物理学本科专业

1、物理学本科专业热学课程教学大纲一、热学教学大纲二、热学实验教学大纲三、普通物理综合设计性实验教学大纲热学课程组二 00 三年九月热学教学大纲热学是四年制本科物理学专业必修的专业基础课程。本课程的教学目的是：1、通过本课程的教学，应使学生掌握热学的基础理论、基础知识和基本技能；认识物质热运动形态的特点、规律和研究方法。2、了解温度和热的测量原理和方法；明确热力学和分子运动论的基 本原理。3、能正确理解中学物理热学部分的教学内容，能解决中学物理教学 中遇到的热学问题。4、为学生进一步学习热力学与统计物理学、固体物理等后继课程打 下良好的基础。本课程总学时为54学时，其中讲授48学时，习题课6学时。

2、下表是 各章学时分配，仅供参考。学时分配表早节内容学时引言1-一一温度和基本热现象3二二气体分子运动论的基本概念6三气体分子热运动的速率和能量的统计分布律6四气体内的输运过程4五热力学第一定律12六热力学第二定律10七固体2八液体4九相变6备注：下面是大纲内容，括弧内是：讲授学时 +习题课学时。大 纲 内 容引 言（1 学时）要求：（ 1） 、简要介绍热学的研究对象和研究方法以及热学在近代科学技术和日常生 活上的应用。 指出热运动与机械运动的区别， 介绍热力学系统的宏观描 述和微观描述。（ 2） 、扼要介绍热学发展简史，说明生产力的发展与热学发展之间的关系。一、温度和基本热现象（ 3+0 学时

3、）1、平衡态 状态参量2、温度和温标 几种常用的温度计3、物态方程 理想气体 理想气体状态方程 要求：1）、阐明平衡态的概念，指出热力学平衡与力学平衡的区别和联系。2）、从热力学第零定律引入温度概念。 着重介绍理想气体温标， 指出经验温标 对测量物质及其物理属性的依赖性。 简要介绍热力学温标与理想气体温标 的一致性，以便能够在本课程一开始就使用热力学温标。3）、在中学知识基础上， 复习气体的实验定律， 建立理想气体模型， 推导理想 气体状态方程，加深对理想气体的认识。二、气体分子运动论的基本概念（ 5+1 学时）1、物质的微观模型2、理想气体的微观机制 理想气体压强公式3、理想气体分子的平均动

4、能 温度的微观解释要求：1）、说明气体分子运动论的三个基本观点， 介绍分子作用力和相互作用能曲线 以及常用到的两种分子简化模型。2）、从微观观点阐明气体压强的起因， 导出压强公式和借助于气态方程导出气 体分子平均平动动能公式。解释压强和温度的统计意义。- 3 -三、气体分子热运动的速率和能量的统计分布律（ 5+1 学时）1、气体分子的速率分布律2、气体分子速率分布的实验测定3、麦克斯韦速度分布律4、玻尔兹曼分布律 重力场中微粒按高度的分布5、能量按自由度均分定理6、气体的内能 理想气体的内能和热容量 经典理论的缺陷 要求：1）、熟练掌握分布函数的概念和麦克斯韦速率分布定律。介绍并推导 三种特殊

5、速率。 说明速率分布定律的统计规律性， 指出统计规律与力 学规律的区别。（2）、介绍测定分子束分子速率分布实验的原理，指出在平衡态下气体 分子速率分布的规律。（3）、理解自由度的概念和能量按自由度均分定理。说明气体内能的微 观意义。导出计算理想气体内能公式。了解能量均分定理的局限性。（4）、掌握等温大气压强公式，了解玻尔兹曼分布。四、气体内的输运过程（ 4+0 学时）1、气体分子的平均自由程2、粘滞现象的宏观规律及其微观解释3、扩散现象和热传导现象4、真空技术简介 要求：1）、运用分子刚球模型介绍分子碰撞频率及平均自由度的概念。导出 碰撞频率及平均自由程公式。 对平均自由程公式中的系数不作严格

6、 推导。2）、介绍气体扩散、粘滞现象和热传导的宏观规律。3）、以粘滞现象的微观解释为例，说明用微观观点解释和推导输运过 程宏观规律的方法， 导出粘滞系数， 介绍扩散系数和热传导系数。 说 明三个系数公式中的数值系数仅有数量级的意义，并与实验进行比 较，指出理论的正确性和近似性。五、热力学第一定律（ 10+2 学时）1、热力学过程功和热量2、热传递3、态函数内能热力学第一定律4、准静态过程5、热容量 焓6、热力学第一定律对理想气体的应用7、循环过程及卡诺循环8、热机和致冷机它们的工作循环 要求：（ 1） 、阐明功、热量和内能三个概念的含义及三者的区别。（ 2） 、扼要介绍热传递的三种方法。（ 3

