热学教学大纲电子36学时.doc

热学教学大纲第一部分 大纲说明一、本课和的性质本课程为电子信息科学与技术学生专业选修课程之一。二、本课程的教学目的通过本课程的学习1. 使学生认识物质热运动形态的特点、规律和研究方法，掌握比较系统的分子物理学和热力学基础知识，能较灵活地加以运用。2. 为学生进一步学习电磁学，原子物理学和理论物理热力学和统计物理等后继课程打下良好的基础。3. 通过课程内容和研究方法的讲述有意识地培养学生辩证唯物主义世界观。三、本课程的教学任务本课程是物理学专业的一门专业选修课，研究热现象的理论其任务是使学生了解热力学和统计物理学的基本知识和基本概念，掌握由宏观的热力学定律和从物质的微观结构出发来研究宏观物体的热的性质的研究方法，了解宏观可测量量与微观量的关系以及如何把宏观规律与微观解释相联系的方法。四、本课程的教学内容 本课程共九章，分别为温度、气体分子运动论的基本概念、气体分子热运动速率能量的统计分布律、气体内的输运过程、热力学第一定律、热力学第二定律、固体、液体和相变。五、本课程的教学原则和方法1本课程是学生在学过经典力学后学习非机械运动规律的第一门课程。为此要强调物质运动形式的多样性与各种规律及其研究方法的特殊性。在学习分子运动论时要特别强调由大量分子构成的系统所遵从的统计规律的特点。培养学生辩证思维。克服学生的学完经典力学后容易产生机械唯物论思想的倾向。同时要在教材中始终贯彻理论来自实践又高于实践，通过实践反复检验理论并发展理论的思想。2物理学是建立在实验基础上的一门科学，要充分重视理论的实验基础，除安排热学实验外，在课堂讲授中要注意发挥演示实验的作用，防止纯推理的倾向。3本课程采用国际单位制，但为了便于学生查阅现有各种热学书籍和资料，也要介绍和适当使用暂时与国际单位制并用的单位如标准大气压、巴及国际计量委员会建议一般不用的单位如“卡”等。4为了培养学生分析问题和解决问题的能力，本课程应讲解适当的例题和安排一定的习题课，使学生学习正确地运用所学知识解决实际问题，同时要布置适量的习题和思考题，引导学生深入钻研物理概念，牢固掌握知识。5根据理论联系实际的精神，本课应在不影响理论体系的完整性的条件下适当联系生产实际，注意反映现代科学知识。6课程教学方法及手段本课程采用课堂讲授、讨论、多媒体教学等多种手段和教学方式开展教学。在启发式教学中，利用演示实验引导学生透过现象探求事物的本质，力求用学生熟知的发生在自己身边的现象和已知的知识引入新知识，使他们在不知不觉中学到了新知识。启发他们去解释自然现象，增加学习兴趣，让他们在享受学习中获得知识，提高能力。 在讨论式教学中，我们精选出一些容易引起争论的问题让学生讨论，使学生们在激烈的争论中深刻理解物理规律，培养研究精神，锻炼表达能力及应变能力等。如遇到几种观点相持不下时，由老师指出正确的思维方向，引导学生积极、正确思维，真正实现了师生互动。8课程考核方法与要求本课程考核采用闭卷考试的形式。期末考试成绩占70%，平时成绩占30%（包括期中练习）。命题要求覆盖大纲，题型灵活，难易适中。着重考查学生对基本概念的掌握和分析问题的能力，以及一定的计算能力。六、本课程的学时分配课程总36学时，周学时2，开课学期第2学期。其中讲课共35学时，机动1学时。绪论 1学时第一章：温度 3学时第二章：气体分子运动论的基本概念 3学时第三章：气体分子热运动速率和能量的统计分布律 5学时第四章：气体内的输运过程 2学时第五章：热力学第一定律 8学时第六章：热力学第二定律 8学时第七章：固态 2学时第八章：液体 2学时第九章：相变 1学时七、本课程大纲编写的执笔人 执笔人：张秀平审核人：大学物理教研室第二部分 教学内容与教学目标一、教学内容及要点绪论（1学时）1. 热学的研究对象（0.25学时）2. 热学的研究方法及主要内容（0.5学时）3. 热学发展简史。（0.25学时）第一章 温度（3学时）1. 教学目的掌握平衡态概念和描述平衡态的状态参量；理解从热力学第零定律引出温度的概念；理解建立经验温标和理想气体温标的方法，了解几种常用的温度计；根据玻义耳定律、理想气体温标和阿佛伽德罗定律建立理想气体状态方程，并掌握和熟练应用理想气体状态方程解理想气体的问题，了解非理想气体状态方程。2. 教学重点温度概念和温标的建立；理想气体状态方程的应用。3. 教学难点理想气体状态方程在理想气体问题中的应用。4. 