西南石油大学高分子物理教案

1、西南石油大学教 案课程名称高分子物理任课教师何显儒院（系、部）材料学院教研室一高分子材料第。次课【教学内容】：绪论；1.1高分子链的近程结构；结构单元的化学组成； 【教学目标】介绍高分子物理所涉及的内容、研究方法、研究目标及本门课程的主 要内容组成及知识体系。介绍高分子科学的发展、重大成果及诺贝尔奖获 得者。使学生对本门课程的任务及在专业领域中的作用有更加明确的认识， 激发学生的科学兴趣。使学生掌握高分子分子链化学组成与性能间的关系，按照化学组成分 子链结构的分类。【教学重点】高分子物理课程的特点；分子链的化学组成；【教学难点】 化学组成与性能之间的关系【教学过程】结合PPT:高分子物理课程的

2、主要内容、主线、总体目标、重点章节 和参考资料（10min）;本课程教学内容及安排（10min）；高分子科学发展 史及诺贝尔奖获得者及主要成果（5min）;本门课程学习方法及在专业知识 体系中的作用（10min）;以实例：PVC为什么通常可做塑钢门窗，但又有 很多薄膜？引导学生明白结构对性能存在巨大影响，激发学生研究结构及 性能关系的兴趣，同时进一步明确学习本门课程的目标（10min）。介绍高分子材料的结构层次（5min）;讲授高分子链的化学结构及分类 （20 min）,化学结构对性能的影响（20min）。作业：阅读所提供英文教材前言部分，回答高分子的准确定义。第2次课【教学内容】：1.1高分

3、子链的近程结构；高分子链的构型；【教学目标】掌握构型的概念，几何异构、旋光异构、键接异构的概念，并理解这 些异构体与性能之间的关系。熟悉 Configuration、 Polymer chain structure Isotactic 、 Syndiotactic Atactic 等英文表达。【教学重点】构型的定义，构型与性能之间的关系。【教学难点】旋光异构的理解【教学过程】结合ppt:异构体的概念（2 min）;构型的定义（5 min）;几何异构的 定义及类型，举例说明其化学组成相同，不同异构体性能差异（20 min）;旋光异构的定义及类型及其与性能间的关系（25 min）;键接异构的定义及

4、 其与性能间的关系（18 min）;构造：支化与交联，形成原因，分类，对性 能的影响，表征方法，对性能的影响（13 min）,小结（2 min）。在教学过程中，专有名词第一次出现用中英文双语表达，后面的表达以英文为主。【习题】P329: 1第丑_次课【教学内容】：1.2构象构象的定义；高分子链的柔顺性；【教学目标】从单间内旋转的角度出发理解构象这一定义，掌握高分子构象改变 与柔顺性之间的关系。【教学重点】构象的定义，影响柔顺性的因素。【教学难点】构象的理解【教学过程】引入：长的铁丝自然放置，会出现什么形状？由此引出构象的定义 （2min）;单键的内旋转，播放动画，乙烷的构象，稳定构象数，丁烷的

5、构 象，丁烷的构象数，从而引出高分子稳定构象的数目，播放构象改变的动 画，加深理解（30min）。高分子的柔顺性：首先介绍定义，在讲解柔顺性 与材料性能的关系（20 min）。构象的影响因素，从内因和外因两个方面， 结合PPT,讲解时结合材料性能举例说明（35 min）。小结（3min）,着重强 调构型与构象的区别。作业：P329: 2、4、6、7第 6次课【教学内容】：1.2.3高分子链的构象统计均方末端距的几何计算法；均方末端炬的统计计算法；高分子链柔顺性的表征； 高分子链的均方旋转半径.【教学目标】了解均方末端距的几种算法，从而加深对高分子的柔顺性的进一步理 解。掌握均方末端距的定义。了

6、解柔顺性的表征方法。【教学重点】均方末端距的几何计算法。【教学难点】均方末端炬的统计计算法【教学过程】引入：一线团和铁丝为例比较两种不同柔顺性的物质，他们的末端距 有何差异，引出均方末端距的概念（2min）;从几种链模型出发分别计算其 末端距，进而引出旋转位垒与高分子链构象及均方末端距间的关系，从而 认识均方末端距实质是一种柔顺性的表征，播放各种末端距的动画（45min）。介绍高分子链柔顺性的表征参数（20 min）。介绍高分子均方末端炬 的统计算法（20 min）。小结（3min）。【教学内容】：2.1晶态聚合物结构晶体结构的基本概念；分子链在晶体中的构象；高聚物分子间的作用力。【教学目标】

