曲阜师范大学：物理工程学院核心主干课程《热力学与统计物理》教学大纲

曲华师范大学教学大纲课程名称热力学与统计物理课程号072116学院物理工程学院专业物理学

1 教 学 大 纲 课程名称 热力学与统计物理 课 程 号 072116 学 院 物理工程学院 专 业 物理学

《热力学与统计物理》教学大纲课程编号072116课程类别专业必修课程课程名称热力学与统计物理Thermodynamics and Statistical Physics英文名称4建议修读学期5学分0实验学时72其中：实践学时18总学时数其他学时18高等数学，热学，力学，理论力学，原子物理预修课程考核方式平时考核（平时作业、课堂提问、阶段性测验）、期末考试适用专业物理学刘世东大纲审核人大纲执笔人王海龙一、课程性质热力学与统计物理是物理专业学生的专业核心课，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。热力学与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能力。二、课程目标1.熟悉整个热力学与统计物理的知识框架，了解热力学与统计物理的发展史。（支撑毕业要求3、4)2.使学生对物质热运动的基本概念和规律有深入的理解，能分析、比较与物质热运动相关的物理事实，找出共同特征，概括出物理概念和规律。（支撑毕业要求2、3、4、）3.树立物质世界是分层次的、宏观现象与微观本质深刻联系，量变能引起质变等物理学基本观点。（支撑毕业要求3、4、）4.了解本学科最新发展动态，知道一些学者、科学家勇于探索的精神，激发求知欲和树立献身物理教育的决心。（支撑毕业要求7、8)2

2 《热力学与统计物理》教学大纲 课程编号 072116 课程类别 专业必修课程 课程名称 热力学与统计物理 英文名称 Thermodynamics and Statistical Physics 学分 4 建议修读学期 5 总学时数 72 其中：实践学时 18 实验学时 0 其他学时 18 预修课程 高等数学, 热学, 力学, 理论力学, 原子物理 考核方式 平时考核（平时作业、课堂提问、阶段性测验）、期末考试 适用专业 物理学 大纲执笔人 刘世东 大纲审核人 王海龙 一、课程性质 热力学与统计物理是物理专业学生的专业核心课, 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. 热力学与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 能力。 二、课程目标 1. 熟悉整个热力学与统计物理的知识框架, 了解热力学与统计物理的发展 史。 (支撑毕业要求 3、4) 2. 使学生对物质热运动的基本概念和规律有深入的理解，能分析、比较与物 质热运动相关的物理事实，找出共同特征，概括出物理概念和规律。 (支撑毕业 要求 2、3、4、) 3. 树立物质世界是分层次的、宏观现象与微观本质深刻联系，量变能引起质 变等物理学基本观点。 (支撑毕业要求 3、4、) 4. 了解本学科最新发展动态，知道一些学者、科学家勇于探索的精神，激发 求知欲和树立献身物理教育的决心。 (支撑毕业要求 7、8)

三、课程目标与毕业要求的对应关系毕业要求指标点课程目标1．对教师职业有强烈的认同，具有积极的从教意愿和动机，端正的从教态度，认同教师工作的专业性和意义。2．具有人文底蕴与科学精神，富有爱心、责任心和事业心，自觉成为学生锤炼品格、学习课程目标4毕业要求2教育情怀知识、创新思维、奉献祖国的引路人。3.树立正确的教师观、学生观，理解教师作为学生学习促进者的角色要求，懂得尊重学生人格及个体差异，因材施教，对学生富有爱心与责任心，能够促进学生自主与全面发展。课程目标11.通过整门课程的学习，掌握热力学与统计物理的知识框架毕业要求3学科素养课程目标22.培养起正确的物理思维，科学的分析物理问题课程目标3课程目标11.能够通过学情分析，对与热有关的教学活动进行合理规划和安排，形成一定的教学设课程目标2毕业要求4教学能力计能力课程目标32.能够处理解决一般的热力学与统计物理习题课程目标41.通过查阅文献资料获取有价值信息，养成终身学习的习惯，具有在物理教育和科研等专业领域发展的意识；课程目标2毕业要求7学会反思2.通过学习热力学与统计物理中的基本原课程目标3理、定律和方法以及其应用，掌握一定的反思方法和技能，具有一定的创新意识和批评性思维。1.能够根据实际问题，通过查阅有关文献和课程目标1参考书，以学习小组为单位正确抽象出物理模型。课程目标22.培养学生主动查阅、整理文献的习惯，培毕业要求8沟通合作课程目标3养终身学习的能力，提高利用信息技术获取及处理信息的能力，了解热力学与统计物理发展课程目标4前沿的先进思想与应用技术

