《热力学与统计物理学》学习指导.doc

《热力学与统计物理学》学习指南一、课程的特点和结构框架热力学与统计物理学是研究热现象的本质及其规律的科学所谓热现象是指与温度有关的物理性质的变化，其本质 是宏观物体内部大量微观粒子的热运动和机械运动、电磁运动一样，热运动也是自然界中广泛存在的一种基本运动形 式因此，作为研充热运动规律的热力学与统计物理学，与理论力学和电动力学一起构成了物理学的三大支柱，是理科 物理专业以及工科相关专业学生的一门必修理论基础课热力学和统计物理学分别从宏观和微观角度研究热运动，形成既有各自特点又相辅相成的两种方法，即热力学方法 和统计物理学方法这两种方法相辅相成，既描述了热力学系统的宏观性质，又揭示了宏观现象的微观实质分别从宏 观和微观两种角度研究同一对象并得出相同结果是本课程的一-大特点，同学们在学习中要充分理解和认识这一特点图1给出了本课程的结构框架图图1热力学与统计物理学课程结构框架图二学习本课程应具备的基础知识及学习方法建议1. 应具备的基础知识（1） 热力学和统计物理学是在大学普通物理学的基础上扩展提高的，同学们在学习本课程时应具备普通物理学中热学和理论力学中分析力学的相关知识；（2） 学习本课程应具备高等数学的基本知识，包括多元函数微分学、概率论、级数、特殊函数及广义积分 等。

同学们在学习本课程之前，应先学完高等数学的相关内容2. 学习方法建议（1） 认真学习导言部分，了解本课程的研究对象、研究方法和和主要应用领域2） 要循序渐进，切勿急躁学习本课程要重在掌握基本思想、基本规律、基本方法和主要结论3） 在掌握基本理论和基本方法的基础上，仔细分析典型例题，努力完成各章作业，提高分析问题和解决 问题的能力3） 要参照各章的重点、难点提示，掌握各章的知识点、重点、难点以及对各知识点的能力层次要求4） 在对原型进行科学抽象的基础上，建立简化的理想模型，采用数学手段进行描述和分析是物理学的基本 方法之一平衡态热力学和统计物理学使用了许多理想模型，如，孤立系统、平衡态、准静态过程、 理想气体和理想固体等同学们在学习过程中应注意领会模型与实践的辩证关系，理解模型方法的重 要性三、各章内容提要和知识点、重点及难点提示关于“重点、难点及其要求”中有关提法的说明“识记”、“领会”、“简单应用”和“综合应用”四个能力层次是递进等级关系，后者 必须建立在前者的基础之上，它们的具体含义是：识记：能知道有关的名词、概念、知识的含义，并能正确认识和表述领会：在实际的基础上，能全面把握基本概念、基本原理，能掌握有关概念和原理的 区别和联系。

