西安建筑科技大学材料科学与工程学院
《热力学与统计物理》
教 学 大 纲
课程编号：
课程名称：热力学与统计物理英文名称：Thermodynamics and statistics
学时：66学时学分：4学分授课对象：材料科学专业、材料物理等本科专业。
课程性质：专业基础必修课程。
先修课程：普通物理、物理化学
一、课程教学目标：
,热力学与统计物理》是材料科学类专业的重要专业基础课。在普通物理、物理化学基础上通过本课程的学习，使学生进一步掌握材料的热力学分析原理和统计物理的分析原理以及相应的分析方法。对揭示材料宏观物理量之间的关系以及宏观性质的本质提供理论基础和研究方法，为量子力学和固体物理课程教学奠定基础。
二、教学内容及基本要求该课程的重点为均匀物质的热力学性质、相变理论、最概然分布、系综理论。
具体教学内容及基本要求如下。
第一章：热力学基本规律（10学时）
1.1 导言物态方程与实验参数的关系熵与热力学第二定律克劳修斯等式和不等式熵与热力学与热力学基本方程熵增加原理的简单应用自由能和吉布斯函数基本要求:
使学生掌握热力学方法的特点、偏导数运算规则、物态方程的确定、系统熵函数的计算、系统状态变化的方向。
本章重点：偏导数运算规则本章难点：系统状态变化方向的确定
第二章：均匀物质的热力学性质（10学时）
2.1 内能、焓、自由能和吉布斯函数的全微分
2.2 Maxwell关系的简单应用
2.3 基本热力学函数的确定特性函数平衡辐射的热力学磁介质系统热力学电介质系统热力学基本要求:
使学生掌握如何确定系统的特性函数、如何确定系统的基本热力学函数、磁致伸缩和压磁效应的本质本章重点：Maxwell关系的应用本章难点：特性函数的确定
第三章：材料相变理论基础（6学时）
3.1 热动平衡判据
3.2 开系热力学基本方程
3.3 复相系的平衡性质
3.4 朗道连续相变理论基本要求:
使学生掌握热动平衡判据的理论和方法、单元和多元系的热力学基本方程、复相系的平衡性质和朗道连续相变理论本章重点：多元系的热力学基本方程、复相系的平衡性质本章难点：朗道连续相变理论
第四章：不可逆过程热力学简介（4学时）
4.1 局域熵产生率
4.2 昂萨格关系
4.3 温差电现象基本要求:
使学生掌握不可逆过程热力学的基本思想和基本方法。
本章重点：温差电现象的热力学分析方法本章难点：局域熵产生率
第五章：近独立粒子的最概然分布（10学时）
5.1 粒子运动状态的经典描述
5.2 粒子运动状态的量子描述
5.3 系统微观运动状态的描述
5.4 等概率原理
5.5 分布和微观状态
5.6 玻耳兹曼分布
5.7 玻色分布和费米分布
5.8 三种分布的关系基本要求:
使学生掌握微观粒子运动状态的经典描述和量子描述方法、二者的关系，掌握系统微观运动状态的描述方法与宏观条件的关系，掌握三种分布机器应用条件。
本章重点：粒子运动状态的经典描述、粒子运动状态的量子描述、分布和微观状态本章难点：等概率原理、三种分布的关系
第六章：玻耳兹曼统计理论（6学时）
6.1 粒子配分函数
6.2 热力学量的玻耳兹曼统计表达式
6.3 理想气体的物态方程
6.4 理想气体的内能和热容量
6.5 理想气体的熵基本要求:
使学生掌握玻耳兹曼统计的基本方法及对理想气体的简单应用本章重点：热力学量的玻耳兹曼统计表达式、理想气体的物态方程本章难点：粒子配分函数、理想气体的内能
第七章：玻色统计和费米统计（12学时）
7.1热力学量的统计表达式
7.2 弱简并玻色气体和费米气体
7.3 光子气体
7.4 金属中的自由电子气体
7.5 热电子发射 接触电势差 泡利顺磁性
7.6 量子霍尔效应基本要求:
使学生掌握玻色统计和费米统计的基本方法，并能应用这些方法解决一些材料中的实际问题。
本章重点：热力学量的统计表达式、光子气体、金属中的自由电子气体。
本章难点：费米能的概念、量子霍尔效应
第八章：系综理论（8学时）
8.1 相空间 刘维尔定理
8.2 微正则分布
8.3 微正则分布的热力学公式
8.4 正则分布及热力学公式
8.5实际气体的物态方程*
8.6 固体的热容量
8.7 铁磁性的平均场理论*
8.8 巨正则分布及热力学公式
8.9 吸附现象的统计解释*
基本要求:
使学生掌握系综理论的基本思想和统计方法、掌握系综理论与最概然理论的关系本章重点：三种正则分布及热力学公式本章难点：相空间、刘维尔定理
三、教学安排及方式授课方式：课堂讲授与讨论，采用多媒体教学手段课程内容
讲课学时
实验学时
作业量
热力学基本规律
10
15
均匀物质的热力学性质
10
15
材料相变理论基础
6
10
不可逆过程热力学简介
4
3
近独立粒子的最概然分布
10
8
玻耳兹曼统计理论
6
6
玻色统计和费米统计
12
9
系综理论
8
4
66
70
作业批改量：全收半改。
四、考核方式课堂提问、讨论、作业与期末笔试相结合
五、参考教材目前各校物理学专业使用的《热力学统计物理》均可作为参考用书。
