热力学与统计物理课程教学大纲

教学目的：“热力学与统计物理”是物理学中发展相当成熟的基础课程之一。

在物理学领域，与“经典力学”、“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。

复旦大学办学定位为综合型、研究型、国际型大学，力争在若干年内跻身世界一流大学之列，所以我们的目标是培养创新型、研究型人才，培养的学生应该具有比较好的创新能力、综合能力和实践能力，这也和二十一世纪的人才培养要求相符。

作为物理学的重要基础课，应该在保持我国传统教学严谨、扎实等优点的基础上，借鉴国外特别是美国一流大学物理教学的长处，使学生在掌握基本概念、原理和理论方法的同时，了解相关领域的研究前沿和热点、以及与其它自然科学分支的联系，重点培养科学思维方法、创新意识和解决具体问题的能力，为后继课程的学习与未来的科研奠定坚实基础。

针对技术型与科研型人才的不同培养目标，制订了适应性广泛的新教学大纲，实施分层教学，将传统授课内容分成两大板块：热力学与统计物理I (本科生的必修课)，内容包括平衡态热力学、近独立粒子统计分布与非平衡态统计初步；以及热力学与统计物理II (本科生的选修课及研究生的必修课)，内容包括系综理论、涨落理论和非平衡态统计等内容。

教学内容组织如下：I．热力学统计物理内容（共54课时）一．热力学的基本规律（12课时）引言热力学基本概念，热力学第零定律，热力学第一定律，热力学第二定律，热力学第三定律，基本热力学函数，麦氏关系及其应用，分子运动学。

二．统计分布（18课时）概率与统计简介，微观状态和分布，近独立粒子的玻耳兹曼分布，统计物理的基本想法及应用举例，正则系综及应用举例，黑体辐射能均分定理。

三．量子统计法（20课时）Planck黑体辐射定律，Einstein的光量子，Bose黑体辐射推导，多粒子统计，玻色与费米分布，粒子数可变系统，巨正则系综，金属自由电子气，光子气体，玻色－爱因斯坦凝结。

四．相变初步（4课时）热动平衡条件，开放系的热力学基本方程，单元系和多元系复相平衡，相变，典型应用举例。

《热力学与统计物理》课程教学大纲课程英文名称：Thermodynamics and Statistical Physics课程编号：0312043002课程计划学时：48学分：3课程简介：《热力学与统计物理》课是物理专业学生的专业基础课，与理论力学、量子力学、电动力学共同构成物理专业重要的四门必修课，通常称为物理专业的四大力学课。

热力学和统计物理的任务是研究热运动的规律，研究与热运动有关的物性及宏观物质系统的演化。

本课程的作用是使学生掌握热力学与统计物理的基本原理和处理具体问题的一些重要方法，并初步具有用这些方法解决较简单问题的能力。

一、课程教学内容及教学基本要求第一章热力学的基本规律本章重点：热力学的基本规律，热力学的三个定律，掌握热力学函数内能、焓、熵、自由能、吉布斯函数的物理意义.难点：熵增加原理的应用及卡诺循环及其效率。

