方法2.了解理想氣體溫標(biāo)3.掌握物態(tài)方程的表達(dá)式，并會學(xué)應(yīng)用4.掌握

7、熱力學(xué)第一定律、第二定律的內(nèi)容和數(shù)學(xué)表達(dá)式及其對應(yīng)的熱力學(xué)函數(shù)的意義及其應(yīng)用5.理解熱力學(xué)基本方程的意義及應(yīng)用6.了解熱力學(xué)中的過程量功、熱量與狀態(tài)量（熱力學(xué)函數(shù)內(nèi)能、焓、熵、自由能和吉布斯函數(shù)）數(shù)學(xué)表達(dá)式學(xué)時數(shù)： 4 學(xué)時第二章均勻物質(zhì)的熱力學(xué)特性本章掌握對均勻物質(zhì)系統(tǒng)熱力學(xué)特性的求解教學(xué)內(nèi)容：1.熱力學(xué)函數(shù)（ U、 H、F、G 等）的定義式、全微分表達(dá)式、偏導(dǎo)數(shù)公式及對應(yīng)麥?zhǔn)详P(guān)系，學(xué)會應(yīng)用表格的方法總結(jié)歸納2.幾個重要的輔助公式，如等容熱、等匋熱容的熵表達(dá)式，能態(tài)方程、焓態(tài)方程以及它們之間的關(guān)系3.用實驗方法確定基本熱力學(xué)函數(shù)（物態(tài)方程、內(nèi)能U，熵 S）的一般方法4.用理論方法確定熱力學(xué)函

8、數(shù)的方法特性函數(shù)法5.上述兩種熱力學(xué)理論方法在實際中的應(yīng)用教學(xué)重點和難點：1.熱力學(xué)函數(shù)（ U、 H、F、G 等）的定義式、全微分表達(dá)式、偏導(dǎo)數(shù)公式及對應(yīng)的麥?zhǔn)详P(guān)系，學(xué)會應(yīng)用表格的方法總結(jié)歸納；2.幾個重要的輔助公式，如等容熱容、等壓熱容的熵表達(dá)式，能態(tài)方程、焓態(tài)方程以及它們之間的關(guān)系；3.用實驗方法確定基本熱力學(xué)函數(shù)（物態(tài)方程、內(nèi)能U，熵 S）的一般方法；4.偏導(dǎo)數(shù)變換（麥?zhǔn)详P(guān)系） 將不可測量（ U、S、H、F、G）變換成可測量 （T、P、 V、 Cv、 Cp），學(xué)會用全微分條件得出各熱力學(xué)量間的關(guān)系考核要求：1.理解熱力學(xué)函數(shù)（ U、H、 F、G 等）的定義式、全微分表達(dá)式、偏導(dǎo)數(shù)公式及對

9、應(yīng)的麥?zhǔn)详P(guān)系2.掌握用實驗方法和理論方法確定基本熱力學(xué)函數(shù)（物態(tài)方程、內(nèi)能U，熵S）3.了解偏導(dǎo)數(shù)變換（麥?zhǔn)详P(guān)系）將不可測量（ U、S、H、F、G）變換成可測量（ T、P、V、Cv 、Cp ），會用全微分條件得出各熱力學(xué)量間的關(guān)系教學(xué)時數(shù)： 6 學(xué)時第三章單元系的相變本章主要介紹單元系的平衡判據(jù)和相變概念基本要求：1.熱力學(xué)平衡判據(jù)的幾種形式， 如熵判據(jù)、自由能判據(jù)和吉布斯函數(shù)判據(jù)等；閉系熱力學(xué)平衡條件的推導(dǎo)2.開系的熱力學(xué)基本方程的數(shù)學(xué)表達(dá)式，并結(jié)合熵判據(jù)得出開系的熱力學(xué)平衡條件3.從氣 -液-固相圖理解單元系的復(fù)相平衡條件及其性質(zhì)4.氣-液兩相轉(zhuǎn)變的過程及其臨界條件以及液滴的形成過程5.一

10、級相變的特點和相變分類的方法；教學(xué)重點和難點：1.熱力學(xué)平衡判據(jù)的幾種形式， 如熵判據(jù)、自由能判據(jù)和吉布斯函數(shù)判據(jù)等，學(xué)會用最基本的熵判據(jù)形式得出熱力學(xué)平衡條件；2.從氣 -液-固相圖理解單元系的復(fù)相平衡條件及其性質(zhì)；3.一級相變的特點和相變分類的方法；考核要求：1.理解并掌握熱力學(xué)平衡判據(jù)，用最基本的熵判據(jù)形式得出熱力學(xué)平衡條件2.了解一級相變的特點和相變分類教學(xué)時數(shù)： 6 學(xué)時第四章多元系的復(fù)相平衡和化學(xué)平衡本章主要介紹多元復(fù)相系的平衡條件和化學(xué)平衡條件以及熱力學(xué)第三定律教學(xué)內(nèi)容：1.多元系的熱力學(xué)函數(shù)和熱力學(xué)方程的數(shù)學(xué)表達(dá)式；2.并掌握多元單相系的平衡條件和多元復(fù)相系的平衡條件；3.吉布