3 三、课程目标与毕业要求的对应关系 毕业要求 指标点 课程目标 毕业要求2 教育情怀 1．对教师职业有强烈的认同，具有积极的从 教意愿和动机，端正的从教态度，认同教师工 作的专业性和意义。 2．具有人文底蕴与科学精神，富有爱心、责 任心和事业心，自觉成为学生锤炼品格、学习 知识、创新思维、奉献祖国的引路人。 3．树立正确的教师观、学生观，理解教师作 为学生学习促进者的角色要求，懂得尊重学生 人格及个体差异，因材施教，对学生富有爱心 与责任心，能够促进学生自主与全面发展。 课程目标4 毕业要求3 学科素养 1. 通过整门课程的学习, 掌握热力学与统计 物理的知识框架. 2. 培养起正确的物理思维, 科学的分析物理 问题. 课程目标1 课程目标2 课程目标3 毕业要求4 教学能力 1. 能够通过学情分析, 对与热有关的教学活 动进行合理规划和安排, 形成一定的教学设 计能力. 2. 能够处理解决一般的热力学与统计物理习 题. 课程目标1 课程目标2 课程目标3 课程目标4 毕业要求7 学会反思 1. 通过查阅文献资料获取有价值信息，养成 终身学习的习惯，具有在物理教育和科研等专 业领域发展的意识； 2. 通过学习热力学与统计物理中的基本原 理、定律和方法以及其应用，掌握一定的反思 方法和技能，具有一定的创新意识和批评性思 维。 课程目标2 课程目标3 毕业要求8沟通合作 1. 能够根据实际问题，通过查阅有关文献和 参考书，以学习小组为单位正确抽象出物理模 型。 2. 培养学生主动查阅、整理文献的习惯，培 养终身学习的能力，提高利用信息技术获取及 处理信息的能力，了解热力学与统计物理发展 前沿的先进思想与应用技术。 课程目标1 课程目标2 课程目标3 课程目标4

四、教学内容及课时安排章节、学时内容支撑课程目标1.熟悉热力学与统计物理的研究任务导言及二者之间的联系与区别：课程目标1(1 学时)2.了解热力学与统计物理的发展史。1．掌握热力学平衡态，温度以及相应课程目标1的物态方程；第一章热力学的基本规律课程目标22．掌握热力学第零，一，二定律；(11学时)课程目标33.掌握内能，摘的概念以及增加原课程目标4理的应用。课程目标11.掌握U，H，F，G的全微分以及麦氏关系与应用：第二章均匀物质的热力学性质课程目标2(8学时)2．熟悉基本热力学函数的确定以及特课程目标3性函数。课程目标41.熟悉热动平衡判据及应用：课程目标1第三章单元系的相变2.掌握开系的热力学基本方程；课程目标2(6学时)3.熟悉单元复相系的平衡条件与平衡课程目标4性质。1.熟悉多元系的热力学函数及热力学课程目标1方程：第四章多元系的复相平衡和化课程目标2学平衡热力学第三定律2.熟悉多元系复相平衡条件；课程目标3(8 学时)3．了解多元系化学平衡条件和混合理课程目标4想气体的性质。课程目标11．熟悉粒子运动的经典描述和量子描第六章近独立粒子的最概然分述以及系统运动状态的描述：课程目标2布2．熟悉等概率原理以及系统的微观状课程目标3(8学时)态数；课程目标43.掌握三种最概然分布。1．掌握配分函数的计算和基本热力学课程目标1第七章玻尔兹曼统计函数的统计表达式；课程目标2(10学时）2.熟悉玻尔兹曼统计/配分函数的应课程目标3用例子；课程目标44