本章学时:16学时教学形式:讲授教具:黑板，粉笔第一节热力学系统的平衡状态及其描述本节要求：掌握：系统、外界、子系统，系统的分类，热力学平衡态及其描述。

1系统、外界、子系统（①掌握：系统与外界概念。

②了解：界面的分类。

③了解：系统与子系统的相对性）2系统的分类（掌握：孤立系、闭系、开系的概念。

）3热力学平衡态及其描述（①掌握：热力学平衡态概念。

②掌握：状态参量的描述及引入。

）第二节热平衡定律和温度本节要求：掌握：热接触与热平衡，热平衡定律、温度、热平衡的传递性，存在态函数温度的数学论证，温度的测量(考核概率50%)。

1热接触与热平衡（①掌握：系统间没有热接触时系统状态参量的变化。

②掌握：系统间热接触时系统状态参量的变化。

）2热平衡定律、温度、热平衡的传递性（①掌握：热平衡定律。

②掌握：温度的数学论证，温标的确定及分类）（重点）第三节物态方程本节要求：理解：广延量与强度量。

掌握：物态方程的得出，实验系数及由实验系数k 、、βα 求物态方程。

（重点，难点）（考核概率100%） 1物态方程（①掌握：独立参量的选择与态函数的相对性。

《热力学与统计物理》教学大纲（54学时）（理论课程）一课程说明（一）课程概况课程名称：《热力学与统计物理》英文名称：Thermodynamics and Statistical Physics课程编号：3910252118开课学院：理学院适用专业/开课学期：物理学/第六学期学分/周学时：3/3《热力学与统计物理》课是物理学专业专业发展课程的专业方向核心必修课程，与《理论力学》、《量子力学》、《电动力学》共同构成物理专业重要的四大力学。

该课程的任务是研究热运动的规律，研究与热运动有关的物性及宏观物质系统的演化。

本课程的作用是使学生掌握热力学与统计物理的基本原理和处理具体问题的一些重要方法，并初步具有用这些方法解决较简单问题的能力。

该课程在第六学期开设，学习该课程的先修课程是基础物理的各门课程和《理论力学》以及《高等数学》，这门课程又是《量子力学》、《固体物理》等课程的基础。

（二）课程目标本门课程系统讲授平衡态热力学和统计物理的基本理论和基本方法。

根据高等师范院校的特点，着重让学生了解热运动对于物质宏观性质的影响，掌握热运动的基本规律以及运用热力学方法和统计物理的方法研究解决物质热现象问题的基本的思想方法，学会基本的计算方法，获得运用热力学统计物理分析和处理问题的能力，提高学生的科学素养。

使学生运用科学的学习方法，真正达到从学会到会学，掌握该课程的知识体系与研究方法。

培养学生有较强的独立思考能力和创造能力。

对于与本课程相关领域的发展，可作适当介绍，为学生了解相关前沿打开一些窗口。

同时该课程是学生考研考得较多的课程之一，应该在保证基本内容的前提下，适当予以拓宽与加深，以兼顾考研学生的需要。

（三）学时分配二 教学方法和手段以讲授为主，讨论课和多媒体教学为辅的教学法。

《热力学与统计物理学》是一门理论性很强的学科，在整个知识结构体系中包含了许多难度很大的理论课。

在教学过程中由于其理论性强，结构体系庞大，内容本身抽象，因此教学难度很大。

黄淮学院《热力学与统计物理》课程教学大纲一、课程编码及课程名称课程编码：3321320514课程名称：热力学与统计物理Thermodynamics and Statistical Physics二、学时及学分总学时数：72，其中，讲授学时：72。

学分：4三、适用专业及开设学期适用专业：物理学（本科）开设学期：第5学期四、课程的性质、目标和任务本课程是高等院校本科物理学专业的一门专业基础课程。

该课程由热力学和统计力学两部分内容组成，两者的任务都是研究热运动的规律，与热现象有关的物理性质和宏观物质系统的演化。

前者关于热现象的宏观理论，后者是微观理论，是联系微观世界与宏观世界的桥梁。

通过本课程的学习，要求学生初步掌握与热现象有关的物质宏观物理性质的唯象理论和统计理论，并对二者的特点与联系有一个较全面的认识。

要求学生掌握热统的基本概念、掌握基本定理、定律、基本公式、基本热力学量及它们相互推导。

通过该课程的学习使学生初步建立分析微观世界的思路和方法，并培养学生分析问题、解决问题、进行创造性思维能力的培养，使理论分析能力得到必要的锻炼，为进一步学习打下牢固的基础。

五、课程教学的基本要求在教学中，要注意培养学生的学习兴趣。

由于本课程理论性较强，内容较抽象，学生在学习进程中容易感觉枯燥，故教学前要多查找资料，努力寻找理论与实际的结合点，并引导学生体验课程知识的系统性，对物理科学的系统性进行深层次认识。