11、斯相律及其應(yīng)用；4.混合氣體的性質(zhì)及其理想氣體的化學(xué)平衡條件；5.熱力學(xué)第三定律的內(nèi)容及其意義；教學(xué)重點和難點：1.多元系的熱力學(xué)函數(shù)和熱力學(xué)方程的數(shù)學(xué)表達(dá)式；2.吉布斯相律及其應(yīng)用；3.熱力學(xué)第三定律的意義及絕對熵的表達(dá)式考核要求：1.掌握多元系的熱力學(xué)函數(shù)和熱力學(xué)方程的數(shù)學(xué)表達(dá)式2 掌握多元單相系的平衡條件和多元復(fù)相系的平衡條件3.掌握吉布斯相律及其應(yīng)用4.理解理想氣體的化學(xué)平衡條件5.了解熱力學(xué)第三定律教學(xué)時數(shù)： 3 學(xué)時第六章近獨立粒子的最概然分布本章主要介紹近獨立粒子的微觀狀態(tài)數(shù)和最概然分布教學(xué)內(nèi)容：1.經(jīng)典粒子的經(jīng)典描述和量子描述2.三種系統(tǒng)微觀狀態(tài)數(shù)的表達(dá)式的推導(dǎo)過程3.并掌握等

12、概率原理的基本內(nèi)容及其由概率法得到三種分布的方法4.并牢記宏觀分布與微觀狀態(tài)數(shù)的區(qū)別于聯(lián)系5.玻爾茲曼、玻色分布和費米分布的表達(dá)式及其相互之間轉(zhuǎn)化的條件教學(xué)重點和難點：1.學(xué)會并掌握經(jīng)典與量子描述方法；2.理解等概率的內(nèi)容及其由概率法得到三種分布的方法；3.掌握三種分布的表達(dá)式及相互轉(zhuǎn)換之間的關(guān)系；考核要求：1.理解并掌握三種系統(tǒng)微觀狀態(tài)數(shù)的求解2.掌握玻爾茲曼、玻色分布和費米分布的表達(dá)式及其相互之間轉(zhuǎn)化教學(xué)時數(shù)： 6 學(xué)時第七章波爾茲曼統(tǒng)計本章主要介紹波爾茲曼系統(tǒng)統(tǒng)計表達(dá)式以及其應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容：1.熱力學(xué)量的統(tǒng)計表達(dá)式的推導(dǎo)過程2.配分函數(shù)在統(tǒng)計物理中作用及意義3.理想氣體配分函數(shù)，用配分函數(shù)

13、推導(dǎo)理想氣體物態(tài)方程、速度分布律及能量均分定理，掌握相應(yīng)的解題方法4.會應(yīng)用理想氣體內(nèi)能和熱容量的表達(dá)式和熵的表達(dá)式解題5.固體熱容量的愛因斯坦理論的內(nèi)容及其意義6.順磁性固體及負(fù)溫度狀態(tài)的簡單知識教學(xué)重點和難點：1.熱力學(xué)的統(tǒng)計表達(dá)式2.理想氣體物態(tài)方程的內(nèi)容3.固體熱容量的愛因斯坦理論的內(nèi)容及其意義4.順磁性固體、負(fù)溫度狀態(tài)的簡單知識5.并掌握配分函數(shù)在統(tǒng)計物理中作用及意義考核要求：1.掌握波爾茲曼系統(tǒng)熱力學(xué)量的統(tǒng)計表達(dá)式2.掌握麥克斯韋速度分布函數(shù)3.理解能量均分定理4.理解固體熱容量的愛因斯坦理論教學(xué)時數(shù)： 8 學(xué)時第八章玻色和費米統(tǒng)計本章主要介紹玻色和費米系統(tǒng)統(tǒng)計表達(dá)式以及相應(yīng)系統(tǒng)的

14、特性教學(xué)內(nèi)容：1.熱力學(xué)量的統(tǒng)計表達(dá)式的推導(dǎo)過程2.并掌握巨配分函數(shù)在統(tǒng)計物理中作用及意義3.玻色愛因斯坦凝聚現(xiàn)象和它與氣液凝聚的區(qū)別4.普朗克公式以及在不同頻率區(qū)相應(yīng)的兩種表示形式，了解光子氣體的能量密度5.利用平衡熱輻射過程推導(dǎo)熱輻射定律6.利用費米統(tǒng)計的相關(guān)特點討論自由電子氣的其它性質(zhì)教學(xué)重點和難點：1.黑體輻射，光子氣體的特性2.普朗克公式，光子氣體的能量密度3.T=0K 時金屬中自由電子氣有關(guān)熱力學(xué)量的計算4.費米能級的概念考核要點：1.掌握熱力學(xué)量的統(tǒng)計表達(dá)式的推導(dǎo)過程2.了解玻色愛因斯坦凝聚現(xiàn)象和它與氣液凝聚的區(qū)別3.理解光子氣體的能量密度4.掌握平衡熱輻射過程推導(dǎo)熱輻射定律5.了解自由電子氣的其它性質(zhì)教學(xué)時數(shù)： 8 學(xué)時第九章系綜理論本章主要介紹正則、微正則、巨正則分布在熱力學(xué)中的應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容：1.微正則分布的經(jīng)典表達(dá)式、量子表達(dá)式和半經(jīng)典表達(dá)式2.正則分布的推導(dǎo)過程及其物理意義和適用條件3.正則分布的熱力學(xué)公式及簡單應(yīng)用教學(xué)重點和難點：1.相空間及劉維爾定理內(nèi)容2.正則分布、微正則分布、巨正則分布的區(qū)別于聯(lián)系3.三種分布在熱力學(xué)中的應(yīng)用考核要求：1.掌握相空間及劉維爾定理2.理解正則分布、微正則分布、巨正則分布在熱力學(xué)中的應(yīng)用教學(xué)時數(shù)： 2 學(xué)時補(bǔ)充說明：本課程前五章介紹了熱力學(xué)基本理論