4 四、教学内容及课时安排 章节、学时 内容 支撑课程目标 导言 (1 学时) 1．熟悉热力学与统计物理的研究任务 及二者之间的联系与区别； 2．了解热力学与统计物理的发展史。 课程目标1 第一章 热力学的基本规律 (11 学时) 1．掌握热力学平衡态, 温度以及相应 的物态方程； 2．掌握热力学第零, 一, 二定律； 3. 掌握内能,熵的概念以及熵增加原 理的应用。 课程目标1 课程目标2 课程目标3 课程目标4 第二章 均匀物质的热力学性质 (8 学时) 1．掌握 U, H, F, G 的全微分以及麦氏 关系与应用； 2. 熟悉基本热力学函数的确定以及特 性函数。 课程目标1 课程目标2 课程目标3 课程目标4 第三章 单元系的相变 (6 学时) 1. 熟悉热动平衡判据及应用； 2. 掌握开系的热力学基本方程； 3. 熟悉单元复相系的平衡条件与平衡 性质。 课程目标1 课程目标2 课程目标4 第四章 多元系的复相平衡和化 学平衡 热力学第三定律 (8 学时) 1. 熟悉多元系的热力学函数及热力学 方程； 2. 熟悉多元系复相平衡条件； 3. 了解多元系化学平衡条件和混合理 想气体的性质。 课程目标1 课程目标2 课程目标3 课程目标4 第六章 近独立粒子的最概然分 布 (8 学时) 1. 熟悉粒子运动的经典描述和量子描 述以及系统运动状态的描述； 2. 熟悉等概率原理以及系统的微观状 态数； 3. 掌握三种最概然分布。 课程目标1 课程目标2 课程目标3 课程目标4 第七章 玻尔兹曼统计 (10 学时) 1. 掌握配分函数的计算和基本热力学 函数的统计表达式； 2. 熟悉玻尔兹曼统计/配分函数的应 用例子； 课程目标1 课程目标2 课程目标3 课程目标4

3.了解固体热容的爱因斯坦理论。1．熟悉巨配分函数及基本热力学函数课程目标1的统计表达式：第八章玻色统计和费米统计课程目标22．熟悉玻色统计对玻色-爱因斯坦凝(10 学时)课程目标3聚以及光子气体的应用；课程目标43.熟悉费米统计对自由电子的应用。1.了解微正则系综；课程目标1第九章系综理论2.掌握正则系综及其应用课程目标2(10学时)3.了解巨正则系综：课程目标44．了解德拜模型。五、教学方法以学生为主体，以教师为主导，围绕知识、能力和素质协调发展的指导思想，结合多媒体与板书授课，组织课堂讨论/课堂提问，相关的章节习题加强练习。六、教学评价评价方式为平时考核，期中考核，期末考核。平时考核如下：课堂讨论表现20%，作业10%。期中考试和期末考试均采用闭卷考试，各占20%.50%考核内容课程目标评价依据掌握热力学与统计物1.课程目标1．熟悉整个热力学与统计物理理的研究内容及研究1.课堂表现方法：的知识框架，了解热力学与统计物理的2．习题完成度发展史。2.掌握课程中的基本概期中/期末考试3.念和基本定律/规律。基本定律的概念和本课程目标2.使学生对物质热运动的基本1.课堂表现1.质意义；概念和规律有深入的理解，能分析、比较2.习题完成度与物质热运动相关的物理事实，找出共同2.基本概念/规律/定律3.期中/期末考试特征，概括出物理概念和规律。的使用条件。5

