《热力学与统计物理》课程教学大纲 一、课程基本信息 Thermodynamics and Statistical 英文名称 课程代码 Physics PHYS3002 课程性质专业必修课程 授课对象 物理学 学分 4学分 学时 72学时 主讲教师 须萍 修订日期 2021年6月 指定教材汪志诚，热力学·统计物理（第6版）[0，北京：高等教有出版社，2019. 二、课程目标 (一)总体目标： 通过本课程的学习，使学生掌握热力学与统计物理的基本概念、基本理论和基本方法， 并结合实际应用，对其研究问题的一些公认的、成熟的进展有所了解。理解热力学和统计物 理学研究方法的区别和研究目的和结论的统一，能分析、比较与物质热运动有关的物理事实， 找出共同特征，概括出物理概念和规律。掌握热力学与统计物理研究热性质的宏观和微观的 基本方法，学会用统计的方法解决问题，提高分析问题与解决问题的能力，为以后解决实际 问题打下基础。能运用所学热运动物理知识解释或解决一些实际问题，能阅读与教材水平相 近的研究论文，了解本学科最新发展动态，知道一些学者、科学家勇于探索无私泰献的爱国 主义精神，激发求知欲望和建立正确的辩证唯物主义世界观。 (二)课程目标： 课程目标1：掌握热力学与统计物理的基本规律、基本概念、基本方法。应用数学方法， 通过逻辑演绎得出物质各种宏观性质之间的关系，使学生理解热运动必然影响到宏观物理系 统的演化，对热力学理论的认识进一步深化，并掌握热力学处理问题的方法。 课程目标2：了解宏观过程进行的方向和限度，以及热力学理论的普适性和局限性。掌 握热力学理论的逻辑推理方法，理解热力学的统计本质。应用统计物理学理论得出具体物质 的特性，理解其微观机理，掌握概率法、系综法等统计方法，以及统计分布律的意义及应用。 充分认识到统计物理在现代物理中的重要地位。 1
1 《热力学与统计物理》课程教学大纲 一、课程基本信息 英文名称 Thermodynamics and Statistical Physics 课程代码 PHYS3002 课程性质 专业必修课程 授课对象 物理学 学 分 4 学分 学 时 72 学时 主讲教师 须萍 修订日期 2021 年 6 月 指定教材 汪志诚，热力学·统计物理（第 6 版）[M]， 北京：高等教育出版社，2019. 二、课程目标 （一）总体目标： 通过本课程的学习，使学生掌握热力学与统计物理的基本概念、基本理论和基本方法， 并结合实际应用，对其研究问题的一些公认的、成熟的进展有所了解。理解热力学和统计物 理学研究方法的区别和研究目的和结论的统一。能分析、比较与物质热运动有关的物理事实， 找出共同特征，概括出物理概念和规律。掌握热力学与统计物理研究热性质的宏观和微观的 基本方法，学会用统计的方法解决问题，提高分析问题与解决问题的能力，为以后解决实际 问题打下基础。能运用所学热运动物理知识解释或解决一些实际问题，能阅读与教材水平相 近的研究论文，了解本学科最新发展动态，知道一些学者、科学家勇于探索无私奉献的爱国 主义精神，激发求知欲望和建立正确的辩证唯物主义世界观。 （二）课程目标： 课程目标 1：掌握热力学与统计物理的基本规律、基本概念、基本方法。应用数学方法， 通过逻辑演绎得出物质各种宏观性质之间的关系，使学生理解热运动必然影响到宏观物理系 统的演化，对热力学理论的认识进一步深化，并掌握热力学处理问题的方法。 课程目标 2：了解宏观过程进行的方向和限度，以及热力学理论的普适性和局限性。掌 握热力学理论的逻辑推理方法，理解热力学的统计本质。应用统计物理学理论得出具体物质 的特性，理解其微观机理，掌握概率法、系综法等统计方法，以及统计分布律的意义及应用。 充分认识到统计物理在现代物理中的重要地位
