《热学》课程教学大纲 课程的英文名称：Thermal Physics 课程编号：060066 总学时：48 学分：3 适用对象：物理系物理学专业本科生 先修课程：高等数学 一、课程的性质和目标要求 课程性质：专业基础课。 教学目标： 1.通过对热学这门课程的学习，使学生认识物质热运动的特点、规律和研究方法，掌握 热学的基本概念、基本规律和基本理论，并能较为灵活地加以运用。 2.明确分子动理学理论和热力学的基本原理和方法及它们之间的关系，同时培养学生的 形象思维能力和抽象逻辑思维能力。 3.通过课程内容和研究方法的讲述有意识地培养学生的辩证唯物主义世界观 4.为后续课程的学习打下良好的基础。 二、课程的教学内容、重点和难点 第一章导论(10学时) 1,1宏观描述方法与微观描述方法 1.2热力学系统平衡态 1.3物态方程 1.4温度与温度计 1.5物质的微观模型 1.6理想气体微观描述的初级理论 1.7分子间作用力势能与真实气体物态方程 基本要求： 1.了解热物理学的两种描述方法。 2.理解热力学系统的平衡态，掌握判别是香处于平衡态的方法。 3.熟练掌握理想气体的物态方程。 4掌握热力学第零定律及温度的概念，知道温标是温度的数值表示法。了解摄氏温标、 理想气体温标和热力学温标。 3
13 《热学》课程教学大纲 课程的英文名称：Thermal Physics 课程编号：060066 总学时：48 学分：3 适用对象：物理系物理学专业本科生 先修课程：高等数学 一、课程的性质和目标要求 课程性质：专业基础课。 教学目标： 1.通过对热学这门课程的学习，使学生认识物质热运动的特点、规律和研究方法, 掌握 热学的基本概念、基本规律和基本理论，并能较为灵活地加以运用。 2.明确分子动理学理论和热力学的基本原理和方法及它们之间的关系，同时培养学生的 形象思维能力和抽象逻辑思维能力。 3.通过课程内容和研究方法的讲述有意识地培养学生的辩证唯物主义世界观。 4.为后续课程的学习打下良好的基础。 二、课程的教学内容、重点和难点 第一章 导论（10 学时） 1.1 宏观描述方法与微观描述方法 1.2 热力学系统平衡态 1.3 物态方程 1.4 温度与温度计 1.5 物质的微观模型 1.6 理想气体微观描述的初级理论 1.7 分子间作用力势能与真实气体物态方程 基本要求： 1. 了解热物理学的两种描述方法。 2. 理解热力学系统的平衡态，掌握判别是否处于平衡态的方法。 3. 熟练掌握理想气体的物态方程。 4. 掌握热力学第零定律及温度的概念，知道温标是温度的数值表示法。了解摄氏温标、 理想气体温标和热力学温标
5.理解物质的微观模型。了解布朗运动和涨落现象。 6。理解理想气体的微观模型、温度的微观意义。熟练掌握理想气体压强公式和理想气 体分子热运动平均平动动能公式。 7.了解分子间作用力曲线和分子何互作用势能曲线。理解范德瓦尔斯方程 作业要求16道题 第二章分子动理论的平衡态理论(10学时) 2.1分子动理论与统计物理 2.2概率论的基本知识 2.3麦克斯韦速率分布 2.4麦克斯书速度分布 2.5外力场中自由粒子分布 2.6能量均分定理 基本要求： 1.了解分子动理论的特点 2。掌握概率的基本性质和求平均值的基本方法，理解概率分布函数 3。掌握麦克斯书速率分布函数，熟练掌握平均速率、方均根速率和最概然速率。 4.理解速度空间概念，掌握麦克斯韦速度分布。 5.理解等温大气压强公式。 6理解自由度与自由度数，掌握能量均分定理。 作业要求16道题 第三章输运现象宏观规律与分子动理论的非平衡态理论(8学时) 3.1黏性现象的宏观规律 3.2扩散现象的宏观规律 3.3热传导现象宏观规律 3.4气体分子平均自由程 3.5气体输运系数的导出 3.6稀薄气体输运过程 基本要求： 1.了解牛顿粘滞定律、气体粘性微观机理、泊肃叶定律和斯托克斯定律 2.了解斐克定律、气体热传导微观机理
14 5. 理解物质的微观模型。了解布朗运动和涨落现象。 6. 理解理想气体的微观模型、温度的微观意义。熟练掌握理想气体压强公式和理想气 体分子热运动平均平动动能公式。 7. 了解分子间作用力曲线和分子间互作用势能曲线。理解范德瓦尔斯方程。 作业要求 16 道题 第二章 分子动理论的平衡态理论 (10 学时) 2.1 分子动理论与统计物理 2.2 概率论的基本知识 2.3 麦克斯韦速率分布 2.4 麦克斯韦速度分布 2.5 外力场中自由粒子分布 2.6 能量均分定理 基本要求： 1. 了解分子动理论的特点。 2. 掌握概率的基本性质和求平均值的基本方法，理解概率分布函数。 3. 掌握麦克斯韦速率分布函数，熟练掌握平均速率、方均根速率和最概然速率。 4. 理解速度空间概念，掌握麦克斯韦速度分布。 5. 理解等温大气压强公式。 6. 理解自由度与自由度数，掌握能量均分定理。 作业要求 16 道题 第三章 输运现象宏观规律与分子动理论的非平衡态理论 (8 学时) 3.1 黏性现象的宏观规律 3.2 扩散现象的宏观规律 3.3 热传导现象宏观规律 3.4 气体分子平均自由程 3.5 气体输运系数的导出 3.6 稀薄气体输运过程 基本要求： 1. 了解牛顿粘滞定律、气体粘性微观机理、泊肃叶定律和斯托克斯定律。 2. 了解斐克定律、气体热传导微观机理
