《热力学与统计物理学（I）》课程教学大纲（英文名称thermodynamicsandstatisticalphysics（I））一、课程概况课程名称：热力学与统计物理学（I）课程代码：08200160课程性质：专业必修课程【核心课】课程学分：3学分预修课程：热学、概率论与数理统计后续课程：固体物理学开课学期：第5学期课程学时：54学时（理论总学时/实践总学时：54/0）课程周学时：4学时（理论学时/实践学时：4/0）考核方式：闭卷笔试、平时考核相结合课程负责人：高天附、范黎明二、课程目标课程目标1：理解《热力学与统计物理学（I）》的基本概念和基础理论知识。学生能够应用热力学基本定律、热力学函数分析简单热现象问题。能够应用平衡稳定性条件分析系统的状态。理解单元系相变的特点、平衡条件、吉布斯相律和化学平衡条件。理解统计物理的微观机制。学生能够根据玻尔兹曼统计、玻色统计和费米统计进行理论评价。课程目标2：了解《热力学与统计物理学（I）》的发展前沿以及在实际应用中的重要进展。了解热力学与统计物理学的基本理论在生产生活和前沿科技中的广泛应用。拓展学生的科学视野，激发学生的爱国情怀，培养学生的科学精神及高尚的师德。课程目标3：理解热力学和统计物理的基本定律、基本原理和研究方法。培养学生自主学习能力和自我反思能力。学生能够应用热力学和统计物理理论进行中学物理教学
《热力学与统计物理学（Ⅰ）》课程教学大纲 （英文名称 thermodynamics and statistical physics（Ⅰ）） 一、课程概况 课程名称：热力学与统计物理学（Ⅰ） 课程代码：08200160 课程性质：专业必修课程【核心课】 课程学分：3 学分 预修课程：热学、概率论与数理统计 后续课程：固体物理学 开课学期：第 5 学期 课程学时：54 学时（理论总学时/实践总学时：54/0） 课程周学时：4 学时（理论学时/实践学时：4/0） 考核方式：闭卷笔试、平时考核相结合 课程负责人：高天附、范黎明 二、课程目标 课程目标 1：理解《热力学与统计物理学（Ⅰ）》的基本概念和基础理论知 识。学生能够应用热力学基本定律、热力学函数分析简单热现象问题。能够应用 平衡稳定性条件分析系统的状态。理解单元系相变的特点、平衡条件、吉布斯相 律和化学平衡条件。理解统计物理的微观机制。学生能够根据玻尔兹曼统计、玻 色统计和费米统计进行理论评价。 课程目标 2：了解《热力学与统计物理学（Ⅰ）》的发展前沿以及在实际应 用中的重要进展。了解热力学与统计物理学的基本理论在生产生活和前沿科技中 的广泛应用。拓展学生的科学视野，激发学生的爱国情怀，培养学生的科学精神 及高尚的师德。 课程目标 3：理解热力学和统计物理的基本定律、基本原理和研究方法。培 养学生自主学习能力和自我反思能力。学生能够应用热力学和统计物理理论进行 中学物理教学
课程目标4：通过应用热力学定律以及应用玻尔兹曼统计、玻色统计和费米统计分析实际问题的探究过程，培养学生创新能力及批判性思维。学生在学习热统过程中能够通过学习共同体实现与同伴、教师进行有效的沟通与合作，培养学生的团队协作精神。三、课程目标与毕业要求的关系1.课程目标与毕业要求的对应关系毕业要求课程目标毕业要求分解指标点1-1践行社会主义核心价值观，增进对中国特色社会主义的思想师德规范认同、政治认同、理论认同和情感认同，贯彻党的教育方针，以课程目标2立德树人为已任。3-2深入理解物理学学科知识的基本思想、方法和完整的物理学课程目标1体系，形成科学的学科观。学科素养3-3深入把握学科知识体系的发展历史和前沿，拓展专业视野。课程目标28-1重视自身的物理学专业发展规划，并养成自主学习的习惯，课程目标3具有自我管理能力，形成终身学习的意识。