课程目标3：了解热力学与统计物理在概念、理论方法和实际应用上的重要进展，了解 与本课程相关的最新科学前沿发展，拓宽学生视野，培养学生自主性、研究性、创新性学习 的能力。提高学生物理直觉和解决实际问题的能力，鼓励创新性思维。建立辩证唯物主义世 界观和由确定论的方法改变为概率论的方法论：培养学生的科学精神，勇于在物理学前沿及 交义领域探索、创新与攀登的责任感和使命感。 (三)课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系 表1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表 课程目标 对应课程内容 对应毕业要求 毕业要求2：掌握数学、物 第一章热力学基本规律 理相关的基础知识、基本物 理实验方法和实验技能， 第二章均匀物质的热力学性质 具有运用物理学理论和方 课程目标1 第三章单元系的相变 法解决问题、解释或理解物 理规律。 第四章多元系的复相平衡和化 毕业要求8：具有自主学习 学平衡热力学第三定律 和终身学习意识和社会适 应能力 毕业要求2：掌握数学、物 理相关的基础知识、基本物 理实哈方法和实哈技能 第六章近独立粒子的最概然分 具有运用物理学理论和方 希 法解决问题、解释或理解物 理规律。 课程目标2 第七章玻耳兹曼统计 毕业要求7：具有课题调研、 第八章玻色统计和费米统计 设计、数据处理和学术交流 第九章系综理论 能力。 毕业要求8：具有自主学 和终身学习意识和社会适 过能力。 第三章单元系的相变 毕业要求3：了解物理学前 第四章多元系的复相平衡和化 沿和发展动态，新技术中的 物理思想，熟悉物理学新发 课程目标3 学平衡热力学第三定律 现、新理论、新技术对社会 第七章玻耳兹曼统计 的影。 第八章玻色统计和费米统计 毕业要求7：具有课题调研
2 课程目标 3：了解热力学与统计物理在概念、理论方法和实际应用上的重要进展，了解 与本课程相关的最新科学前沿发展，拓宽学生视野，培养学生自主性、研究性、创新性学习 的能力。提高学生物理直觉和解决实际问题的能力，鼓励创新性思维。建立辩证唯物主义世 界观和由确定论的方法改变为概率论的方法论；培养学生的科学精神，勇于在物理学前沿及 交叉领域探索、创新与攀登的责任感和使命感。 （三）课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系 表 1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表 课程目标 对应课程内容 对应毕业要求 课程目标 1 第一章 热力学基本规律 第二章 均匀物质的热力学性质 第三章 单元系的相变 第四章 多元系的复相平衡和化 学平衡 热力学第三定律 毕业要求 2：掌握数学、物 理相关的基础知识、基本物 理实验方法和实验技能 , 具有运用物理学理论和方 法解决问题、解释或理解物 理规律。 毕业要求 8：具有自主学习 和终身学习意识和社会适 应能力 课程目标 2 第六章 近独立粒子的最概然分 布 第七章 玻耳兹曼统计 第八章 玻色统计和费米统计 第九章 系综理论 毕业要求 2：掌握数学、物 理相关的基础知识、基本物 理实验方法和实验技能 , 具有运用物理学理论和方 法解决问题、解释或理解物 理规律。 毕业要求 7：具有课题调研、 设计、数据处理和学术交流 能力。 毕业要求 8：具有自主学习 和终身学习意识和社会适 应能力。 课程目标 3 第三章 单元系的相变 第四章 多元系的复相平衡和化 学平衡 热力学第三定律 第七章 玻耳兹曼统计 第八章 玻色统计和费米统计 毕业要求 3：了解物理学前 沿和发展动态，新技术中的 物理思想，熟悉物理学新发 现、新理论、新技术对社会 的影响。 毕业要求 7：具有课题调研
