热统课程简介
热力学与统计物理课程标准
《热力学与统计物理》课程标准第一部分：课程性质、课程目标与教学要求《热力学与统计物理》课程是物理与光电信息学院物理学专业必修的专业基础课程。
热力学和统计物理学是研究热运动的规律及热运动对物质宏观性质的影响的科学。
热力学与统计物理是物理学基础课程和理论基础课程，是培养合格中学教师必不可少的。
《热力学与统计物理》的课程目标是：通过本门课的学习，要求学生掌握热力学与统计物理学的基本概念、掌握基本定理、定律、基本公式、基本热力学量及它们之间的相互推导。
使学生掌握研究宏观物体热现象及与热现象有关的一切规律的方法。
学会用热力学与统计物理理论解决具体问题，培养独力思考能力和创造能力，使学生学会做理论工作的一般方法。
本世纪以来，统计物理领域取得许多新进展，发展成一些前沿学科。
学习本门课可为进一步学习打下必要基础。
从知识结构来看，要求学生注重基础知识和基本应用，兼顾新知识、前沿问题的介绍。
在具体实施中，注意体现对学生严格逻辑思维的训练、演绎推理能力的培养，给学生以构建物理模型的体验、解决具体问题的实践。
第二部分：关于教材与学习参考书的建议推荐教材：1、汪志诚，热力学·统计物理（第三版），北京：高等教育出版社，2003。
参考书目：1、龚昌德，热力学与统计物理学，北京：人民教育出版社，1982。
2、熊吟涛，热力学（第三版），北京：人民教育出版社，1979。
3、熊吟涛，统计物理学，北京：人民教育出版社，1981。
4、王竹溪，热力学简程，北京：人民教育出版社，1964。
5、王竹溪，统计物理学导论，北京：高等教育出版社，1965。
6、苏汝铿，统计物理学，北京：高等教育出版社，2004。
7、朱文浩、顾毓沁，统计物理学基础，北京：清华大学出版社，1983。
8、张家铝、曹烈兆、陈兆甲，相对论物理热力学统计物理，合肥：中国科学技术大学出版社，1990。
9、F. Reif, Fundamentals of Statistical and Thermal physics, McGraw-Hill Book Company,1965.第三部分：课程教学内容纲要第一章热力学的基本规律§1.1热力学系统的平衡及其描述1.热力学系统的分类2.热力学平衡态3.描述热力学平衡态的状态参量§1.2热平衡定律和温度1.热平衡定律2.温度的测量§1.3物态方程1.物态方程的定义2.物态方程举例3.状态参量的分类§1.4功1.几个概念：热力学过程、准静态过程、可逆过程2.准静功的计算§1.5热力学第一定律1.绝热过程，绝热功，内能2.热力学第一定律及其推论§1.6热容量和焓1.热容量的定义2.简单均匀系定容热容量和定压热容量的计算3.焓（1）焓的定义、物理意义（2）定压热容量与焓的关系§1.7理想气体的内能1.Joule实验2.理想气体内能和焓的表达式3.理想气体定容热容量和定压热容量的表达式§1.8理想气体的准静态绝热过程1.理想气体的准静态绝热过程过程方程的推导2.绝热线和等温线的斜率比较§1.9理想气体的Carnot循环1. Carnot循环的构成2. Carnot循环效率3.逆Carnot循环§1.10热力学第二定律1.热力学第二定律的两种表述2.可逆和不可逆过程的定义§1.11 Carnot定理1. Carnot定理的内容2. Carnot定理的证明3. Carnot定理的推论及证明§1.12*热力学温标§1.13 Clausius等式和不等式1. Clausius等式2. Clausius不等式3.任意循环过程的Clausius等式和不等式§1.14熵和热力学基本方程1.熵存在的证明2.熵的重要性质3.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.热力学第二定律的数学表述2.熵增加原理3.热力学第二定律的适用范围§1.17熵增加原理的简单应用§1.18自由能和Gibbs函数1.定温——定容系统与自由能2.定温——定压系统与Gibbs函数说明：本章有相当篇幅带有热学的变化性质，除基本概念外，只作复习性简述，以保证热力学基本概念与规律的严格性与系统性。
