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1、热烈欢迎各位专家光临内蒙古,内蒙古大学理工学院,热烈欢迎各位专家！,热力学 统计物理 统计热力学 热统课程与 教材改革探索,热统教学体系现状 教材例析 国内热统教学体系 现行教学体系特征 教学中的问题思考 课程与教材改革尝试 统计热力学课程与教材,参 考 书 目,1. 王竹溪, 热力学简程，人民教育出版社 2. 王竹溪, 统计物理学导论，人民教育出版社 3. 汪志诚, 热力学统计物理，高等教育出版社 4. 苏汝铿，统计物理学，复旦大学出版社 5. 钟云霄，热力学与统计物理学，科学出版社 5. C.基泰尔，热物理学，John Wiley & Sons；中译本：人民教育出版社 6. 龚昌德, 热力
2、学与统计物理学, 人民教育出版社 7. .萨莫洛维奇，热力学与统计物理学.人民教育出版社 8. F. Mandl, 统计物理学，John Wiley &Sons；中译本：人民教育出版社 9. W顾莱纳,L奈斯,H斯托克著, 热力学与统计力学, Sphnger-Verlag New York；中译本：北京大学出版社 10. 梁希侠, 班士良, 统计热力学，2000， 内蒙古大学出版社,“热统” 教学体系现状,两种热统（热物理）体系,热力学,统计 物理学,热力学 统计物理学,美国：例: 基泰尔, 热物理学,中国：例: 汪志诚, 热。统,热力学与统计力学 Thermodynamics and sta
3、tistical mechanics 德W顾莱纳 L奈斯 H斯托克著 本科 研究生 第一部分 热力学 平衡与状态量、热力学定律、相变与化学反应、热力学势、热力学稳定性 第二部分 统计力学 微观状态数与熵、微正则系综、正则系综、玻尔兹曼统计、巨正则系综 第三部分 量子统计 密度算符、多粒子波函数的对称性质、理想量子系统的巨正则描述、 理想玻色气体、理想费米气体、相对论玻色气体与费米气体的应用 第四部分 实际气体和相变 实际气体、相变的分类、伊辛和海森伯模型 又例：.萨莫洛维奇，热力学与统计物理学（苏）,教材例析,热 + 统 1 （国 外）,热 + 统 2 （国 内）,热力学 统计物理 汪志诚,第
4、一章 热力学的基本规律 第二章 均匀物质的热力学性质 第三章 单元系的相变 第四章 多元系的复相平衡和化学平衡 第五章 不可逆过程热力学简介 热力学 46% 第六章 近独立粒子的最概然分布 第七章 玻耳兹曼统计 第八章 玻色统计和费米统计 第九章 系综理论 第十章 涨落理论 第十一章 非平衡态的统计理论 统计物理 54%,热 物 理 学 C。基泰尔,第 一 章 量子态 第 二 章 一个基本的可解系统 第 三 章 基本假设 第 六 章 吉布斯因子和玻耳兹曼因子 第 九 章 费密子和玻色子：分布函数 第 十 章 自由粒子：轨道的计算 第十一章 单原子理想气体 第十二章 单原子理想气体数值计算 第十
5、三章 气体分子运动论 第十四章 费密狄喇克分布的应用： 金属和白矮星 第十五章 光子的普朗克分布函数 第十六章 固体中的声子：德拜理论 第十七章 玻色子物理学： 爱因斯坦凝聚和液氦He4,第 四 章 两个热接触的系统： 熵和温度的定义 第 五 章 两个扩散接触的系统：化学势 第 七 章 压强和热力学恒等式 第 八 章 热力学温度 第十八章 自由能 第十九章 热力势 巨势和焓 第二十章 蒸气压方程 第二十一章 反应中的平衡 第二十二章 电场中的系统 第二十三章 磁场中的系统,热 统 国 外,又例：F. Mandl, 统计物理学， John Wiley &Sons；人民教育出版社,热 学 秦永豪
