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统计热力学
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开课时间: 2025年02月17日 ~ 2025年06月16日
学时安排: 4-6小时每周
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spContent=《统计热力学》为物理学类专业本科阶段的重要专业核心课之一。通过本课程的学习,使学生在《热学》的基础上,更深入地掌握基本的物理概念(如:统计系综),系统地掌握有关热现象及处理热物理问题的理论方法,把握热力学宏观理论和统计物理微观理论的特点及相互间的融会贯通。
《统计热力学》为物理学类专业本科阶段的重要专业核心课之一。通过本课程的学习,使学生在《热学》的基础上,更深入地掌握基本的物理概念(如:统计系综),系统地掌握有关热现象及处理热物理问题的理论方法,把握热力学宏观理论和统计物理微观理论的特点及相互间的融会贯通。
—— 课程团队
课程概述

《统计热力学》是研究由大量微观粒子组成的宏观物质系统的热现象和热运动规律的理论课程。通过本课程的学习,学生应掌握热力学与统计物理学的基本概念、基本原理和处理热物理问题的基本方法。在总结多年教学实践和课程改革前期探索的基础上,《统计热力学》对传统的《热力学统计物理》课程体系和教学计划进行了全面改革和调整。充分考虑与前期《热学》课程的妥善衔接和为研究生课程《高等统计物理学》奠定坚实基础。

《统计热力学》以统计物理为主线,以“系综理论”为基础,从微观量子论出发,以一个基本假设—等概率原理为切入点,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,真正实现了热现象宏观与微观理论的统一。建立从微观到宏观、完整自恰的理论体系—《统计热力学》。将“热现象”的微观、宏观理论有机地融合于一体,实现理论物理与普通物理的合理分工,突破了宏观理论与微观理论割裂的传统教学格局,提高了认识层次,根本上解决了《热统》与《热学》难以避免大量重复的问题。

 新课程体系实现了避免重复、杜绝繁冗、削减学时、分散难点,全面提高教学效益的目标。同时,充实了教学内容,提升了认识层次,既夯实基础,又触及前沿,加强了课程的先进性与适用性。内蒙古大学热物理教学团队经二十余年教学实践证明,采用“统计热力学”这一创新体系组织热统教学是完全可行的,其效果令人欣慰。团队为该创新体系先后出版了“十一五”“十二五”国家级规划教材,并相继出版了配套的“电子教案”和“学习辅导”。《统计热力学》2004年获国家级精品课程,2013年获国家级精品资源共享课,2014年获国家教学成果二等奖,2018年转型升级为中国大学MOOC在线课程,2020年获批国家一流本科课程,2021年获批教育部课程思政示范课程。

课程大纲
序言
序言
第一章 预备知识
§1.0 热物理的体系
§1.1《热学》有关知识回顾
§1.2 单粒子态
§1.3 多粒子系微观状态
§1.4 几个数学问题
§1.5 偏导数和完整微分
第一章 课后习题讲解
第一章 预备知识 测试
第二章 孤立系
§2.1 统计物理基本原理
§2.2 微正则分布
§2.3 热力学第一定律
§2.4 热力学第二定律
§2.5 单原子分子理想气体
第二章 孤立系 小结
第二章 课后习题讲解
第二章 孤立系 测试
第三章 封闭系
§4.1 麦氏关系及其应用
§4.2 基本热力学函数
§4.3 特性函数
§4.4 电磁介质的热力学性质
§4.5 焦耳效应与焦汤效应
第四章 均匀物质的热力学关系 小结
第四章 课后习题讲解
第四章 均匀物质的热力学关系 测试(1)
第四章 均匀物质的热力学关系 测试(2)
第四章 均匀物质的热力学关系
§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的热容量
§5.4 非理想气体的物态方程
第五章 气体的性质 小结
第五章 课后习题讲解
第五章 气体的性质 测试
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的热容量
§5.4 非理想气体的物态方程
第五章 气体的性质 小结
第五章 课后习题讲解
第五章 气体的性质 测试
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 化学平衡
§6.6 混合气体的平衡性质
§6.7 化学反应的性质
§6.8 热力学第三定律
第六章 开放系 小结
第六章 课后习题讲解
第六章 开放系 测试(1)
第六章 开放系 测试(2)
第七章 量子统计法
§7.1 量子统计分布
§7.2 固体热容量
§7.3 光子气体
§7.4 金属自由电子气
§7.5 半导体载流子统计
§7.6 玻色-爱因斯坦凝聚
§7.7 顺磁性的统计理论
第七章 量子统计法 小结
第七章 课后习题讲解
第七章 量子统计法 测试(1)
第七章 量子统计法 测试(2)
第七章 量子统计法 测试(3)
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 涨落的空间关联
§8.4 布朗运动
第八章 涨落理论 小结
第八章 课后习题讲解
第八章 涨落理论 测试
第九章 非平衡统计物理简介
§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
第九章 非平衡统计物理简介 小结
第十章 相变与临界现象
§10.1 固溶体相图
§10.2 汽-液相变
§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
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内蒙古大学
8 位授课老师
班士良

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