热统第一章
两种研究方法存在着各自的优缺点，在实际研究中，需要 互为补充，相辅相成。 宏观理论
（热力学）
微观理论
（统计物理学）
研究对象 物 理 量 出 发 点 方 法
热现象
宏观量 观察和实验 总结归纳 逻辑推理
热现象
微观量 微观粒子 统计平均方法 力学规律
优 点
缺 点 二者关系
普遍，可靠 不深刻
揭露本质
无法自我验证 相辅相成
dp
d ( pV ap 2 ) dT T ap T pV 2 T
V a dT 1 p VT 2
两边同乘以p,并且整理得
d ( pV ) 1 ap ap ( pV 2 ) dT d ( 2 ) T T T
两边积分得
ap ln( pV 2 ) ln T C T
三.热力学统计物理的理论结构和发展趋势 大的方面划分，热力学和统计物理学可以划分为平衡态 和非平衡态。这本书主要将平衡态的热力学和统计物理，非 平衡态介绍了一点但不作为主要内容。 但系统的平衡态只是一种特殊状态，更一般的情况是系 统处于非平衡态。按离开平衡态的远近可把非平衡态分为近 平衡区和远离平衡区两类非平衡态，其相应的过程分别称为 线性和非线性不可逆过程。传统的非平衡态热力学和统计物 理学是关于线性不可逆过程的理论，它在热传导、扩散、温 差电效应和金属电导率等输运过程问题的研究中都已得到了 许多重要结果。远离平衡态的非平衡态和与此相应的非线性 不可逆过程的研究是近几十年发展起来的一门新兴学科。其 中，影响较大的是I Prigogine的耗散结构理论和哈肯（H Haken）的协同学。
统计物理法就是从物质系统的具体微观结构入手，依据每 个微观粒子所遵从的力学规律（经典的或量子的），用统计的 方法来研究热现象．统计物理认为，实际观测到的宏观热力学 量是相应微观热力学量的统计平均值。统计物理法缺点在于它 的统计法．但能深入到热现象的本质，从而给出宏观性质的微 观解释是统计物理学的最大优点。
热力学与统计物理
《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
《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。
热力学与统计物理课程大纲分析
热力学与统计物理课程大纲分析1.引言《热力学与统计物理》（下文简称热统）作为物理专业的高级专业课程，包含热力学与统计力学两个重要局部，涵盖面广泛，理论要求高。
以国内流行的两本教材为例，仅根本理论局部便需要70学时以上，超过一般理工科院校的课程学时。
另外，对于局部特色型工科院校，物理学更多作为支撑学科，往往《热统》课程仅有48学时。
因此，针对目前工科院校专业课程的课程体系设置，结合笔者近几年的授课阅历，在本文中对48学时《热统》课程大纲做一探讨。
2.热力学大纲浅析由于在大一阶段有先行《热学》课程，因此，热统课程的热力学局部应作为热学课程的补充与提升。
两门课程应作为课程群体系共同建立，《热学》课程重点侧重现象介绍，让学生了解热学所讨论的内容；《热统》课程重点侧重理论提升，建立平衡态热力学函数分析的理论体系。
因此，笔者认为，《热统》课程中热力学局部应分三个局部，列举如下。
（1）热力学函数与热力学根本方程首先，应重点让学生了解各种热力学函数的定义，包括通常定义的状态参量（温度、体积、压强）以及热力学函数（内能、焓、克劳修斯熵、赫姆霍兹自由能、吉布斯自由能），说明其物理意义，并强调两者在本质上的共性。
其次，强调热力学的根本定律，特殊是热力学第肯定律和其次定律的数学表述。
第三，应强调物态方程的概念。
在热力学中，物态方程是反映热力学系统性质的根本方程，其形式一般为状态参量的函数关系。
结合热力学根本方程，两者将作为热力学函数分析的根本动身点。
（2）麦克斯韦关系首先，从热力学根本方程动身，依据全微分的性质，推导麦克斯韦关系。
结合课程需要，应适当补充相关的数学技巧，包括全微分、勒让德变换、雅克比行列式等。
其次，引入共轭量的概念。
麦克斯韦关系形式美丽，具有特别高的对称性。
通过引入共轭量的概念，学生可以较为便利的理解和记忆四个麦氏关系，提高在应用过程中的敏捷性。
第三，引入特性函数的概念。