7、） 、使虚伪声掌握热力学第一定律的意义及其数学表达式，指出第一类永 动机不可能造成。（ 4） 、阐明准静态过程的概念，介绍计算准静态过程的功的公式及功的图线 表示法。（ 5） 、通过热力学第一定律对理想气体的等容、等压、等温、绝热等四个过 程的应用，使学生掌握应用热力学第一定律分析热力学过程的基本方法。（ 6） 、介绍循环过程的一般概念和正循环的热机效率及逆循环的致冷系数的 定义式，着重分析卡诺循环并推导理想气体准静态过程的卡诺循环效率公 式。六、热力学第二定律（ 8+2 学时）1、热力学第二定律2、实际宏观过程的不可逆性3、卡诺定理4、热力学温标5、熵 熵增加原理6、热力学第二定律的统计意义

8、要求：1） 、阐明热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯表述。论证两种表 述的一致性。指出第二类永动机是不可能造成的。2）、介绍可逆过程、不可逆过程的概念。通过摩擦生热、热传导、气 体自由膨胀的实例指出与热现象有关的实际宏观过程的不可逆性。3）、介绍卡诺定理，并根据热力学第一、二定律加以证明。4）、介绍热力学温标，突出其不依赖于任何测温物质。明确热力学温 标与理想气体温标的一致性， 从而能够在一定范围内使用气体温度计 测定热力学温标。5）、由克劳修斯等式引出态函数熵。介绍热力学第二定律的数学表达 式。由克劳修斯不等式推证熵增加原理。6）、通过气体自由膨胀的微观过程，分析揭示实际宏观过程的不可逆

9、的原因，从而阐明热力学第二定律的统计意义。七、固体（ 2+0 学时）1、晶体 晶体的空间点阵2、晶体中粒子的结合力和结合能3、固体的热运动 热容量 热膨胀要求：1）、介绍晶体粒子间四种典型的结合力及其普遍特征。 粒子间相互作用能 的一般形式及其相互作用能曲线。从微观观点定性解释晶体的弹性。2）、介绍晶体粒子的热振动和热缺陷的产生和运动， 从分子运动论的观点推导固体的热容量，并定性解释热传导、热膨胀和热扩散等现象。八、液体（ 4+0 学时）1、液体的微观结构液晶2、液体的彻体性质3、液体的表面张力4、球形液面内外压强差5、毛细现象要求：（ 1） 、介绍液体的微观结构和一般性质（ 2） 、阐明表面

10、张力和表面张力系数，推导单位面积液面的内能公式，给出 任意弯曲液面内外压强差的公式， 介绍润湿和不润湿的概念， 推导毛细管 公式。九、相变（ 6+0 学时）1、单元系一级相变的普遍特征蒸发和沸腾 饱和蒸汽压2、克拉伯龙方程3、气液相变4、范德瓦尔斯等温线 对比物态方程5、固液相变6、固气相变 三相图要求：1） 、说明“相”“相变”和相变潜热的概念，介绍相变潜热的一般公式。导 出克拉伯龙方程，运用它解有关潜热的问题。2） 、阐明饱和蒸汽压的概念以及沸腾和蒸发的区别。3）、用 P-T 图说明二相转变和两相平衡曲线。汽化曲线、溶解曲线、升华 曲线。三相点，水的三相点。学生必读书目1 、李椿，章立源，

11、钱尚武。热学。北京：高等教育出版社。 19992 、吴瑞贤，杜定旭，杨友梅。热学教程。成都：四川大学出版社。19863 、肖国屏。热学。北京：高等教育出版社。 19894 、秦允豪。热学。南京：南京大学出版社。 1990学生参考书目1 、梁绍荣等。普通物理学（第 2 卷）。北京：高等教育出版社。 19852 、黄淑清，聂宜如，申先甲。热学教程。北京：高等教育出版社。19853 、顾建中。热学教程。北京：高等教育出版社。 19834 、罗蔚茵，许煜寰。热学基础。广州：中山大学出版社。19905 、徐行。热学。北京：高等教育出版社。 19906 、张玉民，阮耀钟。热学。北京：高等教育出版社。199

12、17 、李洪芳。热学。上海：复旦大学出版社。 19948 、李平。热学。北京：北京师范大学出版社。 19879 、包科达。普通物理学（热学） 。北京：北京大学出版社。 199010 、赵凯华，罗蔚茵。热学。北京：高等教育出版社。199811 、R.瑞斯尼克，D.哈里德著。物理学（第一卷第二分册）。北京：科学出版社。 198012 、F.W.Sears等著。郭泰运等译。大学物理学（第二分册）。北京：人民教育出版社。 1979、热学实验教学大纲一、课 程 说 明热学实验是四年制物理学专业第二学期开设的基础物理实验。 本实验目的 是加深对热传导、 热膨胀、 相变等热现象以及液体表面现象规律的认识，

13、掌握温 度、压强等重要热参量的测量方法， 学会正确使用温度计、 气压计、 量热器等热 学仪器，在量热中懂得进行系统误差的修正。热学实验总课时为 18 学时，每个实验 3 学时，下面列出 8 个实验，选做其 中 6 个实验。本课程的考核方式：考查（平时占 40%，期末操作考查占 30%， 书面考查占 3%）。二、课 程 内 容实验一 验证玻马定律（ 3 学时）【实验目的】：1、学习使用气体定律实验仪。2、验证玻马定律。3、掌握福廷式气压计的使用方法。【实验内容】：验证玻马定律，评价实验结果【主要仪器】：玻马定律实验仪、气压计、水准器 实验二 混合法测定固体的比热（ 3 学时） 【实验目的】：1、

