《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。
②掌握：物态方程的得出方法。
） 2实验系数及由实验系数k 、、βα 求物态方程。
（① 掌握：实验系数k 、、βα及物态方程互求。
②掌握：几个典型物态方程。
）（重点，难点）（考核概率100%）第四节 功本节要求：掌握：无摩擦与准静态过程的功。
（重点，难点）(考核概率100%)。
了解：非准静态过程的功，其它系统的功。
掌握：准静态过程外界对系统做功的一般形式（考核概率30%）。
1无摩擦与准静态过程的功（① 掌握：过程与准静态过程的概念。
②掌握：无摩擦与准静态过程的功的求法）（重点，难点）（考核概率100%）2准静态过程外界对系统做功的一般形式（① 了解：非准静态过程的功，其它系统的功。
② 掌握：广义力和广义位移的概念。
③掌握：准静态过程外界对系统做功的一般形式 (考核概率30%)第五节 热力学第一定律本节要求：掌握：改变系统状态的方式及绝热过程，焦耳实验、内能的引入，热量、热力学第一定律。
1改变系统状态的方式及绝热过程（① 掌握：改变系统状态的两种方式。
②掌握：绝热过程的概念。
）2热量、热力学第一定律（① 掌握：内能的引入，广延量。
② 掌握：热量定义式及热力学第一定律。
第六节 热容量和焓本节要求：掌握：热容量的定义及态函数焓，比性质与摩尔性质。
第七节 理想气体的内能本节要求：掌握：焦耳定律。
了解：理想气体的自由膨胀。
1焦耳定律（① 掌握：焦耳定律的内容及局限性。
②掌握：理想气体的状态函数。
）2理想气体的自由膨胀（① 了解：理想气体的自由膨胀过程。
② 掌握：理想气体的内能与体积无关。
）第八节 理想气体的绝热过程本节要求：掌握：准静态绝热过程。
（重点，难点）(考核概率30%)。
掌握：绝热方程的应用。
1准静态绝热过程（① 掌握：准静态绝热过程。
②掌握：理想气体的绝热方程）（重点，难点）（考核概率30%）2绝热方程的应用 掌握：γ 的测定第九节 理想气体的卡诺循环本节要求：掌握：理想气体的等温过程。
掌握：理想气体的绝热过程。
掌握：理想气体的卡诺循环1理想气体的等温过程 掌握：该过程的功，内能，热量的计算。
2理想气体的绝热过程 掌握：该过程的功，内能，热量的计算。
3理想气体的卡诺循环 掌握：卡诺热机的概念、卡诺循环的定义及效率。
第十节 热力学第二定律本节要求：掌握：第二定律的定性表述。
掌握：两个说法等效。
了解：实际过程的不可逆性1第二定律的定性表述 掌握：第二定律的克氏说法、开氏说法。
2两个说法等效 掌握：两种表述等效证明。
3实际过程的不可逆性 了解：自发过程进行的方向和限度。
第十一节 卡诺定理一、 本节要求：理解：可逆机和不可逆机。
了解：卡诺定理及其证明1可逆机和不可逆机 理解：可逆机和不可逆机的定义。
2卡诺定理及其证明。
（① 了解：卡诺定理的证明。
②掌握：卡诺定理的结论及物理意义。
） 第十二节 热力学温标本节要求：理解：热力学温标的引入。
掌握：温标与理想气体温标的关系第十三节 克劳修斯等式和不等式本节要求：掌握：卡诺循环的克氏不等式。
掌握：任意循环的克氏不等式1卡诺循环的克氏不等式（①掌握：卡诺循环的克氏不等式的表达式。
②掌握：卡诺循环的克氏不等式的物理意义。
）2任意循环的克氏不等式。
（① 掌握：任意循环的克氏不等式的普遍表达式。
②掌握：任意循环的克氏不等式的物理意义。
）第十四节 熵和热力学基本方程本节要求：掌握：态函数熵。
掌握：热力学基本方程、可逆过程 掌握：非平衡态、局域平衡。
掌握：可逆过程热量的计算。
掌握：等温熵的改变1态函数熵（①掌握：态函数熵的引入。
②掌握：态函数熵的定义。
）2热力学基本方程、可逆过程。
掌握：热力学基本方程的表达式及一般形式3非平衡态、局域平衡 掌握：态函数熵的广延性及表达∑=+++=i s s s s S (321)4可逆过程热量的计算 掌握：由温熵图求热量5等温熵的改变 掌握：等温过程熵变⎰⎰===∆T Q dQ T T dQ S 1 第十五节 理想气体的熵本节要求：掌握：熵的表达式。
掌握：熵变的计算。
（重点，难点）（考核概率100%）1熵的表达式掌握：选择不同独立参量的熵的表达式。
2熵变的计算。
掌握：选择不同方法计算熵变（考核概率100%）第十六节热力学第二定律的普遍表述本节要求：理解：克劳修斯不等式与不可逆过程。
掌握：熵增加原理。
了解：关于热寂说。