一方面，在热力学局部，从特性函数动身，可以得到系统全部的热力学性质，同时依据其全微分，可以导出系统热力学稳定性的判据。
热统课件总结第一章
二、热力学平衡态 在不受外界影响的条件下，系统的各种宏观性质不随 时间变化的状态为热力学平衡态。 1 .驰豫过程与驰豫时间；2.热动平衡；3.忽略涨落 4.非孤立系的平衡态。
第一章 热力学的基本定律
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天津师范大学物电学院
三、状态函数
1. 状态参量 2.状态函数 3.描述热力学平衡态的参量（四类基本参量） 几何参量：体积 力学参量：压强 化学参量：分子组分的质量或物质的量 电磁参量：电场强度、电极化强度、磁场强度、 磁化强度 4.简单系统 四、相 一个物理性质均匀的系统称为一个相。根据相的数量， 可以分为单相系和复相系。
2.理想气体温标：
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3 .热力学温标：不依赖任何具体物质特性的温标。 在理想气体可以使用的范围内，理想气体温标与热力学温
标是一致的。
第一章 热力学的基本定律
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§1.3 物态方程 (Equation of State)
,V1, T2 ) ( p2 ,V2 , T2 ) ( p2
p2 V1 p2V2 p2 p2 V2 V1
p1V1 p2V2 pV p0V0 np0V0 m nR T1 T2 T T0 T0 PV nRT
第13页
第一章 热力学的基本定律
天津师范大学物电学院
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导 言
一. 热力学与统计物理学的研究任务 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。 二. 热力学与统计物理学的研究方法有什么特点？ 热力学不考虑物质的微观结构，而是从实验总结 的定律出发经过严密的逻辑推理得到物体宏观热性质 间的联系，从而揭示热现象的有关规律。 统计物理从物质的微观结构出发，考虑微观粒子 的热运动，通过求统计平均来研究宏观物体热性质与热 现象的有关规律。
热统授课大纲
热力学统计物理授课大纲开课学院：物理与电子信息学院授课教师：伍林职称：副教授专业班级：物理12级一、课程教学目标热力学统计物理是理论物理四大力学之一，是物理专业本科的一门理论必修课。
本课程目的在于针对热运动的特点，掌握和建立一套热力学、统计物理的基本知识和研究方法，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。
（1）热力学统计物理研究由大量微观粒子或准粒子组成，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一些热运动方面的问题二、课程教学内容及课时安排导言、第一章（2+10学时）1、热运动、热力学和统计物理的任务、热力学方法的特点和统计物理方法的特点；热力学系统、外界、孤立系统、封闭系统和开放系统；热力学平衡态和稳恒态，状态函数和四类状态参量；简单系统，均匀系、相、单相系和复相系；绝热壁和透热壁、热接触、热平衡、热平衡定律（热力学第零定律）；由热平衡定律引入态函数温度；温度计、温标、定容气体温度计（温标）、理想气体温度计（温标）；理想气体温标与热力学温度之间的关系。
2、物态方程，体胀系数、压强系数和等温压缩系数及其关系。
在热力学中推出物态方程的两种方法（1）利用波意耳定律、阿伏伽德罗定律和理想气体温标定义推出理想气体状态方程；（2）利用体胀系数和等温压缩系数推出理想气体状态方程和简单液体和固体状态方程；理想气体定义；了解实际气体的范德瓦耳斯方程和昂尼斯方程；广延量和强度量。
热统扩展知识点
热统扩展知识点热统扩展是热力学的一个重要分支，研究了物质的热力学性质随温度变化的规律。
它在材料科学、能源转换和环境工程等领域有着广泛的应用。
