西北师范大学物理学专业课程教学大纲
热力学统计物理I
一、 说明
（一） 课程性质
必修
（二） 学时与学分
学时： 50
学分： 3
（三） 授课对象
物理教育类本科生
（四） 先修课程
热学，数学物理方法
（五） 教学目的
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。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。
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。
（六） 大纲版本
制定日期：2008年06月12日
最后一次修订日期：2008年09月27日
所属课程小组及负责人：热学组 段文山 教授
大纲编写负责人：段文山、宋燕
二、 主要内容及基本要求（其中加“*”为简单了解内容）
第一章 热力学的基本规律
（一）教学时数：
8学时
（二）主要内容:
（1）热力学系统的平衡态及其描述；
（2）平衡定律和温度；
（3）物态方程；
（4）准静态功；
（5）热力学第一定律；
（6）热容量和焓；
（7）理想气体的内能、绝热过程、卡诺循环；
（8）热力学第二定律；
（9）卡诺定理与热力学温标；
（10）克劳修斯等式和不等式；
（11）熵和热力学基本方程；
（12）理想气体的熵；
（13）热力学第二定律的普遍表述；
（14）熵增加原理的简单应用；
（15）自由能和吉布斯函数。
（三）基本要求:
本章是热力学与统计物理学的基础，以热力学第一定律、热力学第二定律和热力学基本方程、热容量和焓、理想气体的内能为重点讲授内容；将热力学系统的平衡态及其描述、平衡定律和温度、物态方程、准静态功、热力学第一定律、绝热过程、卡诺循环作为课堂自学内容，这些内容在《热学》中都已学过。
第二章 均匀物质的热力学性质
（一）教学时数：
6学时
（二）主要内容:
（1）内能、焓、自由能和吉布斯函数的全微分；
（2）麦克斯韦关系的简单应用；
（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）平衡辐射的热力学；
*（7）磁介质的热力学；
*（8）低温的获得。
（三）基本要求:
本章是热力学与统计物理的重点内容，以特性函数及其基本微分方程和麦克斯韦关系为重点讲授内容，删去磁介质的热力学和低温的获得两节，要求学生掌握内能、焓、自由能和吉布斯函数的全微分、麦氏关系和基本应用，掌握基本热力学函数的确定和特性函数。了解理解气体节流过程和绝热过程，并以平衡辐射为例，学会热力学基本方法的应用。
第三章 单元系的相变
（一）教学时数：
6学时
（二）主要内容:
（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。
（三）基本要求:
本章是热力学与统计物理的重点内容,以开放的热力学基本方程为基础重点讲授单元系的复相平衡条件和平衡性质等内容。要求学生掌握热动平衡的基本判据和开系的基本热力学方程， 掌握气、液、固的相平衡性质、平衡条件和克拉伯龙方程，理解液滴的形成。
第四章 多元系的复相平衡和化学平衡能
（一）教学时数：
6学时
（二）主要内容:
（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。
（三）基本要求:
本章讲述多元复相系的热力学，是前章的拓展和深化。吉布斯相律、化学反应平衡和混合理想气体的性质是本章的重点。混合理想气体的熵变是难点。要求学生掌握多元系的热力学函数和热力学基本方程、吉布斯相律。
第六章 近独立粒子的最概然分布
（一）教学时数：
8学时
（二）主要内容:
（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）玻耳兹曼分布；
（7）玻色分布和费米分布；
（8）三种分布的关系。
（三）基本要求:
本章是统计物理学的开篇，讲述统计物理对研究对象的基本描写。其重点是对大数粒子系统运
动状态的描写、态密度和给定分布下微观状态数的计算，并用不严密的方法推求得三种最概然分布。讲解以学生自学为主，只着重讲解上述几个要点。要求学生掌握近独立粒子运动状态的描写方法、给定分布时的三种微观状态数的计算方法、 态密度的概念和计算方法，掌握三种分布，理解求得三种分布的过程方法，了解等概率原理。
第七章 玻耳兹曼统计
（一）教学时数：
6学时
（二）主要内容:
（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。
（三）基本要求:
本章是热力学与统计物理的重点内容，是统计物理的核心章节，以玻耳兹曼分布为基础重点掌握热力学量的统计表达式、统计物理处理问题的方法、玻耳兹曼统计的广泛应用。要求学生掌握麦氏统计的原理和对理想气体的应用，理解能量均分定理。
第八章 玻色统计和费米统计
（一）教学时数：
4学时
（二）主要内容:
（1）热力学量的统计表达式；
（2）弱简并玻色气体和费米气体；
*（3）光子气体；
（4）玻色-爱因斯坦凝聚；
（5）金属中的自由电子气体；
*（6）简并理想费米气体简例；
*（7）准二维电子气体与量子霍尔效应。
（三）基本要求:
本章是热力学与统计物理的重点内容，以玻色分布和费米分布为基础重点掌握热力学量的统计表达式。要求学生掌握玻色统计和费米统计的热力学表达式，理解两种统计在弱简并气体、自由电子气体等系统中的实际应用。
第九章 系综理论
（一）教学时数：
6学时
（二）主要内容:
（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
*（8）液4He的性质和朗道超流理论
*（9）伊辛模型的平均场理论
（10）巨正则分布的热力学公式
*（11）巨正则分布的简单应用
（三）基本要求:
本章是统计物理的基础，微正则分布、正则分布和巨正则分布是本章的重点，也是统计物理的重点之一。要求学生掌握微正则分布、正则分布及巨正则分布及三种分布的热力学公式。
三、 考核要求
考核内容：
教学主要内容
考核方式：
考试
考核要求：
1.1 内容的考核按教学的基本要求执行
1.2 题型一般采用填空、简答和计算等
四、 参考教材
1.《热力学与统计物理学》，龚昌德，高等教育出版社，1982，第1版。
2.《热力学与统计物理学》，马本堃，高尚惠，孙煜，高等教育出版社，1995，第2版。
3.《统计物理学》，苏汝铿，复旦大学出版社，1990，第1版。
4.《统计物理学导论》，王竹溪，人民教育出版社，1965，第2版。
