热力学统计物理学B课程教学大纲.docx

热力学统计物理学B课程教学大纲.docx

《热力学统计物理学B课程教学大纲.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热力学统计物理学B课程教学大纲.docx（7页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

热力学统计物理学B课程教学大纲

热力学与统计物理B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；

课程名称：

热力学统计物理

所属专业：

兰州大学物理微电子专业

课程性质：

物理类专业基础课

学分：

4

（二）课程简介、目标与任务；

《热力学与统计物理B》是物理类专业学生的专业必修课，它从宏观（热力学）及微观（统计物理）角度理解物质的基本性质及其微观基础，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。

本课程分为热力学和统计物理两个部分。

热力学部分要求学生掌握热力学研究对象及其基本热力学定律；了解与掌握热力学系统描述的状态参数和状态函数概念，熟练掌握基本热力学函数内能、焓、熵、自由能、吉布斯函数的概念及其关系，以及如何利用这些函数解决简单物理问题，判断系统的平衡条件、平衡稳定性条件；掌握单元系和多元系的相变特性、平衡条件、吉布斯相律和化学平衡条件；了解不可逆热力学过程的基本理论及简单应用。

统计物理部分要求学生掌握等几率原理和统计思想的物理本质、基本概念，灵活运用玻尔兹曼统计、费米及玻色统计处理实际问题，熟悉系综理论的应用方法，了解涨落理论及非平衡态的统计理论。

（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。

后续课程固体物理需要用到热力学与统计物理部分概率和知识。

（四）教材与主要参考书。

选用教材：

热力学•统计物理（第四版）；作者：

汪志诚；出版日期：

2008年12月；出版社：

高等教育出版社；获奖情况：

1995年获国家教委全国优秀教材一等奖；使用情况：

教材结构框架清晰，内容丰富，前沿进展在教材相关部分有重要体现。

参考书目：

王竹溪，《热力学简程》，高教出版社，1964

王竹溪，《统计物理学导论》，第二版，高教出版社，1965

龚昌德，《热力学与统计物理学》，，高教出版社，1982

苏汝铿，《热力学与统计物理基础》，，复旦大学出版社，1990

LandauL.D.andLifshitzE.M.,StatisticalPhysics,PergamonPress,1958.

ReifF.,FundamentalofStatisticalandThermalPhysics,McGrawHillBookCompany,1965

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

绪论

第一章 热力学的基本规律

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准静态过程及其功表达式；1.5内能、热量和热力学第一定律；1.6热容量和焓；1.7理想气体的内能；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卡诺定律；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热力学第二定律的普遍表述；1.17熵增加原理的简单应用。

第二章  均匀系统的热力学性质

2.1内能、焓、自由能和吉布斯函数的全微分；2.2麦氏关系及其应用；2.3气体的节流过程和绝热过程；2.4基本热力学函数的确定；2.5特性函数；2.6平衡辐射热力学；2.7磁介质热力学；2.8低温的获得。

第三章     单元系的相变

3.1热动平衡判据；3.2开系的热力学基本方程；3.3单元系的复相平衡条件；3.4单元复相系的平衡性质；3.5临界点和气液两相的转变；3.6液滴的形成；3.7相变的分类；3.8临界现象和临界指数；3.9朗道连续相变理论。

第四章     多元系的复相平衡和化学平衡

4.1多元系的热力学函数和热力学方程；4.2多元系的复相平衡条件；4.3吉布斯相律；4.4二元系相图举例；4.5化学平衡条件；4.6混合理想气体的性质；4.7理想气体的化学平衡；4.8热力学第三定律。

第五章      不可逆过程热力学简介

5.1局域熵产生率；5.2昂萨格关系；5.3温差电现象。

第六章      近独立粒子的最概然分布

6.1粒子运动状态的经典描述；6.2粒子运动状态的量子描述；6.3系统微观运动状态的描述；6.4等概率原理；6.5分布和微观状态；6.6玻耳兹曼分布；6.7玻色分布和费米分布；6.8三种分布的关系。

第七章       玻耳兹曼统计

7.1热力学量的统计表达式；7.2理想气体的物态方程；7.3麦克斯韦速度分布率；7.4能量均分定理；7.5理想气体的内能和热容量；7.6理想气体的熵；7.7固体热容量的爱因斯坦理论；7.8顺磁性固体；7.9负温度状态。

第八章       玻色统计和费米统计

8.1热力学量的统计表达式；8.2弱简并玻色气体和费米气体；8.3光子气体；8.4玻色—爱因斯坦凝聚；8.5金属中的自由电子气体；8.6简并理想费米气体；8.7准二维电子气体与量子霍尔效应。