本文将从基本概念入手，逐步介绍热统扩展的知识点。
1.热力学基本概念热力学是研究能量传递和转化规律的学科，它的基本概念对于理解热统扩展非常重要。
熵、内能、焓和自由能是热力学中常用的量。
熵是描述系统无序程度的物理量，内能是系统的总能量，焓是系统在恒压下的能量，自由能是系统能量的一个度量。
2.热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒定律的热力学表述。
它指出，系统的内能变化等于系统吸收的热量与对外做功之和。
这个定律为热力学分析提供了一个基本框架，也是理解热统扩展的基础。
3.线性热膨胀线性热膨胀是物质在温度变化下体积发生变化的现象。
物质的热膨胀系数描述了单位温度变化时体积的变化率。
根据线性热膨胀的原理，我们可以计算材料在一定温度范围内的体积变化。
4.热力学第二定律热力学第二定律是热力学中最重要的定律之一。
它对能量转化的方向和效率进行了限制。
卡诺定理是热力学第二定律的一个重要应用，它给出了理想热机的最高效率。
了解热力学第二定律有助于我们理解能量转化的限制和热统扩展中的一些问题。
5.线性热膨胀系数的计算线性热膨胀系数可以通过实验或理论计算得到。
在实验中，我们可以测量材料在不同温度下的长度变化，然后计算出线性热膨胀系数。
在理论计算中，我们可以利用物质的晶体结构和力学性质，推导出线性热膨胀系数的表达式。
6.热传导热传导是物质内部传递热能的过程。
热传导可以通过导热系数来描述，导热系数越大，物质导热能力越强。
了解热传导的机制和影响因素有助于我们理解热统扩展中的热传导问题，例如材料的导热性能和传热过程中的温度分布。
7.热膨胀和热传导的应用热膨胀和热传导在材料科学和工程中有着广泛的应用。
例如，在建筑工程中，我们需要考虑材料的热膨胀和收缩对结构的影响；在电子器件中，热传导的性能决定了器件的散热效果。
《热力学与统计物理》课程简介教学大纲
热力学与统计物理》课程教学大纲中文名称：热力学与统计物理英文名称：Thermodynamics and Statistical Mechanics授课专业：物理学，光信息科学与技术学时：72学分：4预修课程：力学热学电磁学光学原子物理课程类别：专业基础必修课程一、课程的性质和目的热力学与统计物理学是研究物质的热现象和热运动规律的理论物理课程，它是理论物理学主要基础学科之一。
热力学研究热运动的宏观理论，主要采用宏观的研究方法，统计物理是热运动的微观理论，主要采用微观的研究方法，两种方法相辅相成，相互融会贯通，取长补短。
应使学生掌握热统的基本概念、基本定理、定律、公式、热力学量，学会用热统理论解决具体问题，培养独力思考能力和创造能力并受到足够的训练，为后续课程打好基础。
二、课程教学内容导言 ......................................................... 2学时第一章热力学的基本规律........................................ 1 2学时1、热力学系统的平衡状态及其描述2、热平衡定律和温度3、物态方程4、功5、热力学第一定律6、热容量和焓7、理想气体的内能8、理想气体的绝热过程9、理想气体的卡诺循环10、热力学第二定律11、卡诺定理12、热力学温标13、克劳修斯等式和不等式14、熵和热力学基本方程15、理想气体的熵16、热力学第二定律的数学表述17、熵增加原理的简单应用18、自由能和吉布斯函数第二章均匀物质的热力学性质..................................... 8学时1、内能、焓、自由能和吉布斯函数的全微分2、麦氏关系的简单应用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、热辐射的热力学函数7、磁介质的热力学8、获得低温的方法第三章单元系的相变 ............................................ 