5 3. 了解固体热容的爱因斯坦理论。 第八章 玻色统计和费米统计 (10 学时) 1. 熟悉巨配分函数及基本热力学函数 的统计表达式； 2. 熟悉玻色统计对玻色-爱因斯坦凝 聚以及光子气体的应用； 3. 熟悉费米统计对自由电子的应用。 课程目标1 课程目标2 课程目标3 课程目标4 第九章 系综理论 (10 学时) 1.了解微正则系综； 2. 掌握正则系综及其应用； 3. 了解巨正则系综； 4. 了解德拜模型。 课程目标1 课程目标2 课程目标4 五、教学方法 以学生为主体，以教师为主导，围绕知识、能力和素质协调发展的指导思想， 结合多媒体与板书授课，组织课堂讨论/课堂提问, 相关的章节习题加强练习。 六、教学评价 评价方式为平时考核, 期中考核, 期末考核。 平时考核如下：课堂讨论表现 20%，作业 10%。 期中考试和期末考试均采用闭卷考试, 各占 20%, 50% 课程目标 考核内容 评价依据 课程目标1. 熟悉整个热力学与统计物理 的知识框架, 了解热力学与统计物理的 发展史。 1. 掌握热力学与统计物 理的研究内容及研究 方法； 2. 掌握课程中的基本概 念和基本定律/规律。 1. 课堂表现 2. 习题完成度 3. 期中/期末考试 课程目标2. 使学生对物质热运动的基本 概念和规律有深入的理解，能分析、比较 与物质热运动相关的物理事实，找出共同 特征，概括出物理概念和规律。 1. 基本定律的概念和本 质意义； 2. 基本概念/规律/定律 的使用条件。 1. 课堂表现 2. 习题完成度 3. 期中/期末考试

课程目标3.树立物质世界是分层次的、基本定律的应用：课堂表现1.1.宏观现象与微观本质深刻联系，量变能引统计分布与系综理论2.习题完成度2.的应用。3.期中/期末考试起质变等物理学基本观点。热力学与统计物理的1课程目标4.了解本学科最新发展动态，课堂表现1.发展史；知道一些学者、科学家勇于探索的精神，2.习题完成度玻色-爱因斯坦凝聚/2.激发求知欲和树立献身物理教育的决心。3．期中/期末考试入相变的前言进展。七、成绩评定方法本课程的评定采用平时表现，期中考试和期末考试的综合评定办法，各占30%.20%和50%作业期中考试课堂表现期末考试课程目标课程分目标达成评价方法(20%)(10%)(20%)(50%)分目标达成度=（（0.2x分课程目标目标在出勤与课堂参与的20101010平均得分+0.1x分目标在作业中平均得分+0.2x分课程目标目标在阶段性测验中的平508080802均得分+0.5x分目标在期末考试中的平均得分）／（0.2x分目标在出勤与课课程目标20101010堂参与中总分+0.1x分目3标在作业成绩中总分+0.2x分目标在阶段性测验中课程目标10000的总分+0.5x分目标在期4末考试中的总分）

6 课程目标3. 树立物质世界是分层次的、 宏观现象与微观本质深刻联系，量变能引 起质变等物理学基本观点。 1. 基本定律的应用； 2. 统计分布与系综理论 的应用。 1. 课堂表现 2. 习题完成度 3. 期中/期末考试 课程目标4. 了解本学科最新发展动态， 知道一些学者、科学家勇于探索的精神， 激发求知欲和树立献身物理教育的决心。 1. 热力学与统计物理的 发展史； 2. 玻色-爱因斯坦凝聚/ λ相变的前言进展。 1. 课堂表现 2. 习题完成度 3. 期中/期末考试 七、成绩评定方法 本课程的评定采用平时表现, 期中考试和期末考试的综合评定办法, 各占 30%, 20%和 50%. 课程目标 课堂表现 （20%） 作业 （10%） 期中考试 （20%） 期末考试 （50%） 课程分目标达成评价方法 课程目标 1 20 10 10 10 分目标达成度={（0.2ｘ分 目标在出勤与课堂参与的 平均得分+0.1ｘ分目标在 作业中平均得分+0.2ｘ分 目标在阶段性测验中的平 均得分+0.5ｘ分目标在期 末考试中的平均得分）/ （0.2ｘ分目标在出勤与课 堂参与中总分+0.1ｘ分目 标在作业成绩中总分+0.2 ｘ分目标在阶段性测验中 的总分+0.5ｘ分目标在期 末考试中的总分）} 课程目标 2 50 80 80 80 课程目标 3 20 10 10 10 课程目标 4 10 0 0 0