课程目标4自主学习8-2了解中学物理教育专业发展核心内容和发展阶段路径，能够课程目标3结合中学物理教学发展方向制订自身学习和专业发展规划。11-1理解学习共同体的特点和价值，了解学习共同体在教学过沟通合作程中的重要作用；掌握团队协作的相关知识与技能，具有团队协课程目标4作活动的体验，具备良好的团队协作精神。2.课程目标与毕业要求的矩阵关系图师德规范沟通合作学科素养自主学习课程目标1-13-311-13-28-18-2课程目标1HLL课程目标2M课程目标3MMM课程目标4四、课程教学内容与课程目标的对应关系章次内容支撑课程目标
课程目标 4：通过应用热力学定律以及应用玻尔兹曼统计、玻色统计和费米 统计分析实际问题的探究过程，培养学生创新能力及批判性思维。学生在学习热 统过程中能够通过学习共同体实现与同伴、教师进行有效的沟通与合作，培养学 生的团队协作精神。 三、课程目标与毕业要求的关系 1.课程目标与毕业要求的对应关系 毕业要求 毕业要求分解指标点 课程目标 师德规范 1-1 践行社会主义核心价值观，增进对中国特色社会主义的思想 认同、政治认同、理论认同和情感认同，贯彻党的教育方针，以 立德树人为己任。 课程目标 2 学科素养 3-2 深入理解物理学学科知识的基本思想、方法和完整的物理学 体系，形成科学的学科观。 课程目标 1 3-3 深入把握学科知识体系的发展历史和前沿，拓展专业视野。 课程目标 2 自主学习 8-1 重视自身的物理学专业发展规划，并养成自主学习的习惯， 具有自我管理能力，形成终身学习的意识。 课程目标 3 课程目标 4 8-2 了解中学物理教育专业发展核心内容和发展阶段路径，能够 结合中学物理教学发展方向制订自身学习和专业发展规划。 课程目标 3 沟通合作 11-1 理解学习共同体的特点和价值，了解学习共同体在教学过 程中的重要作用；掌握团队协作的相关知识与技能，具有团队协 作活动的体验，具备良好的团队协作精神。 课程目标 4 2. 课程目标与毕业要求的矩阵关系图 课程目标 师德规范 学科素养 自主学习 沟通合作 1-1 3-2 3-3 8-1 8-2 11-1 课程目标 1 H 课程目标 2 L L 课程目标 3 M M 课程目标 4 M M 四、课程教学内容与课程目标的对应关系 章次 内容 支撑课程目标
热力学的基本规律课程目标1、2、3、三课程目标1、2、4均匀物质的热力学性质三单元系的相变课程目标1、2、3六近独立粒子的最概然分布课程目标1、2七玻耳兹曼统计课程目标1、3、4八玻色统计和费米统计课程目标1、2、3、4五、教学方式（一）课堂讲授+线上自主学习本课程结合多媒体现代教学手段，采用线上线下混合式教学，积极鼓励学生利用线上超星泛雅网络教学平台自主学习。通过设置自学环节，使得课程的改革和教学实施建立在现代教育技术平台之上，并培养学生的整体学习意识和自主探究能力。在课堂教学中，按照“精讲”和“自学”相结合的原则实施教学。通过讲授法、问题导引法、讨论法等向学生展示统计物理学的逻辑体系及应用范畴。线上课程资源中设置的自主学习环节，不仅可以把本科生的自主探究融入到课程教学中，从理论和实践两个方面培养学生的能力，还丰富了热统前沿知识的讲授。从而培养学生分析、解决问题的能力，全面提高学生的科学素养。（二）课堂讨论对本课程中的重要内容，布置课外学习任务，通过查阅文献，了解热力学与统计物理学与其他各学科的联系，并了解相应的知识和处理问题的方法，学生能在课堂中交流讨论。（三）课后作业布置课后习题作业，以巩固课堂学习内容，全部批改并对反馈的问题进行讲评或让学生对作业进行思路讲解、讨论。布置课后自主学习作业，让学生了解热热力学与统计物理学的基本理论在生产生活和前沿科技中的广泛应用，并对已学习的内容梳理总结、反思，理解热力学与统计物理学与中学物理的内涵联系。六、教学内容及学时分配（一）教学内容与学时分配