6学时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8、临界现象和临界指数9、朗道连续相变理论第四章多元系的复相平衡和化学平衡....................1、多元系的热力学函数和热力学方程2、多元系的复相平衡条件3、吉布斯相律4、二元系相图举例5、化学平衡条件6、混合理想气体的性质7、理想气体的化学平衡8、热力学第三定律第五章不可逆过程热力学简介.......................... 介绍不可逆过程热力学的基本理论和部分应用的思路1、局域平衡熵流密度与局域熵产生率2、线性与非线性过程昂萨格关系3、温差电现象4、最小熵产生定理5、化学反应与扩散过程6、非平衡系统在非线性区的发展判据7、三分子模型与耗散结构的概念第六章近独立粒子的最概然分布...................1、粒子运动状态的经典描述2、粒子运动状态的量子描述3、系统微观运动状态的描述4、等概率原理5、分布和微观状态6、玻尔兹曼分布7、玻色分布和费米分布8、三种分布及其关系4 学时1 学时8学时第七章 玻尔兹曼统计 .......1、 热力学量的统计表达式2、 理想气体的物态方程3、麦克斯韦速度分布律4、能量均分定理5、理想气体的内能和热容量6、理想气体的熵7、固体热容量的爱因斯坦理论8、顺磁性固体9、负温度状态第八章 玻色统计和费米统计 (8)学时 1、 热力学量的统计表达式2、 弱简并理想玻色气体和费米气体3、 玻色—爱因斯坦凝聚4、 光子气体5、金属中的自由电子气体6、白矮星7、二维电子气体与量子霍尔效应第九章 系综理论 ..............1、 相空间 刘维尔定理2、 微正则分布3、 微正则分布的热力学公式4、 正则分布5、 正则分布的热力学公式6、 实际气体的物态方程7、固体的热容量。
《热力学与统计物理》课程教学大纲
《热力学与统计物理》课程教学大纲课程名称：热力学与统计物理课程类别：专业必修课适用专业：物理学考核方式：考试总学时、学分：56学时 3.5学分其中实验学时：0 学时一、课程性质、教学目标热力学与统计物理为高等师范本科物理专业的专业基础课。
热力学与统计物理学研究物质热运动的规律以及热运动对物质宏观性质的影响，是固体、液体、气体、等离子体理论和激光理论的基础之一。
该课程以由观察和实验总结出的几个基本定律为基础，经过严密的数学推理，来研究物性之间的关系；从物质的微观结构出发，依据微观粒子所遵循的力学规律，再用概率统计的方法求出系统的宏观性质及其变化规律；将热力学三个基本定律统一于一个基本的统计原理，并阐明三个定律的统计意义。
课程教学目标1：掌握热现象与热运动的规律及其对物质的宏观性质的影响。
课程教学目标2：掌握热力学与统计物理学处理问题的方法，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。
课程教学目标3：通过对热运动规律的学习，加深对物质热性质的理解，进一步培养辨证唯物主义世界观。
课程教学目标与毕业要求对应的矩阵关系注：以关联度标识，课程与某个毕业要求的关联度可根据该课程对相应毕业要求的支撑强度来定性估计，H:表示关联度高；M表示关联度中；L表示关联度低。
二、课程教学要求本课程分热力学与统计物理学两大部分。
宏观热力学部分：在热力学第一、第二定律基础上，导出基本热力学关系，并将其应用于实际的宏观物质系统。
内容包括：热力学的基本定律、均匀闭系的热力学关系及其应用、相平衡和化学平衡、非平衡态热力学简介。
统计物理学部分：以量子论的观点，从等概率原理出发，导出最概然统计分布和系综统计分布，并分别将其应用于经典系统和量子系统。
内容包括：统计物理学的基本概念、最概然统计法、系综统计法、涨落理论、非平衡态统计物理学简介。
三、先修课程力学、热学、电磁学、光学、原子物理学、理论力学四、课程教学重、难点重点：热力学第一、第二、第三定律。
热力学统计物理课程规范
