《统计热力学》教学大纲.docx

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1、统计热力学教学大纲 统计热力学课程教学大纲课程名称：统计热力学课程类别：专业选修课适用专业：化学考核方式：考查总学时、学分：32学时2 学分其中试验学时：0 0学时一、 课程教学目的统计热力学是化材学院开设的一门专业选修课。学习统计热力学的目的是探讨热运动的规律，探讨与热运动有关的性质及宏观物质系统的演化。本课程的作用是使学生驾驭统计热力学的基本原理和处理详细问题的一些重要方法，并具有用这些方法解决较简洁问题的实力。二、 课程教学要求 1. 要求学生对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的特点与联系有较全面的相识； 2. 注意对学生逻辑思维和自主学习实力的训练； 3. 培育学生良

2、好的科学、文化素养，扎实的化学基础学问、基本理论。三、 先修课程 本课程的先行课程有：高等数学、一般物理、无机化学、分析化学、有机化学、物理化学等。四、 课程教学重、难点 本课程内容主要包括：热力学的基本规律，麦克斯韦关系及其应用，气体的节流膨胀与绝热膨胀，基本热力学函数，特性函数，平衡辐射热力学，磁介质热力学，热动平衡判据，开放系的热力学基本方 程，多元系的复相平衡和化学平衡，吉布斯相律，热力学第三定律，粒子和系统运动状态的经典描述与量子描述，等几率原理，分布与微观状态，三种统计分布热力学量的统计表示，热力学量的统计表示，志向气体的物态方程，麦克斯韦速度分布律，能量均分定理，志向气体的内能，

3、弱简并玻色气体和费米气体，光子气体，玻色爱因斯坦凝合，金属自由电子气，相空间，刘维尔定理等。本课程理论教学要求学生重点驾驭系统状态的宏观描述方法；重点驾驭熵变的计算，熵增加原理的应用；重点驾驭微正则分布，正则分布，巨正则分布。其中，志向气体的速度分布和空间分布，麦克斯韦关系及其应用，最概然分布及其应用，能量均分定理等内容是本课程的难点。五、 课程教学方法与教学手段 1. 留意本课程与其它课程尤其是高等数学及一般物理的相关内容的连接与联系，做到学科之间有机的统一； 2主要以传统的课堂教学方法为主，协作多媒体课件等进行教学，进一步完善网络课程的内容和形式，逐步实现使学生多渠道、多形式学习统计热力学

4、的目的； 3因学时有限内容较多，因此讲授内容只能精简，有一部分内容要求学生自学，该部分不占总学时，但仍旧是大纲要求驾驭内容。自学部分采纳学生课后自学，分小组探讨并提出问题，老师课后解答的方式。六、 课程教学内容 第 1 章热力学的基本规律（4 学时）1 1 教学内容 (1) 驾驭平衡态概念及其描述方法； (2) 依据热平衡定律建立温度的严格概念，并驾驭定量量度法； (3) 热力学第一、其次定律的内容和数学表达式及其对应的热力学函数的意义； (4) 热力学中的过程量与状态量的区分与联系。2 2 重、难点提示(1) 物态方程的三个系数的定义式，应用它们求解物态方程的方法； (2) 热力学基本方程的

5、意义及应用； (3) 二元函数、偏导数循环关系及全微分性质在热力学中应用； (4) 平衡态概念及其描述方法。第 2 章匀称物质的热力学性质（5 学时）1 1 教学内容 (1) 热力学函数的定义式、全微分表达式、偏导数公式及对应麦氏关系； (2) 用试验方法确定基本热力学函数的一般方法； (3) 用理论方法确定热力学函数的方法特性函数法； (4) 上述两种热力学理论方法在实际中的应用。2 2 重、难点提示(1) 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； (2) 等容热容、等压热容的熵表达式； (3) 用全微分条件得出各热力学量间的关系。第 3 章单元系的相变（4 学时

