《高分子物理》课程教学大纲

1、高分子物理课程教学大纲英文名称：Polymer physics课程类型：专业技能课课程要求：必修学时/学分：40/2.5适用专业：高分子材料工程技术 一、课程性质与任务高分子物理学是高分子材料工程技术专业的重要的学科基础课。通过本门课程的学习，重点掌握高分子的结构和性能与分子运动之间的内在联系，掌握高分子物理的基本理论，从而为后续专业课程的学习打下坚实的理论基础，并为高分子材料的合成、加工、应用、改性、性能测试、选材等提供理论依据，进而指导生产实践。结合本门课程的实验，培养学生分析和解决实际工程技术问题的能力，提高学生创新能力。二、 课程与其他课程的联系先修课程：无机化学、分析化学、有机化学、

2、物理化学、高分子化学。后续课程：高分子材料成型加工原理、材料科学与工程基础、高分子材料研究方法、专业外语以及高分子材料相关方向的其它专业课程和实践课程。本课程在先修课程的基础上才能更好的被理解和掌握，同时也是后续学科基础课、专业课以及实践教学课程的理论基础课程，只有高分子物理的理论掌握透彻了，其他专业课才能容易被理解，并为高分子材料的合成、加工、选材、应用、改性、性能测试等提供理论依据。三、课程教学目标 1. 使学生清楚高分子的特点，了解高分子材料的广泛应用，明确学习高分子物理的重要性及重要意义，提升自主学习高分子物理的意识和自主学习能力。2.透彻学习高分子材料结构各方面的内容，包括分子链的机

3、构和聚集态结构，培养学生明确结构决定性能、结构是分子运动基础的观点，使学生具有设计新型结构聚合物的意识和初步能力。3.了解高分子溶解过程的基本特点，掌握溶剂选定的基本原则，理解似晶格模型理论的要点，掌握高分子溶液与理想溶液热力学性质的本质区别，培养学生灵活选择聚合物的良溶剂、配制聚合物溶液的能力。4.掌握聚合物分子运动的基本特点，掌握聚合物的三种力学状态及二个转变，重点掌握聚合物玻璃化转变的物理本质和影响玻璃化转变温度的各种因素，掌握聚合物结晶和熔融过程的物理本质，重点掌握聚合物结晶动力学的相关知识和影响聚合物熔点的各种因素。培养学生在聚合物结构的基础上深层次理解聚合物分子运动规律的能力。5.

4、学习高分子材料性能方面的内容。5-1.掌握高弹形变的基本特征，了解橡胶弹性热力学方程的推导过程，重点掌握高弹形变的物理本质，熟练掌握交联橡胶的状态方程，掌握热塑性弹性体的基础知识。5-2.灵活学习聚合物的黏弹性，掌握聚合物的力学松弛现象（粘弹现象）、能够通过简单的数学模型来理解各种力学松弛现象的物理本质。重点掌握时温等效原理的含义和WLF方程的应用。5-3.结合实际例子学习聚合物的屈服和断裂。重点掌握晶态和非晶态聚合物的典型的应力-应变曲线，理解聚合物屈服的机理，熟悉聚合物增强和增韧的基本理论和基本方法。5-4.掌握牛顿流体、非牛顿流体、聚合物熔体切粘度的定义；理解聚合物熔体或浓溶液的流动曲线

5、的类型；重点掌握熔体流动指数和聚合物流动曲线的测定方法和操作过程。通过对高分子材料性能内容的学习，培养学生测试分析聚合物的主要宏观性能的能力，培养学生把知识融会贯通的能力，提高学生创新能力。四、教学内容、基本要求与学时分配序号教学内容教学要求学时教学方式对应课程教学目标1 高分子物理概论1. 高分子科学的诞生与发展2. 高分子物理研究内容的主线1.了解高分子材料的广泛应用，了解高分子科学的诞生与发展。2.明确学习高分子物理的重要性，清楚高分子物理研究的主要内容。3.使学生明确学习高分子物理的重要意义，提升自主学习高分子物理的意识。2 讲授1 2一、 高分子链的结构1.1化学组成、构型、构造和共