第九章系综理论 设计、数据处理和学术交流 能力。 毕业要求8：具有自主学习 和终身学习意识和社会适 应能力。 三、教学内容 第一章热力学基本规律 1.教学目标 了解热力学温标的建立，热力学基本方程的意义： 理解热平衡定律和温度，热力学第一定律，热力学第二定律，箱和嫡增加原理 掌握平衡态，几种物质的物态方程，根据条件求系统的物态方程，各种条件下做功的表 达式，热力学基本方程，嬸的计算和熵增加原理的应用，内能、熵、自由能、焓、吉布斯函 数的定义和意义。 2.教学重难点 物态方程的求解：熵的性质、熵的计算和嫡增加原理的应用：热力学基本方程，内能、 烙、熵、自由能和吉布斯函数。 3.教学内容 3.1热力学系统的平衡状态及其描述 掌握平衡态、状态参量的基本概念：描述物质的状态的参量有哪些 3.2热平衡定律和温度 掌握热平衡定律，理解定律的物理意义：了解经验温标、理想气体温标、热力学温标 3.3物态方程 理解体胀系数、等温压缩系数、压强系数的概念：掌握气体、简单液体和固体、顺磁性 固体的物态方程 3.4功 掌握体积功的计算；推导表面张力做功、电介质极化做功、磁介质磁化做功 3.5热力学第一定律 掌握热力学第一定律中的能量守恒和转化 3.6热容和烙 掌握热容和烙的概念：理解热容与态函数的关系 3.7理想气体的内能
3 第九章 系综理论 设计、数据处理和学术交流 能力。 毕业要求 8：具有自主学习 和终身学习意识和社会适 应能力。 三、教学内容 第一章 热力学基本规律 1.教学目标 了解热力学温标的建立，热力学基本方程的意义； 理解热平衡定律和温度，热力学第一定律，热力学第二定律，熵和熵增加原理； 掌握平衡态，几种物质的物态方程，根据条件求系统的物态方程，各种条件下做功的表 达式，热力学基本方程，熵的计算和熵增加原理的应用，内能、熵、自由能、焓、吉布斯函 数的定义和意义。 2.教学重难点 物态方程的求解；熵的性质、熵的计算和熵增加原理的应用；热力学基本方程，内能、 焓、熵、自由能和吉布斯函数。 3.教学内容 3.1 热力学系统的平衡状态及其描述 掌握平衡态、状态参量的基本概念；描述物质的状态的参量有哪些 3.2 热平衡定律和温度 掌握热平衡定律，理解定律的物理意义；了解经验温标、理想气体温标、热力学温标 3.3 物态方程 理解体胀系数、等温压缩系数、压强系数的概念；掌握气体、简单液体和固体、顺磁性 固体的物态方程 3.4 功 掌握体积功的计算；推导表面张力做功、电介质极化做功、磁介质磁化做功 3.5 热力学第一定律 掌握热力学第一定律中的能量守恒和转化 3.6 热容和焓 掌握热容和焓的概念；理解热容与态函数的关系 3.7 理想气体的内能
理解焦耳实验的意义：推导理想气体的内能表达式 3.8理想气体的绝热过程 推导绝热过程的方程 3.9理想气体的卡诺循环 推导卡诺循环的效率公式 3.10热力学第二定律 理解热力学第二定律开氏表述和克氏表述的等效性：理解可逆过程、不可逆过程 3.11卡诺定理 理解卡诺定理及推论 3.12热力学温标 证明热力学温标和理想气体温标的一致性 3.13克劳修斯等式和不等式 理解克劳修斯等式和克劳修斯不等式的意义 3.14熵和热力学基本方程 掌握熵的概念：推导热力学基本方程 3.15理想气体的熵 推导理想气体的熵函数 3.16热力学第二定律的数学表述 根据克氏等式和不等式推导热力学第二定律的数学表述：理解熵增加原理 3.17熵增加原理的简单应用 掌握几个不可逆过程的熵变的计算 3.18自由能和吉布斯函数 掌握自由能、吉布斯函数的概念：理解最大功、最小功原理 4.教学方法 课堂讲授与学生讨论结合，学生自主学习汇报等。 5.教学评价 课后相应习题，课后阅读，小组讨论汇报 第二章均匀物质的热力学性质 1.教学目标 了解气体的节流过程和绝热膨胀过程，平衡辐射和磁介质的热力学性质：
