《热力学与统计物1》课程教学大纲

《热力学与统计物理》教学大纲

一'课程基本信息

热力学与统计物理

课程名称

ThermodynamicsandStatisticalPhysics

课程爆码SCC522411035开课院部理学院课程团队热力学与统计物理教学团队

学分3.5课内学时56讲授|56实验0上机0|实践0课外学时56

适用专业应用物理学授课语言中文

先修课程热学、员子力学

热力学与统计物理是应用物理学专业的必修课程.是专业主要核心课程即理论物理学的四大分支之一。该课程包括热力学和统干物理

两部分内容，主要研究热运动的规律,研究与热运动有关的物性及宏观物质系统的演化,是固体、液体、气体、等离子体理论的理论基础

之一。通过对本课程的学习,学生将明淅热力学与统计物理学在理论物理知识框架中的位置，掌握热力学与统计物理学的基本原理、基本

理论和知识要点,以及运用热力学和统计物理基本思想和知识解决实际问题的技能和方法，锻炼批判性的科学思维，提高实际应用能力，

为进一步学习其它理论课程或从事相关领域科研工作打下良好的基战。

Thermodynamicsandstatisticalphysicsisacompulsorycourseforthenajorofappliedphysics,andoneofthefour

corebranchesofthemajorcorecoursesofthemajor,theoreticalphysics.Thecourseconsistsoftwoparts:

课程匿介

thentodynamicsandstatisticali>hy$ics.Itmainlystudiesthelawsofthernnlnotion,thephysicalpropertiesandthe

（必修）

evolutionofBacroscopicmattersystems.Itisoneofthetheoriesofsolidliquid,gasandplasmatheory.Throughthe

studyofthiscourse,studentscanunderstandthestatusofthermodynamicsandstatisticalphysicsintheentirephysics

framework,masterthebasicprinciples,basictheoreticalframeworkandknoA-ledgepointsofthermodynamicsand

statisticalphysics.Studentswillhavetheskillsandmethodstousetherno(lyna«icsandstatisticalphysicsbasicideas

andknowledgetosolvepracticalproblems,exercisecriticalscientificthinkingandimprovepructiculapplic<ition

ability,whichwi11layagoodfoundationforfurtherstudyofothertheoreticalcoursesorscientificresearchin

relatedfields.

