热力学与物理统计
理论课和理论(含实践)课教学内容
发布时间: 2009-08-11   浏览次数: 262

 


 理论课和理论(含实践)课教学内容
1 结合本校的办学定位、人才培养目标和生源情况,说明本课程在专业培养目标中的定位与课程目标
 
复旦大学办学定位为综合型、研究型、国际型大学,力争在若干年内跻身世界一流大学之列,所以我们的目标是培养创新型、研究型人才,培养的学生应该具有比较好的创新能力、综合能力和实践能力,这也和21 世纪人才培养要求相符。
作为物理学的重要基础课,应该在保持我国传统教学严谨、扎实等优点的基础上,借鉴国外特别是美国一流大学物理教学的长处,使学生在掌握基本概念、原理和理论方法的同时,了解相关领域的研究前沿和热点、以及与其它自然科学分支的联系,重点培养科学思维方法、创新意识和解决具体问题的能力,为后继课程的学习与未来的科研奠定坚实基础。
 
2 知识模块顺序及对应的学时
 
针对技术型与科研型人才的不同培养目标,制订了适应性广泛的新教学大纲,实施分层教学,将传统授课内容分成两大板块:基础必修内容I(平衡态热力学、近独立粒子统计分布与非平衡态统计初步)和选修内容II(系综理论、涨落理论和非平衡态统计深度内容)。在优化与重组教学内容时,注意引进新知识和研究的前沿和热点问题,如信息熵、激光致冷、玻色—爱因斯坦凝结与原子激光等,使得课程更加有利于学生的素质培养。
教学内容组织如下:
I.必修内容(共48课时)
热力学部分(共18课时)
一.热力学的基本规律(6课时)
热力学基本概念,热力学第一定律,热力学第二定律,熵和熵增加原理,热力学基本方程,热力学第三定律,典型应用举例。
二.均匀物质的热力学性质(7课时)
基本热力学函数,麦氏关系及其应用,特性函数,典型应用举例。
三.相平衡(5课时)
热动平衡条件,开放系的热力学基本方程,单元系和多元系复相平衡,相变,典型应用举例。
统计物理部分(共30课时)
四.统计分布(15课时)
微观状态和分布,近独立粒子的玻耳兹曼分布,能均分定理,热力学公式,典型应用举例。
五.量子统计法(10课时)
玻色与费米分布,金属自由电子气,光子气体,玻色-爱因斯坦凝结。
六.非平衡态统计物理简介(5课时)
弛豫时间近似下的玻耳兹曼方程,气体的粘滞现象。
II.选修内容(共48课时)
一.系综理论基础(6课时)
相空间和运动方程,Liouville定理及其意义,微正则系综,微正则分布与热力学公式,应用。
二.正则系综(10课时)
系统与热库的平衡,正则系综,配分函数和热力学量,正则系综与微正则系综之间的关系,能量均分定理和Virial定理,集团展式,固体热容量,顺磁性、负温度,铁磁相变。
三.巨正则系综(6课时)
系统与粒子库的平衡,巨正则系综,巨配分函数和热力学量,应用,粒子数起伏。
四.涨落和关联(10课时)
涨落的准热力学理论,临界点附近的涨落和关联,布朗运动理论,时间关联函数、涨落耗散定理,应用。
五.临界现象(10课时)
连续相变,举例和模型,临界指数,Landau平均场理论,*标度定律,*重正化群方法。
六.非平衡态统计基础(6课时)
Boltzmann积分微分方程,H定理,细致平衡原理,应用。
 
3 课程的重点、难点及解决办法
 
课程重点为基本概念“熵”、熵增原理、统计规律性。在大学物理平台课程中,以上内容被列为选讲或简介内容,学生对此缺乏基础认识,所以也是本课的教学难点。
为抓住重点与突破难点,我们采取了一系列方法来应对:1突破传统教材中热力学和统计物理之间固有的次序与壁垒,以基本概念、规律为核心进行模块化教案设计,在引入热力学概念的同时,简要阐述其微观统计意义,使概念直观易懂,也为统计物理的展开埋下伏笔;2.以具体事例为楔子,直达抽象概念,并给出独到的分析和讨论;3.用不同物理概念相互类比的方法,由此及彼,推陈出新;4.采用各种现代教育技术手段,使抽象的规律“可视化”。
 
4 实践教学的设计思想与效果(不含实践教学内容的课程不填)