《普通物理学（热学）》课程教学大纲

PAGE1PAGE6普通物理学（热学）课程教学大纲(ThermalPhysics)学时数：48其中：实验学时：0课外学时：0学分数：3适用专业：物理学一、课程的性质、目的和任务普通物理学（热学）课程是高等学校物理学专业学生一门必修的学科基础课程，它是为培养合格的中学物理教师和现代化建设所需的高素质建设人才服务的。通过本课程的学习，要使学生牢固掌握物质热运动的基本概念、基本原理和规律以及研究问题的方法，帮助学生建立辩证唯物主义的观点，并为学习后继课程和进一步获得热学知识奠定必要的基础。在本课程的教学过程中，要通过各个教学环节逐步提高学生的抽象思维能力、逻辑推理能力、空间想象能力和自学能力，同时在计算能力和分析能力等方面受到严格的训练，注重培养学生用所学的热学理论解决简单的应用问题和综合运用所学知识去分析问题和解决问题的能力。二、课程教学的基本要求（一）理解热学的研究对象，了解热学的特点和研究方法，特别是统计的方法。理解热运动与机械运动的区别，理解宏观描述和微观描述。了解热学的发展简史和当前概况，了解热学与其它科学技术的关系。（二）掌握麦克斯韦速率分布律，理解麦克斯韦速度分布律，了解统计规律和力学规律，了解涨落现象。掌握气体分子的平均速率、最概然速率、方均根速率的公式，理解这三种特殊速率的意义。理解气体分子碰壁数及其应用，了解速率分布曲线的实验验证。（三）理解输运过程的微观解释，了解气体输运系数的导出和输运系数与实验结果的比较，了解黏性系数、热传导系数、扩散系数公式。（四）理解热容和焓的概念，理解绝热自由膨胀和气体内能，了解焦耳实验和焦耳—汤姆孙实验及其意义，掌握理想气体定压热容的计算公式。（五）理解热力学温标与理想气体温标的一致性，从而认识到在一定范围内能够使用气体温度计测定热力学温度。（六）、掌握饱和蒸气压的概念，理解液体蒸发和沸腾的联系与区别，理解沸腾的条件，理解等温相变过程。三、课程的教学内容、重点和难点第一章导论一、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二、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）热力学平衡三、温度（一）温度（二）热力学第零定律（三）温标四、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五、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（三）分子间的吸引力与排斥力六、理想气体微观描述的初级理论（一）理想气体微观模型（二）单位时间内碰在单位面积器壁上的平均分子数（三）理想气体压强公式压强的单位换算（四）温度的微观意义七、分子间作用力势能与真实气体物态方程（一）分子间相互作用势能曲线（二）范德瓦耳斯方程重点：热力学系统的平衡态；温度；物态方程。难点：温标；温度的微观意义；范德瓦耳斯方程。第二章分子动理学理论的平衡态理论一、分子动理学理论与统计物理学二、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性质（三）平均值及其运算法则（四）均方偏差（五）概率分布函数三、麦克斯韦速率分布（一）分子射线束实验（二）麦克斯韦速率分布四、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五、气体分子碰壁数及其应用六、外力场中自由粒子的分布玻尔兹曼分布（一）等温大气压强公式*悬浮微粒按高度分布（二）玻尔兹曼分布七、能量均分定理（一）理想气体的热容（二）自由度与自由度数（三）能量均分定理*（四）能量按自由度均分的物理原因（五）能量均分定理的局限*自由度的冻结重点：麦克斯韦速率分布；麦克斯韦速度分布；能量均分定理。难点：概率分布函数；麦克斯韦速度分布；玻尔兹曼分布；能量均分定理的局限。