八、教材与参考资料教材[1]汪志诚《热力学·统计物理》，高等教育出版社，第五版，2013年。主要参考书[1]包景东《热力学与统计物理简明教程》，高等教育出版社，2011年。[2]马本垫等《热力学与统计物理学》，高等教育出版社，1995年。九、课程学习建议自主性学习：鼓励学生自己预习，提炼重难点，对相关物理问题进行讨论提炼自己的解决思路，可形成小课程论文十、评分标准

7 八、教材与参考资料 教材 [1] 汪志诚《热力学•统计物理》，高等教育出版社，第五版, 2013 年。 主要参考书 [1] 包景东《热力学与统计物理简明教程》，高等教育出版社，2011 年。 [2] 马本堃等《热力学与统计物理学》，高等教育出版社，1995 年。 九、课程学习建议 自主性学习：鼓励学生自己预习, 提炼重难点, 对相关物理问题进行讨论, 提炼自己的解决思路, 可形成小课程论文. 十、评分标准

90100808970790-596069课程教学目标优良中及格不及格课程目标1熟悉整个热熟练掌握课程中的基本较好掌握课程中的基本基本掌握课程中的基本部分掌握课程中的基不能掌握课程中的概念和基本定理/定律的基本概念和基本定力学与统计物理的知识框概念和基本定理/定律的概念和基本定理/定律的本概念和基本定理/定义和内容，定义和内容，定义和内容定律的定义和内容.理/定律的定义和架，了解热力学与统计物内容理的发展史课程目标2.使学生对物熟练运用热力学第一/二熟练运用热力学第一/二基本运用热力学第一/二部分运用热力学第一不能运用热力学第质热运动的基本概念和规定律对理想气体的应用：定律对理想气体的应用：定律对理想气体的应用：/二定律对理想气体一/二定律对理想律有深入的理解，能分析、熟练运用麦氏关系对命基本运用麦氏关系对命的应用：部分运用麦气体应用：不能运较好运用麦氏关系对命比较与物质热运动相关的题进行证明：熟练掌握计题进行证明：较好掌握题进行证明：基本掌握氏关系对命题进行证用麦氏关系对命题物理事实，找出共同特征，算态密度以及最概然分计算态密度以及最概然计算态密度以及最概然明：部分掌握计算态进行证明：不能掌概括出物理概念和规律，布的推导分布的推导.分布的推导密度以及最概然分布握计算态密度以及的推导。最概然分布推导

8 课程教学目标 90-100 80-89 70-79 60-69 0-59 优 良 中 及格 不及格 课程目标1. 熟悉整个热 力学与统计物理的知识框 架, 了解热力学与统计物 理的发展史. 熟练掌握课程中的基本 概念和基本定理/定律的 定义和内容. 较好掌握课程中的基本 概念和基本定理/定律的 定义和内容. 基本掌握课程中的基本 概念和基本定理/定律的 定义和内容. 部分掌握课程中的基 本概念和基本定理/ 定律的定义和内容. 不能掌握课程中的 基本概念和基本定 理/定律的定义和 内容. 课程目标2. 使学生对物 质热运动的基本概念和规 律有深入的理解，能分析、 比较与物质热运动相关的 物理事实，找出共同特征， 概括出物理概念和规律. 熟练运用热力学第一/二 定律对理想气体的应用; 熟练运用麦氏关系对命 题进行证明;熟练掌握计 算态密度以及最概然分 布的推导. 熟练运用热力学第一/二 定律对理想气体的应用; 较好运用麦氏关系对命 题进行证明; 较好掌握 计算态密度以及最概然 分布的推导. 基本运用热力学第一/二 定律对理想气体的应用; 基本运用麦氏关系对命 题进行证明; 基本掌握 计算态密度以及最概然 分布的推导. 部分运用热力学第一 /二定律对理想气体 的应用; 部分运用麦 氏关系对命题进行证 明; 部分掌握计算态 密度以及最概然分布 的推导. 不能运用热力学第 一/二定律对理想 气体应用; 不能运 用麦氏关系对命题 进行证明; 不能掌 握计算态密度以及 最概然分布推导

