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热力学与统计物理学教学大纲

第一篇：热力学与统计物理学教学大纲《热力学与统计物理学》教学大纲ThermodynamicsandStatisticalMechanics课程编号：适用专业：物理学（本科）学时数：64学分数：4执笔者：郑燕一、课程性质和目的1、课程的性质：热力学与统计物理学是物理学专业一门理论必修主干课。2、课程的目的：本课程的目的在于针对热运动的特点，建立一套热力学和统计物理的基本知识和思想方法，从而为研究热运动的规律、与热运动有关的物性及宏观物质系统的演化打下基础，为进一步学习固体物理、天体物理等学科作好准备。二、课程的基本要求（1）首先必须使学生建立概率论方法的观念。热力学统计物理研究由大量微观粒子或准粒子组成的，具有大量随机变化自由度的宏观系统。由于系统的自由度数目非常大和自由度的随机性，即使我们彻底地掌握了单个粒子的运动规律和粒子间相互作用的规律，也不可能写出全部运动方程，更无法准确知道并利用全部初始条件求解运动方程。必须明确的是，不能用纯粹力学方法研究有大量随机自由度的宏观系统，不仅是由于技术上的困难，更重要的是，由于大量随机自由度的存在，导致性质上出现全新的规律。因此研究这类系统的方法必须有本质上的改变，即由确定论的方法改变为概率论的方法。（2）掌握热力学的基本规律和统计物理的基本理论，理解系统的各种平衡条件和正则分布，了解系统的相变理论，非平衡态统计和涨落理论。会用来解决一些基本的和专业有关的热运动方面的问题。（3）使学生掌握科学的学习方法，真正达到从学会到会学。可采用从“渗透式”逐步推广到“体会式”的教学法，培养学生有较强的独立思考能力和创造能力，较快进入科学发展的前沿，养成辩证唯物主义的世界观和方法论。三、课程教学基本内容及各章的基本要求按照课程建设的总体要求，本着“先进、有效、有用”的原则，按照删、并、减、增、留的“五字方针”对物理学专业的重要基础理论主干课程《热力学与统计物理学》进行认真清理与重构，在此基础上编写出本教学大纲。讲授内容和学时分配如下。第零章绪论（1学时）基本要求（1）热力学与统计物理学的研究对象、研究方法及发展的前沿动态；（2）学习热力学与统计物理学的意义、目标、方法。第一章热力学的基本定律（12学时）1、基本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、热容量和焓、理想气体的内能、绝热过程、卡诺循环、热力学第二定律作为自学内容，这些内容在热学都已学过。2、教学内容（1）热力学系统的平衡态及其描述；（2）平衡定律和温度；（3）物态方程；（4）准静态功；（5）热力学第一定律；（6）热容量和焓；（7）理想气体的内能、绝热过程、卡诺循环；（8）热力学第二定律；（9）卡诺定理与热力学温标；（10）克劳修斯等式和不等式；（11）熵和热力学基本方程；（12）理想气体的熵；（13）热力学第二定律的普遍表述；（14）熵增加原理的简单应用；（15）自由能和吉布斯函数。3、本章重难点（1）本章重点是热力学第二定律和热力学基本方程；内能、焓、熵、自由能和吉布斯函数；（2）本章的难点为建立熵的概念，应强调其物理意义。第二章均匀物质的热力学性质（5学时）1、基本要求本章是热力学与统计物理的重点内容,以特性函数及其基本微分方程和麦克斯韦关系为重点讲授内容，删去低温的获得一节，将气体的节流过程和绝热膨胀过程作为自学内容。2、教学内容（1）内能、焓、自由能和吉布斯函数的全微分；（2）麦克斯韦关系的简单应用；（3）气体的节流过程和绝热膨胀过程；（4）基本热力学函数的确定；（5）特性函数；（6）平衡辐射的热力学；（7）磁介质的热力学。3、本章重难点本章重点是特性函数及其基本微分方程和麦克斯韦关系第三章单元系的相变（6学时）1、基本要求本章是热力学与统计物理较为重点的内容,以开放的热力学基本方程为基础重点讲授单元系的复相平衡条件和平衡性质等内容，删去临界现象和临界指数、朗道连续相变理论两节，将临界点和气液两相的转变作为自学内容。2、教学内容（1）热动平衡判据；（2）开系的热力学基本方程；（3）单元系的复相平衡条件；（4）单元复相系的平衡性质；（5）临界点和气液两相的转变；（6）液滴的形成；（7）相变的分类。3、本章重难点（1）本章重点是开系的热力学基本方程、单元系的复相平衡条件和平衡性质；（2）本章难点是液滴的形成、二级相变。第四章多元系的复相平衡和化学平衡（4学时）1、基本要求本章是热力学与统计物理中非重点的内容,以多元系的热力学函数和热力学方程为基础重点讲授多元系的复相平衡条件、吉布斯相律、热力学第三定律等内容，删去化学平衡条件和理想气体的化学平衡两节，将二元系相图举例和