热力学与统计物理试题

热力学与统计物理试题（精选8篇）

热力学与统计物理试题 篇1

(A)f =k+3+f(B)f =k+2-f(C)f =f+3-k(D)f =f+2+k

2关于一级相变和二级相变()

（A）一级相变有相变潜热，二级相变无相变潜热

（B）一级相变无相变潜热，二级相变有相变潜热

（C）两种相变都有相变潜热

（D）两种相变都无相变潜热

三、证明题

1证明理想气体的内能与体积无关.2证明在S,V不变的情况下,平衡态的U最小.四 计算题将质量相同而温度分别为T1和T2的两杯水在等压下绝热地混合，求熵变 2在三相点附近，固态氨的蒸气压（单位为）方程为：

液态氨的蒸气压方程为：

试求氨三相点的温度和压强，氨的汽化热、升华热及在三相点的熔解热

二、简答题

1写出宏观状态下, 玻尔兹曼系统, Bose系统, Fermi 系统的微观状态数目。2 等概率原理

三、计算题

1:试求绝对零度下电子气体中电子的平均速率。

2:试给出固体热容量的爱因斯坦理论

热力学与统计物理试题 篇2

目前的教学模式中, 存在着一些问题。学生大多处于被动的学习状态, 对课程缺乏兴趣感, 更缺少主动参与的意识。考试的方式基本上是一张试卷定成绩。这样的教学方式和考试方式会带来一些弊端, 如学生只是应付考试, 把学到的东西死记硬背出来, 学到的知识考完就忘了, 不知道知识的真正用处。因此, 教学方式和考试方式的改革必须引起我们的高度重视。本论文通过深入的调查和教学实践工作对教学方法和考试方式的改革方面进行探讨[2]。

1 讨论式教学方式

在平时的教学过程中适当地加入讨论式教学方式。

(1) 课堂中引入讨论式教学方式。在平常的课堂中, 讨论式教学方式可以调动学生学习的积极性和主动性。例如讲述某一个现象之后, 先让学生讨论该现象的原理是什么, 往往是学生会有很多种结论, 而有一些结论非常有创意, 可以开拓学生的视野。再例如在做习题时, 让几个学生同时到黑板上写出自己的做题思路, 让学生发挥自己的思维探讨不同的做法, 这时会出现许多做法, 有些非常有创意, 有些是行不通的。但通过讨论对解决问题的思路清晰起来, 不但使学生对教学内容有了较深入的了解, 而且大大提高了学习的自信心。

(2) 小结中引入讨论式教学方式。在某一章内容结束之后, 在的应用方面和国际科研动向方面做一次讨论, 使学生通过基础理论的学习之后, 通过上网查阅信息和自己的思考以及相互讨论, 对这部分内容做一总结。例如:在第一章热学基本规律结束之后, 作一次本章内容应用的讨论课, 学生通过上网查询及对本章内容反复思考, 在讨论课上进行讨论, 可以给出讨论的提纲:如是否可以将孤立系统的熵增原理应用到宇宙中?由热机效率理论联系到冲程热机等。这些信息会使学生感到非常兴奋和激动, 憧憬着将来自己在这方面也有大有作为的时刻。同时也增强了学生学有所用的印象。

2 新的考试模式

把以往单一试卷形式的考试分成两部分, 笔答部分和科研小论文部分。笔答部分主要考察学生基本理论的学习效果。科研小论文主要是将有关本课程知识点的小论文题目布置给大家, 让学生自由选择自己感兴趣的课题。最后以完整论文的形式提交上来。这部分主要考察学生对课程内容的理解能力、收集信息的能力和表达能力。这样的改革能够转变学生原来的学习习惯, 增强学习能力, 进一步提高学生整体素质, 为以后的学习和工作打下良好的基础。

3 利用多媒体教学

多媒体技术是以计算机为中心, 把语音处理技术、图像处理技术、视听技术都集成在一起, 而且把语音信号、图像信号先通过模数转换变成统一的数字信号, 这样作以后, 计算机就可以很方便地对它们进行存储、加工、控制、编辑、变换, 还可以查询、检索。近年来, 多媒体技术迅速发展, 其应用已遍及国民经济与社会生活的各个角落, 正在对人类的生产方式、工作方式乃至生活方式带来巨大的变革。因为多媒体具有图、文、声并茂甚至有活动影像这样的特点, 具有许多对于教育、教学过程来说是特别宝贵的特性与功能, 这些特性与功能是其他媒体所不具备或是不完全具备的。因此, 多媒体技术对教学也产生了积极的效应, 充分发挥多媒体教学的优势, 对于培养学生的创造思维, 具有重要作用。

在传统的教学过程中一切都是由教师决定。从教学内容、教学策略、教学方法、教学步骤甚至学生做的练习都是教师事先安排好的, 学生只能被动地参与这个过程, 即处于被灌输的状态。而在多媒体计算机这样的交互式学习环境中学生则可以按照自己的学习基础、学习兴趣来选择自己所要学习的内容, 可以选择适合自己水平的练习, 如果教学软件编得更好, 连教学模式也可以选择, 比如说, 可以用个别化教学模式, 也可以用协商讨论的模式。使计算机像学习伙伴一样和你进行讨论交流。也就是说, 学生在这样的交互式学习环境中有了主动参与的可能, 而不是一切都由教师安排好, 学生只能被动接受。按认知学习理论的观点, 人的认识不是外界刺激直接给予的, 而是外界刺激与人的内部心理过程相互作用产生的, 必须发挥学生的主动性、积极性, 才能获得有效的认知, 这种主动参与性就为学生的主动性、积极性的发挥创造了很好的条件。

人机交互、立即反馈是多媒体技术的显著特点, 是任何其他媒体所没有的。多媒体计算机进一步把电视机所具有的视听合一功能与计算机的交互功能结合在一起, 产生出一种新的图文并茂的、丰富多彩的人机交互方式, 而且可以立即反馈。这样一种交互方式对于教学过程具有重要意义, 它能够有效地激发学生的学习兴趣, 使学生产生强烈的学习欲望, 从而形成学习动机。交互性是多媒体计算机所独有的, 正是因为这个特点使得多媒体计算机不仅是教学的手段方法, 而且成为改变传统教学模式乃至教学思想的一个重要因素。