4 理解焦耳实验的意义；推导理想气体的内能表达式 3.8 理想气体的绝热过程 推导绝热过程的方程 3.9 理想气体的卡诺循环 推导卡诺循环的效率公式 3.10 热力学第二定律 理解热力学第二定律开氏表述和克氏表述的等效性；理解可逆过程、不可逆过程 3.11 卡诺定理 理解卡诺定理及推论 3.12 热力学温标 证明热力学温标和理想气体温标的一致性 3.13 克劳修斯等式和不等式 理解克劳修斯等式和克劳修斯不等式的意义 3.14 熵和热力学基本方程 掌握熵的概念；推导热力学基本方程 3.15 理想气体的熵 推导理想气体的熵函数 3.16 热力学第二定律的数学表述 根据克氏等式和不等式推导热力学第二定律的数学表述；理解熵增加原理 3.17 熵增加原理的简单应用 掌握几个不可逆过程的熵变的计算 3.18 自由能和吉布斯函数 掌握自由能、吉布斯函数的概念；理解最大功、最小功原理 4.教学方法 课堂讲授与学生讨论结合，学生自主学习汇报等。 5.教学评价 课后相应习题，课后阅读，小组讨论汇报 第二章 均匀物质的热力学性质 1.教学目标 了解气体的节流过程和绝热膨胀过程，平衡辐射和磁介质的热力学性质；
理解基本热力学函数，特性函数： 掌握内能、培、自由能和吉布斯函数的全微分，麦克斯韦关系及其简单应用，基本热力 学函数的确定，会分析用热力学偏导数表达的一些物理效应，特性函数及其应用， 2.教学重难点 麦克斯韦关系的简单应用，特性函数和基本热力学函数的应用，气体的节流过程和绝热 膨胀过程，平衡辐射的热力学性质，磁介质的热力学性质 3.教学内容 3.1内能、焓、自由能和吉布斯函数的全微分 掌握偏导数的概念：推导内能、格、自由能、吉布斯函数的全微分表达式 3.2麦氏关系的简单应用 推导麦氏关系：理解内能方程、内能的附属方程、格方程、焓的附属方程：掌握导数变 换运 3.3气体的节流过程和绝热膨胀过程 理解节流过程的焦汤效应，绝热膨胀过程的降温效应：推导焦汤系数 3.4基本热力学函数的确定 推导简单系统的基本热力学函数的一般表达式 3.5特性函数 理解特性函数自由能和吉布斯函数：推导吉布斯-亥姆霍兹方程 3.6热辐射的热力学理论 理解辐射能量密度、辐射压强、辐射的内能密度、辐射通量密度等概念：推导斯特藩 玻耳兹曼定律：理解黑体辐射 3.7磁介质的热力学 理解磁介质的热力学函数的全微分：推导磁介质的麦氏关系 3.8获得低温的方法 了解获得低温的几种有效方法 4.教学方法 课堂讲授与学生讨论结合，阅读讨论等。 5.教学评价 课后相应习，补充习题，课后阅读 第三章单元系的相变 1.教学目标
5 理解基本热力学函数，特性函数； 掌握内能、焓、自由能和吉布斯函数的全微分，麦克斯韦关系及其简单应用，基本热力 学函数的确定，会分析用热力学偏导数表达的一些物理效应，特性函数及其应用。 2.教学重难点 麦克斯韦关系的简单应用，特性函数和基本热力学函数的应用，气体的节流过程和绝热 膨胀过程，平衡辐射的热力学性质，磁介质的热力学性质 3.教学内容 3.1 内能、焓、自由能和吉布斯函数的全微分 掌握偏导数的概念；推导内能、焓、自由能、吉布斯函数的全微分表达式 3.2 麦氏关系的简单应用 推导麦氏关系；理解内能方程、内能的附属方程、焓方程、焓的附属方程；掌握导数变 换运算 3.3 气体的节流过程和绝热膨胀过程 理解节流过程的焦汤效应，绝热膨胀过程的降温效应；推导焦汤系数 3.4 基本热力学函数的确定 推导简单系统的基本热力学函数的一般表达式 3.5 特性函数 理解特性函数自由能和吉布斯函数；推导吉布斯-亥姆霍兹方程 3.6 热辐射的热力学理论 理解辐射能量密度、辐射压强、辐射的内能密度、辐射通量密度等概念；推导斯特藩- 玻耳兹曼定律；理解黑体辐射 3.7 磁介质的热力学 理解磁介质的热力学函数的全微分；推导磁介质的麦氏关系 3.8 获得低温的方法 了解获得低温的几种有效方法 4.