熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理教學(xué)大綱

#《熱力學(xué)?統(tǒng)計(jì)物理》課程教學(xué)大綱課程名稱：熱力學(xué)?統(tǒng)計(jì)物理 課程編碼：學(xué)時(shí)：72 學(xué)分：4開課學(xué)期：第四學(xué)期課程類別：學(xué)科平臺(tái)課程課程性質(zhì)：必修課適用專業(yè)：應(yīng)用物理學(xué)先修課程：力學(xué)、熱學(xué)、原子物理，高等數(shù)學(xué)一、課程的性質(zhì)、目的與任務(wù)熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理是研究物質(zhì)熱現(xiàn)象和熱運(yùn)動(dòng)規(guī)律理論的物理課程。 它是微觀理論研究和宏觀應(yīng)用之間的一座橋梁，前者采用宏觀的研究方法，后者采用微觀的研究方法。兩種方法相輔相成，取長(zhǎng)補(bǔ)短。本門課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容主要有：熱力學(xué)的基本規(guī)律；均勻物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)；單元系的相變；多元系的復(fù)相平衡和化學(xué)平衡； ；近獨(dú)立粒子的最概然分布；玻耳茲曼統(tǒng)計(jì)；玻色統(tǒng)計(jì)和費(fèi)米統(tǒng)計(jì)；系綜理論； 。通過本門課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠掌握這兩種研究方法，為今后的進(jìn)一步學(xué)習(xí)與研究打下必要的基礎(chǔ)。二、教學(xué)內(nèi)容及基本要求第一章熱力學(xué)的基本規(guī)律教學(xué)目的和要求：了解熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡態(tài)及其描述、熱平衡定律和溫度、理想氣體的內(nèi)能和絕熱過程、理想氣體的卡諾循環(huán)、自由能和吉布斯函數(shù)理解物態(tài)方程、功、熱力學(xué)第二定律、熱容量和焰、熱力學(xué)溫標(biāo)掌握熱力學(xué)第一定律、卡諾定律、克勞修斯等式和不等式、嫡和熱力學(xué)基本方程、理想氣體的嫡、熱力學(xué)第二定律的普遍表述、嫡增加原理的的簡(jiǎn)單應(yīng)用教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：熱力學(xué)第一定律和物態(tài)方程，克勞修斯等式與不等式，熱力學(xué)基本方程。教學(xué)方法與手段：傳統(tǒng)教學(xué)與學(xué)生自學(xué)相結(jié)合第一節(jié)熱力學(xué)系統(tǒng)的平衡狀態(tài)及其描述第二節(jié)熱平衡定律和溫度第三節(jié)物態(tài)方程第四節(jié)功第五節(jié)熱力學(xué)第一定律第六節(jié)熱容量和烙第七節(jié)理想氣體的內(nèi)能第八節(jié)理想氣體的絕熱過程第九節(jié)理想氣體的卡諾循環(huán)第十節(jié)熱力學(xué)第二定律第十一節(jié)卡諾定理第十二節(jié)熱力學(xué)溫標(biāo)第十三節(jié)克勞修斯等式與不等式第十四節(jié)嫡和熱力學(xué)基本方程第十五節(jié)理想氣體的嫡第十六節(jié)熱力學(xué)第二定律的表述第十七節(jié)嫡增加原理的簡(jiǎn)單應(yīng)用第十八節(jié)自由能和吉布斯函數(shù)復(fù)習(xí)與作業(yè)要求：完成課后相關(guān)習(xí)題?？己酥R(shí)點(diǎn)：嫡增加原理的應(yīng)用，理想氣體的嫡。輔助教學(xué)活動(dòng)：課前課后答疑及講解相關(guān)習(xí)題。第二章均勻物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)教學(xué)目的和要求：了解磁介質(zhì)的熱力學(xué)、低溫的獲得、氣體的絕熱膨脹過程，掌握內(nèi)能、烙、自由能和吉布斯函數(shù)的全微分、麥?zhǔn)详P(guān)系的簡(jiǎn)單運(yùn)用、氣體的節(jié)流過程、基本熱力學(xué)函數(shù)的確定、特性函數(shù)、平衡輻射的熱力學(xué)教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：邁克斯韋關(guān)系式的應(yīng)用，特性函數(shù)，基本熱力學(xué)函數(shù)的表達(dá)式。