负责人大纲执笔人审核人

二'课程目标

序号代号课程目标OBE毕业要求指标点

任务自选

目标1掌握然力学、经典统计和员子统计的基本概念、原理和核心理论.掌握热力学与统计物理基

1Mls3.2

本原理处理问逝的方法.并初步具备运用这些方法分析、解决具体问题的能力

目标2:了解热力学与统计物理的发展历程以及在整个理论物理框架中的位置.能够基于课程的知识

2M2是3.43.4

体系.结合文献资料调研方法,对当下相关前沿领域发展动态选行调研和分析

三'课程内容

支撑课课内课外

序号置节号标题课程内容/重难点教学方式课外环节

程目标学时学时

热力学三定律，热力学函数内能、给、烯、自由能、吉布斯函/

1第一章热力学的基本定律///

效的物理意义

21.1热力学的研究目的传统热力学，非平衡态热力学的线性和非线性理论Ml.M20.5湃授1阅读资料

热力学系统的平衡系统、外界、子系统：系统的分类；热力学平衡态及其判别方

31.2Ml0.5济授0.5自学

及其描述法；状态参量；:延量与强度量

热接触与热平衡；热平衡定律、温度、热平衡的传递性；态函

41.3温度和物态方程Ml1讲授0.5自学

数温度存在的数学论证；物态方程的意义；物态方程举例

功和热力学第一定准静态过程；准睁态过程的功；非准静态过程的功；改变系统

51.4Ml0.5讲授0.5自学

律状态的方式及绝热过程；内能；热贵,热力学第一定律

61.5热容量和培热容量的定义；状态函数治；比热Ml0.5洪授0.5自学

理想气体的自由膨胀；焦耳实验，焦耳定律；理想气体定容和

71.6理想气体定压热容量；状杰方程和过程方程；理想气体的等温过程和绝Ml1湃授0.5自学

热过程；卡诺循环；热机、制冷机及其效率

热力学笫二定律的两种表述及等位性；第二类永动机；可逆过

81.7热力学第二定律Ml1讲授0.5自学

程,不可逆过程；实际过程的不可逆性；可逆机和不可逆机

卡诺定理；热力学温标；克劳修斯等式和不等式；态函数箱的

热力学第二定律的引入及意义；热力学基本方程及其意义.热力学基本方程的一

91.8Ml1洪授1自学

数学表述和端般形式；理想气本墉的计算公式及应用；热力学第二定律的数

学表述形式；焙金加原理；场增加原理的简单应用

自由能和吉布斯函讲授、讨作业、阅

101.9自由能的引入和最大功原理；吉布斯函数的引入Ml12

敬论读资料

由热力学函数（内能、嬉、自由能、吉布斯函数）的全微分推

均匀物质的热力学

11工—童导出的麦氏关系.麦氏关系的应用.基本热力学函数的确定.//

性质

特性函数

内能、培、自由能和吉布斯的全微分形式及应用，麦氏关系的

122.1麦克斯韦关系推导；麦氏关系的意义和应用；雅可比行列式.定容热容・与Ml1.5讲授1自学

能态方程；定压热容量与治方程

气体的节流膨胀和气体节流过程；焦耳-汤姆逊效应与焦耳自由膨胀实骐的关系；

132.2Ml1讲授1自学

绝热膨胀气体绝热膨胀过程

基本热力学函数和

142.3基本热力学函数的确定和应用；特性函数；表面的热力学性质Ml1.5讲授I自学

特性函数

热辐射的热力学理热辅射的内能密震是温度的普适函数；辂射压强与内能密度的

152.4Ml1讲授1自学

论关系，热辐射的热力学函数

会介质的功；谶介质的麦氏关系；绝热去球制冷；遢介质热力

1G2.5盥介质热力学Ml1讲授1自学

学基本方程

讲授、讨作业、阅

172.6小结与习期讨论第一、二章内容小结和习题讨论Ml,M212

论读资料

18第三章单元系的相变平衡判据及应用,相平衡条件，开系的热力学性质.相图///

懈列据,自由能刊据.吉布斯函数列据；平衡条件，平衡稳定

193.1热动平衡判据Ml1.5讲授1自学

条件

开系的热力学基本

203.2开系及其热力学基本方程；化学势；巨热力势Ml0.5讲授0.5自学

方程

单元系的复相平衡

213.3热平衡条件，力平衡条件，相变平衡条件.过程进行方向Ml0.5讲授0.5自学

条件

单元复相系的平衡

223.4相图，单元系相图；平衡曲线；克拉柏龙方程Ml1讲授0.5自学

性质

临界点和气液两相实际气体等温线.范德瓦尔斯等温线；麦克斯韦等面积法则.