教学方法 课堂讲授与学生讨论结合，阅读讨论等。 5.教学评价 课后相应习题，补充习题，课后阅读 第三章 单元系的相变 1.教学目标
了解相变的分类。理解：范德瓦尔斯等温线，单元系相图： 掌握单元复相系的热动平衡判据、复相平衡条件及平衡稳定性条件，弯曲液面下相变平 衡条件，克拉珀龙方程及应用，范德瓦耳斯方程并用其讨论气液相变的性质。 2.教学重难点 热动平衡判据的应用，范德瓦尔斯方程讨论气液两相的转变，液滴的形成条件和形成过 程，过热液体和过饱和蒸气。 3.教学内容 3.1热动平衡判据 理解熵判据、自由能判据、吉布斯函数判据：根据平衡判据推导平衡条件和平衡的稳定 性条 3.2开系的热力学基本方程 掌握开系的热力学函数的全微分：理解化学势、巨热力势的概念 3.3单元系的复相平衡条件 用熵判据推导复相平衡的条件：理解热平衡、力学平衡、相变平衡条件的意义 3.4单元复相系的平衡性质 理解平衡相变的相图：推导平衡相变的克拉珀龙方程：推导蒸气压方程 3.5临界点和气液两相的转变 理解二氧化碳的等温线：根据范氏方程讨论液气相变的临界点 3.6液滴的形成 讨论表面相对液气相变过程的影响：理解液滴的形成：理解过饱和蒸气、过热液体 3.7相变的分类 掌提一级相变的特征：掌握二级相变的特征 3.8临界现象和临界指数 理解临界现象、临界指数的概念：理解液气系统、铁磁系统的临界现象的实验规律 3.9朗道连续相变理论 理解序参量、对称破缺的概念：推导铁磁系统的序参量、临界指数 4.教学方法 课堂讲授与学生讨论结合，阅读讨论等 5.教学评价 课后习题，课后阅读 第四章多元系的复相平衡和化学平衡热力学第三定律
6 了解相变的分类。理解：范德瓦尔斯等温线，单元系相图； 掌握单元复相系的热动平衡判据、复相平衡条件及平衡稳定性条件，弯曲液面下相变平 衡条件，克拉珀龙方程及应用，范德瓦耳斯方程并用其讨论气液相变的性质。 2.教学重难点 热动平衡判据的应用，范德瓦尔斯方程讨论气液两相的转变，液滴的形成条件和形成过 程，过热液体和过饱和蒸气。 3.教学内容 3.1 热动平衡判据 理解熵判据、自由能判据、吉布斯函数判据；根据平衡判据推导平衡条件和平衡的稳定 性条件 3.2 开系的热力学基本方程 掌握开系的热力学函数的全微分；理解化学势、巨热力势的概念 3.3 单元系的复相平衡条件 用熵判据推导复相平衡的条件；理解热平衡、力学平衡、相变平衡条件的意义 3.4 单元复相系的平衡性质 理解平衡相变的相图；推导平衡相变的克拉珀龙方程；推导蒸气压方程 3.5 临界点和气液两相的转变 理解二氧化碳的等温线；根据范氏方程讨论液气相变的临界点 3.6 液滴的形成 讨论表面相对液气相变过程的影响；理解液滴的形成；理解过饱和蒸气、过热液体 3.7 相变的分类 掌握一级相变的特征；掌握二级相变的特征 3.8 临界现象和临界指数 理解临界现象、临界指数的概念；理解液气系统、铁磁系统的临界现象的实验规律 3.9 朗道连续相变理论 理解序参量、对称破缺的概念；推导铁磁系统的序参量、临界指数 4.教学方法 课堂讲授与学生讨论结合，阅读讨论等 5.教学评价 课后习题，课后阅读 第四章 多元系的复相平衡和化学平衡 热力学第三定律