6、聚物的序列结构1.1.1结构单元的化学组成1.1.2高分子链的构型1.1.3分子构造1.1.4共聚物的序列结构1.1.5研究高分子链的主要方法1.2构象1.2.1微构象和宏构象1.2.2高分子链的柔性1.2.3高分子链的构象统计1.2.4晶体、熔体和溶液中的分子构象1.重点掌握高分子链的近程结构相关概念、分类，明确近程结构对聚合物性能的影响。2.重点掌握链段的定义、高分子链的柔顺性的影响因素等知识。3.掌握高分子链的构象统计方面的基础知识，了解高分子链柔顺性的定量表示方法。4.掌握晶体、熔体和溶液中的分子构象。4讲授23 二、高分子的凝聚态结构2.1晶态聚合物结构2.1.1基本概念2.1.2聚

7、合物的晶体结构和研究方法2.1.3聚合物的结晶形态和研究方法2.1.4晶态聚合物的结构模型2.1.5结晶度和晶粒尺寸、片晶厚度2.2非晶态结构2.3 高分子液晶2.4聚合物的取向结构2.5高分子合金的形态结构1.理解聚合物结晶的基本特点。2.重点掌握不同形态的聚合物晶体的形成条件，掌握球晶的光学特征。3.掌握结晶度、取向度等基本概念，明确取向和结晶对聚合物性能的影响。4.理解晶态聚合物和非晶态聚合物的结构模型，了解液晶高分子和多组分聚合物的基本常识。8 讲授24三、高分子溶液3.1聚合物的溶解3.1.1溶解过程的特点3.1.2溶解过程的热力学分析3.1.3溶剂对聚合物溶解能力的判定3.2柔性链

8、高分子溶液的热力学性质3.2.1Flory-Huggins格子模型理论3.2.1Flory-Krigbaum理论3.3高分子溶液的相平衡1.熟悉高分子溶解过程的基本特点，掌握溶剂选定的基本原则。2.熟悉似晶格模型理论的要点，掌握高分子溶液与理想溶液热力学性质的本质区别，重点掌握条件的物理本质。3.了解高分子渗透压的基本定义和相分离的基本过程。4.要求能够根据所学溶剂选择的原则灵活选择聚合物的良溶剂、配制聚合物溶液。4讲授34四、聚合物的分子量和分子量分布4.1聚合物分子量的统计意义4.1.1聚合物分子量的多分散性4.1.2统计平均分子量4.1.3分子量分布宽度4.1.4聚合物分子量的分布函数4

9、.2聚合物分子量的测定方法4.2.1端基分析4.2.2沸点升高、冰点降低4.2.3渗透压4.2.4光散射4.3聚合物分子量分布的测定方法1.掌握聚合物分子量的统计意义及计算。2.掌握聚合物分子量的测定方法；重点掌握粘度方法测定聚合物分子量的基本原理、操作过程和数据处理方法。3.理解GPC方法测定聚合物分子量和分子量分布的基本原理。4讲授26五、聚合物的分子运动和转变5.1聚合物分子运动的特点5.2粘弹行为的五个区域5.3玻璃-橡胶转变行为5.3.1玻璃化温度的测定5.3.2玻璃化转变理论5.3.3影响玻璃化温度的因素5.3.4玻璃化温度以下的松弛-次级松弛5.4结晶行为和结晶动力学5.5熔融热

10、力学1.掌握聚合物分子运动的基本特点，熟悉聚合物的三个转变区及其物理本质。2.重点掌握聚合物玻璃化转变的理论及测定方法，掌握影响玻璃化转变温度的各种因素。3.掌握聚合物结晶和熔融过程的物理本质，理解聚合物结晶动力学的相关知识，掌握影响聚合物熔点的各种因素及其测定方法。4讲授47六、橡胶弹性6.1 形变类型及描述力学行为的基本物理量6.2 橡胶弹性的热力学方程6.3 橡胶弹性的统计理论6.4 热塑性弹性体1.掌握形变类型及描述力学行为的基本物理量。2.掌握高弹形变的基本特征，了解橡胶弹性热力学方程的推导过程，重点掌握高弹形变的物理本质。3.了解橡胶弹性统计理论的基本要点，熟练掌握交联橡胶的状态方