简单应用：在领会的基础上，能用学过的知识点分析和解决简单问题综合应用：能用学过的知识点综合分析和解决较为复杂的问题1. 内容提要导言部分介绍热力学与统计物理的研究对象和研 究方法，阐述热力学方法和统计物理方法各自的优缺点 以及两种方法的相互关系2. 知识点（1） 热现象与热运动（2） 热力学方法与统计物理方法（3） 两种方法的优、缺点及相互关系2. 重点、难点及其要求（1）热统的研兖对象一热现象与热运动•领会：热现象的本质是热运动；热运动是自然界中广泛存在的基本运动形式之一2）两种研究方法一热力学方法与统计物理方法•领会：热力学方法与统计物理方法各自的特点及 二者的相互关系第一章热力学的基本概念和规律1. 本章的内容提要本章系统介绍热力学第零定律、第一定律和第二定 律以及温度、内能和嫡等基本概念本章是第二、第三 和第四章的理论基础本章是在对《热学》中有关内容 复习的基础上作适当提高2. 本章各节的知识点 1-1热力学系统的平衡态及其描述1. 1系统与外界；热力学系统1. 2热力学系统平衡态定义与判别1. 3平衡态的描述一四类状态参量1.4广延量与强度量 1-2热力学第零定律和温度2. 1热力学第零定律及其意义2. 2温度的科学定义，温标 1—3物态方程3. 1物态方程定义3. 2几种物质的物态方程（特别是理想气体方 程，范德瓦尔斯方程）3. 3与物态方程有关的几个物理量（膨胀系数、 压强系数和等温压缩系数）1-4准静态过程中的功4. 1准静态过程的定义4. 2准静态过程中体积功的表达式及其几何意 义4. 3广义功1-5热力学第一定律与内能5. 1内能的引入与定义5. 2第一定律的数学表达，第一定律的表述1-6热容量和培6. 1热容量、恰的定义及物理意义1-7理想气体的内能7. 1焦耳定律7. 2理想气体的内能和培7. 3迈尔定律1-8理想气体的绝热过程8. 1绝热过程及其过程方程 1-9理想气体的卡诺循环9. 1循环过程及其效率9. 2卡诺循环及其效率1-10热力学第二定律10. 1热力学第二定律的两种表述（开尔文表述 和克劳修斯表述）10. 2两种表述的等价性10. 3热力学第二定律的实质 1-11卡诺定理11. 1卡诺定理111. 2卡诺定理21-12热力学温标1-13克劳修斯等式和不等式13. 1克劳修斯等式和不等式（J^<0）1-14嫡和热力学基本方程14. 1 炳的定义（d5 = d。

/ 7 ）14. 2热力学基本方程（dU=TdS~pdV ） 1-15理想气体的炳15. 1理想气体的炳的计算1-16热力学第二定律的数学表示16. 1第二定律的数学表示16. 2炳增加原理 1-17埔增加原理的简单应用 1 — 18自由能和吉布斯函数3. 本章重点、难点及其要求（1） 热力学平衡态和状态参量•领会：热力学平衡态；四类状态参量2） 热力学第零定律•领会：热力学第零定律的意义；温度的定义与 温标的建立和分类3） 准静态过程及准静态过程中功的计算•领会：准静态过程的定义及意义•简单应用：准静态过程中功的计算4） 第一定律对理想气体的应用•领会：理想气体绝热过程中功和过程方程的表 达•综合应用：理想气体等值过程中功、热量和内 能的计算及分析5） 循环过程的定义及分类；循环效率•识记：循环过程；正循环与逆循环；效率公式•综合应用：循环效率的计算6） 卡诺循环及其效率；卡诺定理•领会：卡诺效率公式和卡诺定理对提高实际热 机效率的指导意义•简单应用：计算卡诺热机的效率7） 热力学第二定律的两种表述、等效性及其实质•领会：热力学第二定律的两种表述，可逆过程 概念和热力学第二定律的实质。

•简单应用：利用第二定律的表述分析有 关物理问题8） 热力学第二定律的数学表示•领会：嫡的引入、定义及热力学第二定律的数 学表示•综合应用：简单热力学过程炳差的计算9） 墙增加原理•领会：炳增加原理及其成立条件•综合应用：利用炳增加原理判断过程的不W逆 性和计算热机的最大功10）恰、自由能和吉布斯函数及热力学基本方程•领会：饮、自由能和吉布斯函数的定义及其物 理意义；热力学基本方程的含义第二章均匀系的热力学性质1. 本章内容提要在上一章引入的物态方程、内能和炳三个基本 函数的基础上，本章将再引入自由能、培和吉布斯 函数等另外几个态函数，并根据微分学原理得出个 态函数之间的偏导数关系式作为它们的典型应用, 本章还将讨论气体、辐射场、磁介质等均匀物质系 统的热力学性质本章所涉及到的热力学恒等式的 证明方法和技巧在热力学中极为重要，是需要掌握 的重点内容2. 本章各节的知识点 2 — 1内能、培、自山能和吉布斯函数的全微分1. 1四个基本方程1. 2由四个基本方程得出的八个偏导数 2—2麦克斯韦关系的简单应用特性函数2. 1四个麦氏关系2. 2热力学恒等式的证明2-3气体的节流过程和绝热过程3. 1节流膨胀过程是等培过程3. 2焦耳系数3. 3气体绝热膨胀过程2-4基本热力学函数的确定4. 1内能的确定4. 2炳的确定4. 3其它热力学函数的确定2 — 5特性函数5. 1特性函数的定义5. 2 特性函数举例：（F=F（T,V）;G=G（T,p））2-6热辐射的热力学理论6. 1平衡辐射6. 2平衡辐射场的热力学函数（S和U）文 2 — 7磁介质热力学7.1磁介质的热力学基本方程7. 2磁介质的几个物理效应3. 本章重点、难点及其要求（1） 培、自由能和吉布斯函数及热力学基本方程•领会：培、自山能和吉布斯函数的定义及其物理意义；热力学基本方程的含义。