7、了解空间点阵、晶胞和晶系等概念，理解分子链在晶体中的螺旋构象， 理解分子间作用力的类型和其和高分子聚集态之间的关系。【教学重点】分子间作用力的类型和其和高分子聚集态之间的关系。【教学难点】分子链在晶体中的螺旋构象。【教学过程】引入：从材料的宏观性能出发引出聚集态与分子间作用的关系（2min）。结合PPT介绍空间点阵、晶胞和晶系（25min）;高聚物分子间的作用力，内聚能密度的概念和测试方法 （30min）；分子链在晶体中的构象，从 能量的角度出发，分析分子链在晶体中何种构象能量最低，配合动画（30min）。小结 （3min）。作业：P329:第2章习题1、2第 7次课【教学内容】：2.1晶态聚

8、合物结构；高聚物结晶的形态学，单晶、球晶、树枝状晶、字晶、伸直链片晶、 纤维状晶和串晶等；非晶态聚合物结构。【教学目标】掌握单个晶粒的大小、形状以及它们的聚集方式，每种晶体的形成条件、 特点。研究晶体的方法。球晶大小对聚合物材料性能的影响及控制。【教学重点】单晶、球晶的形成条件和特点，球晶晶粒大小的控制及其对高分子材料性能的影响。【教学难点】单晶和球晶的特点及形成过程。【教学过程】引入：小分子的结晶条件是什么？由大分子体系的特点引入高分子结晶的特点和晶体形态的复杂性（3min）。单晶形成条件、形状；球晶的形成 条件、形状；树枝状晶、字晶、伸直链片晶、纤维状晶和串晶等；配合照 片讲解，并进行适当

9、的动力学和热力学分析（60 min）;球晶对高分子材料 性能的影响，球晶晶粒大小的控制措施（25 min）。小结（2min）。作业：P329: 3第二次课【教学内容】：2.1晶态聚合物结构；2.2非晶态聚合物结构高聚物结晶的研究方法，结晶度的概念、结晶度对高分子材料性能的 影响。高分子结晶态及非晶态结构模型。【教学目标】掌握结晶度的概念，高聚物结晶的研究方法，结晶度对高分子材料性 能的影响；了解高分子结晶态及非晶态模型以及每种模型存在的缺陷。【教学重点】结晶度的概念，结晶度对高分子材料性能的影响。【教学难点】高聚物结晶的研究方法。【教学过程】引入：以LDPE和HDPE为例引出结晶度大小对高分子

10、材料性能的 差异（3min）。结晶度概念及其测定方法，测定方法密度法、X射线衍射法、 量热法（25min）;结晶度大小对高聚物性能的影响，结晶高聚物的加工条 件一结构一性质的互相关系（25min）;聚合物的晶态结构模型：缨状胶束 模型（fringed micelle model）,折叠链结构模型，插线板模型（Switchboard model） （15min）;非晶态模型：无规线团模型，两相球粒模型（20min）; 小结（2min）。作业：P329: 4第 8次课【教学内容】：2.3高分子液晶；2.4高分子取向结构；2.5多组分聚合物 【教学目标】了解液晶的分子结构特征与分类，液晶的物理结构，

11、取向的概念，取 向的机理，取向态主要结构特征，聚合物取向度的表征，聚合物共混物的 概念及相态结构特点。【教学重点】液晶的分子结构特征与分类，取向态主要结构特征。【教学难点】液晶的分子结构特征。【教学过程】结合PPT以液晶显示技术为例引入高分子液晶态结构，介绍其结构 及性能特点，形成液晶结构的必要条件(35min);以DOPP为例介绍取向 结构的应用，分析取向机理，取向结构及其性能特点，取向度的测试方法 (30min);介绍高分子合金的广泛应用，简略介绍多组分高分子相态结构 特点，相态结构与性能间的关系，影响相态结构的因素(23min)。小结 (2min)。作业： P329: 5、7、8、11第

