热学教学大纲.doc

热学教学大纲第一部分：使用说明一、课程编号：二、课程性质与特点：热学是研究物质热运动及其有关性质和规律的学科。热学课程主要讲授热力学基础、分子动理学理论、液体的性质及相变。热学一般不考虑系统的机械运动，它研究的注意力指向系统内部，这是与经典力学不同的。热力学是研究物质热运动的宏观理论，具有普适性与可靠性，适用于自然界的一切宏观系统。分子动理学是在微观模型的假设下，利用力学规律和概率论研究物质热运动的微观理论，其结论要接受实验的检验。热学现象与生活、生产及工程技术，与天文、气象、化学、生物、地质、地理等现象有着密切的联系，热学规律有着广泛的应用。三、在专业教学计划中的地位和作用：热学是物理学专业的必修课程，是热力学与统计物理、固体物理等课程的重要基础。通过热学课程的学习使学生掌握热学的基础知识、掌握热现象的分析方法，培养学生的科学思维方法，特别是学生的物理学思想，并为后继课程打好扎实的基础。培养学生运用热学理论去分析物理现象，解决实际问题，以加深对物理规律的认识，活跃学生的思想，激发学生的学习兴趣，培养学生分析与解决实际问题的能力，提高学生的科学素质。四、教学目的：建立巩固的热物理理论基础，掌握热学现象的分析方法，培养科学的思维方法，特别是物理学的思想，为后继课程打好基础。注意运用物理理论去分析实际问题和物理现象，以加深对物理规律的理解和巩固，活跃学生的思想，激发学生的学习兴趣，培养学生分析与解决实际问题的能力。引导学生开展问题的研究和讨论，加强科学素质的培养。培养学生事实求是的科学态度和辩证唯物主义的世界观。五、学时与学分本课程总计72学时，4学分，每周4学时。六、教学方法：课堂讲授。教师在传授知识时，应注意进行启发式教学。应着重物理概念和物理思想的讲述，让学生学会提出问题、假设、解决问题的思路和关键，探其究竟，抓住重点。课堂讨论。引导和督促学生积极思考，主动探索，深入理解基本概念、原理和规律，培养学生独立思考能力、自学能力、分析问题、解决问题的能力和创造性思维能力。七、考核方式：考试课程。平时考核与期末考试相结合。平时考核：出勤占10%，作业占10%。期末考试（闭卷）：成绩占80%。八、教材及主要参考书目：（一）教材秦允豪，普通物理学教程 热学（第二版），高等教育出版社，2004年6月。（二）参考书目1 李椿、章立源，热学，人民教育出版社，1978年9月2 张三慧，大学物理学热学（第二版），清华大学出版社，1999年7月3 赵凯华、罗蔚茵，新概念物理教程：热学，高等教育出版社，1998年2月 第二部分：课程内容第一章 导论教学目的与要求：了解热学的研究对象和研究热学问题的方法；理解平衡态的概念；理解热力学第零定律的意义，理解温度概念及理想气体温标；掌握理想气体状态方程及应用；理解理想气体微观模型；理解理想气体压强的意义与公式；理解温度的微观意义；了解分子间作用力及分子间相互作用势能曲线；理解范德瓦尔斯方程及各修正项的物理意义。教学方法：课堂讲授与讨论相结合。课堂上注意引导、启发学生思维，适当进行习题练习和思考题的讨论，培养学生思维的灵活性和深刻性。教学重难点：平衡态、热力学平衡、热力学第零定律与温度的意义，理想气体温标，理想气体微观模型，理想气体压强及温度的微观意义，理想气体状态方程，范德瓦尔斯方程。教学时数：12主要教学内容： 第一节 宏观描述方法与微观描述方法一、 热学的研究对象及其特点二、宏观描述方法与微观描述方法第二节 热力学系统的平衡态一、热力学系统二、平衡态与非平衡态三、热力学平衡第三节 物态方程一、物态方程二、理想气体物态方程三、混合理想气体物态方程第四节 温度与温度计一、温度二、热力学第零定律三、温标与理想气体温标 第五节 物质的微观模型 一、物质由大数分子组成二、分子热运动的例证扩散、布朗运动与涨落现象三、分子间的吸引力与排斥力第六节 理想气体微观描述的初级理论一、理想气体微观模型二、分子碰壁数 三、理想气体压强公式 四、温度的微观意义第七节 分子间作用力势能与真实气体状态方程一、分子间相互作用势能曲线二、分子碰撞有效直径三、范德瓦耳斯方程第二章 分子动理学理论的平衡态理论教学目的与要求：掌握速率分布概率密度（速率分布函数）的意义，掌握麦克斯韦速率分布；理解速度空间、麦克斯韦速度分布，了解从麦克斯韦速度分布导出麦克斯韦速率分布；了解气体分子碰壁数的应用；了解等温大气压强公式与玻耳兹曼分布；掌握能量均分定理。教学方法：课堂讲授与讨论相结合。适当进行课堂习题练习与思考题的讨论，培养学生的思维能力。