14、掌握基本的量热方法混合法。2、测定金属的比热。3、学习热学实验中热散失的修正。实验内容】：1、采用混合法测定铁的比热。2、利用温升曲线进行热散失的修正。 主要仪器】：量热器、温度计、物理天平、秒表、铁球、加热器 实验三 冰的溶解热的测定（ 3 学时） 【实验目的】：1、掌握测定冰的溶解热的方法。2、学会用图解法作热散失修正。 【实验内容】：1、测定冰的溶解热。 2、作温升曲线，进行系统误差的修正。【主要仪器】： 量热器、温度计、物理天平、冰、热水、滤纸、秒表实验四 水的汽化热的测定（ 3 学时） 【实验目的】：1、测定水在大气压下的汽化热。 2、学习用类比法修正误差。【实验内容】： 测定水的汽

15、化热及计算其标准不确定度【主要仪器】： 蒸气发生器、电热器、量热器、冷凝器、物理天平、蒸馏水、温度计、蒸气 过滤器、量筒实验五 拉脱法测定液体表面张力系数（ 3 学时） 【实验目的】：1、学习焦利氏秤的使用方法。2、测定液体的表面张力系数。【实验内容】： 1、测定弹簧的弹性系数。 2、拉脱法测定水的表面张力系数。【主要仪器】： 焦利氏秤、金属框、砝码、烧杯、蒸馏水、温度计、游标卡尺实验六 金属线胀系数的测定（ 3 学时）【实验目的】： 掌握线胀系数的一种测定方法。【实验内容】： 用百分表测定金属棒的线胀系数。【主要仪器】： 立式线胀仪、百分表、米尺、蒸气发生器、加热器、温度计实验七 热功当量的

16、测定（ 3 学时）【实验目的】： 观察热与功的转换现象，测定热功 当量。【实验内容】：测定热功 当量， 并与标准值比较，计算测量误差。【主要仪器】：米尺热功当量测定仪温度计（050°C, 1 /10分度） 天平游标卡尺 量筒实验八 良导体导热系数的测定（ 3 学时）【实验目的】：1 、用稳定流动法测定铜的导热系数。 2、学习用温差电偶测量温度的方法。【实验内容】：1、在稳定流动的条件下测量铜的导热系数2、利用热电偶测量试件两端的温度差。【主要仪器】： 导热系数测定仪、恒水位器、温度计、铜康铜温差电偶、灵敏电流计、电阻箱、物理天平三、教 材 与 参 考 书 目1 杨述武. 普通物理实验

17、 . 高等教育出版社 . 20002 林抒、龚镇雄 . 普通物理实验 . 人民教育出版社 . 19813 凌佩玲等 . 普通物理实验 . 上海科学技术文献出版社 . 1989陆申龙，郭有思 . 热学实验 . 上海科学技术出版社 . 1988- 9 -三、普通物理综合设计性实验教学大纲本课程是普通物理实验的继续，是为了改变长期以来，基础物理实验 教学模式单一，教学内容陈旧，教学方法过死，学生只要按教材上的步聚去做， 就能成功地测到数据， 完成实验。也是为了进一步加强和提高学生的实验动手能 力，独立思考能力，分析和解决实际问题的能力而开设的。本课程所采用的仪器设备主要是美国 PASCO 公司生产的

18、物理实验系统， 说明书， 实验指导书均是英语的， 要求学生有一定的英语阅读能力， 该实验系统 可以根据需要自由组合， 也可以根据需要自制一些配件和选用一些国内的基础物 理实验仪器进行实验。本课程安排的第 5 学期开设，总学时 18学时。 本课程的实验内容是开放性的，内容可以是实验指导书上的，也可以是国 内普物实验教材上的， 也可以是杂志上发表的或是自已设想的， 但要在物理实验 室有相应的仪器设备的前提下做。 基本内容框架包括： 力学实验系统、 热学实验 系统、电学实验系统、光学实验系统等以及它们之间的有机合理的组合。基本要求：1为了能让学生更快地掌握整个操作系统“data studio”系统软件的使用功能，开始 2个实验要求可适当降低， 物理上容易实现的、 比较简单的实验。 老 师除了介绍一下仪器设备和操作系统以外，不介绍实验原理和步骤。2、要求学生自己选题， 自己确定实验的内容和深度， 自己动手动脑去设计 和完成实验。要求学生多问本实验的目的是什么？要测哪些物理量？3、实验内容确定后，应主动与实验指导教师讨论，征得指导教师的同意。4、着重对物理现象的观察、 分析和研究， 帮助学生从实验上深入理解物理 规律。5、特别注意科学性与趣味性相结合， 充分调动学生的学习积极性和创新精 神。6、由于实验过程由计算机进行控制和数据采集， 实验