《热力学与统计物理》教学大纲 课程性质专业必修课（考试） 课程编号 xx405213渠程名称 热力学与统计物理 适用专业 物理学 先修课程 热学、高等数学 总学时 56其中理论56学时，实验0学时学分数3.5 一、课程简介 热力学与统计物理是为物理学专业学生开设的一门重要基础理论课，是物理学专业 主要骨干课程即理论物理学的四大分支之一，在教学计划中列为专业主干必修课程。 通过本课程的学习，使学生对热现象的宏观规律认识进一步深化。然后从统计的角 度研究组成宏观物体的大量微粒的力学运动特点，对这些宏观规律做出微观上的理论解 释，解释宏观热现象规律为什么是这样的。帮助学生了解大量粒子所构成系统的统计规 律性，锻炼学生认识探索问题的理论自觉性，并掌握分析这类系统的有效方法。为今后 从事有关热现象的科学研究和技术工作打下坚实的基础。 二、课程教学目标 知识目标 1、全面了解热力学体系；了解统计力学研究对象、分类以及与经典物理学的关系。 2、了解：热力学与统计物理学的研究方法、涨落理论的基本概念、规律及其应用、 非平衡态统计物理学的基本概念、基本规律及其应用、系综统计法的基本概念、规律及 其应用、温差电现象的热力学分析。 3、理解：热力学的基本概念和基本定律、热力学基本方程的应用、相平衡和化学 平衡所涉及的基本概念、基本规律及其应用、非平衡态热力学的基础概念和基本规律、 统计平均值的计算、统计物理学的基本概念及相应运算、最概然分布的基本概念、规律 及其应用。 4、掌握：熵概念和熵增加原理的应用、热力学偏导数的推导和平衡稳定性条件、 三种粒子系统各自一个宏观态对应的微观态数的求解、宏观态和微观态的关系、三种最 概然分布的理解及其应用、统计系综的概念热力学量涨落的计算、玻耳兹曼积分微分方
1 《热力学与统计物理》教学大纲 课程性质 专业必修课（考试） 课程编号 xx405213 课程名称 热力学与统计物理 适用专业 物理学 先修课程 热学、高等数学 总学时 56 其中理论 56 学时，实验 0 学时 学分数 3.5 一、课程简介 热力学与统计物理是为物理学专业学生开设的一门重要基础理论课，是物理学专业 主要骨干课程即理论物理学的四大分支之一，在教学计划中列为专业主干必修课程。 通过本课程的学习，使学生对热现象的宏观规律认识进一步深化。然后从统计的角 度研究组成宏观物体的大量微粒的力学运动特点，对这些宏观规律做出微观上的理论解 释，解释宏观热现象规律为什么是这样的。帮助学生了解大量粒子所构成系统的统计规 律性，锻炼学生认识探索问题的理论自觉性，并掌握分析这类系统的有效方法。为今后 从事有关热现象的科学研究和技术工作打下坚实的基础。 二、课程教学目标 知识目标 1、全面了解热力学体系；了解统计力学研究对象、分类以及与经典物理学的关系。 2、了解：热力学与统计物理学的研究方法、涨落理论的基本概念、规律及其应用、 非平衡态统计物理学的基本概念、基本规律及其应用、系综统计法的基本概念、规律及 其应用、温差电现象的热力学分析。 3、理解：热力学的基本概念和基本定律、热力学基本方程的应用、相平衡和化学 平衡所涉及的基本概念、基本规律及其应用、非平衡态热力学的基础概念和基本规律、 统计平均值的计算、统计物理学的基本概念及相应运算、最概然分布的基本概念、规律 及其应用。 4、掌握：熵概念和熵增加原理的应用、热力学偏导数的推导和平衡稳定性条件、 三种粒子系统各自一个宏观态对应的微观态数的求解、宏观态和微观态的关系、三种最 概然分布的理解及其应用、统计系综的概念热力学量涨落的计算、玻耳兹曼积分微分方