多媒体教学的优势体现在以下几个方面。

(1) 直观性:能突破视觉的限制, 多角度地观察对象, 并能够突出要点, 有助于概念的理解和方法的掌握。

(2) 图文声像并茂:多角度调动学生的情绪、注意力和兴趣。

(3) 动态性:有利于反映概念及过程, 能有效地突破教学难点。

(4) 交互性:学生有更多的参与, 学习更为主动, 并通过创造反思的环境, 有利于学生形成新的认知结构。

(5) 通过多媒体实验实现了对普通实验的扩充, 并通过对真实情景的再现和模拟, 培养学生的探索、创造能力。

(6) 可重复性:有利于突破教学中的难点和克服遗忘。

(7) 针对性:使针对不同层次学生的教学成为可能。

(8) 大信息量、大容量性:节约了空间和时间, 提高了教学效率。

多媒体教育技术飞速发展, 教学过程中多媒体技术的运用越来越普遍。在学习多媒体、计算机技术的同时, 我们应该关注教育理论的发展, 随时用先进的教育理论来指导自己的多媒体教学, 发挥多媒体教学的优势, 从而提高热力学统计物理课程的教学质量。

4 结语

通过两年的热力学与统计物理课程教学实践和学生平时的学习效果来看, 进行教学方法改革和考试方式改革是非常必要的。引入讨论式教学方式, 改革以往的考试方式, 充分利用多媒体教学手段是培养创新型人才的必经之路。

参考文献

[1]汪志诚.热力学.统计物理[M].北京:高等教育出版社, 2008.

[2]彭爱莲, 辛修芳.物理专业热力学统计物理教学改革初探[J].科技信息, 2009 (30) .

热力学统计物理的教与学 篇3

【关键词】热力学统计物理 教学改革 学习主动性 考核方式改革

【中图分类号】：04I4-4 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）14-0029-02

【Abstract】Thermodynamics statistical physics is a required course for students majoring in physics， which is the combination of macro and micro physics. Although there was much experience of the course， but with the development， there are more and more cross subjects， the original curriculum content already can not meet the needs of students， the content of science research about the curriculum should be added. For improving the teaching quality， The reform measures about teaching contents， teaching methods and examination style has been putted forward. Based on students， teachers Pay attention to the newest research， then the teacher can integrate the teaching and scientific researching ， students can combine learning and researching.

【Key words】thermodynamics and statistical physics； teaching methods reform； learning initiative； examination reform

1.热力学统计物理课程在本科教学中的重要

热力学与统计物理学研究的是自然界中与冷热有关的物质性质以及这些性质变化的规律和内在的物理本质[1，2]，其内容包括热力学和统计物理两大部分。热力学是热运动的宏观理论[3]，而统计物理学是热运动的微观理论。本课程给出了两个角度看问题的方法，对物理专业的其它后续课程的学习中及相关学科的研究都具有重要意义，是固体物理，量子力学课程的基础，为后续在凝聚态，量子信息，低温技术等方向的科研做了铺垫。并对其他相关专业，如化学，工程热物理，流体力学等课程也有着重要影响。同时，热力学统计物理中的概念和方法在原子核和基本粒子中也有许多应用，而且日益广泛地渗透到化工、生物等学科中去。

2.根据时代需要，合理安排教与学

热力学与统计物理是物理本科专业的重要基础课，是理学和应用物理学专业的学生的必修课，本课程设在本科二年级下学期或者三年级上学期讲授，此时物理专业的学生已经有高等数学，力学和电磁学等知识基础，便于接受。在教学内容上应以课程大纲为中心，以学生现有的知识结构和对课程知识的理解为出发点，由浅入深，逐步增加学生知识。其目标定位是：通过对本课程的学习，使学生明晰热力学与统计物理学在整个物理学中的学科地位，牢固掌握热力学与统计物理学的基本原理、基本理论框架和知识要点，以及运用热力学和统计物理基本思想和知识解决实际问题的技能和方法，提高学生的实际应用能力。基于这一思想，本课程在理论教学的过程中，强调启发式与归纳法教学，注重重要概念与规律的历史沿革，讲解基础理论时，由浅入深，多用生动的物理图像，并联系日程生活中的感性认识，即使抽象的理论也用物理图象来说明。

2.1 教学方式讨论化

高校存在着学生的学习积极性不高的现状，特别是对热力学统计物理这些相对枯燥的学科[4]，为着激发学生学习积极性，集中精力利用好上课时间，提高教学质量的原则，本课程的教学中课题组引入讨论式教学方式，在平常的课堂中，讨论式教学方式可以使学生学习由被动变为主动。例如讲述均匀物质的热力学性质时，谈到用偏导数表示某个物理现象之后，让学生讨论其他偏导数的代表的物理过程或物理效应，以及与此类现象相类似的现象有哪些，最后做一下总结，这样加深同学们对枯燥的物理规律的理解，也使得课程的内容更加有利于学生综合素质的培养，并不断完善教学内容。同时，为了扩展学生对热力学与统计物理前沿知识的了解，授课内容不局限于传统的热力学与统计物理课程的教学内容。重视教学内容应与目前国内外与本课程相关方向在科学技术研究方面取得的新进展以及本校课程组科研取得的新成果的衔接，把这些新信息融会贯通到热力学统计物理课程的教学中，比如在熵增加原理这章节增加了信息熵以及生物熵的内容，谈到气体节流和绝热膨胀制冷时同时讲授了其他三种制冷方式，以及每种技术的优缺点和近期进展。