12、 10次课【教学内容】：3.1聚合物的溶解【教学目标】了解研究高分子溶液性质的意，高分子溶液性质的特点，溶解过程的 特点：非晶态聚合物的溶胀和溶解，交联聚合物的溶胀平衡，结晶聚合物 的溶解。理解溶解过程的热力学分析，掌握容度参数的定义，测定方法及 应用，溶剂的选择判据。【教学重点】溶解过程的热力学分析，容度参数的定义及应用，溶剂选择的判据。【教学难点】溶剂选择的判据。【教学过程】结合PPT,以修鞋用的胶黏剂为例，引出高分子溶液的应用，同时提 出问题，一种高分子，选择何种溶剂能将之溶解，溶解过程如何（3Min） ? 讲解研究高分子溶液的重要作用：在实际应用及在科学研究领域的应用。分类讲解非晶态聚

13、合物的溶胀和溶解，交联聚合物的溶胀平衡，结晶聚合 物的溶解（30Min）;溶解过程热力学，容度参数的定义，测定方法及应用 （30Min）。溶剂的选择判据；极性溶剂。非极性溶剂（25Min）。小结（2Min）作业：参阅自编辅助教材相关类容，用英文写出高分子与小分子溶解过程 的主要特点及差异。第二11 次课【教学内容】：3.2高分子稀溶液的热力学3.2.1 Flory-Huggins高分子溶液理【教学目标】了解高分子溶液与理想溶液的偏差；理解 Flory-Huggins高分子溶液理 论：晶格模型的假设条件，高分子溶液的混合嫡、混合始、混合自由能和 化学位的计算。掌握相互作用参数的定义。【教学重点】

14、Flory-Huggins高分子溶液理论的理解。【教学难点】高分子溶液的混合嫡的计算。【教学过程】结合PPT,分析高分子溶液与理想溶液的偏差（3Min ）。结合图示讲解 晶格模型（10Min）;分析混合过程的排列方式，即：微观状态数，由此计算 混合过程的嫡变（30Min）;由相互作用关系出发计算混合始，引出相互作 用参数的概念（20Min）,高分子溶液的混合自由能和化学位计算 （25Min）, 小结（2Min）。作业：P330: 2、3第次课【教学内容】：3.2高分子稀溶液的热力学3.2.2 Flory-Krigbaum 稀溶液理论【教学目标】了解Flory-Krigbaum理论的主要思想；掌

15、握热参数K1和嫡参数乎1的 概念，掌握由此计算过量偏摩尔混合热，过量偏摩尔混合嫡，过量化学位 的方法。掌握Flory温度、0状态的定义，0状态的物理意义。【教学重点】过量化学位的计算，0状态的定义，0状态的物理意义。【教学难点】0状态的物理意义的理解。【教学过程】结合PPT,介绍Flory-Krigbaum理论的主要思想：该理论认为高分子 稀溶液性质的非理想部分应该由两部分构成，一部分是由高分子链段间、 溶剂分子间以及链段与溶剂分子间相互作用不同引起的，主要体现在混合 热上；另一部分是由于高分子溶解在良溶剂中，高分子链段与溶剂分子的 相互作用远远大于链段之间的相互作用，使高分子在溶液中扩张，这

16、样， 高分子的许多构象不能实现，主要体现在混合嫡上（ 30Min）;过量偏摩尔 混合热，过量偏摩尔混合嫡，过量化学位的计算（30Min）; Flory温度、0 状态的定义，0状态的物理意义（25Min）。小结（5Min）。作业：P330: 4第二13 次课【教学内容】3.3高分子溶液的相平衡渗透压；相分离条件；【教学目标】理解高分子溶液渗透压的计算方法，相分离的类型、分离条件、相图 类型；掌握第二维利系数、高临界共溶温度、低临界共溶温度的定义。【教学重点】第二维利系数、高临界共溶温度、低临界共溶温度的定义。【教学难点】相分离条件的确定。【教学过程】结合PPT,介绍从溶剂的化学位出发计算高分子溶