教學(xué)方法與手段：多媒體課件授課與學(xué)生自學(xué)相結(jié)合第一節(jié)內(nèi)能、烙、自由能和吉布斯函數(shù)的全微分第二節(jié)麥?zhǔn)详P(guān)系的簡(jiǎn)單應(yīng)用第三節(jié)氣體的節(jié)流過程和絕熱膨脹過程第四節(jié)基本熱力學(xué)函數(shù)的確定第五節(jié)特性函數(shù)第六節(jié)熱輻射的熱力學(xué)函數(shù)第七節(jié)磁介質(zhì)的熱力學(xué)第八節(jié)獲得低溫的方法復(fù)習(xí)與作業(yè)要求：完成課后相關(guān)習(xí)題?？己酥R(shí)點(diǎn)：麥克斯韋關(guān)系式的應(yīng)用、特性函數(shù)、平衡輻射熱力學(xué)。輔助教學(xué)活動(dòng)：課前課后答疑及相關(guān)習(xí)題講解。第三章單元系的相變教學(xué)目的和要求：掌握熱動(dòng)平衡的判據(jù)、開系的熱力學(xué)基本方程、單元系的復(fù)相平衡條件、克拉珀龍方程，了解單元復(fù)相系的性質(zhì)、臨界點(diǎn)和氣液兩相的轉(zhuǎn)變、液滴的形成。教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：熱動(dòng)平衡判據(jù)，開系的熱力學(xué)基本方程、復(fù)相平衡條件，克拉珀龍方程，液滴的形成。教學(xué)方法與手段：多媒體課件授課與學(xué)生自學(xué)相結(jié)合第一節(jié)熱動(dòng)平衡判據(jù)第二節(jié)開系的熱力學(xué)基本方程第三節(jié)單元系的復(fù)相平衡條件第四節(jié)單元復(fù)相系的平衡性質(zhì)第五節(jié)臨界點(diǎn)和氣液兩相的轉(zhuǎn)變第六節(jié)液滴的形成復(fù)習(xí)與作業(yè)要求：完成課后相關(guān)習(xí)題。考核知識(shí)點(diǎn)：克拉珀龍方程、熱力學(xué)基本方程、復(fù)相平衡條件。輔助教學(xué)活動(dòng)：課前課后答疑及相關(guān)習(xí)題講解。第四章多元系的復(fù)相平衡和化學(xué)平衡教學(xué)目的和要求：了解多元系的復(fù)相平衡條件，掌握吉布斯相律，理解熱力學(xué)第三定律的實(shí)質(zhì)，了解混合理想氣體的性質(zhì)。教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：吉布斯相律，混合理想氣體的性質(zhì)，熱力學(xué)第三定律。教學(xué)方法與手段：多媒體課件授課與學(xué)生自學(xué)相結(jié)合第一節(jié)多元系的熱力學(xué)函數(shù)和熱力學(xué)方程第二節(jié)多元系的復(fù)相平衡條件第三節(jié)吉布斯相律第四節(jié)二元系相圖舉例第六節(jié)混合理想氣體的性質(zhì)第八節(jié)熱力學(xué)第三定律復(fù)習(xí)與作業(yè)要求：完成課后相關(guān)習(xí)題?？己酥R(shí)點(diǎn)：多元系的復(fù)相平衡條件、吉布斯相律。輔助教學(xué)活動(dòng)：課前課后答疑及相關(guān)習(xí)題講解。第六章近獨(dú)立粒子的最概然分布教學(xué)目的和要求：了解粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的經(jīng)典描述方法，了解系統(tǒng)微觀狀態(tài)的經(jīng)典描述方法，理解等概率原理，理解粒子和系統(tǒng)的微觀狀態(tài)的量子描述，掌握三種分布的推導(dǎo)及其關(guān)系。教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：粒子和系統(tǒng)微觀運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的量子描述，三種系統(tǒng)的分布對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)微觀狀態(tài)數(shù)目的計(jì)算，三種最概然分布的推導(dǎo)。