2.2 教学手段现代化

加强多媒体教学的应用，组建较为完善的电子课件和电子教案，供教师授课使用。根据教学内容制作了成套的多媒体课件，利用计算机辅助教学系统，模拟物理上理想的环境及条件，从而把抽象的物理过程具体化。引进或制作了分子运动统计分布的动态模拟视频和热力学基本实验等多媒体素材，做到全程使用多媒体教学，使课堂教学直观生动，利于学生对知识的理解。比如讲解麦克斯韦速率分布内容的时候，可以把测定气体分子速率分布的实验装置用示意图和实验室中真实的装置采用多媒体视频的方式展示给学生。用示意图讲解实验原理，用实验室装置来说明实际的操作。多媒体教学把教师从繁重的板书中解放出来，使他们有更多的时间去讲解、把许多问题引向深入，并针对某些问题展开热烈地讨论。同时考虑到热学这门课程的特点，对于重难点还需要必要的理论推导，因此应使用多媒体加板书的教学手段。另外充分利用网络资源，开设以学生自学为主的网络课程，教案、习题库与试题库及答案分析等教学资源都上网，从而减轻了学生记笔记的负担，有助于提高听课效果，便于学生课后复习提问和讨论，掌握知识要点，充分发挥教师和学生的能动性。开发网络和多媒体教学平台，丰富教学资料库。将具有特色，授课效果好的教学笔记和教案加以整理，作为教学研究资料积累供教师和学生参考。对课程内容进行选择性发布，引导学生自主学习。实践表明，丰富的网络学习资源，实现优质教学资源共享，满足了学生的要求，方便了学生课后学习，使学生利用课余时间掌握更多的本专业知识。

2.3 考核方式灵活化

鉴于现在的教学目标，课程组对本课程的考核方式进行了改革，使考试灵活化，把以往笔试的考试形式分成两部分，笔答部分和科研小论文部分。笔答部分偏重对基础的理论知识的理解和应用能力，主要使学生掌握热力学的三个定律和统计物理的基本理论，会用来解决一些基本的和与专业有关的一些热运动方面的问题。掌握热力学的基本规律和统计物理的基本理论，理解系统的各种平衡条件和正则分布，了解系统的相变理论，非平衡态统计和涨落理论。这些基本理论知识为学生后续的相关方面的学习和科研铺垫坚实的基础。科研小论文可以分为三类：一是谈谈对某些规律的记忆与理解，二是有关涉及热力学与统计物理有关知识在日常生活中的应用；例如：如果学生对热学基本规律比较感兴趣，学生通过自己总结和上网查询与本章内容相关的知识，先列出提纲：如是否可以将孤立系统的熵增原理应用到人类社会这样一个复杂的体系中，如是否可以将孤立系统的熵增原理应用到宇宙中等，这些信息会使学生感到新奇，学生自由选择自己感兴趣的课题，使他们主动的学习。在写论文的过程中，加深了学生对课程内容的理解，增强了学生收集信息的能力和表达能力。三是对热力学与统计物理在科研领域的最新进展的热点的发表自己的观点，比如信息熵、超导材料、激光制冷、超流以及原子激光等方面，通过上网查阅信息和自己的思考以及相互讨论，以论文的形式呈现出来。

灵活化的考核方式要求老师积极挖掘学生小论文的闪光点，不过高强调学生在论文中所取得的应用性、创造性成果，应注重培养学生积极主动的学习意识，并帮助学生形成良好的深入思考、大胆假设、敢于实践的创新精神。同时，鉴于目前人们对热物理相关方向的研究，教师要积极提高自己的业务水平和科研能力[5]，积极的筹建教学组，教学组应在教学和科研方面双管齐下，学术各有专长而又相得益彰的教学梯队，特别是把教学内容与当前热点相关的内容提炼深化为学生的论文课题，做出的成果又可以作为重要资料放入资料库中，供学生参考，从而使得课程更加有利于学生的科研素质与创新意识的培养，起到了吸引有潜质的学生参与研究工作，为科研输送后备人才的积极作用，收到了科研教学双促进的良好效果。

3.结论

通两年的热力学统计物理教与学方式变更，从对学生平时的学习效果来看，改革还是很有必要的。把科研融入教学使本课程受到了学生的欢迎，目前毕业一届学生，已经有5为毕业生在做毕业论文时从本课程中选取的毕业设计课题。讨论式教学提高学生积极性，现代化的教学手段扩充教学内容，灵活化的考核方式培养创新性人才。

参考文献：

[1]汪志诚.热力学·统计物理 [M].北京：高等教育出版社，2008.

[2]苏汝铿.统计物理学（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2004.

[3]王竹溪.热力学（第二版）[M].北京：北京大学出版社，2005.

[4]彭爱莲，辛修芳.物理专业热力学统计物理教学改革初探[J].科技信息，2009（30）.12.

热力学统计物理试题(B卷) 篇4

适用于200×级本科物理学专业

(200×-200×学第×学期)

6．（20分）在极端相对论情形下电子能量与动量的关系为cp,其中c为光速.试求自由电子气体在0K时的费米能量,内能和简并压.附标准答案

1.(10分)解证：范氏气体p

a

vbRT 2v

由式(2.2.7) 

RaUp

p2(5分)=T-p=T

vbvvTTV

aaU

=2U(T,v)U0f(T)

vvTv

U

CV=f(T)；与v无关。(5分)

TV

2．(20分)证明：显然属于一级相变;LT(SS);其中SST,p(T)，在p～T相平衡曲线上.SdpdLS

SSTTdTTpdT

SSS其中： 

TTPTP

SSdpSdp

[](5分)TpdTTdTPP

又有：CPT

S

；LT(SS)TP

由麦氏关系(2.2.4): 

SV

（5分）

TPpT

上几式联立(并将一级相变的克拉伯珑方程代入)得：

dLL

cp-cpdTT

v

TvL

Tvv(5分)pp



若相是气相，相是凝聚相；V

V～0；T～0；

p

相按理想气体处理。pV=RT



dL

cpcp(5分)dT

3．（10分）证明：（1）U(T,V,n1,nk)U(T,V,n1,nk)

根据欧勒定理，xiff，可得

xii

Uni

i

UU

(5分)V

niVUUUU

Vni(vi)niui niVnViii

（2）U

ni

i

ui

UU

(5分)vi

niV

4．（20分）证明：出现某状态s几率为Ps

设S1,S2,……Sk状态对应的能级s

设Sk+1 ,Sk+2,……Sw状态对应的能级s

类似………………………………

es

则出现某微观状态的几率可作如下计算：根据玻尔兹曼统计 PS；

N

显然NPs代表粒子处于某量子态S下的几率，NPSe

S

。于是

e



S

代表

SKS

个粒子在s上的K个微处于S状态下的粒子数。例如，对于s能级eSS

1

观状态的概率为： P

SPS粒子数P

Skes SSS1



类似写出：P

SP

SkesSSS1



………………………………………………等等。(5分)