第九章        系综理论

9.1相空间刘维尔定理；9.2微正则分布；9.3微正则分布的热力学关系式；9.4正则分布；9.5正则分布的热力学关系式；9.6实际气体的物态方程；9.7固体热容量；9.8液He的性质和朗道超流理论；9.9铁磁性的平均场理论；§9.10巨正则分布；9.11巨正则分布的热力学关系式；9.12巨正则分布的简单应用。

第十章     涨落理论

10.1涨落的准热力学理论；10.2临界点附近的涨落和关系；10.3布朗运动理论；10.4布朗运动的时间关联函数。

第十一章   非平衡态的统计理论

11.1玻耳兹曼方程的弛豫时间近似；11.2气体粘滞现象；11.3金属电导率；11.4玻耳兹曼积分微分方程；11.5H定理；11.6细致平衡原理与平衡态的分布函数。

（一）教学方法与学时分配

绪论（2学时）

第六章   近独立粒子的最概然分布------------------------（共6学时）

§6.1粒子运动状态的经典描述

§6.2粒子运动状态的量子描述

§6.3系统微观运动状态的描述

§6.4等概率原理-----------------------------------------2学时

§6.5分布和微观状态

§6.6玻耳兹曼分布---------------------------------------2学时

§6.7玻色分布和费米分布

§6.8三种分布的关系-------------------------------------2学时

第七章   玻耳兹曼统计-----------------------------------（共8学时）

§7.1热力学量的统计表达式

§7.2理想气体的物态方程

§7.3麦克斯韦速度分布率---------------------------------2学时

§7.4能量均分定理

§7.5理想气体的内能和热容量-----------------------------2学时

§7.6理想气体的熵

§7.7固体热容量的爱因斯坦理论---------------------------2学时

§7.8顺磁性固体

§7.9负温度状态-----------------------------------------2学时

第八章  玻色统计和费米统计-----------------------------（共8学时）

§8.1热力学量的统计表达式

§8.2弱简并玻色气体和费米气体---------------------------2学时

§8.3光子气体

§8.4玻色——爱因斯坦凝聚-------------------------------2学时

§8.5金属中的自由电子气体

§8.6简并理想费米气体简例

§8.7准二维电子气体与量子霍尔效应-----------------------2学时

第一章   热力学的基本规律------------------------------（共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-----------------------------------2学时

§1.3物态方程

§1.4准静态过程及其功的表达式

§1.5内能、热量及热力学第一定律--------------------------2学时

§1.6热容量和焓

§1.7理想气体的内能

§1.8理想气体的绝热过程

§1.9理想气体的卡诺循环---------------------------------2学时

§1.10热力学第二定律

§1.11卡诺定律

§1.12热力学温标

§1.13克劳修斯等式和不等式------------------------------2学时

§1.14熵和热力学基本方程

§1.15理想气体的熵

§1.16热力学第二定律的普遍表述

§1.17熵增加原理及其应用--------------------------------2学时

第二章   均匀系统的热力学性质---------------------------（共6学时）

§2.1内能、焓、自由能和吉布斯函数的全微分

§2.2麦氏关系及其应用

§2.3气体的节流过程和绝热过程---------------------------2学时

§2.4基本热力学函数的确定

§2.5特性函数-------------------------------------------2学时

§2.6平衡辐射热力学

§2.7磁介质热力学

§2.8低温的获得-----------------------------------------2学时

第三章  单元系的相变-----------------------------------（共8学时）

§3.1热动平衡判据

§3.2开系的热力学基本方程

§3.3单元系的复相平衡条件-------------------------------2学时

§3.4单元复相系的平衡性质

§3.5临界点和气液两相的转变-----------------------------2学时

§3.6液滴的形成

§3.7相变的分类-----------------------------------------2学时

§3.8临界现象和临界指数

§3.9朗道连续相变理论-----------------------------------2学时

第四章    多元系的复相平衡和化学平衡--------------------（共6学时）

§4.1多元系的热力学函数和热力学方程

§4.2多元系的复相平衡条件

§4.3吉布斯相律-----------------------------------------2学时

§4.4二元系相图举例

§4.5化学平衡条件

§4.6混合理想气体的性质---------------------------------2学时

§4.7理想气体的化学平衡

§4.8热力学第三定律-------------------------------------2学时

第五章   不可逆过程热力学简介---------------------------（共2学时）

§5.1局域熵产生率

§5.2昂萨格关系

§5.3温差电现象-----------------------------------------2学时

第九章   系综理论------------------------------------