2） 麦克斯韦尔关系•识记：四个麦克斯韦关系式•综合应用：；证明热力学恒等式的几种方法，麦克 斯韦关系的应用（3） 特性函数•识记：特性函数的定义、常用特性函数及相应的 自变量•综合应用：利用特性函数求给定系统的热力学性 质4） 热力学基本函数的确定•综合应用：在给定自变量情况下，求热力学函数 的表达式5） 节流膨胀过程和绝热膨胀过程•领会：节流膨胀过程是等粉过程•简单应用：根据热力学基本理论分析节流膨胀过 程和绝热膨胀过程的热力学性质及制冷效应6） 平衡辐射场热力学•识记：平衡辐射的定义；平衡辐射场的炳和内能 与温度的关系•简单应用：根据热力学基本理论分析平衡辐射场 问题表（7）磁介质热力学•识记：理想磁介质的基本方程和磁介质的麦氏关 系•领会：磁介质热力学的基本内容和磁介质的磁致 伸缩与压磁效应•简单应用：根据热力学基本理论分析磁介质问题第三章单元系的相变1. 本章内容提要本章由开放系统的热力学基本方程入手，引入化学 势，进而山平衡判据出发讨论开放系统的平衡条件和平 衡稳定条件作为它们的应用，介绍了单元二相系的平 衡性质、相变规律、临界点现象以及相变的分类等2. 本章各节的知识点3-1热动平衡判据1. 1炳判据1. 2自由能判据和吉布斯函数判据 3-2开放系统的热力学基本方程2. 1基本热力学函数的表示2. 2开放系统的热力学基本方程2. 3巨热力势3-3单元复相系的平衡条件3. 1单元复相系的平衡条件3-4单元复相系的平衡性质4.1单元复相系的平衡性质，克拉珀龙方程， 相图 3-5气液两相的转变和临界点5. 1范德瓦尔斯等温线，等面积法则5. 2临界点，临界参量与对应态方程3-7相变的分类7. 1 一级和二级相变的特征7. 2艾伦菲斯特理论对相变的分类及表达式3. 本章重点、难点及其要求（1） 热动平衡判据•领会：炳判据、自由能判据和吉布斯函数判据的 定义及适用条件。

•简单应用：由炳判据导出其它热力学函数判据；山平衡判据确定系统的平衡态性质（2） 单元复相系的平衡条件与平衡性质•领会：单元复相平衡条件和平衡稳定性条件；克 拉珀龙方程的推导及方程的物理意义•简单应用：应用克拉珀龙方程分析相平衡曲线的 斜率；推导蒸气压方程3） 气液两相的转变和临界点•领会：临界点与临界参量；范氏等温线上各段的 含义；等面积法则，对应态定律及其意义4） 相变的分类•领会：一级和二级相变的定义及特征第四章多元系的复相平衡和化学平衡1. 本章内容提要本章从多元系的热力学基本方程入手，利用平衡判据导出多元复相系的平衡条件本章还介绍了吉布斯相 律和热力学第三定律2. 本章各节。