第三章输运现象与分子动理学理论的非平衡态理论一、黏性现象的宏观规律二、扩散现象的宏观规律三、热传导现象的宏观规律四、对流传热五、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）气体分子间相对运动速率分布（四）气体分子平均自由程*（五）气体分子的自由程分布六、气体输运系数的导出（一）气体黏性系数的导出（二）气体热传导系数的导出（三）气体扩散系数的导出（四）与实验结果的比较七、稀薄气体中的输运过程重点：热传导现象的宏观规律；气体分子平均自由程和平均碰撞频率。难点：气体输运系数的导出；稀薄气体中的输运过程。第四章热力学第一定律一、可逆与不可逆过程（一）准静态过程*（二）弛豫时间（三）可逆与不可逆过程二、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（四）热量与热质说三、热力学第一定律（一）能量守恒与转换定律（二）内能定理四、热容与焓（一）定体热容与内能（二）定压热容与焓五、热力学第一定律对气体的应用（一）理想气体的内能焦耳实验（二）理想气体的等体、等压、等温过程（三）绝热过程（四）多方过程六、热机（一）蒸汽机与热机（二）卡诺热机*（三）内燃机循环七、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*（四）热泵型空调器重点：可逆与不可逆过程；功和热量；热力学第一定律及应用；热机及其效率。难点：可逆与不可逆过程；绝热过程；多方过程；热机及其效率；焦耳─汤姆孙效应。第五章热力学第二定律与熵一、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）利用两种表述判别可逆与不可逆（三）利用四种不可逆因素判别可逆与不可逆（四）热力学第二定律的实质二、卡诺定理（一）卡诺定理*（二）卡诺定理的应用（三）热力学温标三、熵与熵增加原理（一）克劳修斯等式（二）熵和熵的计算（三）温—熵图（四）熵增加原理*（五）热寂说（六）热力学第二定律的数学表达式（七）熵的微观意义重点：热力学第二定律的表述及其实质；卡诺定理；熵和熵的计算。难点：热力学第二定律的实质；熵和熵的计算；熵增加原理；熵的微观意义。第六章物态与相变一、物质的五种物态（一）引言（二）固态二、液体（一）液体的微观结构（二）液体的彻体性质三、液体的表面现象（一）表面张力与表面能（二）弯曲液面附加压强（三）润湿与不润湿毛细现象四、气液相变（一）相与相变（二）汽化和凝结（三）真实气体等温线*（四）范德瓦耳斯等温线（五）临界点一级相变与连续相变五、固—液、固—气相变相图（一）固—液及固—气相变（二）相图（三）克拉珀龙方程重点：液体的表面张力与表面能；弯曲液面附加压强；汽化和凝结；相图；克拉珀龙方程。难点：弯曲液面附加压强；毛细现象；相图；克拉珀龙方程。四、课程各教学环节要求（一）本大纲是根据教育部《高等师范院校物理学专业热学教学大纲》、面向21世纪课程教材之普通物理学教程《热学》（秦允豪编）和结合本学院的实际制订的。本课程宜安排在第二学期讲授，总学时（包括习题课、讨论课、期中测验和期末总复习在内）为48学时。应当重视习题课和讨论课，可使它们的学时数约占总学时数的五分之一。（二）为了贯彻因材施教原则，大纲中编入了一些为提高深度和广度的选讲内容，标以*号，应根据学生具体情况选用，灵活处理，可略讲或不讲留作自学。考虑到本课程与后继课程《热力学统计物理学》的特殊关系，本课程中较难的部分一般不作深入的研究和探讨，留待后继课程《热力学统计物理学》接着解决。（三）本课程以课堂教学为主，在条件许可的情况下，应多采用现代化的教学手段。除《普通物理实验》课程中对热学实验的要求外，本课程还应要求学生自愿选做一些课外的热学实验和观察自然界、生活、生产中的热现象。五、学时分配教学内容各教学环节学时分配作业题量备注章节主要内容讲授实验讨论习题课外其它小计一导论71196二分子动理学理论的平衡态理论71195三输运现象与分子动理学理论的非平衡态理论4154四热力学第一定律7296五热力学第二定律与熵41164六物态与相变82106合计37384831六、课程与其它课程的联系本课程是在中学物理（热学部分）的基础上循序渐进、螺旋式提高的。《高等数学》和《力学》是本课程必需的、重要的先修课程。本课程与物理学专业的其它专业基础课和专业课有着广泛的联系，是这些课程（《力学》除外）的基础和先修课程，其中本课程与必修课《热力学统