六、课程教学内容第一章热力学的基本规律（共8学时）（一）本章教学目的和要求本章是热力学与统计物理学的基础，以热力学第一定律、热力学第二定律和热力学基本方程、热容量和焓、理想气体的内能为重点讲授内容；将热力学系统的平衡态及其描述、平衡定律和温度、物态方程、准静态功、热力学第一定律、绝热过程、卡诺循环作为课堂自学内容，这些内容在《热学》中都已学过。

（二）教学内容1.1热力学系统的平衡态及其描述；1.2平衡定律和温度；1.3物态方程；1.4功；1.5热力学第一定律；1.6热容量和焓；1.7理想气体的内能；1.8理想气体的绝热过程；1.9理想气体的卡诺循环；1.10热力学第二定律；1.11卡诺定理；1.12热力学温标；1.13克劳修斯等式和不等式1.14熵和热力学基本方程1.15理想气体的熵1.16热力学第二定律的数学表述1.17熵增加原理的简单应用1.18自由能和吉布斯函数（三）重点与难点重点：温度定理、物态方程、准静态过程中的微功、热力学第一定律、热力学过程、卡诺循环、热力学第二定律及其数学表述、不可逆过程、熵、熵增加原理、不可逆过程的熵变、自由能、吉布斯函数。

《热力学与统计物理学》教学大纲课程代码：NANA2051课程名称：热力学与统计物理学英文名称：Thermodynamics and statistical physics课程性质：专业必修课程学分/学时： 3.00学分/54学时考核方式：期末+期中+作业开课学期：第4学期适用专业：纳米材料与技术先修课程：高等数学，普通物理后续课程：固体物理，半导体物理开课单位：纳米科学技术学院选用教材：统计和热物理基础一、课程目标通过本课程的理论教学，使学生具备下列能力：1，了解热力学的基本概念，熟悉热力学方程并能够将其用于具体科学问题的计算与分析。

（支撑毕业要求指标点1-1）2，能够推导热力学与统计物理学的基本方程，能够建立物理问题的统计物理学模型。

（支撑毕业要求指标点1-2）3，学生熟悉外部参数之间的微分关系，了解发动机的基本概念，了解不同统计系统的定义及其统计理论。

能够在深入了解热力学与统计物理学基本理论的基础上解决实际物理、化学问题。

（支撑毕业要求指标点2-1）二、教学内容第一章:热力学和统计物理导论持续时间:2周,6讲座内容1、数学知识学习本课程所需的数学知识热力学和统计物理的一般介绍学习简单的统计原理;引入一些外部参数;学习四个热力学定律和一个统计关系。

第二章:宏观热力学的简单应用持续时间:5周,15讲座内容1、麦克斯韦关系学习麦克斯韦关系以及如何推导它们2、绝热膨胀和节流过程学习两种冷却技术和它们的计算:绝热膨胀和节流过程3、热机学习实用热机的定义;为什么理想的热机达不到;计算卡诺热机的效率第三章:统计物理概论持续时间:3周,9讲座内容1、统计系统的基本概念和例子:学习如何描述实际系统使用一般坐标和一般动量。

2、计算态密度学习如何计算一维，二维和三维盒子里的粒子的状态密度。

玻尔兹曼，玻色和费米系统学习这三个系统的定义;计算三个系统可以达到的状态数;学习如何计算这三个系统的分布。

第四章:玻尔兹曼系统的统计物理持续时间:5周,15讲座内容1、配分函数介绍了玻尔兹曼系统的配分函数;介绍如何使用配分函数计算外部参数2、麦克斯韦速度分布计算麦克斯韦速度定律;计算最可能的速度和平均速度能量均分热证明能量均分定理;利用能量均分热计算一些实际系统的比热容。

《热力学·统计物理》课程教学大纲课程名称：热力学·统计物理课程编码：学时：72 学分：4开课学期：第四学期课程类别：学科平台课程课程性质：必修课适用专业：应用物理学先修课程：力学、热学、原子物理，高等数学一、课程的性质、目的与任务热力学与统计物理是研究物质热现象和热运动规律理论的物理课程。