热力学统计物理课程规范《热力学与统计物理》课程规范一、课程概况课程号BX0925323课程名称热力学与统计物理课程英文名称Thermal Dynamics and Statistics总学时数/周数564/16学分4讲授学时56实验学时实习周数开课单位理学院适用专业应用物理学课程类别专业基础课修读方式必修先修课程高等数学、普通物理（包括力、热、电、光及原子物理）考核方式平时成绩（20%，平时出勤和作业）+笔试（80%，闭卷考试）教材及主要教学参考书教材：汪志诚.《热力学与统计物理》.(第五版).高等教育出版社参考书：龚昌德.《热力学与统计物理》.高等教育出版社Landau等.《统计物理学》.高等教育出版社王竹溪.《热力学简程》.高教出版社王竹溪.《统计物理学导论》.(第二版).高教出版社苏汝铿.《热力学与统计物理基础》.复旦大学出版社课程简介《热力学·统计物理》课是应用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。
能力培养任务本课程要求学生掌握热力学的基本规律，热力学的三个定律，了解与掌握热力学函数内能、焓、熵、自由能、吉不斯函数的物理意义及利用这些函数判断系统的平衡条件、平衡稳定条件。
统计物理部分要求学生掌握等几率原理、由最概然统计方法导出玻尔兹曼统计、费米及波色统计的分布函数，了解系综理论并运用上述理论求解简单热力学系统的热力学函数。
二、课程知识、能力体系《热力学与统计物理》课程知识（能力）体系序号知识单元描述知识点对应能力学时要求1热力学的基本规律热力学系统的平衡状态及其描述分析问题0.5熟悉热平衡定律和温度实际应用0.5了解物态方程实际计算0.5掌握功实际应用0.5掌握热力学第一定律实际应用0.5掌握热容量和焓分析问题0.5熟悉理想气体的内能分析问题0.5掌握理想气体的卡诺循环分析问题1了解热力学第二定律实际计算0.5熟悉卡诺定理分析问题0.5掌握热力学温标实际应用0.5了解克老修斯等式和不等式分析问题0.5熟悉熵和热力学基本方程分析问题0.5掌握理想气体的熵分析问题0.5熟悉热力学第二定律的数学表示实际计算0.5掌握2均匀物质的热力学性质内能、焓自由能和吉布斯函数的全微分分析问题2掌握麦氏关系的简单应用实际应用2掌握气体的节流过程和绝热膨胀过程实际应用1熟悉基本热力学函数的确定分析问题2熟悉特殊函数实际应用1了解3单元系的相变热平衡的判据实际应用1掌握开系的热力学的基本方程实际应用1掌握单元系的复相平衡条件分析问题1熟悉单元复相系的平衡性质分析问题1熟悉5近独立粒子的最概然分布粒子运动状态的经典描述分析问题1了解粒子运动状态的量子描述分析问题1熟悉系统微观运动状态的描述分析问题1熟悉等概然原理实际应用1掌握分布和微观状态分析问题2掌握玻尔兹曼分布实际应用2掌握玻色分布和费米分布实际应用1掌握三种分布的关系分析问题1熟悉6玻尔兹曼统计热力学量的统计表达式实际计算3掌握理想气体的内能和热容量实际应用3熟悉理想气体的熵实际计算2熟悉固体热容量的爱因斯坦理论分析问题2了解7玻色统计和费米统计热力学量的统计表达式实际计算2熟悉弱简并理想玻色气体和费米气体分析问题2掌握玻色-爱因斯坦凝聚分析问题2熟悉金属中的自由电子气体分析问题2掌握8系综理论相空间刘维尔定理分析问题2了解微正则分布实际应用1熟悉微正则分布的热力学公式实际计算1掌握正则分布实际应用1熟悉正则分布的热力学公式实际应用1熟悉三、教学内容及基本要求理论教学部分（按章节顺序填写）学时：8章第一章热力学的基本规律教学目的和要求1.掌握平衡态概念及其描述方法2.根据热平衡定律建立温度的严格概念，并掌握定量量度法3.简单了解理想气体温标4.掌握物态方程的表达式，并会学应用5.掌握热力学第一定律、第二定律的内容和数学表达式及其对应的热力学函数的意义及其应用6.掌握热力学基本规律的统一方程—热力学基本方程的意义及应用7.理解热力学中的过程量—功、热量与状态量（热力学函数—内能、焓、熵、自由能和吉布斯函数的区别与联系，并掌握其数学表达式重点和难点重点：1.掌握物态方程的三个系数的定义式，并会学应用它们求解物态方程2.掌握热力学第一定律、第二定律的内容和数学表达式及其对应的热力学函数的意义及其应用3.