于是N个粒子出现某一微观状态的概率。

PPS

SS

S

P

Sk

seSSS1

P

Sk

es SSS1

一微观状态数，（基于等概率原理）P

Skln(5分)

Skln

SkSW

SSeePPSSSSK1SS1

（5分）

SW

SKSkelnPSeSlnPS

SK1S1



将NPSe

S

带入SkN

P

S

S

lnPS(5分)

5．（20分）证明: 在体积V中,ω到ω+ dω的频率范围内准粒子的量子态数为

g()d

4V21/2

pdpBd3h,（5分）

推导上式时,用到关系pk.这里B为常数.由于准粒子数不守恒,玻色分布中的0.系统的内能为

E0

m

3/2

m

g()dB0d

e1e1,（5分）

考虑到态密度在高频时发散,需引入截止频率可令

m.但在低温下1,在积分中

m.设x,则有

E



CT5/20

x3/25/2xdxTe1,（5分）

E

CVT3/2

TV其中,C为常数.易得.（5分）

6．（20分）在极端相对论情形下电子能量与动量的关系为cp,其中c为光速.试求自由电子气体在0K时的费米能量,内能和简并压.解: 在体积V中, 到 + d 的能量范围内电子的量子态数为

g()d

8V28V2

pdpd333hhc.（5分）

01,f

0.0,绝对零度时,费米函数为

08V8V3

Nfg()d332d330

3hc0hc总电子数满足,3N

0

8V可求出费米能量

Efg()d

1/3

hc

.（5分）

d3

08V

电子气的内能

h3c

8V43

N0330

44hc.（5分）

气体的简并压

pd

EN

热力学统计物理学考试大纲 篇5

《热力学与统计物理》考试大纲

科目名称：热力学与统计物理

适用专业：热能动力系统节能及环境控制、新能源开发及应用，低温与制冷 参考书目：（1）马本昆、高尚惠、孙煜编，《热力学与统计物理学》，高

等教育出版社．（2）汪志诚，《热力学、统计物理》，人民教

育出版社，考试时间：180分钟

考试方式：笔试闭卷

总分：150分

考试题型及分数：名词解释题：20分；选择填空题：40分；综合分析及计算题：90分

考试要求：要求考生系统掌握《热力学与统计物理》基本概念、基本理论、基本方法；掌握由大量粒子所构成的系统的统计规律性，并掌握分析这类系统的有效方法。要求考生掌握系统微观运动状态的描述方法，要求考生具有一定的抽象思维能力和逻辑思维能力。能给出具体问题的微观描述与宏观描述的关系。考查要点：

主要考试内容为：热力学基本定律，热力学函数及其应用，不可逆过程热力学，玻耳兹曼统计分布，系综理论，量子统计分布。

1.热力学基本定律

考试内容：温度及物态方程；准静态功；热力学第一定律、第二定律；卡诺定理；热力学温标；克劳修斯等式和不等式；熵与热力学基本方程；熵差计算；熵增加原理的简单应用、不可逆过程的判断。

考试要求:（1）掌握热力学方法的特点、基本概念（2）掌握功与循环的相关计算、物态方程的确定（3）掌握系统熵函数的计算、系统状态变化的方向。

2.均匀物质的热力学性质

考试内容：内能、焓、自由能和吉布斯函数；Maxwell关系及简单应用；基本热力学函数的确定；特性函数；平衡辐射的热力学；磁介质系统热力学；电介质系统热力学；开系热力学基本方程。

考试要求：（1）掌握如何确定系统的特性函数；（2）掌握如何确定系统的基本热力学函数；（3）掌握磁致伸缩和压磁效应的本质；（4）了解开放系统的热力学基本不等式。

3.相变理论基础

考试内容：单元二相系统的平衡，两相的转变；临界现象；复相系的平衡性质、相律、相图；朗道连续相变理论；理想气体的化学反应、平衡条件；热力学第零三定律；

考试要求：（1）掌握热动平衡判据的理论和方法；（2）掌握单元和多元系的热力学基本方程；（3）掌握复相系的平衡性质和朗道连续相变理论；（4）了解理想气体的化学反应、平衡条件；（5）掌握热力学第零三定律。

4.不可逆过程热力学简介

考试内容：局域熵产生率；昂萨格关系；温差电现象；

考试要求：掌握不可逆过程热力学的基本思想和基本方法。

5.玻尔兹曼分布

考试内容：粒子配分函数；热力学量的玻耳兹曼统计表达式；理想气体的物态方程；理想气体的内能和热容量；理想气体的熵；能量均分定理，气体和固体热容的经典理论；气体热容的量子理论。

考试要求：（1）理解μ空间；（2）掌握玻尔兹曼统计分布率；（3）掌握热力学公式；（4）掌握单分子理想气体；（5）掌握能量均分定律，气体和固体热容的经典理论；（6）掌握气体热容的量子理论。（7）了解非理想气体的物态方程。

6.系综理论

考试内容：相空间；刘维尔定理；微正则分布；微正则分布的热力学公式；正则分布及热力学公式；固体的热容量；巨正则分布及热力学公式。

考试要求：（1）掌握系综理论的基本思想和统计方法；（2）掌握系综理论与最概然理论的关系；（3）理解并掌握Γ空间，刘维定理，微正则分布，孤立系统的熵；（4）掌握正则分布；（5）掌握热力学公式；（6）了解非理想气体的物态方程。

7.量子统计学

考试内容：热力学量的统计表达式；弱简并玻色气体和费米气体；光子气体；固体比热；金属中的自由电子气体；热电子发射 接触电势差 泡利顺磁性；量子霍尔效应；

考试要求：（1）掌握费米 狄拉克分布与玻色 爱因斯坦分布；（2）了解金属中的自由电子；（3）掌握理想玻色气体的性质；（4）掌握固体比热，声子。

8.涨落理论

考试内容：涨落的半热力学理论。

热力学与统计物理试题 篇6

近年来, 随着我国高等物理教育科学研究的开展, 在课程结构和教学模式改革方面都取得了一定的进展, 但在很多方面依然存在较多的问题。就热力学统计物理这门课程来说, 这是一门研究热现象和热运动规律的学科, 内容丰富、体系完整, 是物理专业理论基础课程之一。由于这门课程理论性强, 内容抽象, 学生学习起来大都感到难以充分理解和熟练应用, 因此学科教学面临着诸方面的困难。