1.教学目标 了解混合理想气体的性质，热力学第三定律：： 理解化学平衡条件，吉布斯相律的物理意义，质量作用律： 掌握多元复相系的热力学基本方程，多元系的复相平衡条件，吉布斯相律及其应用。 2.教学重难点 多元复相系的相变平衡条件，吉布斯相律物理意义及应用，化学平衡条件的应用。 3.教学内容 3.1多元系的热力学函数和热力学方程 理解偏摩尔物理量的概念：掌握欧勒定理：掌握多元系的热力学基本方程：推导吉布斯 米 3.2多元系的复相平衡条件 应用吉布斯函数判据推导多元系的相变平衡条件：理解多元系的平衡条件的意义 3.3吉布斯相律 理解强度量、广延量的概念：掌握吉布斯相律 3.4二元系相图举例 理解金银合金相图：理解镉-铋合金相图 3.5化学平衡条件 掌握单相化学反应的化学平衡条件：理解化学平衡条件的意义 3.6混合理想气体的性质 理解道尔顿分压定律；推导混合理想气体的内能、熵：理解吉布斯佯谬 3.7理想气体的化学平衡 掌握平衡常量的概念：理解质量作用律 3.8热力学第三定律 掌握热力学第三定律：理解能氏定理：根据能氏定理讨论温度趋于绝对零度时物质的 些 4.教学方法 教师讲授，师生讨论等 5.教学评价 课后作业，补充习题 第六章近独立粒子的最概然分布 7
7 1.教学目标 了解混合理想气体的性质，热力学第三定律；； 理解化学平衡条件，吉布斯相律的物理意义，质量作用律； 掌握多元复相系的热力学基本方程，多元系的复相平衡条件，吉布斯相律及其应用。 2.教学重难点 多元复相系的相变平衡条件，吉布斯相律物理意义及应用，化学平衡条件的应用。 3.教学内容 3.1 多元系的热力学函数和热力学方程 理解偏摩尔物理量的概念；掌握欧勒定理；掌握多元系的热力学基本方程；推导吉布斯 关系 3.2 多元系的复相平衡条件 应用吉布斯函数判据推导多元系的相变平衡条件；理解多元系的平衡条件的意义 3.3 吉布斯相律 理解强度量、广延量的概念；掌握吉布斯相律 3.4 二元系相图举例 理解金-银合金相图；理解镉-铋合金相图 3.5 化学平衡条件 掌握单相化学反应的化学平衡条件；理解化学平衡条件的意义 3.6 混合理想气体的性质 理解道尔顿分压定律；推导混合理想气体的内能、熵；理解吉布斯佯谬 3.7 理想气体的化学平衡 掌握平衡常量的概念；理解质量作用律 3.8 热力学第三定律 掌握热力学第三定律；理解能氏定理；根据能氏定理讨论温度趋于绝对零度时物质的一 些性质 4.教学方法 教师讲授，师生讨论等 5.教学评价 课后作业，补充习题 第六章 近独立粒子的最概然分布
1.教学目标 了解利用统计处理问题的方法，经典统计的困难，建立量子统计的历史，玻耳兹曼和爱 因斯坦等物理学家对统计物理的贡献 理解粒子运动状态的量子描述，系统微观状态的描述，等概率原理，分布和微观状态的 关系，最概然分布： 堂据微观状态数、分布的概今，白由拉子、线性谐振子和转子运动状态的量子描述，玻 耳兹曼系统、玻色系统、费米系统在确定分布下的微观状态数的计算，三种分布的关系，经 典极限条件。 2.教学重难点 分布和微观状态的关系，玻耳兹曼系统、玻色系统、费米系统在确定分布下的微观状态 数的计算，三种分布的导出以及关系 3.教学内容 3.1粒子运动状态的经典描述 理解相空间的概念和意义：掌握自由粒子、线性诰振子、转子的运动状态的经典描述 3.2粒子运动状态的量子描述 理解德布罗意关系、波粒二象性、不确定关系的意义：掌握自旋、自由粒子、线性诰振 子、转子的运动状态的量子描述：理解简并度、相空间的量子化、态密度 3.3系统微观运动状态的描述 理解近独立粒子、全同粒子的概念：掌握微观粒子全同性原理：掌握微观粒子的分类及 占据量子态的不同方式：掌握系统微观运动状态的经典描述、量子描述 3.4等概率原理 理解宏观状态、微观运动状态的概念：理解等概率原理 35分布和微观状态 理解宏观分布、微观状态的概念：推导玻耳兹曼系统、玻色系统、费米系统的微观状态 3.6玻耳兹曼分布 理解最概然分布的概念：推导玻耳兹曼系统粒子的最概然分布：掌握拉氏乘子法 3.7玻色分布和费米分布 推导玻色系统中粒子的最概然分布：推导费米系统中粒子的最概然分布 3.8三种分布的关系 理解经典极限条件或非简并条件；掌握三种分布的关系 4.教学方法