233.5Ml1湃投1自学

的转变临界系数

243.6相变的分类一级相变.连续用变，爱伦费斯抬方程Ml0.5洪授0.5自学

朗道二级相变理论作业、阅

253.7序参量；对称性破缺Ml,M21讲授2

简介读资料

多元系的复相平衡

26第四章多元系的复相平菊条件；吉布斯相律；混合理想气体的性质//

和化学平衡

多元系的热力学函欧勒定理；多元单相系的热力学函数和基本方程；多元复相系

274.1Ml1讲授1自学

数和热力学方程的热力学函数.吉布斯关系

多元系的复相平衡

284.2多元系复相平衡条件的一般性推导；腹平衡Ml0.5讲授0.5自学

条件

294.3吉布斯相律强度变量.庠尔分数；吉布斯相律的推导及简单应用Ml0.5讲授0.5自学

304.4化学平衡条件化学反应的表示.单相系化学平衡条件.反应度Ml1讲授1自学

混合理想气体的性道尔顿分压定律；混合理想气体的物态方程、治和靖；吉布斯

314.5Ml1讲授0.5自学

局佯谬

理想气体的化学平

324.6平衡常量；质量年用律Ml1讲授0.5自学

衡

334.7热力学第三定律能斯特定理热力学第三定律；绝对焰，绝对零度不能到达Ml1洪授0.5自学

讲授、讨作业、阅

344.8小结与习题讨论第三、四章内容小结和习题讨论Ml,M212

论读资料

近独立粒子系统的相空间，系统微观状态的描述，等概率原理，三个统计分布函

35第五章////

最概然分布数

统计物理学的研究

365.1统计物理学的研究对象、目的与方法Ml0.5济授0.5自学

对象、目的与方法

粒子运动状态的经粒子的运动状态的含义；相空间及举例；广义坐标和广义动

375.2Ml0.5讲授0.5自学

典描述量；经典粒子运动状态描述举例

385.3粒子运动状态的・量子态，自由度；粒子运动状态描述举例；简并能级，相格；Ml1讲授1自学

子描述态密度

系统微观运动状态全同近独立粒子系统；经典系统微观运动状态的描述，量子系

395.1Ml1讲授1自学

的描述统微观运动状态的描述,玻耳兹曼系统.玻色系统.费米系统

405.5等概率原理宏观状态.微观状态；等概率原理-统计物理的基本假设Ml0.5讲授0.5自学

分布的意义；宏现状态、微观状态与分布的关系；玻耳兹曼系

415.6分布和微观状态Ml1讲授0.5自学

统、玻色系统、费米系统的区别

最概然分布；斯恃令近似公式；拉格朗日不定乘子法求坡耳兹

425.7玻耳兹曼分布Ml1讲授1自学

受分布；平衡态与最概然分布

玻色分布和费米分

435.8拉格期日不定乘子法求坡色分布和费米分布Ml1讲授1自学

布

经典极限条件（非简并性条件）；坡耳兹曼分布、玻色分布、费作业、阅

445.9三种分布的关系Ml,M20.5讲授2

米分布的关系读谖料

45第六章玻耳兹曼统计热力学量统计表大式.能量均分定理的统计意义///

坡尔兹曼统计的祀分函数；内能、物态方程、境的统计表达

热力学员的统计表

466.1式；境的统计意义；玻尔兹曼关系式,满足经典极限条件的玻Ml1.5讲授1自学

达式

色（费米）系和定域系统的境

理想气体的物态方

476.2单原子分子理想气体系统的配分函数；由配分函数求物态方程Ml0.5讲授0.5自学

程

486.3麦克斯韦速度分布速度分布的推导Ml0.5讲授0.5自学

能量均分定理的正明；应用能量均分定理求热容量；讨论平衡

■196J徙量均分定理M]1讲授1自学

辐射问题

理想气体的内能和

506.5・子统计理论讨企双原子分子理想气体的内能和热容量Ml1讲授0.5自学

热容员

固体热容量的爱因作业、阅

516.6介绍固体热容量的爱因斯坦理论Ml,M21讲授1

斯坦理论读资料

玻色统计和费米统

52第七章坡色爱因斯坦参聚现象；光子气体费米能级，费米动量/

计

热力学员的统计表

537.1巨配分函数，玻色、费米系统的热力学量统计表达式的推导Ml1湃投1自学

达式

玻色-爱因斯坦凝玻色理想气体模型；玻色爱因斯坦凝聚.凝聚温度，玻色爱因

547.2Ml1.5济授1自学

斯坦凝邂体的性质

光子气体模型.普朗克公式.低频、高频范围的极限结果：空

557.3光子Ml1.5济授1自学

窖辐射总内铤及内能密度、维息位移定律

金属中的自由电子金他的内部结构和自由电子气体模型；费米能量,费米速度.

567.4Ml1.5讲授1自学

气体费米温度；二维电子气,量子相尔效应

正则系综的宏观条件；分布函数,配分函数,正则系综的块力

578.4正则系综学公式；正则分布与微正则分布的关系；介绍伊辛模型的平均Ml2讲授1自学

场理论

经典统计系综的概

588.1平衡态统计物理的普遍理论一系综理论，相空间；相轨道Ml1.5讲授1自学

念

微正刖系综热力学量的统计表达式，微正则系综理论的简单应

598.3微正则系综Ml1.5济授1自学

用

巨正则分布的简单作业、阅

608.6介绍几个巨正则分布的简单应用Ml,M21讲授2

应用读责料

讲授、讨

61总结课程总结课程内容总结和流理Ml,M21.54大作业

论

巨正则系综的宏观条件；分布函数；巨正则系壕的热力学公

628.5巨正则系综Ml1.5讲授1自学

式；三种系综理论的关系

讲授、讨作业、阅

637.5小结与习题讨论第五、六、七章内容小结和习地讨论Ml,M212

论读资料

64第八童系综理论微正则系综、正则系综、巨正则系综理论的理解和应用//

658.2刘维尔定理刘维尔定理简介，统计系嫁的分类Ml1讲授1自学

四'考核方式

序号考核环节操作细节总评占比

1.每周布置2-3道题目,平均每次课1道遂以上。

2.成绩采用百分制，根据作业完成准确性、是否按时上交、是否独立完成评分。

1平时件业吗

3.考核学生对热力学与统计物理基本知识的掌握能力.学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力.题型主要有

简答遨和计算题.

1.闭卷考试.成绩采用百分制，卷面成绩总分10。分.

2期中考试2,主要考核学生对热力学与统计物理基本知识的掌握情况,学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力.血型主20%

要有简答题