部分掌握玻尔兹曼统课程目标3.树立物质世熟练掌握玻尔兹曼统计较好掌握玻尔兹曼统计基本掌握玻尔兹曼统计不能掌握玻尔兹曼界是分层次的、宏观现象对理想气体的应用：熟对理想气体的应用：较对理想气体的应用：基计对理想气体的应统计对理想气体的用：部分玻色统计对与微观本质深刻联系，量练玻色统计对光子气体好玻色统计对光子气体本玻色统计对光子气体应用：不能玻色统变能引起质变等物理学基的应用：熟练费米统计的应用：较好费米统计的应用：基本费米统计光子气体的应用：部计对光子气体的应本观点对金属电子气体在OK的对金属电子气体在OK的对金属电子气体在OK的分费米统计对金属电用：不能费米统计应用：熟练正则分布，子气体在OK的应用：对金属电子气体在应用：较好正则分布，应用：基本正则分布，巨正则分布对理想气体巨正则分布对理想气体巨正则分布对理想气体部分掌握正则分布，OK应用：不能正则的应用.的应用.的应用巨正则分布对理想气分布，巨正则分布体的应用对理想气体应用.课程目标4.了解本学科熟练掌握文献调研的方较好掌握文献调研的方基本掌握文献调研的方掌握文献调研的部不能掌握文献调研分：了解相关学科前的方法：：几乎不了最新发展动态，知道一些法：全面了解相关学科法：了解相关学科前言法：基本了解相关学科进展.学者、科学家勇于探索的前言进展前言进展。言部分进展解相关学科前言进展.精神，激发求知欲和树立献身物理教育的决心

9 课程目标3. 树立物质世 界是分层次的、宏观现象 与微观本质深刻联系，量 变能引起质变等物理学基 本观点. 熟练掌握玻尔兹曼统计 对理想气体的应用; 熟 练玻色统计对光子气体 的应用; 熟练费米统计 对金属电子气体在0K的 应用; 熟练正则分布, 巨正则分布对理想气体 的应用. 较好掌握玻尔兹曼统计 对理想气体的应用; 较 好玻色统计对光子气体 的应用; 较好费米统计 对金属电子气体在0K的 应用; 较好正则分布, 巨正则分布对理想气体 的应用. 基本掌握玻尔兹曼统计 对理想气体的应用; 基 本玻色统计对光子气体 的应用; 基本费米统计 对金属电子气体在0K的 应用; 基本正则分布, 巨正则分布对理想气体 的应用. 部分掌握玻尔兹曼统 计 对 理 想 气 体的 应 用; 部分玻色统计对 光子气体的应用; 部 分费米统计对金属电 子气体在 0K 的应用; 部分掌握正则分布, 巨正则分布对理想气 体的应用. 不能掌握玻尔兹曼 统计对理想气体的 应用; 不能玻色统 计对光子气体的应 用; 不能费米统计 对金属电子气体在 0K 应用; 不能正则 分布, 巨正则分布 对理想气体应用. 课程目标4. 了解本学科 最新发展动态，知道一些 学者、科学家勇于探索的 精神，激发求知欲和树立 献身物理教育的决心. 熟练掌握文献调研的方 法; 全面了解相关学科 前言进展. 较好掌握文献调研的方 法; 了解相关学科前言 进展. 基本掌握文献调研的方 法; 基本了解相关学科 前言进展. 掌 握 文 献 调 研的 部 分;了解相关学科前 言部分进展. 不能掌握文献调研 的方法; ;几乎不了 解相关学科前言进 展