当前热力学统计物理课程教学中主要存在三个问题。

首先, 授课学时少和教学内容多是教学中的一个主要矛盾。物理专业的学生在学习热力学统计物理课程时, 课时较少, 但是教学内容和教学体系却基本不变, 这对按时完成教学进度和保证良好的教学效果造成了一定的困难。

其次, 教学形式的陈旧, 很难使学生在学习中发挥主动性和积极性。热力学统计物理课程的语言严谨而枯燥, 内容包含大量的公式和推导。传统的教学模式很难提高学生学习的兴趣, 容易使学生感到疲劳从而产生厌烦的心理。而促使学生学习的动力仅仅是为了通过考核, 拿到学分, 学生并没有切实掌握所学知识, 更谈不上实际应用。

第三, 所学知识与前沿科技严重脱节。在教学中往往为了完成教学任务, 很多内容仅局限于书本知识, 而对于前沿知识的介绍甚少。学生通过学习, 不能将所学知识与前沿物理研究联系起来, 很多知识浮于表面, 无法应用到当前的科学研究中, 这对培养学生的科学素养、创新精神和创新能力都是一种限制。

对于以上教学中存在的普遍问题, 这门课程的教学改革也引起了全国范围普通高校的高度重视。目前, 在课程的体系、课程内容、教学方法和考核方式方面已经有了诸多积极的探索和研究[1,2,3,4,5,6], 本文拟针对以上问题, 通过深入调查和教学一线的实践工作, 开展热力学统计物理研究型教学模式的探索, 为课程教学改革提供一些经验和积累。

二、热力学统计物理研究型教学的思考

(一) 课程定位

热力学统计物理是一门研究热现象和热运动规律的学科, 是四大物理理论基础课程之一。其课程内容丰富, 包含热力学基本定律、熵增原理、相变理论、近独立粒子的三种分布和统计等重要的知识内容。课程的授课学习对象一般为物理专业本科生, 他们具有了普通物理学力学、热学以及原子物理学多方面知识的积累, 在知识体系上需要从宏观和微观上对热力学知识进一步加深了解。另外, 伴随着知识体系的展开, 课程内各种解决问题的方法如统计、平均、理想化、相图等为师生开展研究型学习提供了素材和案例。

(二) 研究型学习

对于研究型教学到目前为止还没有一个明确的、统一的定义, 而大家对研究型教学的认识也不尽相同[7]。有学者认为, 研究型教学是以“真实的科学研究”活动为核心, 学生在“从事科研任务”中学习知识的一种教学模式;还有学者认为, 研究型教学是教师以课堂内容和学生已有的知识积累为基础, 引导学生创造性地运用知识和能力, 自主发现问题、解决问题的教学模式。

我们认为研究型教学不仅包括了以教师为主导、学生为主体开展的探究性学习的各种教学活动, 还包括了课后学生的各种研究与创新活动, 即包括了基于课堂的研究型教学模式、基于课题的研究型教学模式以及基于科研小论文的研究型教学模式, 同时, 在该模式教学过程中, 基于问题的发现—探索—解决始终贯穿其中。对于热力学统计物理这门课程, 我们通过对课程特点和学生实际情况的研究, 进行了上述研究型教学模式的探索。其目的正是突破传统教学模式在热力学统计物理教学中的困境, 在激发学生学习兴趣的基础上, 培养学生的创新意识, 提高学生的科学修养。

1. 基于课堂的研究型教学模式。

传统的课堂教学模式通常以灌输式为主, 往往使学生在学习过程中养成依赖心理, 缺乏学习的责任感, 学习中处于被动状态, 因此在课堂教学中必须在传统的基础上创新教学方法。由于课堂教学教授给学生的基本知识、基本技能是学生进行研究型学习的基础, 所以传统课堂教学必不可少。结合课堂教学实践, 我们采取降低传统课堂比例的方法来完成基本知识的传授。对于知识的讲解注意讲清知识的来龙去脉、辨析重点难点、简化推导过程、讲授基本思路。在完成传统课堂的同时, 引入研究型学习课堂, 我们采取基于问题学习 (Problem-Based Learning PBL) 的研究型问题教学模式。如:热力学部分, 可以从常见现象出发, 通过问题引导学生思考, 使每一个基本原理都成为启发学生学习研究思路、培养研究兴趣的案例。如关于熵的学习, 可以在学习之前, 提出这样一个问题:物理学是研究自然科学和规律的, 那么关于生物进化和宇宙演变, 物理学是否也能在此发挥作用呢?在学习完熵的内容后, 用熵的概念来讨论生命进化过程是怎么样的过程?上述的问题, 既有趣味性, 贴近生活, 又能引发思考, 使得课堂气氛活跃, 学生们主动思考, 积极探索, 教学在轻松愉快的气氛中有效完成, 可以说, 某些章节的知识内容学习, 只要能回答出一到两个问题, 这部分内容就学习完成了。

2. 基于课题的研究型教学模式。

课堂之外的主动性学习对于大学本科的教育至关重要, 而任课教师在课堂之外的主动学习引导作用同样不可忽视。另外, 让学生利用课余课后的时间进行研究学习, 也能为师生节余课堂时间, 为有效解决教学课时少和授课内容多的矛盾提供方法。因此, 我们提出了基于课题的研究型教学模式。该模式由教师引导, 师生共同参与, 由教师提出1个或者多个和课堂相关的小课题, 学生们通常以3~5人为一个课题研究小组, 每组选择承担一项课题。课题小组可以由一人担任小组长, 在规定的时间内 (1星期至1个月不等) 完成。课题小组在完成任务后, 可以采取小组汇报、小组互评、课题论文等多种形式完成结题并获得一定的课题完成分数。课题的难度由教师来给定, 通常要求学生们在课堂学习的基础上, 还需要一定的科研视野和学术深度, 学生往往需要在图书馆和互联网上做必要的调研和学习, 并加以讨论和总结才能完成任务。与课堂结合紧密且效果不错的课题有热力学第一/二定律的历史发展、永动机历史、焓的调查、熵和系统进化、熵和热寂说、熵的意义及拓展应用、相图分析调研、等概率原理分析、玻尔兹曼分布和玻色以及费米分布的区别和联系、麦克斯韦速度分布实验调查研究等等。

