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《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。由于学时有限和专业特点，不要求学生掌握吉布斯的正则分布原理和涨落理论。

（会极其简单地介绍空间换时间的思想、各态历经原理和热力学系统中涨落驱动的思想）

四、教学内容及基本要求：

第一章热力学的基本规律(10学时)

§1.1热力学系统的平衡状态及其描述；§1.2热平衡定律和温度§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；

基本要求：

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；

本章重点和难点：

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；

4.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；

习题要求：

完成以下课后作业题（P64-69）：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；1.2