6、p360 第一章 导论 平衡态与非平衡态、温度、热力学第零定律、物态方程、分子热运动 第二章 分子动理学理论的平衡态理论 pp46 - 105 概率分布函数、麦克斯韦分布、气体压强、玻尔兹曼分布、能均分定理 第三章 输运现象 黏性现象、扩散现象、布朗运动、热传导、碰撞频率、自由程 第四章 热力学第一定律 pp161 - 216 可逆与不可逆、功和热量、第一定律、焓、应用（气体、热机、制冷） 第五章 热力学第二定律与熵 pp216 - 259 表述、卡诺定理、熵与熵增加、第二定律数学表式 第六章 液态与固态 固态、液态、表面 第七章 相变 气液相变、临界点、相图、克拉珀龙方程、,国内热统 教学体
7、系,热 学,统计物理,高等 统计,热力学,统计物理,输运现象,热力学定律与熵,热力学定律1/3,均匀物质热力学,复相平衡,近独立子系 玻尔兹曼分布1/4,玻色统计 和费米统计,系综理论,气体分子运动论 麦玻分布,输运、涨落等,现行教学体系 之特征,热统分治 互不交叉 宏观微观 唯象唯理 近独立最可几 避开系综,起点较低 陡度不大 由浅入深 循序渐进 适度重复 谨慎推进,优点：认识的层次为序，学科发展脉络较清晰，易教 易学，体系十分成熟。 ？ ？：重复？统计物理系统性？深度？学时？思考！,教学中的问题思考, 热力学统计物理与热学的重复 统计物理学的系统性 热力学统计物理之关系 经典与量子统计的关
8、系 认识层次问题 关于学生的理论训练,改 革 ?,问题思考之一 热统与热学的重复,平衡态与非平衡态、温度、热力学第零定律、物态方程、分子热运动 热力学第一定律、可逆与不可逆、功和热量、第一定律、热容量与焓、理想气体 热力学第二定律、卡诺定理、熵、熵增加、第二定律数学表式 等概率性、概率分布函数 麦克斯韦分布、玻尔兹曼分布、能均分定理 热学 秦永豪,热力学的基本规律 平衡态、温度、物态方程、功、热力学第一定律、热容量与焓、理想气体、热力学第二定律、卡诺定理、熵、第二定律表述 占热力学1/3 最概然分布、玻耳兹曼统计、麦克斯韦速度分布、能均分定理、理想气体 占统计物理 热力学统计物理 汪志诚,重复
9、多？,问题思考之二 统计物理学的系统性,目前流行的体系 近独立子系最可几分布 玻尔兹曼统计 玻色分布 费密分布 系综理论,系综理论掌握？,系统的理论体系 系综、等几率假设 系综分布 （微正则、正则、巨正则） 玻色分布 费密分布 热 力 学 ,问题思考之三 关于认识路线的思考,现行体系 归 纳 实验 热力学定律 麦-玻分布 平衡态性质 系综理论,换一种思路？,统计热力学体系 演 绎 基本假设 系综分布函数 热力学势 热力学公式 平衡态性质 实验,改 革,感性理性 （普通物理） 理性感性 （理论物理） 需要严格逻辑思维的训练 需要演绎推理能力的培养 需要构建物理模型的体验 需要统计物理的系统理解,
10、问题思考之四 关于学生的理论训练,课程与教材 改革尝试, 以统计物理学（系综理论）为主线， 融宏观与微观理论于一体 增加统计物理比重 避免与普通物理“热学”重复 经典统计只作为量子统计的极限 注 意 ！ 系综理论掌握之难度，分散难点 注意保持热学未能含盖之唯象理论内容 形成了相应的统计热力学教材,统计热力学 课程与教材,数理基地班课程设置（物理专业出口） 数学分析(一)6、数学分析(二)6、数学分析(三)6、几何与代数(一)4、几何与代数(二)6 力学4、热学A4、电磁学A5、理论力学4、量子力学A5、普通物理实验A(一)2、普通物理实验A(二)2、普通物理实验A(三)2 普通物理实验A（四）