程的导出。 能力目标 1.使学生能够对热力学有一个整个认知，对热力学中重要的思维方法有较深刻的 体会，增加物理学的“美育”感。 2.使学生能够正确理解热力学四大定律等基本概念，基本规律，熟练掌握与运用 热力学函数完成一般推导、解决一般的习题和实际应用，能应用微积分解决热力学中的 一般问题，能用辩证唯物主义观点分析与体会物质与运动之间的关系。 3.能理解热力学是一门古老而有生命的学科，有一定的学习兴趣，为后续课程的 学习打好基础。能认识到经典统计力学的局限性，体会经典统计力学的现代价值。 三、课程教学基本要求 教学重点：热力学与统计物理学的研究方法、热力学的基本概念和基本定律、热力 学基本方程的应用、相平衡和化学平衡所涉及的基本概念、基本规律及其应用、非平衡 态热力学的基础概念和基本规律、统计平均值的计算、统计物理学的基本概念及相应运 算、最概然分布的基本概念、规律及其应用、系综统计法的基本概念、规律及其应用、 涨落理论的基本概念、规律及其应用、非平衡态统计物理学的基本概念、基本规律及其 应用。 教学难点：热力学与统计物理学的研究方法、病概念和摘增加原理的应用、热力学 偏导数的推导和平衡稳定性条件、温差电现象的热力学分析、三种粒子系统各自一个宏 观态对应的微观态数的求解、宏观态和微观态的关系、三种最概然分布的理解及其应用、 统计系综的概念热力学量涨落的计算、玻耳兹曼积分微分方程的导出。 四、课程教学模块（或教学内容）与学时分配 序号/教 节 知识点 学时 学模块 1、热力学1.1、1.2、13 了解：热力学与统计力学区别 基本规律 理解：平衡状态 掌握：第零定律 1.4、1.5、1.6了解：功 理解：热力学第一定律 掌握：理想气体的内能、烙
2 程的导出。 能力目标 1．使学生能够对热力学有一个整个认知，对热力学中重要的思维方法有较深刻的 体会，增加物理学的“美育”感。 2．使学生能够正确理解热力学四大定律等基本概念，基本规律，熟练掌握与运用 热力学函数完成一般推导、解决一般的习题和实际应用，能应用微积分解决热力学中的 一般问题，能用辩证唯物主义观点分析与体会物质与运动之间的关系。 3．能理解热力学是一门古老而有生命的学科，有一定的学习兴趣，为后续课程的 学习打好基础。能认识到经典统计力学的局限性，体会经典统计力学的现代价值。 三、课程教学基本要求 教学重点：热力学与统计物理学的研究方法、热力学的基本概念和基本定律、热力 学基本方程的应用、相平衡和化学平衡所涉及的基本概念、基本规律及其应用、非平衡 态热力学的基础概念和基本规律、统计平均值的计算、统计物理学的基本概念及相应运 算、最概然分布的基本概念、规律及其应用、系综统计法的基本概念、规律及其应用、 涨落理论的基本概念、规律及其应用、非平衡态统计物理学的基本概念、基本规律及其 应用。 教学难点：热力学与统计物理学的研究方法、熵概念和熵增加原理的应用、热力学 偏导数的推导和平衡稳定性条件、温差电现象的热力学分析、三种粒子系统各自一个宏 观态对应的微观态数的求解、宏观态和微观态的关系、三种最概然分布的理解及其应用、 统计系综的概念热力学量涨落的计算、玻耳兹曼积分微分方程的导出。 四、课程教学模块（或教学内容）与学时分配 序号/教 学模块 节 知识点 学时 1、热力学 基本规律 1.1、1.2、1.3 了解：热力学与统计力学区别 理解：平衡状态 掌握：第零定律 2 1.4、1.5、1.6 了解：功 理解：热力学第一定律 掌握：理想气体的内能、焓 2
1.7、1.8、1.9了解：Camot循环 2 理解：热力学第三定律 掌握：理想气体的绝热过程 1.10、1.11 了解：第二类永动机不能制成 理解：热力学第二定律 掌握：Camot定律 1.12、1.13、 了解：热力学温标 1.14、1.15 理解：热力学第二定律的数学表述 掌握：Clausius等式和不等式 1.16、1.17、 了解：数学表述 2 1.18 理解：热力学第二定律应用 掌握：自由能、Gibbs函数 小测试 2 2、均匀物2.1、22 了解：T、P用U表示，U的全微分 质的热力 理解：T、V用H表示，H的全微分 学性质 掌握：Maxwell关系 2.3、2.4 了解：节流过程和绝热膨胀过程 理解：基本热力学函数的确定 掌握：Joule-Thomson系数的确定 2.5、2.6 了解：特性函数 2 理解：热辐射理论 掌握：Kirchhoff定律 小测试 2 3、单元系3.1、32、3.3了解：熵判据 的相变 理解：开系热力学基本方程 掌握：复相平衡条件 3.4、3.5 了解：PT、PV相图 理解：单元复相系的平衡性质 掌握：Clapeyron方程