课程的主要内容及学时安排第一节 平衡态，状态参量（0.5学时）一、平衡态二、状态参量第二节 温度（0.5学时）一、热力学第零定律二、温标三、气体温度计四、理想气体温标五、热力学温标六、摄氏温标和华氏温标第三节 气体状态方程（2学时）一、理想气体状态方程二、非理想气体的状态方程第二章 气体分子运动论的基本概念（3学时）1. 教学目的了解从物质的微观结构模型出发并结合理想气体的微观模型，应用统计概念和统计方法导出理想气体的压强公式，再结合理想气体状态方程导出温度公式，从而给出温度的微观解释。要求理解统计概念和统计方法的运用，掌握宏观量与微观量之间的关系。2. 教学重点气体压强公式及温度公式的理解。3. 教学难点气体微观模型及统计概念的建立。4. 课程的主要内容及学时安排第一节 物质的微观模型（1学时）一、宏观物体的组成二、物体内分子状态三、分子间的相互作用第二节 理想气体的压强（1学时）一、理想气体的微观模型二、压强公式第三节 温度的微观解释（1学时）一、温度的微观解释二、对理想气体定律的推证第三章 气体分子热运动速率和能量的统计分布律（5学时）1. 教学目的理解分布律和分布函数的概念，引出麦克斯韦速度和速率的分布律，理解分布函数的物理意义和归一化条件。掌握麦克斯韦速率和速度分布函数的数学表达式中各物理量的意义，理解分布曲线所含的物理意义。掌握运用麦克斯韦速率分布函数求出三种特征速率并理解其意义；运用麦克斯韦分布律求出给定区间范围内的分子数或分子比率。了解麦克斯韦速率分布律的实验验证方法；了解统计规律与涨落现象是不可分割的。理解经典的能量按自由度均分定理，了解玻耳兹曼分布律。2. 教学重点麦克斯韦分布率的意义及其应用。3. 教学难点运用麦克斯韦分布率求解一些问题。4. 课程的主要内容及学时安排第一节 气体分子的速率分布律（3学时） 、数学知识一、速率分布函数二、麦克斯韦速率分布律三、用麦克斯韦速率分布函数求平均值四、麦克斯韦速率分布律五、统计规律性和涨落现象第二节 玻尔兹曼分布律 重力场中微粒按高度的分布（1学时）一、玻尔兹曼分布律二、重力场中微粒按高度的分布第三节 能量按自由度均分定理（1学时）一、自由度二、能量按自由度均分定理三、理想气体的内能四、理想气体的热容量第四章 气体内的输运过程（2学时）1. 教学目的掌握气体分子的平均自由程和平均碰撞频率的概念和规律。了解输运过程中粘滞现象、热传导现象和扩散现象的三个宏观实验规律，了解运用分子动理论给出输运过程的微观解释，导出规律，进而得出粘滞系数、热传导系数、扩散系数与气体性质和状态之间的关系。2. 教学重点气体碰撞的微观模型。3. 教学难点输运过程的微观解释。4. 课程的主要内容及学时安排第一节 气体分子的平均自由程（1学时）一、气体分子的平均自由程和碰撞频率二、*分子按自由程的分布第二节 输运过程的宏观规律（0.5学时）一、粘滞现象的宏观规律二、热传导现象三、扩散现象第三节 输运过程的微观解释（0.5学时）一、粘滞现象的微观解释二、热传导现象微观解释三、扩散现象微观解释四、理论结果与实验的比较第四节 *真空的获得及测量第五章 热力学第一定律（8学时）1. 教学目的理解准静态过程的概念，理解作功和传热是改变系统状态的两种方法。从焦耳实验引进物质内能的概念；搞清做功和传热均与系统进行的过程有关，而内能是一个与过程无关的态函数；掌握物质的热容量、比热、摩尔热容量等物理量的概念；掌握热力学第一定律的数学表达式和物理意义，熟练地应用于理想气体，掌握等容、等压、等温、绝热和多方过程中的能量转换情况，并能计算一些基本循环过程的效率。了解焦耳-汤姆孙实验，说明真实气体的内能不但与温度有关，而且与气体压强或体积有关。2. 教学重点热力学第一定律的意义及其运用。3. 教学难点准静态过程、热量、内能等概念的理解。4. 课程的主要内容及学时安排第一节 热力学过程（0.5学时）第二节 功（1学时）一、准静态过程的功二、其它类型的功第三节 热量（0.5学时）第四节 热力学第一定律（1学时）一、热力学第一定律二、内能、热力学第一定律的数学表示第五节 热溶量、焓 （0.5学时）第六节 气体的内能（0.5学时）一、焦耳实验二、焦耳汤姆孙实验三、理想气体的内能和焓的表达式第七节 热力学第一定律对理想气体的应用（2学时）一、等容过程二、等压过程三、等温过程四、绝热过程五、多方过程第八节 循环过程和卡诺循环（2学时）一、循环过程与效率二、卡诺循环与效率第六章 热力学第二定律（8学时）1. 教学目的理解从自然过程进行的方向性问题引出热力学第二定律的两种文字表述，并证明其等效性。