17、液渗透压，导出第 二维利系数（45Min）;从热力学出发计算相分离条件，讲解相图类型、高 临界共溶温度、低临界共溶温度的定义（43Min）。小结（2Min）。作业:P330: 1、6、8【教学内容】3.4共混聚合物相容热力学共混聚合物相分离热力学；共混聚合物相分离动力学；【教学目标】理解共混聚合物相分离热力学，相分离的类型、相分离机理、分离条 件；理解共混聚合物相分离动力学，相分离过程。【教学重点】相分离的类型、相分离机理、相分离过程。【教学难点】相分离热力学的理解。【教学过程】结合PPT,从相图出发讲解共混聚合物相分离热力学、 相分离的类型、 相分离机理、计算相分离条件（50Min）;分析讲

18、解共混聚合物相分离动力 学、相分离过程，讲解不同分离条件形成不同相图的类型（ 35Min）。小结 （5Min）。作业:P330: 5、9第15次课【教学内容】3.5聚电解质溶液3.6高分子浓溶液【教学目标】掌握聚电解质溶液的概念，理解聚电解质溶液的特点及性质、产生不 同于普通溶液渗透压及流变性的原因，反离子对其性质的影响。了解高分 子浓溶液的应用，增塑剂的要求，种类和作用机理。【教学重点】聚电解质溶液的特点及性质、增塑剂的要求，种类和作用机理。【教学难点】聚电解质溶液特点的了理解。【教学过程】结合PPT,从聚电解质的应用出发讲解聚电解质溶液的概念、聚电解 质溶液的特点及性质、产生不同于普通溶液

19、渗透压及流变性的原因（35Min）;介绍高分子浓溶液的应用，讲解凝胶、冻胶的概念、以罗院士 的智能凝胶堵漏材料为例，引出冻胶及凝胶在石油行业的广泛应用，激发 学生学习性趣（20Min）;以PVC薄膜的制备为例讲解增塑剂的应用，讲解 其类型，作用机理及要求（33Min）。小结（2Min）。作业：查阅相关文献，讲述凝胶堵漏材料的作用机理。【教学内容】 4.1聚合物分子量的统计意义聚合物分子量及分布对性能的影响：聚合物分子量及分布研究的意义；【教学目标】了解常用的统计平均相对分子量；了解各种平均相对分子量之间的 关系；掌握分子量分布宽度的表示方法；了解研究分子量分布的方法。【教学重点】分子量分布宽度

20、的表示方法、各种平均相对分子量间关系的推导。【教学难点】分子量及其分布与高分子材料性能之间的关系。【教学过程】结合PPT,介绍常用的统计平均相对分子量的计算方法，从分布宽度 指数出发证明各种平均分子量之间的关系（45Min）;从两种情况讲述分子 量分布的研究方法（25Min）。从实例出发分析分子量及其分布与高分子材 料之间的关系（18Min）。小结（2Min）。作业：P330: 1思考题：问什么高分子存在多分散性，与聚合方法有关吗？第二6 次课【教学内容】 4.2高聚物分子量的测定端基分析法；渗透压法；光散射法。【教学目标】掌握端基分析法、渗透压法、光散射法测定分子量的原理，数据处理 方法，所

21、测得分子量的类型。了解这几种测试方法所用仪器的基本构造和 工作原理，误差来源和对样品的要求。【教学重点】端基分析法、渗透压法、光散射法测定分子量的原理。【教学难点】ZIMM作图法处理光散射法数据；误差来源和对样品的要求。【教学过程】结合PPT,从化学性质及高分子溶液热力学出发，推导端基分析法、渗透压法测定分子量的原理（25Min）;讲解数据处理方法，从平均分子量 的定义出发推导测得分子量的类型（5Min）;从散射光产生原理出发，推导 光散射法测定分子量的原理（25Min）,数据处理，ZIMM作图法（15Min）, 根据测试原理，对样品的要求，验证所测分子量为重均分子量（8Min）。简要介绍几种