(三) 研究型教学模式考核方式的变革

区别于传统的试卷考核打分模式, 以研究型教学模式为主导的课程教学的考核方式也需要相应的进行变化革新。对于热力学统计物理这门课程来说, 熟悉该课程的基本认识、了解研究的方法、得到思维方式的锻炼比记牢几个公式, 学会一些理论推导更重要。因此, 我们改变单一的课程考核打分考核方法, 研究出课题打分法、课程论文打分法、课堂讨论表现打分法、期末考核打分法四种方式综合的打分方法。按照学院和学生的接受认可度, 期末考核打分法比例降低至50%甚至以下, 而课题和论文表现、课堂讨论的表现三种综合平均后, 其在总评成绩中的比例占据50%或者更多。这样的考核方式, 不再呆板单一, 强调了学生的学习主动性, 提高了学习参与度, 也锻炼了学生多方面的能力, 更容易为学生所接受。

三、结束语

本文结合教学实践, 积极探索了热力学与统计物理学教学中的研究型教学模式, 提出了基于课堂的问题研究型教学模式以及基于课题和科研论文的课后研究型教学模式, 并相应地提出了该课程多种考核相结合的考核方式。该教学模式立足传统教学模式, 并加以创新, 在高效完成教学任务的同时, 缓解了授课学时不足与教学内容繁多的矛盾, 调动了学生在学习过程中的主体作用, 在夯实基础知识和掌握基本方法的基础上, 有效激发学生的创新热情, 培养学生的创造精神。

摘要：本文针对当前热力学统计物理课程教学中主要存在的问题, 通过深入的调查和教学一线的实践工作, 开展热力学统计物理研究型教学模式的探索, 为课程教学改革提供一些经验和积累。

热力学与统计物理试题 篇7

【关键词】物理学 工程力学

首先从广度上看，物理学涉及了力学、电学、热学、光学、原子物理学等，而工程力学只涉及了物理学的力学部分；物理学是一门为学习专业基础课（如《电工电子学》《工程力学》等）打基础的学科，而工程力学是为学习专业课（《矿山压力与控制》《井巷工程》等）打基础的学科。所以对于高职院校的学生来说，难度要求降低了，专业要求提高了。教师在授课时，要帮助学生克服畏难情绪（特别是对“文科”学生而言），明确告诉学生，在专业课的学习中也许用到工程力学中的一个“点”，但我们现在就要学好一个“面”。从而调动学生的学习积极性，激发学生的学习热情，为今后学习打下良好的学习基础。

第二，从宏观上看，工程力学与物理学有很多相通的地方，从微观上看又有很多不同的地方。例如，在静力学中，从物理学角度出发，为了研究问题的方便，在许多情况下可以将物体看成质点，只有在研究物体的转动问题时才将物体看成刚体，而在工程力学中却不能忽略物体的大小和形状，只能将物体看成刚体；在物理学中，即使将物体看成刚体也无需考虑物体的形变，而在工程力学中，我们必须考虑物体的承载能力（即强度、刚度、稳定性），从而必然要研究物体的形变，此时要将“刚体”假设成“变形固体”。

第三，学好物理学必须掌握一定的数学知识，尤其是在大学阶段，不具备《高等数学》手段，就不能解决物理问题；而学好工程力学除了掌握一定的数学知识外，还必须具备相关的其他专业课（如《工程制图》《机械制造》）的知识。这就不但要求学生要学好相关知识，同时要求教师也要掌握相关知识。

在物理教学中，要运用多种方法突出物理概念教学。物理概念的教学是提高教学质量的关键，也是极为重要的教学环节。 物理概念是物理学的基础，如果没有建立起清晰的物理概念，要想学好物理基础知识是不可能的。在讲授物理概念时，我认为应从以下几点入手：⑴运用实验、模型形成概念。物理学是一门以实验为基础的自然科学，物理学也应该以实验为基础。通过实验和演示，能使学生理解如在学习和物理规律性，培养学生学习物理的兴趣，使学生从感性认识上升到理性认识，培养思维能力和解决实际问题的能力。⑵ 运用类比的方法认清概念。在培养学生善于从现象中抽象概括出事物本质特征的同时，还要让学生学会新旧物理知识和公式进行类比的方法，抓住一类规律的相似属性，从类比中加深对概念和公式的理解。运用类比分析方法讲解物理概念，除了加深对概念的理解，同时也避免混淆，防止张冠李戴。⑶找出关键的“字”或“词”提炼概念。物理学中的概念、规律有些很平淡、简单，有些抽象、复杂。在基本概念的教学中，千万不要平铺直叙。要在讲解过程中，抓住关键的“字”或“词”进行剖析，强化学生对概念的认识、理解。⑷挖掘内涵、拓展外延、强化概念。物理概念是反映物理变化中特有属性的一种思维形式。所谓内涵（既实质）是该物体在物体变化中的特殊性属性，通常用“定义”表示。所谓外延就是概念的适用范围和条件，是某一物理概念反映的对象的总和，通常用“划分”表示。抓住内涵可以准确地理解概念的本质，它们是相辅相成的。⑸精选习题巩固概念。教学大纲指出：“做好练习是使学生牢固地掌握基础知识，灵活地解决实际问题的重要途径。”学以致用，是练习巩固概念、灵活地运用所学知识的良好途径。在突出概念教学的过程中，除了前述几种方法外，还要精选习题。其原则是：紧紧围绕概念；灵活运用概念。