理解从过程进行的可逆与不可逆性，引进熵的概念，阐明熵增原理，理解熵的物理意义，懂得与热现象有关的一切宏观过程都是不可逆的。再从自然过程的微观分析，理解热力学几率的概念，进一步讨论热力学第二定律的微观统计意义，理解熵增原理的微观意义。最后给出玻耳兹曼关系，充分认识热力学第二定律的本质。2. 教学重点热力学第二定律的意义及熵函数的物理意义。3. 教学难点熵函数的引入及熵增原理的微观意义。4. 课程的主要内容及学时安排第一节 热力学第二定律（1学时）一、开尔文表述二、克劳修斯表述第二节 热现象过程的不可逆性（1学时）一、热力学第二定律两种表述的等效性二、可逆与不可逆过程第三节 热力学第二定律的统计意义（1学时）第四节 卡诺定理（1学时）一、卡诺定理二、关于制冷机的效能第五节 热力学温标（0学时）第六节 卡诺定理的应用（0学时）第七节 熵（2学时）一、克劳修斯等式二、态函数熵三、温熵图第八节 熵增加原理（1.5学时）一、在一些不可逆过程中熵的变化的计算二、熵增加原理第九节 熵与热力学几率（0.5学时）第七章 固态 （2学时）1. 教学目的待添加的隐藏文字内容2在理想气体状态方程式的基础上，由分子运动推导范德瓦斯方程，明确指出式中各量的物理意义。从宏观特征介绍晶体的区别，说明晶体的微观结构，简单介绍晶体按晶胞形状的分类。了解晶体粒子间四种典型的结合及其普遍特征。粒子间相互作用能的一般形式及相互作用能曲线。从微观观点定性解释晶体的弹性。了解晶体粒子的热振动和热缺陷的产生和运动。2. 教学重点讲授晶体；晶体粒子的结合和结合能；晶体中粒子的热运动。3. 教学难点晶体粒子的结合和结合能。4. 课程的主要内容及学时安排第一节 晶体（1学时）一、晶体的宏观特性二、晶体的微观结构第二节 晶体中粒子的结合力和结合能（0.5学时）一、四种典型的结合力二、结合力的普遍特征、结合能三、晶体弹性的微观解释第三节 晶体中粒子的热运动（0.5学时）一、热振动二、扩散第八章 液态（2学时）1. 教学目的了解热传导的定性解释，热膨胀和扩散等现象的微观实质。从宏观性质和微观结构比较液体和气体，固体的异同。）通过液体表面现象的演示，阐明表面张力和表面张力系的概念，介绍表面能。说明表面张力的形成。了解球形液面内外压强差的公式的推导，给出任意弯曲液面内外压强的公式。理解润湿和不润湿的概念，应用毛细管公式。2. 教学重点液体的一般性质，液晶简介；液体的表面张力；球形液面向外的压强差；毛细现象。3. 教学难点球形液面向外的压强差；毛细现象。4. 课程的主要内容及学时安排第一节 液晶（0.5学时）一、液体的微观结构二、液晶第二节 液体的彻体性质（0学时） 一、热溶量二、热膨胀三、热传导 四、扩散五、粘滞性第三节 液体的表面性质（1.5学时）一、表面张力二、表面层内分子力的作用第九章 相变（1学）1. 教学目的说明“相”和一级相变的概念，理解相变潜热的一般公式。阐明饱和蒸汽压的概念、沸腾与蒸发的区别，分析沸腾时的条件。了解二氧化碳的实验等温线，说明液气等温相变的规律，介绍临界温度和临界态的概念。用P-T图说明二相转变和两相平衡曲线，推导克拉珀龙方程，计算两相平衡曲线的斜率。了解范德瓦耳斯等温线，将其与实际等温线作比较，指出过热状态和过饱和状态，导出临界系数，指出其对于实际测量值的偏离，从而指出范德瓦耳斯方程的近似性。2. 教学重点单元系一级相变的普遍特征、气液相变、克拉珀龙方程和范德瓦耳斯等温线。3. 教学难点气液相变、范德瓦耳斯等温线。4. 课程的主要内容及学时安排第一节 单元系一级相变的普遍特征（0.5学时）第二节 气液相变（0.25学时）第三节 克拉珀龙方程（0.5学时）第四节 范德瓦耳斯等温线（0.25学时）二、复习思考题 见学生使用教材课后思考题三、推荐教材和参考书教材：李椿、章立源、钱尚武：热学 人民教育出版社会 1978年参考书：1. 王楚 李椿 徐安士 编热学北京大学出版社 2000年2月第一版2. 范宏昌 编热学科学出版社 2003年2月第一版3. 秦允豪 编热学高等教育出版社 1999年10月第一版4. 顾建中 编热学教程高等教育出版社 1981年11月第2版5. 张三慧 主编大学物理 第二册 热学清华大学出版社 1999年7月第二版6. 向义和 编大学物理 学习辅导清华大学出版社 2000年11月第一版7. 赵凯华 罗蔚茵 编热学高等教育出版社 1998年2月第一版8. 吴瑞贤 杜定旭 杨友梅 编热学教程四川大学出版社 1986年9. 李 平 编 热学北京师范大学出版社 1987年