教学重点：速率分布概率密度（速率分布函数）、麦克斯韦速率分布与能量均分定理。教学时数：16主要教学内容： 第一节 概率论的基本知识 一、伽尔顿板实验二、等概率性与概率的基本知识三、平均值及其运算法则第二节 麦克斯韦速率分布一、速率分布概率密度（速率分布函数）二、麦克斯韦速率分布第三节 麦克斯韦速度分布一、速度空间二、麦克斯韦速度分布三、从麦克斯韦速度分布导出速率分布第四节 气体分子碰壁数及其应用一、由麦克斯韦速度分布导出气体分子碰壁数及气体压强公式二、泻流及其应用的简单介绍第五节 外力场中自由粒子的分布与玻耳兹曼分布一、等温大气压强公式二、玻耳兹曼分布第六节 能量均分定理一、理想气体热容二、自由度与自由度数三、能量均分定理第三章 输运现象与分子动理学理论的非平衡态理论教学目的与要求：理解粘性现象、热传导现象和扩散现象所遵循的宏观规律及其输运性质，理解理想气体三种输运现象的微观解释；掌握分子间平均碰撞频率和气体分子平均自由程的概念；了解气体输运系数的导出；了解稀薄气体中的输运过程。教学方法：课堂讲授。注意引导学生从宏观和微观两方面理解三种输运现象。教学重点：粘性现象、热传导现象和扩散现象所遵循的宏观规律，理想气体三种输运现象的微观解释，分子间平均碰撞频率，气体分子平均自由程。教学时数：12主要教学内容： 第一节 粘性现象的宏观规律一、牛顿粘性定律 层流第二节 扩散现象的宏观规律一、菲克定律第三节 热传导现象的宏观规律一、傅里叶定律第四节 气体分子平均自由程一、碰撞（散射）截面二、分子间平均碰撞频率三、气体分子平均自由程第五节 气体输运系数的导出一、气体粘性系数的导出二、气体热传导系数与扩散系数三、与实验结果的比较第六节 稀薄气体中的输运过程一、稀薄气体的特征二、稀薄气体中的热传导现象第四章 热力学第一定律教学目的与要求：理解准静态过程、可逆过程和不可逆过程；掌握功、热量、内能的物理意义及其计算；掌握热容量的物理意义；了解焓的概念和应用；掌握热力学第一定律及其对理想气体各种过程的应用；理解热机的基本原理，掌握循环过程热机效率的计算；了解制冷机与制冷系数，了解焦耳汤姆孙效应。教学方法：课堂讲授与讨论相结合。进行课堂习题练习与思考题的讨论，培养学生思维的灵活性和深刻性。教学重点：功、热量、内能的物理意义及其计算；热容量的定义及物理意义；热力学第一定律及其对理想气体各种过程的应用；循环过程热机效率的计算教学时数：12主要教学内容： 第一节 可逆与不可逆过程 一、准静态过程 二、可逆与不可逆过程 第二节 功和热量 一、功是力学相互作用下的能量转移 二、体积膨胀功 三、其它形式的功 第三节 热力学第一定律 一、能量守恒与转换定律二、内能定理第四节 热容与焓一、定体热容与内能二、定压热容与焓第五节 第一定律对理想气体的应用一、理想气体内能 焦耳实验二、理想气体的等体、等温、等压过程三、绝热过程四、多方过程第六节 热机一、热机二、卡诺热机第七节 焦耳汤姆孙效应与制冷机一、制冷循环与制冷系数二、焦耳汤姆孙效应三、气体压缩式制冷机原理第五章 热力学第二定律与熵教学目的与要求：理解热力学第二定律的两种表述及其实质，知道如何判断可逆与不可逆过程；理解热力学第二定律的实质及其与第一定律、第零定律的区别；理解卡诺定理与热力学温标；理解熵的概念与熵增加原理；了解热力学第二定律的数学表达式；了解熵的微观意义及玻耳兹曼关系。教学方法：课堂讲授。引导学生深刻理解热力学第二定律的实质。通过介绍宏观状态与微观状态的关系来阐述熵的微观意义与玻耳兹曼关系，加深对熵概念的认识。教学重点：热力学第二定律的两种表述及其实质，热力学第二定律的实质，与第一定律、第零定律的区别，熵的概念与熵增加原理教学时数：12主要教学内容：第一节 热力学第二定律的表述及其实质一、热力学第二定律的两种表述及其等效性二、利用四种不可逆因素判别可逆、不可逆三、热力学第二定律的实质 第二定律与第一定律、第零定律的比较第二节 卡诺定理一、卡诺定理二、热力学温标第三节 熵与熵增加原理一、克劳修斯等式二、熵和熵的计算三、熵增加原理四、热力学第二定律的数学表达式五、宏观状态与微观状态六、熵的微观意义 玻耳兹曼关系第六章 液体与相变教学目的与要求：了解表面张力与表面能；掌握球形液面附加压强及其运算；理解润湿与不润湿以及毛细现象；理解相与相变的概念，了解汽化与凝结的物理现象，了解真实气体等温线和范德瓦耳斯等温线；了解一级相变和连续相变的特征；了解固液、固气相变；了解相图与克拉珀龙方程。教学方法：课堂讲授。教学中注意与自然现象、与日常