在工程力学的教学中，除了借助物理教学的精华外，还要突出它的专业特点，注重专业术语的运用。在工程力学的教学中，我们主要注意以下几点：⑴工程力学中的有些概念源于物理学概念要精讲甚至不讲，有些概念专业性很强要详细地讲、反复地讲。例如，在讲授“主矢量”与“主矩”时，涉及了力的平移定理（工程力学方面），又涉及了力的投影定理（物理力学方面）。在运用好前面所学的知识的同时，又理解了“主矢量”与“主矩”的概念，为今后学习平面任意力系的平衡方程奠定了坚实的基础。⑵在工程力学中更注重它的实用性。例如，在求构件某一截面上的应力时，要求运算过程中面积的单位采用平方毫米（其国际单位是米），力的单位采用国际单位牛顿，这样应力的单位就是用实用单位兆帕（其国际单位是帕斯卡）。又如，在求梁弯曲时横截面上的剪力及弯矩时，如果按照平衡条件，剪力、弯矩的符号规定繁琐难记，而采用实用方法即“左上右下生正剪”“左顺右逆生正弯”就比较简单易记。⑶注重基础做好铺垫。工程力学中，静力学虽然不是重点内容，如果做好铺垫，材料力学就更加容易理解；在讲授内力概念时，虽然在求应力时涉及内力比较简单，但教师切记不要嫌麻烦，亦步亦趋、做好铺垫，使学生在应用内力求解其他问题时能一目了然地、非常熟练地求出内力的大小和方向。总而言之，工程力学的知识面相对物理学知识面“窄”了，但工程力学却要求专业性更“精”了。

土力学与地基基础期末考试题 篇8

一、名词解释（每小题3分 共18分）

1、附加应力：由建筑物的荷载或其他外载在地基内所产生的应力称为附加应力。

2、主动土压力：在墙后填土作用下，墙发生离开土体方向的位移，当墙后填土达到极限平衡状态时，作用在墙背上的土压力称为主动土压力。

3、软弱土层：把处于软塑、流塑状态的粘性土层，处于松散状态的砂土层，以及未经处理的填土和其他高压缩性土层视作软弱土层。

4、换填垫层法：换填垫层法是一种直接置换地基持力层软弱土的处理方法，施工时将基底下一定深度的软弱土层挖除，分成回填砂、碎石、灰土等强度较大的材料，并加以夯实振密。

5、桩基：依靠桩把作用在平台上的各种载荷传到地基的基础结构。

6、地基处理：软弱地基通常需要经过人工处理后再建造基础，这种地基加固称为地基处理。

二、填空题（请在每小题的空格中填上正确答案。错填、不填均无分 每空1分共40分。）

1、粒径大于2mm的颗粒质量超过总质量的50%的土，称为____土。

2、土的粘聚力是土粒间的胶结作用、结合水膜以及分子引力作用等形成，土粒愈粗大，粘聚力愈____。

3、由于桩、承台、土的相互作用，单根桩与群桩中的桩相比在桩侧阻力、桩端阻力、沉降等方面性状有明显不同，这种现象称为________。

4、倾斜建筑物纠偏主要有________、________两种。

5、当含水量减少时土的收缩过程分________、________、________、阶段。

6、地基的胀缩变形形态主要有________、________、________。

7、对不均匀土岩地基的处理包括________、与________、两个部分。

8、膨胀土的判别是解决膨胀土________、________、首要的问题。

9、按施工方法土钉可分________、________、________、三类。

10、深层搅拌机械分为________、________、两种。

11、浅基础一般埋置深度小于________。、12、地基处理的对象________、和________、13、支护结构设计的两种状态________、和________、14、基坑支护的具体作用是________、________、。

15、沉井封底方法分为________、和________、两种。

16、沉井井筒内径最小不要小于________、M

17、承台的混泥土强度等级不宜低于________。

18、桩在水平荷载作用下的变形特征，由于桩与地基的相对刚度及桩长不同，可分为三种类型为________、________、________。

19、减轻不均匀沉降的措施________、________、________。

20、浅基础按基础的结构形式可分为________、________、________、等

三、不定项选择（每题2分共80分）

1、原状土试样的无侧限抗压强度与重塑土样的无侧限抗压强度之比称为土的()

A．液化指标 B．强度提高系数 C．固结系数 D．灵敏度

2、刚性基础台阶允许宽高比的大小除了与基础材料及其强度等级有关外，还与()A．基底压力有关 B．地基土的压缩模量有关 C．基础的底面尺寸有关 D．持力层的承载力有关

3、确定地基承载力的诸方法中，最可靠的方法是()A．动力触探 B．静载荷试验 C．经验公式计算 D．理论公式计算

4、砂井预压法处理地基中，砂井的作用是()A．与土形成复合地基一起承载 B．加快土层的排水固结 C．挤密土体 D．施工中使土振密

5、扩展基础下通常有低强度素混泥土垫层一般为（）

A．80mm B．90mm C．100mm D．120mm

6、筏板基础的板厚不得小于（）

A 150mm B 200mm C 250mm D 300mm

7、基础埋置深度的影响因素、主要有()A．建筑物的用途和基础构造 B．荷载的大小和性质 C．工程地质和水文地质条件 D．相邻建筑物的基础埋深

8、减轻不均匀沉降的措施()A．建筑措施 B．加固措施 C．结构措施 D．施工措施

9、桩基础的适应范围（）

A．荷载大 B．解决相邻建筑地基问题 C．解决地震区软弱地基 D．码头

10、桩按承载性能分类()A．摩擦桩 B．端承摩擦桩 C．端承桩 D．摩擦端承桩

11、桩按成桩方法分类()A． 非挤土桩 B．钻孔灌注桩 C．挤密桩 D．挤土桩

12、影响群桩承载力和沉降量的因素主要有（）

A．桩距 B．桩长

C．沉降特性 D．破坏程度

13、影响桩水平承载力的因素主要有()A．桩截面刚度 B．入土深度 C．桩顶位移允许值 D．桩顶嵌固情况

14、当采用“M”法时ah大于4为()A．长桩 B．中桩 C．短桩 D．弹性桩

15、选择预制钢筋混泥土桩应（）

A．地层中有坚实的土层做持力层 B．地层中无坚实土层做持力层

C．持力层顶面起伏不大 D．桩端持力层顶面起伏和坡角起伏不大

16、桩端进入持力层的深度，对于粘性土和粉土不宜小于()A．2d B．2.5d C．3d D．3.5d

17、对于沉管灌注桩桩距除了满足最小中心距以外还应满足桩距大于或等于()A．2d B．2.5d C．3d D．3.5d

18、桩基承台的作用（）

A．共同承受上部荷载 B．传递力的作用

C．桩基承台效应 D．固定作用

19、承台的混泥土强度等级不宜低于（）A．C15 B．C20 C．C25 D．C30 20、桩基承台钢筋保护层厚度不宜小于（）A．30mm B．40mm C．50mm D．60mm