它是微观理论研究和宏观应用之间的一座桥梁，前者采用宏观的研究方法，后者采用微观的研究方法。

两种方法相辅相成，取长补短。

本门课程的学习内容主要有：热力学的基本规律；均匀物质的热力学性质；单元系的相变；多元系的复相平衡和化学平衡；；近独立粒子的最概然分布；玻耳兹曼统计；玻色统计和费米统计；系综理论；。

通过本门课程的学习，使学生能够掌握这两种研究方法，为今后的进一步学习与研究打下必要的基础。

二、教学内容及基本要求第一章热力学的基本规律教学目的和要求：了解热力学系统的平衡态及其描述、热平衡定律和温度、理想气体的内能和绝热过程、理想气体的卡诺循环、自由能和吉布斯函数理解物态方程、功、热力学第二定律、热容量和焓、热力学温标掌握热力学第一定律、卡诺定律、克劳修斯等式和不等式、熵和热力学基本方程、理想气体的熵、热力学第二定律的普遍表述、熵增加原理的的简单应用教学重点和难点：热力学第一定律和物态方程，克劳修斯等式与不等式，热力学基本方程。

教学方法与手段：传统教学与学生自学相结合第一节热力学系统的平衡状态及其描述第二节热平衡定律和温度第三节物态方程第四节功第五节热力学第一定律第六节热容量和焓第七节理想气体的内能第八节理想气体的绝热过程第九节理想气体的卡诺循环第十节热力学第二定律第十一节卡诺定理第十二节热力学温标第十三节克劳修斯等式与不等式第十四节熵和热力学基本方程第十五节理想气体的熵第十六节热力学第二定律的表述第十七节熵增加原理的简单应用第十八节自由能和吉布斯函数复习与作业要求：完成课后相关习题。

考核知识点：熵增加原理的应用，理想气体的熵。

热力学统计物理学课程教学大纲一、课程说明（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分；热力学统计物理【Thermodynamics and Statistical Physics】，兰州大学物理科学与技术学院物理学专业专业基础课，4学分。

（二）课程简介、目标与任务；《热力学统计物理》从宏观及微观角度理解大量粒子组成的物理系统的基本性质及其微观基础，该课程的任务是让学生掌握热力学和统计物理的基本原理和研究方法。

（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接；先修课程要求：高等数学、普通物理（包括力学、热学、光学、电磁学及原子物理）、理论力学。

与理论力学、量子力学、电动力学共同构成物理类专业基础课。

（四）教材与主要参考书。

教材：热力学•统计物理（第五版）；作者：汪志诚；高等教育出版社。

参考书目：1）王竹溪，《热力学简程》，高教出版社，19642）王竹溪，《统计物理学导论》，第二版，高教出版社，19653）龚昌德，《热力学与统计物理学》，，高教出版社，19824）苏汝铿，《热力学与统计物理基础》，，复旦大学出版社，19905）Landau L.D. and Lifshitz E.M., Statistical Physics, Pergamon Press, 1958 6）Reif F., Fundamental of Statistical and Thermal Physics, McGraw Hill Book Company, 19657）L.E.雷克著，黄昀等校译，统计物理现代教程，上册，北京大学出版社二、课程内容与安排（一）章节详细内容第一章热力学的基本规律第一节热力学系统的平衡状态及其描述；第二节热平衡定律和温度；第三节物态方程；第四节准静态过程及其功表达式；第五节内能、热量和热力学第一定律；第六节热容量和焓；第七节理想气体的内能；第八节理想气体的绝热过程；第九节理想气体的卡诺循环；第十节热力学第二定律；第十一节卡诺定律；第十二节热力学温标；第十三节克劳修斯等式和不等式；第十四节熵和热力学基本方程；第十五节理想气体的熵；第十六节热力学第二定律的普遍表述；第十七节熵增加原理的简单应用。

《热力学与统计物理学》教学大纲课程名称：热力学与统计物理学英文名称：Thermodynamics and Statistical Mechanics课程编号：09120013学时数及学分：64学时4学分教材名称及作者；《热力学・统计物理》，汪志诚出版社、出版时间：高等教育岀版社，1998年本大纲主笔人：陈太红，范嗣林一、课程的目的、要求和任务热力学和统计物理都是研究有关热现象的理论。