一 热力学的基本规律 课程目标 1、2、3、 二 均匀物质的热力学性质 课程目标 1、2、4 三 单元系的相变 课程目标 1、2、3 六 近独立粒子的最概然分布 课程目标 1、2 七 玻耳兹曼统计 课程目标 1、3、4 八 玻色统计和费米统计 课程目标 1、2、3、4 五、教学方式 （一）课堂讲授+线上自主学习 本课程结合多媒体现代教学手段，采用线上线下混合式教学，积极鼓励学生 利用线上超星泛雅网络教学平台自主学习。通过设置自学环节，使得课程的改革 和教学实施建立在现代教育技术平台之上，并培养学生的整体学习意识和自主探 究能力。在课堂教学中，按照“精讲”和“自学”相结合的原则实施教学。 通过讲授法、问题导引法、讨论法等向学生展示统计物理学的逻辑体系及应 用范畴。线上课程资源中设置的自主学习环节，不仅可以把本科生的自主探究融 入到课程教学中，从理论和实践两个方面培养学生的能力，还丰富了热统前沿知 识的讲授。从而培养学生分析、解决问题的能力，全面提高学生的科学素养。 （二）课堂讨论 对本课程中的重要内容，布置课外学习任务，通过查阅文献，了解热力学与 统计物理学与其他各学科的联系，并了解相应的知识和处理问题的方法，学生能 在课堂中交流讨论。 （三）课后作业 布置课后习题作业，以巩固课堂学习内容，全部批改并对反馈的问题进行讲 评或让学生对作业进行思路讲解、讨论。布置课后自主学习作业，让学生了解热 热力学与统计物理学的基本理论在生产生活和前沿科技中的广泛应用，并对已学 习的内容梳理总结、反思，理解热力学与统计物理学与中学物理的内涵联系。 六、教学内容及学时分配 （一）教学内容与学时分配
各章教学内容与学时分配表章次内容总课时理论课时热力学的基本规律8-8二88均匀物质的热力学性质单元系的相变三1010六近独立粒子的最概然分布88玻耳兹曼统计七1010八玻色统计和费米统计1010总课时数中含8课时的习题课、课堂讨论内容，根据教学内容和进度与理论讲授穿插进行。（二）教学内容纲要第一章热力学的基本规律（8学时）1.教学目的与要求本章在复习热力学的基本概念和热力学过程所满足的规律的基础上，加深对热力学规律热力学第零定律、热力学第一定律，热力学第二定律）的认识。理解物态方程的概念和几种热力学系统的物态方程，理解内能、恰、摘、自由能和吉布斯函数的物理意义。掌握热力学第二定律的数学表示方法以及增加原理的物理意义，重点掌握如何通过熵函数判断过程的方向，如何求不可逆过程的熵变。2.主要教学内容第一节热力学若干基本概念物态方程（2学时）教学重点：对孤立系统、热力学平衡态、热平衡定律的理解：掌握常见的几种物态方程形式：能够运用物态方程解决一些实际问题。教学难点：热平衡定律的理解，物态方程的应用。第二节热力学第一定律恰理想气体的内能（1学时）教学重点：热力学第一定律的理解：恰的定义：热机效率的计算。教学难点：理想气体内能的理解。第三节热力学第二定律卡诺定理（1学时）教学重点：热力学第二定律的理解：卡诺定理及其推论
各章教学内容与学时分配表 章次 内 容 总课时 理论课时 一 热力学的基本规律 8 8 二 均匀物质的热力学性质 8 8 三 单元系的相变 10 10 六 近独立粒子的最概然分布 8 8 七 玻耳兹曼统计 10 10 八 玻色统计和费米统计 10 10 总课时数中含 8 课时的习题课、课堂讨论内容，根据教学内容和进度与理论讲授穿插进行。 （二）教学内容纲要 第一章 热力学的基本规律（8 学时） 1.教学目的与要求 本章在复习热力学的基本概念和热力学过程所满足的规律的基础上，加深对热力学规律 (热力学第零定律、热力学第一定律，热力学第二定律)的认识。 