21、沉井基础按所用材料不同可分几类（）A．砖石沉井 B．水泥砂浆沉井

C．素混泥土沉井 D．钢筋混泥土沉井

22、沉井井筒内径最小不要小于（）A．800mm B．900mm C．1000mm D．1200mm

23、通常沉井在原位制作，可采用三种不同的方法（A．承垫木方法 B．无承垫木方法

C．模板方法 D．土模法

24、地下连续墙按其填筑的材料可分（）A．土质墙 B．混泥土墙

C．钢筋混泥土墙 D．组合墙）

25、基坑支护的具体作用（）A．挡土 B．加固

C．支挡 D．挡水

26、支护结构的稳定性包括（）A．墙后土体滑动失稳 B．坑底隆起

C．管涌 D．基坑周围土体变形

27、钻孔灌注桩桩低沉渣不宜超过（）A．150 B．200 C．250 D．300

28、土钉成孔施工规定孔径允许偏差±（）A．5mm B．10mm C．15mm D．20mm

29、土钉混泥土面层中的钢筋网保护层厚度不宜小于（）A． 15mm B． 20mm C． 25mm D．30mm 30、换填法中砂垫层材料应选用级配良好的（）A．细砂 B．中砂

C．中粗砂 D．粗砂

31、预压法中施加的荷载主要是使土中孔隙水产生压差而渗流使土固结，常用的方法（）

A．堆载法 B．真空法

C．降低地下水位法 D．联合法

32、砂井预压法中普通砂井的间距一般取（）A．2m~3m B．2m~4m C．3m~4m D．4m

33、强夯法加固土体的主要作用（）A．密实作用 B．固结作用

C．局部液化作用 D．置换作用

34、挤密桩法按施工方法可分为（）A．振冲挤密桩 B．沉管振动挤密桩

C．爆破挤密桩 D．钻孔挤密桩

35、常用的几种化学加固法有（）A．振动法 B．深层搅拌法

C．灌浆法 D．高压喷射注浆法

36、山区地基的特点（）

A．存在不良物理地质现象 B．岩土性质复杂

C．水文地质条件特殊 D．地形高差起伏大

37、褥垫的厚度视需要调整的沉降量大小而定，一般取（但须注意不可使地基产生过大的变形。

A．30cm~40cm B．30cm~50cm C．40cm D．50cm

38、膨胀土的胀缩性由（）指标反映。A．自由膨胀率 B．膨胀率

C．膨胀力 D．收缩系数）可不进行计算，39、打入型土钉，将钢杆件直接打入土中长度一般不超过（）A．4M B．5M C．6M D．7M 40、碎砂石桩施工结束后应间隔一定时间进行质量检验对粘性土地基间隔时间为（）

A．2~3 周 B．3~4周

C．2 周 D．3周

四、判断题（每题2分共40分）

1、当地下水对普通硅酸盐水泥有侵蚀性时，可采用矿渣水泥或火山灰水泥代替（√）

2、扩展基础混泥土强度等级不宜低于C20（×）

3、刚性基础因刚性角的限制埋设深度较大（√）

4、钢筋混泥土基础当无垫层时钢筋保护层厚度宜不小于50mm（×）

5、筏板基础的板厚不得小于200MM（√）

6、筏板基础混泥土强度等级不宜低于C20（√）

7、基础的埋深一般是指室内设计地面至基础地面的深度。（×）

8、基础的最小埋深不应小于5M（×）

9、对于不均匀沉降要求严格或重要的建筑物，应选用较小的基底压力（√）

10、影响群桩承载力和沉降量的因素较多，除了土的性质之外，主要是桩距、桩数、桩长、成桩方法等（√）

11、桩基础一般只承受竖向荷载（×）

12、桩径的确定首先要考虑不同桩型的最小直径要求人工挖孔桩不小于900mm（×）

13、桩基承台混泥土强度等级不应低于C20（√）

14、浇筑水下混泥土要求导管插入混泥土的深度不小于1.2M（×）

15、桩位偏差，轴线和垂直方向均不宜超过50mm（√）

16、地基处理的对象是软弱地基或不良地基（√）

17、降低地下水位法最适合应用于渗透性较小的软土地基中。（×）

18、红粘土的建筑物较好的地基（√）

19、建筑物修建在基岩表面坡度较大的地基上时基础下土层厚度应不小于50cm（×）20、对于围岩不稳定、风化裂隙破碎的岩体，可采用灌浆加固方法处理（√）

五、问答题（一小题10分

二小题5分

共15分）

1、何谓基础埋置深度？选择基础埋置深度应考虑哪些因素的影响？

答案： 基础埋置深度是指基础底面至地面（一般指室外地面）的距离。基础埋深的选择关系到地基基础方案的优劣、施工难易和造价的高低。影响基础埋深的因素主要有以下四个方面：

(1)与建筑物及场地环境有关的条件；(2)土层的性质和分布；(3)地下水条件；(4)土的冻胀影响。

2.简述混凝土预制桩的优点。

答案：混凝土预制桩的优点是：长度和截面形状、尺寸可在一定范围内根据需要选择，质量较易保证，桩端（桩尖）可达坚硬粘性土或强风化基岩，承载能力高，耐久性好。

六、计算题（15分）

1.某条形基础，基础宽度b=4.Om，埋深d=2.Om，地基土的重度为7=18.5kN/ m，黏聚力c= 15kPa，内摩擦角φ＇=200，查表可得NC=17.7、Nq =7.44、Ny=4．o，试确定地基的极

3限承载力，如果安全系数K =2.5，求地基承载力特征值。

一、填空题：1碎石 2小3群桩效应 4促降、顶升5收缩阶段、过度阶段、微缩阶段 6 上升型、波动型、下降型 7 地基处理、结构措施8 地基勘察、设计9 钻孔注浆型、打入型、射入型 10 喷浆型、喷粉型 11 5M 12 软弱地基、特殊地基 13承载力极限状态、正常使用极限状态 14 挡土、挡水 15 干封法、水下封底法 16 0.9 17 C20 18刚性桩、半刚性桩 柔性桩 19 建筑措施、结构措施、施工措施 20 条形基础、独立基础、箱型基础