教學(xué)方法與手段：多媒體課件授課與學(xué)生自學(xué)相結(jié)合第一節(jié)粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的經(jīng)典描述第二節(jié)粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的量子描述第三節(jié)系統(tǒng)微觀運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述第四節(jié)等概率原理第五節(jié)分布和微觀狀態(tài)第六節(jié)玻爾茲曼分布第七節(jié)玻色分布和費(fèi)米分布第八節(jié)三種分布的關(guān)系復(fù)習(xí)與作業(yè)要求：完成課后相關(guān)作業(yè)?？己酥R(shí)點(diǎn)：最概然分布的推導(dǎo)。輔助教學(xué)活動(dòng)：課前課后答疑及相關(guān)習(xí)題講解。第七章玻爾茲曼分布教學(xué)目的和要求：掌握熱力學(xué)量的統(tǒng)計(jì)表達(dá)式，掌握理想氣體的物態(tài)方程，掌握麥克斯韋速度分布律，理解能量均分定律、理想氣體的內(nèi)能與熱容量、 理想氣體的嫡，了解固體熱容量愛因斯坦理論、負(fù)溫度狀O教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：邁克斯韋速度分布率，能量均分定理，理想氣體的內(nèi)能、熱容量和嫡。教學(xué)方法和手段：多媒體課件授課與學(xué)生自學(xué)相結(jié)合第一節(jié)熱力學(xué)量的統(tǒng)計(jì)表達(dá)式第二節(jié)理想氣體的物態(tài)方程第三節(jié)邁克斯韋速度分布率第四節(jié)能量均分定理第五節(jié)理想氣體的內(nèi)能和熱容量第六節(jié)理想氣體的嫡第七節(jié)固體熱容量的愛因斯坦理論第八節(jié)順磁性固體第九節(jié)負(fù)溫度狀態(tài)復(fù)習(xí)與作業(yè)要求：完成課后相關(guān)作業(yè)?？己酥R(shí)點(diǎn)：遵從玻爾茲曼分布系統(tǒng)的熱力學(xué)表達(dá)式、邁克斯韋速度分布率。輔助教學(xué)手段：課前課后答疑及相關(guān)習(xí)題講解。第八章玻色統(tǒng)計(jì)和費(fèi)米統(tǒng)計(jì)教學(xué)目的和要求：掌握遵從玻色分布和費(fèi)米分布系統(tǒng)的熱力學(xué)量的統(tǒng)計(jì)表達(dá)式，掌握費(fèi)米氣體，光子氣體，金屬中的自由電子氣體，了解玻色-愛因斯坦凝聚，負(fù)溫度狀態(tài)，了解白矮星。教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：光子氣體，玻色-愛因斯坦凝聚，自由電子氣體。教學(xué)方法和手段：多媒體課件授課與學(xué)生自學(xué)相結(jié)合第一節(jié)熱力學(xué)量的統(tǒng)計(jì)表達(dá)式第二節(jié)弱簡(jiǎn)并理想玻色氣體和費(fèi)米氣體第三節(jié)玻色-愛因斯坦凝聚第四節(jié)光子氣體第五節(jié)金屬中的自由電子氣體第六節(jié)白矮星復(fù)習(xí)與作業(yè)要求：完成課后相關(guān)作業(yè)?？己酥R(shí)點(diǎn)：熱力學(xué)量的統(tǒng)計(jì)表達(dá)式、光子氣體、自由電子氣體。輔助教學(xué)手段：課前課后答疑及相關(guān)習(xí)題講解。第九章系綜理論教學(xué)目的和要求：掌握（系統(tǒng)）相空間、正則分布、微正則分布、巨正則分布的概念，掌握三種分布的熱力學(xué)公式，了解三種分布的簡(jiǎn)單應(yīng)用。教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：劉維爾定理，三種系綜的熱力學(xué)公式，固體的熱容量，三種分布的簡(jiǎn)單應(yīng)用。教學(xué)方法和手段：多媒體課件授課與學(xué)生自學(xué)相結(jié)合第一節(jié)相空間劉維爾定理第二節(jié)微正則分布第三節(jié)微正則分布的熱力學(xué)公式第四節(jié)正則分布第五節(jié)正則分布的熱力學(xué)公式第七節(jié)固體的熱容量第十節(jié)巨正則分布第十一節(jié)巨正則分布的熱力學(xué)公式第十二節(jié)巨正則分布的簡(jiǎn)單應(yīng)用。