8 1.教学目标 了解利用统计处理问题的方法，经典统计的困难，建立量子统计的历史，玻耳兹曼和爱 因斯坦等物理学家对统计物理的贡献； 理解粒子运动状态的量子描述，系统微观状态的描述，等概率原理，分布和微观状态的 关系，最概然分布； 掌握微观状态数、分布的概念，自由粒子、线性谐振子和转子运动状态的量子描述，玻 耳兹曼系统、玻色系统、费米系统在确定分布下的微观状态数的计算，三种分布的关系，经 典极限条件。 2.教学重难点 分布和微观状态的关系，玻耳兹曼系统、玻色系统、费米系统在确定分布下的微观状态 数的计算，三种分布的导出以及关系。 3.教学内容 3.1 粒子运动状态的经典描述 理解相空间的概念和意义；掌握自由粒子、线性谐振子、转子的运动状态的经典描述 3.2 粒子运动状态的量子描述 理解德布罗意关系、波粒二象性、不确定关系的意义；掌握自旋、自由粒子、线性谐振 子、转子的运动状态的量子描述；理解简并度、相空间的量子化、态密度 3.3 系统微观运动状态的描述 理解近独立粒子、全同粒子的概念；掌握微观粒子全同性原理；掌握微观粒子的分类及 占据量子态的不同方式；掌握系统微观运动状态的经典描述、量子描述 3.4 等概率原理 理解宏观状态、微观运动状态的概念；理解等概率原理 3.5 分布和微观状态 理解宏观分布、微观状态的概念；推导玻耳兹曼系统、玻色系统、费米系统的微观状态 数 3.6 玻耳兹曼分布 理解最概然分布的概念；推导玻耳兹曼系统粒子的最概然分布；掌握拉氏乘子法 3.7 玻色分布和费米分布 推导玻色系统中粒子的最概然分布；推导费米系统中粒子的最概然分布 3.8 三种分布的关系 理解经典极限条件或非简并条件；掌握三种分布的关系 4.教学方法
课堂讲授、课后推导练习等 5.教学评价 课后相应习恩，补充系统，课堂练习 第七章玻耳兹曼统计 1.教学目标 了解玻耳兹曼统计处理问题的方法，经典统计的困难，固体热容量的爱因斯坦理论 理解配分函数的意义和作用，能量均分定理： 掌握由配分函数表示的热力学量的统计表达式，由玻耳兹曼分布导出理想气体的物态方 程、麦克斯韦速度分布律，能量均分定理及其应用，玻耳兹曼量子统计解决经典统计遇到的 几个困难。 2.教学重难点 相对论时空观：相对论四维形式 3.教学内容 3.1热力学量的统计表达式 掌握配分函数的概念：推导内能、广义作用力、熵的统计表达式 3.2理想气体的物态方程 确定单原子分子理想气体的配分函数：推导理想气体的物态方程：理解经典极限条件的 意 3.3麦克斯韦速度分布律 推导麦克斯韦速度分布律：理解最概然速率、方均根速率、平均速案：推导碰壁数 3.4能量均分定理 证明能量均分定理：应用能量均分定理讨论一些物质系统的内能和热容：应用能量均分 定理讨论平衡辐射问题 3.5理想气体的内能和热容 确定平动配分函数、转动配分函数、振动配分函数：讨论平动、转动、振动对内能、热 容的贡献 3.6理想气体的熵 推导单原子理想气体的熵 3.7固体热容的爱因斯坦理论 用量子理论讨论固体的内能、热容：理解周体热容随温度下降 3.8顺磁性固体