3 1.7、1.8、1.9 了解：Carnot 循环 理解：热力学第三定律 掌握：理想气体的绝热过程 2 1.10、1.11 了解：第二类永动机不能制成 理解：热力学第二定律 掌握：Carnot 定律 2 1.12、1.13、 1.14、1.15 了解：热力学温标 理解：热力学第二定律的数学表述 掌握：Clausius 等式和不等式 2 1.16、1.17、 1.18 了解：数学表述 理解：热力学第二定律应用 掌握：自由能、Gibbs 函数 2 小测试 2 2、均匀物 质的热力 学性质 2.1、2.2 了解： T、P 用 U 表示，U 的全微分 理解：T、V 用 H 表示，H 的全微分 掌握：Maxwell 关系 2 2.3、2.4 了解：节流过程和绝热膨胀过程 理解：基本热力学函数的确定 掌握：Joule-Thomson 系数的确定 2 2.5、2.6 了解：特性函数 理解：热辐射理论 掌握：Kirchhoff 定律 2 小测试 2 3、单元系 的相变 3.1、3.2、3.3 了解：熵判据 理解：开系热力学基本方程 掌握：复相平衡条件 2 3.4、3.5 了解：P-T、P-V 相图 理解：单元复相系的平衡性质 掌握：Clapeyron 方程 2
3.7、3.8、3.9了解：相变分类 理解：临界现象 掌握：连续相变理论 小测试 4、多元系4.1、4.2、4.3了解：多元系的热力学函数和热力学方程 2 的相平 理解：复相平衡 衡、化学 掌握：Gibbs律 平衡 4.5、4.6 了解：单相化学反应平衡条件 理解：混合理想气体性质 掌握：化学平衡条件 4.7、4.8 了解：平衡常量和分解度 理解：Nemst定律 掌握：热力学第三定律 小测试 6、近独立6.1、6.2 了解：粒子的经典描述 粒子的最 理解：粒子的量子描述 概然分布 掌握：若干模型的经典和量子描述 6.3、6.4、6.5 了解：系统微观运动状态的描述 理解：等概率原理 掌握：三种分布的关系 6.6、6.7、6.8 了解：最概然分布 掌握：Maxwell-Boltzman分布 小测试 7.1、72 了解：粒子配分函数 Boltzman 理解：热力学量的统计表达式 统计 掌握：理想气体的物态方程 7.3、7.4 了解：Maxwell速度分布 理解：最概然速率 掌握：能量均分定律
4 3.7、3.8、3.9 了解：相变分类 理解：临界现象 掌握：连续相变理论 2 小测试 2 4、多元系 的相平 衡、化学 平衡 4.1、4.2、4.3 了解：多元系的热力学函数和热力学方程 理解：复相平衡 掌握：Gibbs 律 2 4.5、4.6 了解：单相化学反应平衡条件 理解：混合理想气体性质 掌握：化学平衡条件 2 4.7、4.8 了解：平衡常量和分解度 理解：Nernst 定律 掌握：热力学第三定律 2 小测试 2 6、近独立 粒子的最 概然分布 6.1、6.2 了解：粒子的经典描述 理解：粒子的量子描述 掌握：若干模型的经典和量子描述 2 6.3、6.4、6.5 了解：系统微观运动状态的描述 理解：等概率原理 掌握：三种分布的关系 2 6.6、6.7、6.8 了解：最概然分布 掌握：Maxwell-Boltzman 分布 2 小测试 2 7 、 Boltzman 统计 7.1、7.2 了解：粒子配分函数 理解：热力学量的统计表达式 掌握：理想气体的物态方程 2 7.3、7.4 了解：Maxwell 速度分布 理解：最概然速率 掌握：能量均分定律 2
