《热力学与统计物理》教学大纲.doc

热力学与统计物理教学大纲课程编号：一、课程性质、目的及开课对象（一）课程性质：专业课（二）教学目的：通过本课程的学习，要求学生初步掌握与热现象有关的物质的宏观物理性质的唯象理论与统计理论。对二者的特点与联系有一较全面的认识。本大纲采取热力学和统计物理分开讲述的方法，以可逆过程热力学及平衡态统计物理学为主。注意对本学科现代发展的热点问题做适度的介绍。（三）开课对象：物理系物理学专业本科生二、先修课程热学 数学物理方法 三、教学方法与考核方式（一）教学方法：讲授式、启发式、讨论式和问题研究式 （二）考核方式：考试四、学时数分配总学时：64学时。其中热力学28学时，统计物理学36学时。课程共用54学时，习题课用10学时，大纲中带*号的内容不是必讲的，未计入学时之内。五、教学内容与学时第一章 热力学的基本规律（8学时）主要内容：1.1 热力学系统的平衡状态及其描述1.2 热平衡定律和温度1.3 物态方程1.4 功1.5 热力学第一定律1.6 热容量和焓1.7 理想气体的内能1.8 理想气体的绝热过程1.9 理想气体的卡诺循环1.10 热力学第二定律1.11卡诺定理1.12 热力学温标1.13 克劳修斯等式和不等式1.14 熵和热力学基本方程1.15 理想气体的熵1.16 热力学第二定律的数学表述1.17 熵增加原理的简单应用1.18 自由能和吉布斯函数重点难点：热力学第一定律 热容量和焓 克劳修斯等式与不等式 熵和热力学基本方程 热力学第二定律的数学表述 熵增加原理 自由能和吉布斯函数。学生掌握要点：1、平衡态 温度 物态方程 功的表达式 热力学第一定律 热容量和焓 理想气体的内能 理想气体的绝热过程 理想气体的卡诺循环 热力学第二定律 卡诺定理 热力学温标。2、克劳修斯等式与不等式 熵和热力学基本方程 理想气体熵的表达式 热力学第二定律的数学表述3、熵增加原理 熵差的计算 自由能和吉布斯函数。第二章 均匀物质的热力学性质（8学时）主要内容：2.1内能、焓、自由能和吉布斯函数的全微分2.2麦氏关系的应用2.3气体的节流过程和绝热膨胀过程2.4基本热力学函数的确定2.5特性函数2.6热辐射的热力学理论*2.7磁介质的热力学*2.8获得低温的方法习题（2学时）重点难点：内能、焓、自由能和吉布斯函数的全微分 麦氏关系的应用 基本热力学函数的确定 特性函数学生掌握要点：1、掌握内能、焓、自由能和吉布斯函数的全微分2、掌握麦氏关系的应用3、了解气体的节流膨胀与绝热膨胀4、掌握基本热力学函数的确定5、掌握特性函数6、了解热辐射的热力学理论第三章 单元系的相变（6学时）主要内容：3.1热动平衡判据3.2开系的热力学基本方程3.3单元系的复相平衡条件3.4单元复相系的平衡性质3.5临界点和气液两相的转变*3.6液滴的形成3.7相变的分类 *3.8临界现象和临界指数*3.9朗道连续相变理论重点难点：热动平衡判据 开系的热力学基本方程 单元复相系统的平衡 相变的分类 学生掌握要点：1、掌握热动平衡判据2、掌握开系的热力学基本方程3、掌握单元复相系统的平衡4、了解临界点和气液两相的转变5、掌握相变的分类第四章 多元系的复相平衡和化学平衡（6学时） 主要内容：4.1多元系的热力学函数和热力学方程4.2多元系的复相平衡条件4.3吉布斯相律*4.4二元系相图举例*4.5化学平衡条件4.6混合理想气体的性质*4.7理想气体的化学平衡4.8热力学第三定律习题（2学时）重点难点：多元系的热力学函数和热力学方程 多元复相系的平衡条件 吉布斯相律 热力学第三定律学生掌握要点：1、掌握多元系的热力学函数和热力学方程2、掌握多元复相系的平衡条件3、掌握吉布斯相律4、了解混合理想气体的性质5、掌握热力学第三定律*第五章不可逆过程热力学简介5.1局域平衡 熵流密度与局域熵产生率5.2 线性与非线性过程 昂萨格倒易关系5.3 温差电现象5.4 最小熵产生定理5.5 化学反应与扩散过程5.6 非平衡系统在非线性区的发展判据5.7 三分子模型与耗散结构的概念第六章 近独立粒子的最概然分布（14学时）主要内容：6.1 粒子运动状态的经典描述6.2 粒子运动状态的量子描述6.3系统微观运动状态的描述6.4等概率原理6.5分布和微观状态6.6玻耳兹曼分布6.7玻色分布和费米分布6.8三种分布的关系习题（2学时）重点难点：粒子微观运动状态的经典描述 空间 粒子微观运动状态的量子描述 系统微观运动状态的经典描述 系统微观运动状态的量子描述 等概率原理 分布和微观状态 玻耳兹曼分布 玻色分布和费米分布学生掌握要点：1、掌握粒子微观运动状态的经典描述和量子描述以及空间2、掌握系统微观运动状态的经典描述和量子描述3、掌握等概率原理、分布和微观状态、热力学几率4、掌握玻耳兹曼分布、玻色分布、费米分布以及三种分布的关系第七章 玻耳兹曼统计（12学时） 7.1 热力学量的统计表达式7.2 理想气体的物态方程7.3麦克斯韦速度分布律7.4能量均分定理7.5理想气体的内能和热容量7.6理想气体的熵7.7固体热容量的爱因斯坦理论*7.8顺磁性固体*7.9负温度状态习题（2学时）重点难点：热力学量的统计表达式 麦克斯韦速度分布律 能量均分定理 理想气体的熵学生掌握要点：1、掌握热力学量的统计表达式2、了解理想气体的物态方程3、掌握麦克斯韦速度分布律4、掌握能量均分定理5、了解理想气体的内能和热容量6、掌握理想气体的熵7、了解固体热容量的爱因斯坦理论第八章 玻色统计和费米统计（10学时）主要内容：8.1热力学量的统计表达式*8.2弱简并理想玻色气体和费米气体8.3玻色爱因斯坦凝聚8.4光子气体8.5金属中的自由电子气体习题（2学时）重点难点：热力学量的统计表达式 玻色爱因斯坦凝聚 光子气体 金属中的自由电子气体学生掌握要点：1、掌握热力学量的统计表达式2、了解玻色爱因斯坦凝聚3、掌握光子气体的性质4、掌握金属中的自由电子气体的性质六、教材与教参（一）教材：汪志诚.热力学统计物理(第四版).高等教育出版社，2008（二）教学参考书：1