《热力学与统计物理》
教 学 大 纲
课程编号：
课程名称：热力学与统计物理英文名称：Thermodynamics and statistics
学时：66学时学分：4学分授课对象：材料科学专业、材料物理等本科专业。
课程性质：专业基础必修课程。
先修课程：普通物理、物理化学
一、课程教学目标：
,热力学与统计物理》是材料科学类专业的重要专业基础课。在普通物理、物理化学基础上通过本课程的学习，使学生进一步掌握材料的热力学分析原理和统计物理的分析原理以及相应的分析方法。对揭示材料宏观物理量之间的关系以及宏观性质的本质提供理论基础和研究方法，为量子力学和固体物理课程教学奠定基础。
二、教学内容及基本要求该课程的重点为均匀物质的热力学性质、相变理论、最概然分布、系综理论。
具体教学内容及基本要求如下。
第一章：热力学基本规律（10学时）
1.1 导言物态方程与实验参数的关系熵与热力学第二定律克劳修斯等式和不等式熵与热力学与热力学基本方程熵增加原理的简单应用自由能和吉布斯函数基本要求:
使学生掌握热力学方法的特点、偏导数运算规则、物态方程的确定、系统熵函数的计算、系统状态变化的方向。
本章重点：偏导数运算规则本章难点：系统状态变化方向的确定
第二章：均匀物质的热力学性质（10学时）
2.1 内能、焓、自由能和吉布斯函数的全微分
2.2 Maxwell关系的简单应用
2.3 基本热力学函数的确定特性函数平衡辐射的热力学磁介质系统热力学电介质系统热力学基本要求:
使学生掌握如何确定系统的特性函数、如何确定系统的基本热力学函数、磁致伸缩和压磁效应的本质本章重点：Maxwell关系的应用本章难点：特性函数的确定
第三章：材料相变理论基础（6学时）
3.1 热动平衡判据
3.2 开系热力学基本方程
3.3 复相系的平衡性质
3.4 朗道连续相变理论基本要求:
使学生掌握热动平衡判据的理论和方法、单元和多元系的热力学基本方程、复相系的平衡性质和朗道连续相变理论本章重点：多元系的热力学基本方程、复相系的平衡性质本章难点：朗道连续相变理论
第四章：不可逆过程热力学简介（4学时）
4.1 局域熵产生率
4.2 昂萨格关系
4.3 温差电现象基本要求:
使学生掌握不可逆过程热力学的基本思想和基本方法。
本章重点：温差电现象的热力学分析方法本章难点：局域熵产生率
第五章：近独立粒子的最概然分布（10学时）
5.1 粒子运动状态的经典描述
5.2 粒子运动状态的量子描述
5.3 系统微观运动状态的描述
5.4 等概率原理
5.5 分布和微观状态
5.6 玻耳兹曼分布
5.7 玻色分布和费米分布
5.8 三种分布的关系基本要求:
使学生掌握微观粒子运动状态的经典描述和量子描述方法、二者的关系，掌握系统微观运动状态的描述方法与宏观条件的关系，掌握三种分布机器应用条件。
本章重点：粒子运动状态的经典描述、粒子运动状态的量子描述、分布和微观状态本章难点：等概率原理、三种分布的关系
第六章：玻耳兹曼统计理论（6学时）
6.1 粒子配分函数
6.2 热力学量的玻耳兹曼统计表达式
6.3 理想气体的物态方程
6.4 理想气体的内能和热容量
6.5 理想气体的熵基本要求:
使学生掌握玻耳兹曼统计的基本方法及对理想气体的简单应用本章重点：热力学量的玻耳兹曼统计表达式、理想气体的物态方程本章难点：粒子配分函数、理想气体的内能
第七章：玻色统计和费米统计（12学时）
7.1热力学量的统计表达式
7.2 弱简并玻色气体和费米气体
7.3 光子气体
7.4 金属中的自由电子气体
7.5 热电子发射 接触电势差 泡利顺磁性
7.6 量子霍尔效应基本要求:
使学生掌握玻色统计和费米统计的基本方法，并能应用这些方法解决一些材料中的实际问题。
本章重点：热力学量的统计表达式、光子气体、金属中的自由电子气体。
本章难点：费米能的概念、量子霍尔效应
第八章：系综理论（8学时）
8.1 相空间 刘维尔定理
8.2 微正则分布
8.3 微正则分布的热力学公式
8.4 正则分布及热力学公式
8.5实际气体的物态方程*
8.6 固体的热容量
8.7 铁磁性的平均场理论*
8.8 巨正则分布及热力学公式
8.9 吸附现象的统计解释*
基本要求:
使学生掌握系综理论的基本思想和统计方法、掌握系综理论与最概然理论的关系本章重点：三种正则分布及热力学公式本章难点：相空间、刘维尔定理
三、教学安排及方式授课方式：课堂讲授与讨论，采用多媒体教学手段课程内容
讲课学时
实验学时
作业量
热力学基本规律
10
15
均匀物质的热力学性质
10
15
材料相变理论基础
6
10
不可逆过程热力学简介
4
3
近独立粒子的最概然分布
10
8
玻耳兹曼统计理论
6
6
玻色统计和费米统计
12
9
系综理论
8
4
66
70
作业批改量：全收半改。
四、考核方式课堂提问、讨论、作业与期末笔试相结合
五、参考教材目前各校物理学专业使用的《热力学统计物理》均可作为参考用书。