7.5、7.6、7.7了解：电子对热容没有贡献 2 理解：理想气体的统计熵 掌握：理想气体的内能和热容表达式 小测试 2 总复习 2 合计 56 说明：1.本表不局限于某一本教材，而应以能力培养为目标进行确定。2.知识点内容部分中，应填写可能包含的所 有知识点，且知识点要求细化，而不是只抄某本教材的某一节的标题。3教学模块是指将后面的知识点组成后的模 块名称。它不一定是某教材的章的名字。 四、教学方法与策略 讲授为主，平时测试为辅。 五、学生学习成效考核方式 考核环节构成 占总成绩 评分依据 (均为100分制) 的比重 出勤 病假、公假不扣分，事假扣2分一次，旷课5分一次 10% 作业、小测试 作业认真，及时完成小测试 10% 期末考试 编制参考答案及标准 80% 六、选用教材 汪志诚.《热力学·统计物理学》（第5版）.北京：高等教育出版社.2013.5. 七、参考资料 [1]马本堃、高尚惠、孙煜.《热力学与统计物理学》（第2版）.北京：高等教育出版 社.1995.8 [2]冯玉广、李士.《热力学与统计物理学导论》.北京：中国科学技术出版社.1993.6 [3]龚昌德.《热力学与统计物理学》（第1版).北京：高等教育出版社.1982.4. [4]苏汝铿.《统计物理学》（第1版）.上海：复旦大学出版社.1990.6 [5]欧阳容百.《热力学与统计物理》.科学出版社.2007.8. [6]陈金灿、苏国珍.《热力学与统计物理学·热点问题思考与探索》科学出版 社.2010.3. [T]M.W.Zemansky and R.H.Dittman,.Heat and thermodynamics,.机械工业出版社， 2015.1. 大纲起草人：丁持坤 大纲审核人：刘长青 大纲批准人：谢四莲 日期：2017年4月30日 5
5 7.5、7.6、7.7 了解：电子对热容没有贡献 理解：理想气体的统计熵 掌握：理想气体的内能和热容表达式 2 小测试 2 总复习 2 合计 56 说明：1.本表不局限于某一本教材，而应以能力培养为目标进行确定。2.知识点内容部分中，应填写可能包含的所 有知识点，且知识点要求细化，而不是只抄某本教材的某一节的标题。3.教学模块是指将后面的知识点组成后的模 块名称。它不一定是某教材的章的名字。 四、教学方法与策略 讲授为主，平时测试为辅。 五、学生学习成效考核方式 六、选用教材 汪志诚.《热力学˙统计物理学》（第 5 版）.北京：高等教育出版社.2013.5. 七、参考资料 [1]马本堃、高尚惠、孙煜.《热力学与统计物理学》（第 2 版）.北京：高等教育出版 社. 1995.8 [2]冯玉广、李士.《热力学与统计物理学导论》.北京：中国科学技术出版社.1993.6 [3]龚昌德.《热力学与统计物理学》（第 1 版）.北京：高等教育出版社.1982.4. [4]苏汝铿.《统计物理学》（第 1 版）.上海：复旦大学出版社.1990.6. [5]欧阳容百. 《热力学与统计物理》.科学出版社.2007.8. [6]陈金灿、苏国珍. 《热力学与统计物理学˙热点问题思考与探索》.科学出版 社.2010.3. [7] M. W. Zemansky and R. H. Dittman, Heat and thermodynamics, 机械工业出版社， 2015.1. 大纲起草人： 丁持坤 大纲审核人： 刘长青 大纲批准人： 谢四莲 日期： 2017 年 4 月 30 日 考核环节构成 （均为 100 分制） 评分依据 占总成绩 的比重 出勤 病假、公假不扣分，事假扣 2 分一次，旷课 5 分一次 10% 作业、小测试 作业认真，及时完成小测试 10% 期末考试 编制参考答案及标准 80%