9 课堂讲授、课后推导练习等 5.教学评价 课后相应习题，补充系统，课堂练习 第七章 玻耳兹曼统计 1.教学目标 了解玻耳兹曼统计处理问题的方法，经典统计的困难，固体热容量的爱因斯坦理论； 理解配分函数的意义和作用，能量均分定理； 掌握由配分函数表示的热力学量的统计表达式，由玻耳兹曼分布导出理想气体的物态方 程、麦克斯韦速度分布律，能量均分定理及其应用，玻耳兹曼量子统计解决经典统计遇到的 几个困难。 2.教学重难点 相对论时空观；相对论四维形式 3.教学内容 3.1 热力学量的统计表达式 掌握配分函数的概念；推导内能、广义作用力、熵的统计表达式 3.2 理想气体的物态方程 确定单原子分子理想气体的配分函数；推导理想气体的物态方程；理解经典极限条件的 意义 3.3 麦克斯韦速度分布律 推导麦克斯韦速度分布律；理解最概然速率、方均根速率、平均速率；推导碰壁数 3.4 能量均分定理 证明能量均分定理；应用能量均分定理讨论一些物质系统的内能和热容；应用能量均分 定理讨论平衡辐射问题 3.5 理想气体的内能和热容 确定平动配分函数、转动配分函数、振动配分函数；讨论平动、转动、振动对内能、热 容的贡献 3.6 理想气体的熵 推导单原子理想气体的熵 3.7 固体热容的爱因斯坦理论 用量子理论讨论固体的内能、热容；理解固体热容随温度下降 3.8 顺磁性固体
确定顺磁性固体的配分函数：推导顺磁性固体的磁化强度、内能、熵 4.教学方法 课堂讲授与学生讨论结合 5.教学评价 课后相应习题，补充系统，课后阅读讨论 第八章玻色统计和费米统计 1.教学目标 了解粒子间的量子统计关联对系统性质的影响，玻色一爱因斯坦凝聚现象： 理解光子气体服从量子统计研究平衡辐射，金属中自由电子的热容量激起他性质： 掌握巨配分函数，玻色系统和费米系统热力学量的统计表达式，平衡辐射，0K时自由 电子气体。 2.教学重难点 统计关联，光子气体，金属中自由电子气体的热力学性质。 3.教学内容 3.1热力学量的统计表达式 掌握巨配分函数的概念：推导内能、广义作用力、嫡的统计表达式 3.2弱简并理想玻色气体和费米气体 推导系统的内能和总分子数：理解量子统计关联导致的附加内能 3.3玻色-爱因斯坦凝聚 了解玻色一爱因斯坦凝聚现象：推导临界温度：了解实现玻色凝聚现象的实验方法 3.4光子气体 掌捏普朗克公式：推导斯特藩-玻耳兹曼定律：推导维恩位移定律 3.5金属中的自由电子气体 绝对零度时电子的分布：推导费米能级、费米动量、费米温度：了解自由电子对热容的 贡献 4.教学方法 教师讲授，师生讨论 5.教学评价 课后相应习题，补充作业 第九章系综理论 10
10 确定顺磁性固体的配分函数；推导顺磁性固体的磁化强度、内能、熵 4.教学方法 课堂讲授与学生讨论结合 5.教学评价 课后相应习题，补充系统，课后阅读讨论 第八章 玻色统计和费米统计 1.教学目标 了解粒子间的量子统计关联对系统性质的影响，玻色-爱因斯坦凝聚现象； 理解光子气体服从量子统计研究平衡辐射，金属中自由电子的热容量激起他性质； 掌握巨配分函数，玻色系统和费米系统热力学量的统计表达式，平衡辐射，0K 时自由 电子气体。 2.教学重难点 统计关联，光子气体，金属中自由电子气体的热力学性质。 3.教学内容 3.1 热力学量的统计表达式 掌握巨配分函数的概念；推导内能、广义作用力、熵的统计表达式 3.2 弱简并理想玻色气体和费米气体 推导系统的内能和总分子数；理解量子统计关联导致的附加内能 3.3 玻色-爱因斯坦凝聚 了解玻色-爱因斯坦凝聚现象；推导临界温度；了解实现玻色凝聚现象的实验方法 3.4 光子气体 掌握普朗克公式；推导斯特藩-玻耳兹曼定律；推导维恩位移定律 3.5 金属中的自由电子气体 绝对零度时电子的分布；推导费米能级、费米动量、费米温度；了解自由电子对热容的 贡献 4.教学方法 教师讲授，师生讨论 5.教学评价 课后相应习题，补充作业 第九章 系综理论