11、1、数学物理方法A6、光学4、近代物理实验 (一)2、近代物理实验（二）2 原子物理学A*4、统计热力学A*4、电动力学*4、固体物理学A*4 物理学发展史2、现代物理专题2、微机原理与系统设计2、中文操作系统与信息处理2、计算机图形学2、高级语言程序设计A3、微机数值计算2、高级语言程序设计B2、稀土材料物理学2、半导体物理学2、敏感材料与传感器2、激光原理与技术2、光电子技术2、模拟电子技术基础3、模拟电子技术基础实验A0.75、数字电子技术基础3、数字电子技术基础实验A0.75,统 计 热 力 学 梁希侠 班士良 目 录 第一章 引论 1.1 粒子微观状态的描述 1.2 系统微观状态的描
12、述 1.3 统计物理中的几个数学问题 1.4 分布和微观状态 1.5 统计物理的基本原理 习题 第二章 孤立系 2.1 等几率原理微正则分布 2.2 热平衡定律 温度 2.3 热力学第一定律 2.4 热力学第二定律熵增加原理 2.5 应用举例单原子分子理想气体 习题 第三章 封闭系 3.1 正则分布 3.2 正则分布的热力学公式 3.3 肖脱基缺陷 3.4 二能态与负温度 3.5 近独立粒子的麦克斯韦 玻尔兹曼分布 3.6 麦克斯韦-玻尔兹曼分布的热 力学公式 3.7 经典能均分定理 习题,第四章 均匀物质的热力学性质 4.1 偏导数和完整微分 4.2 麦氏关系及其应用 4.3 基本热力学函数
13、 4.4 特性函数 4.5 固体的热容量 4.6 磁介质的热力学性质 4.7 气体的节流过程和绝热膨胀 过程 习题 第五章 气体的性质 5.1 理想气体的热力学函数 5.2 单原子分子理想气体 5.3 双原子分子理想气体热容量 5.4 非理想气体的物态方 习题 第六章 开放系 6.1 巨正则分布 6.2 开放系的热力学公式 6.3 热动平衡条件 6.4 有曲面边界的平衡条件 6.5 化学平 6.6 混合气体的平衡性质 6.7 化学反应与反应热 6.8 热力学第三定律 习题,第七章 量子统计法 7.1 玻色与费米分布 7.2 金属中的自由电子 7.3 半导体载流子统计 7.4 光子气体 7.5
14、玻色-爱因斯坦凝结 7.6 顺磁性的统计理论 习题 第八章 涨落理论 8.1 涨落的准热力学理论 8.2 光的散射 8.3 空间关联 8.4 布朗运动 8.5 电路的噪声 习题 第九章 非平衡态统计物理简介 9.1 玻尔兹曼积分微分方程 9.2 H 定理及趋向平衡 9.3 玻尔兹曼方程 9.4 气体的粘滞现象 9.5 金属的电导率 9.6 局域熵产生率 9.7 昂色格关系 习题 第十章 相变与临界现象 10.1 固溶体相图 10.2 汽-液相 10.3 临界性质与临界指数 10.4 伊辛模型与有序-无序相变 10.5 朗道平均场理论 10.6 标度变换与普适性,课程教材特点,1、以统计物理为主
15、线，融宏观与微观理论于一体 立足于微观量子理论，从一个基本假设等几率原理入手，循序渐进地阐明统计物理的基本理论。同时，运用统计物理的理论导出热力学基本定律，给出统计物理概念与宏观现象的对应，从而将热现象的宏观理论与微观理论有机地融合于一体。鉴于量子论在当今世界早已被广泛了解，统计物理的概念理应建立在量子力学基础之上。至于经典统计物理，则仅作为量子统计物理的极限进行讨论。 在传统的教学体系下，学生将过多的精力用于热力学的概念反复烦琐计算，往往不能很好地理解统计物理的理论体系，也容易将热现象的宏观和微观理论割裂开来。本体系力求使学生比较系统、准确地掌握统计物理的基本概念，找到对统计物理的感觉，全面、灵活地运用热物理理论解决实际问题，希望为进一步学习更高深的知识和了解物理学的最新成果奠定较为扎实的基础。,第一章 引论 第二章 孤立系 微正则分布、热力学第一定律、热力学第二定律熵增加原理、应用举例 第三章 封闭系 正则分布、热力学公式、麦玻分布、经典能均分定理 第六章 开放系 巨正则分布、开放系的热力学公式、热动平衡条件、混合气体、化学反应、 热力学第三定律,热力学统计物理 统计热力学 重复1/3*4/9+1/3*5/9=1/3 简单重复0%,