理解热力学中的过程量—功、热量与状态量（热力学函数—内能、焓、熵、自由能和吉布斯函数的区别与联系，并掌握其数学表达式难点：逐步理解掌握二元函数、偏导数循环关系、倒数关系及全微分性质在热力学中应用“三基”分析基本知识：物态方程；热力学系统的平衡状态及其描述；绝热过程；卡诺循环；熵和热力学基本方程基本理论：卡诺定理；热力学第一定律；热力学第二定律基本方法：偏微分方法教学内容与学时分配1.1热力学系统的平衡状态及其描述0.5学时1.2热平衡定律和温度0.5学时1.3物态方程0.5学时1.4功0.5学时1.5热力学第一定律0.5学时1.6热容量和焓0.5学时1.7理想气体的内能0.5学时1.8理想气体的卡诺循环0.5学时1.9热力学第二定律0.5学时1.10卡诺定理0.5学时1.11热力学温标0.5学时1.12克老修斯等式和不等式0.5学时1.13熵和热力学基本方程0.5学时1.14理想气体的熵0.5学时1.15热力学第二定律的数学表示0.5学时教学方法与教学方法：讲授教学手段教学手段：板书本章思考题1.什么是物态方程？写出几个实例2.由实验系数求物态方程的大体步骤是什么3.什么是无摩擦准静态过程？试求电介质极化功的表达式4.怎样理解绝热过程？对于怎样定义绝热过程你有什么想法5.热力学第一定律的内容是什么？怎样理解内能、功和热量等概念6.什么是焦耳定律？写出焦耳系数表达式，并说明其物理意义7.怎样导出理想气体的绝热方程8.什么是可逆过程9.试给出一种新的第二定律的定性表述，并证明与克氏和开氏说法等效10.试用克氏说法证明卡诺定理11.引入绝对热力学温标的重要意义是什么12.系统的熵是怎样定义的13.怎样计算任意二个态的熵差，怎样计算任意过程的熵变14.熵增加原理的内容是什么15.利用熵函数判断过程的不可逆性的基本步骤是什么1.1、1.2、1.3、1.4、1.6、1.7、1.11、1.12、1.15、1.16、1.20、1.21、1.22、1.24、1.25、1.26主要参考资料龚昌德.《热力学与统计物理》.高等教育出版社Landau等.《统计物理学》.高等教育出版社王竹溪.《热力学简程》.高教出版社王竹溪.《统计物理学导论》.(第二版).高教出版社苏汝铿.《热力学与统计物理基础》.复旦大学出版社备注理论教学部分（按章节顺序填写）学时：8章第二章均匀物质的热力学性质教学目的和要求1.掌握热力学凝数（U、H、F、G等）的定义式、全微分衈达式、偏导数公式及对应?麦氏关系，学会应用表格的方法总结归纳2.掌握几个重要的辅助公式，如等容热、等匋热容的熵表达式，能态方程、焓态方程以及它们之间的关系3.掌握用实验方法确定基本热力学函数（物态方程、内能U，熵S）的一般方法4.掌握用理论方法确定热力学函数的方法——特性函数法5.了解上述两种热力学理论方法在实际中的应用重点和难点重点：1.掌握热力学函数（U、H、F、G等）的定义式、全微分表达式、偏导数公式及对应的麦氏关系，学会应用表格的方法总结归纳2.掌握几个重要的辅助公式，如等容热容、等压热容的熵表达式，能态方程、焓态方程以及它们之间的关系3.掌握用实验方法确定基本热力学函数（物态方程、内能U，熵S）的一般方法4.自由能，吉布斯函数，理想气体的F与G,麦氏关系，特性函数难点：熟练掌握偏导数变换（麦氏关系）将不可测量（U、S、H、F、G）变换成可测量（T、P、V、Cv、Cp），学会用全微分条件得出各热力学量间的关系“三基”分析基本知识：内能、焓自由能和吉布斯函数的全微分；特殊函数基本理论：气体的节流过程和绝热膨胀过程；麦氏关系基本方法：基本热力学函数的确定教学内容与学时分配2.1内能、焓自由能和吉布斯函数的全微分2学时2.2麦氏关系的简单应用2学时2.3气体的节流过程和绝热膨胀过程1学时2.4基本热力学函数的确定2学时2.5特殊函数1学时教学方法与教学手段教学方法：讲授教学手段：板书本章思考题1.什么是勒让德变换？试用勒让德变换导出热力学函数H、F、G。
热力学统计物理课程教学指引
物理与电子工程学院《热力学统计物理》课程教学指南课程编号：04110184课程性质：专业课先修课程：高等数学 概率论 普通物理（包括力、热、光、电、及原子物理）总学时数：54学时适合专业：物理学；应用物理（一）课程教学目标热力学和统计物理学是研究热运动的规律及热运动对物质宏观性质的影响的科学。
它是理论物理学主要基础学科之一。