理解物态方程的概念和几 种热力学系统的物态方程，理解内能、焓、熵、自由能和吉布斯函数的物理意义。掌握热力 学第二定律的数学表示方法以及熵增加原理的物理意义，重点掌握如何通过熵函数判断过程 的方向，如何求不可逆过程的熵变。 2.主要教学内容 第一节 热力学若干基本概念 物态方程（2学时） 教学重点：对孤立系统、热力学平衡态、热平衡定律的理解；掌握常见的几 种物态方程形式；能够运用物态方程解决一些实际问题。 教学难点：热平衡定律的理解，物态方程的应用。 第二节 热力学第一定律 焓 理想气体的内能（1学时） 教学重点：热力学第一定律的理解；焓的定义；热机效率的计算。 教学难点：理想气体内能的理解。 第三节 热力学第二定律 卡诺定理（1学时） 教学重点：热力学第二定律的理解；卡诺定理及其推论
教学难点：热力学温标的理解。第四节克劳修斯不等式摘热力学基本方程（1学时）教学重点：理解克劳修斯等式和不等式：态函数炳的定义：掌握热力学第二定律的数学表述以及热力学基本方程形式。教学难点：克劳修斯等式和不等式的理解，摘增加原理物理意义的理解。第五节理想气体的摘及应用（2学时）教学重点：掌握理想气体摘的表达式：变的计算。教学难点：如何求不可逆过程的摘变。第六节自由能和吉布斯函数（1学时）教学重点：自由能和吉布斯函数的定义及其判据、最大功原理。教学难点：最大功原理的理解。第二章均匀物质的热力学性质（8学时）1、教学目的与要求本章介绍热力学的一个重要方面，即如何从热力学基本微分方程出发，通过数学推演出系统各种平衡性质的相互关系。要求掌握气体的节流过程和绝热膨胀过程，理解平衡辐射场的热力学性质，掌握特性函数及其基本微分方程和麦克斯韦关系，并运用麦氏关系证明热力学关系，会求系统的基本热力学函数。2.主要教学内容第一节内能、、自由能和吉布斯函数的全微分（1学时）教学重点：掌握内能、恰、自由能和吉布斯函数的全微分，会推导麦氏关系。教学难点：麦氏关系的证明。第二节麦氏关系的简单应用（1学时）教学重点：运用麦氏关系推导能态方程和恰态方程。教学难点：麦氏关系的应用。第三节气体的节流过程和绝热膨胀过程（2学时）教学重点：掌握气体节流过程的特点，理解气体准静态绝热膨胀过程，教学难点：T-P图像中等恰线的理解
教学难点：热力学温标的理解。 第四节 克劳修斯不等式 熵 热力学基本方程（1学时） 教学重点：理解克劳修斯等式和不等式；态函数熵的定义；掌握热力学第二 定律的数学表述以及热力学基本方程形式。 教学难点：克劳修斯等式和不等式的理解，熵增加原理物理意义的理解。 第五节 理想气体的熵及应用（2学时） 教学重点：掌握理想气体熵的表达式；熵变的计算。 教学难点：如何求不可逆过程的熵变。 第六节 自由能和吉布斯函数（1学时） 教学重点：自由能和吉布斯函数的定义及其判据、最大功原理。 教学难点：最大功原理的理解。 第二章 均匀物质的热力学性质（8 学时） 1. 教学目的与要求 本章介绍热力学的一个重要方面，即如何从热力学基本微分方程出发，通过数学推演 出系统各种平衡性质的相互关系。要求掌握气体的节流过程和绝热膨胀过程，理解平衡辐射 场的热力学性质，掌握特性函数及其基本微分方程和麦克斯韦关系，并运用麦氏关系证明热 力学关系，会求系统的基本热力学函数。 2. 主要教学内容 第一节 内能、焓、自由能和吉布斯函数的全微分（1 学时） 教学重点：掌握内能、焓、自由能和吉布斯函数的全微分，会推导麦氏关系。 教学难点：麦氏关系的证明。 第二节 麦氏关系的简单应用（1学时） 教学重点：运用麦氏关系推导能态方程和焓态方程。 教学难点：麦氏关系的应用。 第三节 气体的节流过程和绝热膨胀过程（2学时） 教学重点：掌握气体节流过程的特点，理解气体准静态绝热膨胀过程。 教学难点：T—P 图像中等焓线的理解