《热力学与统计物理》课程教学大纲

热力学与统计物理

ThermodynamicsandStatisticalPhysics

一、课程基本情况

课程类别：专业主干课程

课程学分：3学分

课程总学时：48学时（讲课：48学时）

课程性质：必修

开课学期：第3学期

先修课程：普通物理、高等数学、数学物理方程、概率统计等

适用专业：物理学、应用物理学

教材：热力学与统计物理，高等教育出版社，汪志诚，2008年12月第五版。

开课单位：物理与光电工程学院

二、课程性质、教学目标和任务

“热力学与统计物理”是研究物质热现象和热运动规律，并运用微观理论解释宏观现象的物理

学课程。其与"理论力学"、"电动力学”、"量子力学”一起，构成大学阶段物理学的经典核心

内容。通过本课程的教学，学生应该掌握宏观系统热运动基本规律，理解微观热运动与物质

宏观性质之间的关联；初步掌握统计物理学的研究方法，理解其与热学研究方法的区别和联

系：培养运用统计物理方法分析和解决相关问题、开展创造性思维的能力，为后续的“固体

物理，，等专业课程的学习打下艮好基础。

三、教学内容和要求

第1章热力学的基本规律（8学时）

（1）了解热力学研究的历史；

（2）理解热力学系统的平衡态及其描述参量；

（3）掌握热平衡定律、温度概念：

（4）掌握几种物质的物态方程：

（5）理解准静态过程、系统作功、内能和热量等概念；掌握热力学第一定律：

（6）理解热容量和炮；掌握理想气体的内能表达式；

（7）掌握理想气体的绝热方程和理想气体的卡诺循环以及热机效率；

（8）理解掌握热力学第二定律、卜诺定理、热力学温标以及克劳修斯等式和不等式：

（9）理解端的概念，掌握热力学基本方程以及理想气体燃的一般表达式：

（10）掌握热力学第二定律的数学表述和焰增加原理及其简单应用；

（11）掌握自由能和吉布斯函数的概念。

重点：热力学定律的理解与应用：

难点：热力学第二定律，燧与自由能的概念及其物理意义。

第2章均匀物质的热力学性质（4学时）

（1）理解气体的节流过程和绝热膨胀过程；

（2）掌握内能、熔、自由能和吉布斯函数的全微分；

（3）掌握麦氏关系及其简单应用：

（4）掌握基本热力学函数一般表达式和特性函数的意义：

（5）理解热辐射和磁介质有关热力学理论。

重点：热力学能的微分式，热力学函数的表达式；

难点：麦氏关系及其应用，热辐射的热力学理论。

第3章单元系的相变（4学时）

（1）了解相变的分类及朗道连续相变理论：

（2）理解单元系的复相平衡条件；掌握单元复相系的平衡性质：

<3）掌握临界点和气液两相的转变；

（4）掌握热动平衡有关判据及开系的热力学基本方程。

重点：相平衡条件,：

难点：临界现象与相变的概念与分类。

第4章多元系的复相平衡和化学平衡热力学第三定律（4学时）

（1）掌握多元系的热力学函数和热力学方程；

（2）理解多元系的复相平衡条件：熟悉吉布斯相律：

（3）了解化学平衡条件及混合理想气体的性质：

（4）了解理想气体的化学平衡和热力学第三定律。

重点：多元系相平衡条件；

难点：热力学第三定律及其在多元系中的应用。

第5章近独立粒子的最概率然分布（6学时）

（1）理解等概率原理；

（2）理解玻耳兹星分布、玻色分布和费米分布以及三种分布的关系：

（3）掌握粒了•运动状态经典、量了•描述以及系统微观运动状态的描述;

（4）掌握兹曼系统、玻色系统、费米系统微观状态数的确定。

重点：粒子运动状态的经典与量子描述：

难点：不同系统微观状态数的确定。

第6章玻耳兹曼统计（6学时）

（1）掌握热力学量的统计表达式；

（2）掌握波尔兹曼统计在处理理想气体物态方程问题中的应用；

（3）理解麦克斯韦速度分布律、经典能量均分定理；

（4）理解理想气体的内能、热容量和燃的量子统计理论：

（5）了解处理固体热容量的爱因斯坦理论和顺磁性固体问题。

重点：波尔兹曼统计理论及其应用：

难点：理想气体热力学量的量子理论。

第7章玻色统计和费米统计（6学时）

（1）掌握玻色系统和费米系统热力学量的统计表达式；

（2）了解玻色一爱因斯坦凝袋现象：

（3）掌握玻色统计处理光子气体问题的思路与方法；

（4）掌握费米统计处理金属中的自由电子气体问题的思路与方法。

重:点：两种统计的数学形式与物理本质；

难点：光子与电子气体的统计问题处理。

第8章系综理论（6学时）

（1）掌握相空间的概念：

（2）理解刘维尔定理;

（3）掌握微正则系综理论及其热力学公式；

（4）掌握正则系综理论及其热力学公式：

（5）掌握系综理论处理实际气体物态方程和固体热容量问题的基本方法:

（6）了解巨正则系综理论及其热力学公式：

（7）了解巨正则系综理论的筒单应用。

重点：系综分类理论及其区别与联系；

难点：系综理论的运用。

第9章涨落理论（4学时）

（1）掌握涨落的准热力学理论；

（2）了解布朗运动理论；

（3）了解布朗颗粒动量的扩散和时间关联；

（4）了解布朗运动几则简例；

重点：随机运动的概念：

难点：涨落的物理本质，对具体涨落现象的理解。

四、课程考核

(I)作业和报告：作业：10次：

(2)考核方式：闭卷考试

(3)总评成绩计算方式：(平时成绩20%、期中考试成绩10%和期末考试成绩70%)

(4)是否使用多媒体：是

五、参考书目

1、林宗涵，热力学与统计物理学，北京大学出版社，2009

2、马本堂，热力学与统计物理学，高等