1克劳修斯不等式与不可逆过程掌握：由克劳修斯不等式引出熵增加原理2熵增加原理掌握：熵增加原理与不可逆过程的关系3关于热寂说了解：热寂说的内容及新观点第十七节熵增加原理的简单应用本节要求：掌握：通过例题掌握熵增加原理的应用。
掌握：通过结论判断过程的性质第十八节自由能和吉布斯函数本节要求：掌握：自由能的引入和最大功原理。
掌握：吉布斯函数的引入和最大功原理。
1自由能的引入和最大功原理（①掌握：自由能的引入及表达式。
②掌握：最大功原理结论及适用条件。
）2吉布斯函数的引入和最大功原理（①掌握：吉布斯函数的引入及表达式。
②掌握：最大功原理结论及适用条件。
）3 第一章的小结，留思考题。
作业：认真复习本章内容，教科书中的习题（只要求与掌握内容有关的）。
第二章均匀物质的热力学性质本章重点：均匀物质系统的热力学基本规律，研究均匀物质系统与热现象有关的物理效应的基本方法。
难点：自由能，吉布斯函数，理想气体的F与G,麦氏关系，特性函数，几种均匀物质的热力学性质。
本章学时:8学时教学形式:讲授教具: 黑板，粉笔第一节内能、焓、自由能和吉布斯函数的全微分本节要求：掌握：U、H、E、G的全微分形式，麦克斯韦关系（重点)（考核概率100%)。
1全微分形式（①掌握：马休定理。
②掌握：U、H、E、G的全微分形式。
）（重点)2麦克斯韦关系（①掌握：麦克斯韦关系的推导及结论）（重点)（考核概率100%)。
第二节麦式关系的简单应用本节要求：掌握：定容热容量与能态方程，定压热容量与焓方程(重点)（考核概率100%)。
掌握：p-v系数Cp和Cv关系，关于Tds方程。
1定容热容量与能态方程，定压热容量与焓方程（掌握：定容热容量与能态方程，定压热容量与焓方程的推导及结论）(重点)（考核概率100%)2 p-v系数Cp和Cv关系，关于Tds方程（掌握：任意p-v系的Cp和Cv关系，Tds方程的证明）（重点，难点)（考核概率40%)。
第三节气体的节流过程和绝热膨胀过程本节要求：掌握：气体节流过程，焦耳—汤姆逊效应与焦耳自由膨胀实验的关系。
掌握：气体绝热膨胀。
了解：低温的获得：林德法及其工作原理，卡皮查液化机及其工作原理。
1气体节流过程，焦耳—汤姆逊效应与焦耳自由膨胀实验的关系（掌握：气体节流过程的特征。
）2气体绝热膨胀（掌握：气体绝热膨胀的特征。
）3低温的获得（了解）第四节基本热力学函数的确定。
本节要求：掌握：选T、V为独立变量掌握：选T、P为独立变量1选T、V为独立变量（掌握：选T、V为独立变量时基本热力学函数的确定方法。
）2选T、P为独立变量（掌握：选T、P为独立变量理想气体的热力学函数H、S、G）第五节特性函数本节要求：掌握：特性函数及系统独立变量的选取。
掌握：两个常用的特性函数F，G。
1特性函数及系统独立变量的选取（掌握：U、H、F、G的特性函数。
）2两个常用的特性函数F，G（掌握：两个常用的特性函数F，G的应用。
）第六节平衡辐射的热力学本节要求：掌握：平衡辐射及其温度。
掌握：空腔辐射的热力学函数。
掌握：黑体辐射。
1平衡辐射及其温度（掌握：平衡辐射的定义及其与温度的关系。
）2空腔辐射的热力学函数（掌握：两种方法确定空腔辐射的热力学函数。
）3黑体辐射（掌握：黑体辐射的概念及特征和应用。
）第七节磁介质的热力学本节要求：掌握：热力学基本方程常用热力学函数。
掌握：绝热去磁致冷。
掌握：磁致伸缩和压磁效应。
1热力学基本方程、常用热力学函数（掌握：磁介质的热力学基本方程和常用热力学函数。
）2绝热去磁致冷（掌握：绝热去磁致冷的原理。
）3磁致伸缩和压磁效应（掌握：磁致伸缩和压磁效应的原理。
）4 第二章的小结，留思考题。
习题讲解。
作业：认真复习本章内容。
教科书中的习题（只要求与掌握内容有关的）。
第三章单元系的相变本章重点：单元系在相变情况下的热力学性质。
难点：平衡判据，相平衡条件，开系的热力学性质，相图刚体的定点转动。
本章学时:6学时教学形式:讲授教具: 黑板，粉笔第一节 热动平衡判据 （重点：考核概率100%)本节要求：掌握：熵判据；掌握：自由能和自由能判据。
掌握：吉布斯函数和吉布斯函数判据。
掌握：平衡条件和平衡稳定条件。
1熵判据（掌握：熵增加原理及熵判据。
）2自由能和自由能判据（掌握：最大功定理及自由能和自由能判据）3吉布斯函数和吉布斯函数判据（掌握：最大功定理及吉布斯函数和吉布斯函数判据） 4平衡条件和平衡稳定条件（掌握：平衡条件和平衡稳定条件的推导及结论）第二节 开系的热力学基本方程本节要求：理解：多元多相系。