6、）1 1 教学内容 (1) 热力学平衡判据的几种形式，如熵判据、自由能判据和吉布斯函数判据等； (2) 开系的热力学基本方程的数学表达式； (3) 从气液固相图理解单元系的复相平衡条件及其性质； (4) 气液两相转变的过程及其临界条件以及液滴的形成过程。2 2 重、难点提示(1) 热力学平衡判据的几种形式； (2) 用最基本的熵判据形式得出热力学平衡条件； (3) 了解一级相变的特点和相变分类。第 4 章多元系的复相平衡和化学平衡（3 学时）1 1 教学内容 (1) 多元系的热力学函数和热力学方程的数学表达式； (2) 多元单相系的平衡条件和多元复相系的平衡条件； (3) 吉布斯相律及其应用；

7、 (4) 混合气体的性质及其志向气体的化学平衡条件。2 2 重、难点提示(1) 热力学第三定律的内容及其意义； (2) 肯定熵的表达式； (3) 志向气体的化学平衡条件。第 5 章近独立粒子的最概然分布（4 学时）1 1 教学内容 (1) 粒子的经典描述和量子描述； (2) 三种系统微观状态数的表达式的推导过程； (3) 等概率原理的基本内容； (4) 宏观分布与微观状态数的区分与联系。2 2 重、难点提示(1) 玻尔兹曼、玻色分布和费米分布的表达式； (2) 玻尔兹曼、玻色分布和费米分布相互转化的条件； (3) 由概率法得到三种分布。第 6 章波耳兹曼统计（5 学时）1 1 教学内容 (1)

8、 热力学量的统计表达式的推导过程； (2) 配分函数的作用及意义； (3) 用配分函数推导志向气体物态方程； (4) 应用志向气体内能和热容量的表达式。 2 2 重、难点提示(1) 固体热容量的爱因斯坦理论的内容； (2) 顺磁性固体及负温度状态的简洁学问； (3) 理解能量均分定理。第 7 章玻色统计和费米统计（5 学时）1 1 教学内容 (1) 热力学量的统计表达式的推导过程； (2) 巨配分函数在统计物理中作用及意义； (3) 玻色爱因斯坦凝合现象； (4) 普朗克公式以及在不同频率区相应的两种表示形式。2 2 重、难点提示(1) 光子气体的能量密度； (2) 利用平衡热辐射过程推导热辐

9、射定律； (3) 利用费米统计的相关特点探讨自由电子气。第 8 章系综理论（2 学时）1 1 教学内容 (1) 微正则分布的经典表达式、量子表达式和半经典表达式； (2) 正则分布的推导过程及其物理意义； (3) 正则分布的热力学公式及简洁应用； (4) 相空间。2 2 重、难点提示(1) 正则分布、微正则分布、巨正则分布的区分； (2) 相空间及刘维尔定理内容。七、 学时安排 章目教学内容教学环节理论教学学时试验教学学时一 热力学的基本规律 4 0 二 匀称物质的热力学性质 5 0 三 单元系的相变 4 0 四 多元系的复相平衡和化学平衡 3 0 五 近独立粒子的最概然分布 4 0 六 波耳兹曼统计 5 0 七 玻色统计和费米统计 5 0 八 系综理论 2 0 总计32 0 八、 课程考核方式 1. 考核方式：笔试；闭卷。 2. 成果构成以期末考试成果为主，结合平常成果、课堂提问、作业、出勤等状况，综合赐予评定。九、选用教材和参考书目 1热力学统计物理，汪志诚编，高等教化出版社，2010； 2统计物理学，苏汝铿编，复旦高校出版社，2004； 3热力学简程，王竹溪编，高等教化出版社，1964； 4统计物理学导论，王竹溪编，高等教化出版社，1956。 审核意见 执笔人：课程所属系：系主随意见：系主任签字 年 月 日 学院院看法：院长签字 年 月 日