热力学是热运动的宏观理论，是观测实验的分析、总结；统计物理学是热运动的微观理论。
统计物理从基本假设等几率原理出发，通过数学分析，逻辑推理，得到整个统计物理。
它的正确性由它的种种推论都与客观实际相结合得以肯定。
热统是物理学基础课程和理论基础课程，是培养合格中学教师必不可少的。
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。
学会用热统理论解决具体问题，培养独力思考能力和创造能力。
以适应蓬勃发展的社会教育事业的需要。
（二）课程的目的与任务本课程是高等师范院校本科物理专业的一门理论物理课程。
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。
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。
(三)理论教学的基本要求通过《热力学·统计物理》这门课的教学，使学生：1、理解热现象的基本规律，即热力学第一定律、第二定律和第三定律。
并在此基础上，应用数学方法得出物质各种宏观性质之间的关系、宏观过程进行的方向和限度等结论。
2、从宏观物质系统是由大量微观粒子所构成这一事实出发，用统计的观点深入到热现象和热运动的本质，把热力学基本规律归结于基本的统计原理，阐明其意义、解释涨落等现象。
3、学会从宏观到微观、从表象到本质地分析问题；深刻理解热力学方法和统计物理学方法的区别和联系；懂得数学方法在物理学研究中所起的重要作用；学会用发展、变化的辩证观点分析和解决实际问题。
热力学统计物理学课程教学大纲
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。
热统
§1.3
昂尼斯方程(Onnes
PV RT (1
equation)
• 有许多实际气体的近似表达式，其中之一为
B(T ) C (T ) ...) 2 V V
此方程将影响内能的温度关系、熵、热容量等。 右图为B(T)~T的关系图。 其特点是： 1）低温时为负，高温为正。 2）B(T)的一阶导数为正。 3）高温时B(T)趋向恒定值。 低温下，分子的动能小，分子间的吸引力(a/V2)使压强降低，B(T)<0； 高温下，分子的斥力(b)显著，使压强增加， B(T)>0。
名称
§1.1
• The system will finally approach a state in which all the external parameters remain constant. Such state is called • equilibrium state • If the system has gradients(梯度) of macroscopic parameters (P,V,T), such a state is referred to as a • non-equilibrium state • The process from a non-equilibrium state to a equilibrium state is called • relaxation (弛豫)
• 平衡态：系统的状态参量（宏观性质）在长时间内不发生任 何变化的状态。 • 状态参量： P(pressure压强), V(Volume),T(Temperature)等
由于分子处于不停的热运动之中，所谓的平衡只是一种热动 平衡。宏观系统的物理量是在平衡值附近涨落的统计结果。
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【课程简介】
热力学·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；不可逆过程热力学简介；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；涨落理论；非平衡态统计理论初步。
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。