22、分子量测试仪器的构成和工作原理（10Min）。小结（2Min）。作业：P330: 3、4、5、6【教学内容】 4.2高聚物分子量的测定粘度法4.3聚合物分子量分布的测定方法 分级方法；GPCB式法 【教学目标】掌握粘度法、GPCM定分子量的原理，数据处理方法，所测得分子量的 类型。掌握相对粘度，特性粘度等概念；了解这几种测试方法所用仪器的 基本构造和工作原理，误差来源和对样品的要求。掌握分子量分级的方法 沉淀、溶解及GPC分级；掌握分子量分布的测定方法。【教学重点】粘度法、GPC测定分子量及分布的原理。【教学难点】GPC测定分子量及分布的原理。【教学过程】结合PPT,从粘度的概念出发，引出相对

23、的定义，增比粘度、比浓粘 度、对数粘度、比浓增比粘度，特性粘度的概念；介绍粘度法测定分子力 量的原理，乌氏粘度计的组成计测试原理（35Min）。首先介绍GPC的构造, 由此讲解其分级原理及平均分子量的测定原理、测定分子量的范围、校正 曲线的得出并分析其存在的缺陷（35Min）,由此引出普适校正曲线，讲解 其理论依据，导出由GPC数据计算几种统计平均分子量的方法（15Min）。 小结：总结几种测定方法的特点及测量范围（5Min）。作业 ： P330： 1、 7、 8、 9第二19 次课【教学内容】 5.1聚合物分子运动的特点5.2粘弹性为的五个区域【教学目标】理解聚合物分子运动的温度依赖性，时间

24、依赖性及分子运动的多重性， 掌握松弛时间的定义；理解线性非晶态聚合物在模量-温度曲线上的五个区 域，每个区域的特点及分子运动机理。【教学重点】模量-温度曲线上的五个区域的特点及分子运动机理。【教学难点】五个区域的分子运动机理。【教学过程】由尼龙晾衣绳随着时间而伸长的现象引出高分子分子运动与小分子运动的不同（3Min）;结合PPT及动画，讲解聚合物分子运动的温度依赖性， 时间依赖性及分子运动的多重性，引出松弛时间的定义（ 35Min）;讲解线 性非晶态聚合物在模量-温度曲线上的五个区域的界定，每个区域的特点及 分子运动机理（35Min）;讨论如果聚合物交联会如何（7Min） ?半结晶聚 合物会如

25、何（8Min） ?小结（2Min）。【教学内容】5.3玻璃-橡胶转变行为玻璃化转变温度Tg的测定；玻璃化转变理论；【教学目标】了解玻璃化转变温度Tg的测定方法和原理；了解玻璃化转变的粘度理论、热力学理论；掌握玻璃化转变的自由体积理论，WLF方程的导出；理解玻璃化转变不是热力学相转变的原因。【教学重点】璃化转变温度Tg的测定方法、玻璃化转变的自由体积理论。【教学难点】玻璃化转变不是热力学相转变的原因。【教学过程】由橡胶和塑料宏观不同性质的不同引出玻璃花转变温度的工程意义（3Min）;结合PPT,讲解璃化转变温度Tg的测定方法和原理（30Min）;介绍聚合物玻璃化转变的粘度理论、热力学理论，分析为

26、什么玻璃化转变不是热力学二级相转变（25Min）;讲解玻璃化转变的自由体积理论，推导WLF 方程（30Min）;小结（2Min）。作业：P331 : 4、5、6、7第二0_次课【教学内容】5.3玻璃-橡胶转变行为影响玻璃化转变温度Tg的因素；次级松弛转变；【教学目标】理解影响玻璃化转变温度 Tg的因素；了解玻璃花转变以下的次级松 弛转变及其机理。【教学重点】影响玻璃化转变温度Tg的因素。【教学难点】次级松弛转变的分子机理。【教学过程】由PMMA和NR两种物质在室温下表现出不同性能，前者是塑料后者是橡胶橡胶和塑料，引出分子结构对玻璃化转变温度 Tg的影响（3Min）; 讲解影响玻璃化转变温度Tg的各种因素（55Min）;介绍玻璃花转变以下的 次级松弛转变及其分子机理（30Min）;小结（2Min）。第上L次课【教学内容】5.4结晶行为和结晶动力学高分子结构与结晶的能力；结晶速度；【教学目标】理解高分子结构与结晶的能力之间的关系；了解结晶速度的影响因素 及测试方法。【教学重点】高分子结构与结晶的能力之间的关系。【教学难点】高分