復(fù)習(xí)與作業(yè)要求：完成課后相關(guān)作業(yè)。考核知識(shí)點(diǎn)：三種系綜的概念、三種系綜的熱力學(xué)公式、正則分布與巨正則分布的簡(jiǎn)單應(yīng)用。輔助教學(xué)手段：課前課后答疑及相關(guān)習(xí)題講解。三、課程教學(xué)的特色說明熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)，在物理學(xué)和應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)的教學(xué)計(jì)劃中是一門重要的專業(yè)必修課，其目標(biāo)定位是：通過對(duì)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生明晰熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)在整個(gè)物理學(xué)中的學(xué)科地位，牢固掌握熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的基本原理、基本理論框架和知識(shí)要點(diǎn)，以及運(yùn)用熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理基本思想和知識(shí)解決實(shí)際問題的技能和方法，提高學(xué)生的實(shí)際應(yīng)用能力?；谶@一思想，本課程在理論教學(xué)的過程中，采用理論聯(lián)系實(shí)際的講授方法， 目的在于讓學(xué)生掌握基本基礎(chǔ)知識(shí)，重點(diǎn)放在知識(shí)應(yīng)用和學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)上，以提高學(xué)生基本科學(xué)知識(shí)和創(chuàng)新意識(shí)四、考試大綱.考試的目的與作用了解學(xué)生對(duì)《熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)》所涉及的熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的基本概念、基本原理和基本規(guī)律的掌握情況。通過對(duì)考試結(jié)果的分析，找出教師在教學(xué)中需要改進(jìn)的不足之處，以利于以后的教學(xué)。.考核內(nèi)容與考核目標(biāo)考試內(nèi)容：熱力學(xué)的基本規(guī)律，均勻物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)，單元系的復(fù)相平衡，多元系的復(fù)相平衡和化學(xué)平衡，近獨(dú)立粒子系統(tǒng)的經(jīng)典統(tǒng)計(jì)理論，玻耳茲曼統(tǒng)計(jì)，玻色統(tǒng)計(jì)和費(fèi)米統(tǒng)計(jì)理論考核目標(biāo)：識(shí)記相關(guān)概念，理解各原理定律的含義，能應(yīng)用相關(guān)關(guān)系式進(jìn)行計(jì)算和綜合分析。.主要參考書(1)新概念物理教程熱學(xué).趙凱華、羅蔚茵.高等教育出版社，1998年第1版(2)物理學(xué)大題典-熱學(xué)熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理.張永德主編.科學(xué)出版社， 2005第一版.課程考試內(nèi)容與教材的關(guān)系.分章節(jié)的考核知識(shí)點(diǎn)第一章熱力學(xué)的基本規(guī)律熱力學(xué)基本概念，熱力學(xué)第一定律，卡諾定理 ，熱力學(xué)第二定律的實(shí)質(zhì)，嫡和嫡增加原理，熱力學(xué)第二定律的開爾文表述和克勞修斯表述，計(jì)算準(zhǔn)靜態(tài)過程功、熱量和不可逆過程嫡變 基本微分方程。第二章均勻物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)基本熱力學(xué)函數(shù)，特性函數(shù)，由基本熱力學(xué)關(guān)系和麥?zhǔn)详P(guān)系導(dǎo)出其他熱力學(xué)性質(zhì)和關(guān)系。