热力学是宏观理论，统计物理是微观理论，两种方法相辅相成，相互融会贯通，取长补短，应使学生掌握这两种研究方法，并受到足够的训练。

二者不同之处在于采用了不同的岀发点，因而也就决定了采用不同的处理问题的方法。

该课程是本专业重要的理论基础课程。

通过该课程的学习是学生初步建立分析微观世界的思路和方法，并培养学生分析问题、解决问题、进行创造性思维的能力，为本专业后续课程打下良好基础。

本课程内容包括热力学与统计物理学的对象和任务，热力学第一宦律，热力学第二左律，热力学函数, 麦克斯韦关系及应用，特殊函数，磁介质、平衡辐射的热力学性质，热动平衡判据，开系的热力学基本方程，单元复相系的复相平衡条件和平衡性质，多元系的复相平衡，统汁物理的基本原理，波耳兹曼分布，量子统计分布，系综理论，量子统计分布，非理想气体状态方程，黑体辐射的统计性质，一级相变和二级相变，涨落和关联，玻耳兹曼方程与H定理，输运过程，不可逆过程的爛增加率。

教学基本要求：1、了解热力学的基本槪念，掌握热力学的三个基本左律，并能熟练应用：2、了解统计物理的基本概念，掌握和区分三种基本“统计”的核心内容；3、通过该课程的学习初步建立分析微观世界的思路和方法，培养学生分析问题、解决问题、进行创造性思维的能力，为本专业后续课程打下良好基础。

二、大纲的基本内容及学时分配绪论（1学时）热力学与统计物理学的对象和任务，及英发展简史。

第一章热力学的基本规律（14学时）本章在复习热力学的基本概念和热力学过程所满足的规律的基础上，加深对这些规律的认识。

《热力学·统计物理学》教学大纲课程性质：专业基础课课程编码：适用专业：物理学教育本科编制时间：2007年2月修改时间：2008年8月一、预备知识：普通物理课程《力学》、《热学》、《光学》、《电磁学》和《原子物理》，以及《高等数学》，还有《理论力学》的学习，《热学》是其前期课程。

二、教学目的：热力学与统计物理学课程是高等学校物理学科主干课程体系中四大力学之一，其主要内容都是后续课程中不可或缺的基础，是有承上启下的知识连接作用。

通过本课程的学习，通过本课程的学习，应使学生在《热学》的基础上，较深入地掌握热力学与统计物理学的基本概念，系统地理解研究热现象的宏观与微观理论，基本掌握运用有关理论处理具体问题的方法，在逻辑思维和演义推理方面得到进一步训练，提高分析问题和解决问题的能力。

结合一些物理学史的介绍，使学生了解如何由分析物理实验结果出发、建立物理模型，进而建立物理理论体系的过程，了解微观物理学对现代科学技术重大影响和各种应用，了解并适当涉及正在发展的学科前沿，扩大视野，引导学生勇于思考、乐于探索发现，培养其良好的科学素质。

三、教学要求：本课程是后续多门专业课程，特别是固体物理学与半导体物理学的基础。

课程的学习有别于中学课程的学习，要求学生掌握科学的学习方法，培养学生独立的思考能力。

该课程重物理概念和基本原理，轻数学计算（热力学方面要求熟练运用雅可比行列式，统计物理学方面会运用玻耳兹曼分布和配分函数）。

在热力学方面要求学生掌握热力学的系统描述参量及其性质；热力学中的基本实验规律与三大定律；状态函数的本质及其在其他学科的应用；了解相变的基本规律和描述方法。

在统计物理学方面要求学生能够用物理学微观的统计方法把物理系统的宏观性质与微观粒子的统计规律联系起来。

掌握统计物理的基本理论，学会用来解决一些基本的和与专业有关的一些热运动方面的问题。

掌握热力学的基本规律和统计物理的基本理论，重点为三种分布函数及其关系；学会由配分函数导出系统的热力学函数和其他的物理量。