11、程，掌握热塑性弹性体的基础知识。2讲授5-18七、聚合物的黏弹性7.1聚合物的力学松弛现象7.2粘弹性的数学描述7.2.1力学模型7.2.1.1Maxwell模型7.2.1.2Kelvin模型7.2.1.3多元件模型7.2.2Boltzmann叠加原理7.3粘弹性的温度依赖性-时温等效原理1.掌握聚合物的力学松弛现象（粘弹现象）、能够通过简单的数学模型来理解各种力学松弛现象的物理本质。2.重点掌握时温等效原理的含义和WLF方程的应用。2讲授5-29八、聚合物的屈服和断裂8.1聚合物的塑性和屈服8.1.1聚合物的应力-应变行为8.1.2屈服冷拉机理和Considere作图法8.1.3剪切带和银纹

12、8.2聚合物的断裂与强度1.重点掌握晶态和非晶态聚合物的典型的应力-应变曲线。2.了解聚合物屈服的机理，3.理解聚合物增强和增韧的基本理论。4.掌握聚合物强度等力学性能参数的测试方法。6讲授5-310九、聚合物的流变性9.1牛顿流体与非牛顿流体9.1.1牛顿流体9.1.2非牛顿流体9.1.3流动曲线9.2聚合物熔体的切粘度9.2.1测定方法9.2.2影响因素9.3聚合物熔体的弹性效应1.掌握牛顿流体、非牛顿流体、聚合物熔体切粘度的定义。2.理解聚合物熔体或浓溶液的流动曲线的类型及切力变稀流体的解释。3.重点掌握熔体切粘度、流动指数和聚合物流动曲线的测定方法和影响因素。4.了解聚合物熔体的弹性效

13、应4讲授5-4五、其他教学环节（课外教学环节、要求、目标）1.每一章节都给学生留典型作业，学生通过作业巩固所学知识，便于老师抓住学生的不足针对性讲解，及时解决大部分学生阶段性的问题，使学生学习无死角。2. 在重点章节，提出一些生产实践中的具体案例，比如给出某领域需要的材料的性能，怎样对材料进行分子设计；或者知道材料的结构和应用条件，判断材料具有怎样的性能等等。让学生通过复习所学结构、性能与分子运动规律等知识，或者通过网络查阅文献受到启发，进行发散思维，合理分析案例，得到正确结论。这样有利于学生提高动脑分析问题和解决实际问题的能力，有利于学生头脑中的知识融会贯通，有利于提高学生的创新能力、也有利

14、于后续课程的学习和将来的实践工作。六、教学方法采用多媒体授课方式进行讲解，教学方式以讲授为主，提问、讨论的方式为辅。在本课程的全部教学过程中，注重结合生产实际、生活实际对所授知识进行讲解，讲一些与学生切实相关、紧密相联的知识，把握住课程重点进行讲解，激起学生对学习的兴趣，让学生参与到学习中来，让学生明白学有所用，自主学习。这样有利于提高学生的创新能力和对专业实践工作的渴望，从而提高学生的自学能力。另外课堂设有提问和讨论问题的时间，也可提高学生的表达能力。在课堂上有个活跃的氛围，课后有适当的作业，并且可以随时网络答疑，以便随时解答学生的疑惑，这几个环节环环相扣使学生更好的掌握所学内容。七、考核方式最终成绩由平时考核、期末成绩两部分组合而成。各部分所占比例如下：1.平时考核包括两部分：（1）平时作业和回答问题成绩：15%。主要考核对每堂课知识点的复习、理解和掌握程度。（2）平时出勤、纪律情况：5%。主要考核学生学习态度、认真程度。2.期末考