第三章單元系的相變熱動(dòng)平衡條件，開放系的熱力學(xué)基本方程，單元系和多元系復(fù)相平衡，推導(dǎo)球形液面內(nèi)外壓強(qiáng)差的公式，第四章多元系的復(fù)相平衡和化學(xué)平衡 熱力學(xué)第三定律熱動(dòng)平衡判據(jù)，開放系的熱力學(xué)基本方程， 復(fù)相系的熱學(xué)、力學(xué)和相平衡，平衡穩(wěn)定性條件。第六章近獨(dú)立粒子的最概然分布粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、系統(tǒng)微觀狀態(tài)和宏觀分布之間的區(qū)別和聯(lián)系，玻耳茲曼、玻色和費(fèi)米系統(tǒng)的宏觀分布所對(duì)應(yīng)的微觀狀態(tài)數(shù)，導(dǎo)出的近獨(dú)立粒子的玻耳茲曼分布

第七章玻耳茲曼統(tǒng)計(jì)玻耳茲曼統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)量統(tǒng)計(jì)表達(dá)式，自由度的概念和能量按自由度均分定理，在平衡態(tài)下氣體分子速率分布的規(guī)律性。理想氣體的經(jīng)典統(tǒng)計(jì)理論，固體熱容量。第八章玻色統(tǒng)計(jì)和費(fèi)米統(tǒng)計(jì)微觀狀態(tài)和分布，熱力學(xué)公式，金屬自由電子氣，光子氣體，玻色-愛因斯坦凝聚第九章系綜理論三種系綜的概念，三種分布的熱力學(xué)關(guān)系式，正則和巨正則分布的簡(jiǎn)單應(yīng)用。.題目類型、考核方法考核方式：閉卷、筆試，題目類型：計(jì)算，證明.考試時(shí)間：考試時(shí)間為2小時(shí).成績(jī)?cè)u(píng)定辦法：平時(shí)成績(jī)（到課情況和作業(yè)） 20%;期末考試80%五、課程主要參考書1新概念物理教程熱學(xué).趙凱華、羅蔚茵.高等教育出版社，1998年第1版2物理學(xué)大題典-熱學(xué)熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理. 張永德主編.科學(xué)出版社，2005第一版制定（修訂）人：楊培霞制定（修訂）時(shí)間：2013.3審核人：審核時(shí)間:批準(zhǔn)人：批準(zhǔn)時(shí)間:附表:教學(xué)安排及方式附表:教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)時(shí)數(shù)課程內(nèi)容講課實(shí)驗(yàn)習(xí)題課其它小計(jì)熱力學(xué)的基本規(guī)律（1.1~1.6）22A章熱力學(xué)的基本規(guī)律（1.7~1.12）22A章熱力學(xué)的基本規(guī)律（1.13~1.18）22第二章均勻物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)（2.1~2.2）22第一章均勻物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)（2.4~2.6）22第一章均勻物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)（2.3、2.7、2.8）22習(xí)題課22第三章單元系的相變（3.1~3.3）22第三章單元系的相變（3.4~3.5）22第三章單元系的相變（3.5~3.6）22第四章多元系的復(fù)相平衡和化學(xué)平衡（4.1~4.2）22第四章多元系的復(fù)相平衡和化學(xué)平衡（4.3~4.4）22第四章多元系的復(fù)相平衡和化學(xué)平衡（4.6、4.8）22習(xí)題課22第六章近獨(dú)立粒子的最概然分布（6.1~6.2）22第六章近獨(dú)立粒子的最概然分布（6.2~6.3）22第六章近獨(dú)立粒子的最概然分布（6.4~6.5）22第六章近獨(dú)立粒子的最概然分布（6.6~6.8）22第六章近獨(dú)立粒子的最概然分布習(xí)題課22第七章波耳茲曼統(tǒng)計(jì)（7.1、7.2）22

第七章波耳茲曼統(tǒng)計(jì)（7.3、7.4）22第七章波耳茲曼統(tǒng)計(jì)