《热力学与统计物理》课程教学大纲

1、热力学与统计物理Thermodynamics and Statistical Physics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

2、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良好基础。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）理解热容量和焓；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

3、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、卡诺定理、热力学温标以及克劳修斯等式和不等式；（9）理解熵的概念，掌握热力学基本方程以及理想气体熵的一般表达式；（10）掌握热力学第二定律的数学表述和熵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，熵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、焓、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

4、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

5、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）理解玻耳兹曼分布、玻色分布和费米分布以及三种分布的关系；（3）掌握粒子运动状态经典、量子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、热容量和熵的量子

6、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）了解玻色爱因斯坦凝聚现象；（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

7、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简单应用。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（1）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，20092、马本堃，