3.了解傅里叶定律、气体热传导微观机理。 4.理解碰撞（散射）截面、刚性分子碰撞截面公式。掌握气体分子间平均碰撞频率和分 子平均自由程公式 5.了解气体粘性系数、气体导热系数、气体扩散系数的导出以及它们与温度、压强的 关系。 6.了解真空概念、稀薄气体中的热传导现象。 作业要求8道题 第四章热力学第一定律(10学时) 4.1可逆与不可逆过程 4.2功和热量 4.3热力学第一定律 4.4热容与培 4.5第一定律对气体的应用 4.6热机 4.7焦耳-汤姆逊效应与制冷机 基本要求： 1.理解准静态过程、可逆与不可逆过程。 2.理解功和热量。熟练掌握准静态过程的功及在P一V图上的表示 3。理解内能是态函数。掌握热力学第一定律 4.理解定体热容、定压热容、格的定义和焓的物理意义。 5。熟练掌握热力学第一定律对理想气体的等体、等压、等温、绝热及多方过程的应用。 6.。理解热机的效率。掌握卡诺循环和卡诺热机的效率。 7.了解致冷机的致冷系数、卡诺致冷机的致冷系数和焦耳一汤姆孙效应。 作业要求12道题 第五章热力学第二定律与熵(8学时) 5.1第二定律的表述及其实质 5.2卡诺定理 5.3熵与熵增加原理 基本要求： 1.掌提热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯表述及两种表述的等效性，利用四种
15 3. 了解傅里叶定律、气体热传导微观机理。 4. 理解碰撞(散射)截面、刚性分子碰撞截面公式。掌握气体分子间平均碰撞频率和分 子平均自由程公式。 5. 了解气体粘性系数、气体导热系数、气体扩散系数的导出以及它们与温度、压强的 关系。 6. 了解真空概念、稀薄气体中的热传导现象。 作业要求 8 道题 第四章 热力学第一定律 (10 学时) 4.1 可逆与不可逆过程 4.2 功和热量 4.3 热力学第一定律 4.4 热容与焓 4.5 第一定律对气体的应用 4.6 热机 4.7 焦耳-汤姆逊效应与制冷机 基本要求： 1. 理解准静态过程、可逆与不可逆过程。 2. 理解功和热量。熟练掌握准静态过程的功及在 P－V 图上的表示。 3. 理解内能是态函数。掌握热力学第一定律。 4. 理解定体热容、定压热容、焓的定义和焓的物理意义。 5. 熟练掌握热力学第一定律对理想气体的等体、等压、等温、绝热及多方过程的应用。 6. 理解热机的效率。掌握卡诺循环和卡诺热机的效率。 7. 了解致冷机的致冷系数、卡诺致冷机的致冷系数和焦耳－汤姆孙效应。 作业要求 12 道题 第五章 热力学第二定律与熵 (8 学时) 5.1 第二定律的表述及其实质 5.2 卡诺定理 5.3 熵与熵增加原理 基本要求： 1. 掌握热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯表述及两种表述的等效性, 利用四种
不可逆因素判别可逆与不可逆。理解热力学第二定律的实质。 2。掌握卡诺定理及卡诺定理对提高热机效率的指导意义。 3.理解熵和熵增加原理、热力学第二定律的数学表达式。了解温一熵图和熵的微观意 义。 作业要求8道题 第六章物态和相变(2学时) 6.1物质的五种状态 62液体 6.3液体的表面现象 6.4气液相变 6.5固-液、固-气相变相图 基本要求： 1.了解物质的五种状态。 2。了解液体的微观结构.。 3.理解液体的表面张力、弯曲液面的附加压强。了解润湿与不润湿现象和毛细现象。 4.理解相与相变、汽化和凝结。了解真实气体等温线、临界点的特点 5。了解固-液、固-气相变、相图、克拉珀龙方程。 作业要求4道题 教学重点与难点 第一章导论 教学重点：平衡态、物态方程、热力学第零定律、理想气体压强公式及分子平均平动动 能。 教学难点：分子间相互作用势能、范德瓦尔斯方程。 第二章分子动理论的平衡态理论 教学重点：麦克斯韦分布函数、平均速率、方均根速率、最概然速率、自由度、能量均 分定理。 教学难点：概率分布函数、速度空间、麦克斯韦速度分布。 第三章输运现象宏观规律与分子动理论的非平衡态理论 教学重点：碰撞截面、平均碰撞频率、平均自由程。 教学难点：气体粘性系数、导热系数、扩散系数的导出及它们与温度、压强的关系
16 不可逆因素判别可逆与不可逆。理解热力学第二定律的实质。 2. 掌握卡诺定理及卡诺定理对提高热机效率的指导意义。 3. 理解熵和熵增加原理、热力学第二定律的数学表达式。了解温－熵图和熵的微观意 义。 作业要求 8 道题 第六章 物态和相变 (2 学时) 6.1 物质的五种状态 6.2 液体 6.3 液体的表面现象 6.4 气液相变 6.5 固-液、固-气相变 相图 基本要求： 1. 了解物质的五种状态。 2. 了解液体的微观结构。 3. 理解液体的表面张力、弯曲液面的附加压强。了解润湿与不润湿现象和毛细现象。 4. 理解相与相变、汽化和凝结。了解真实气体等温线、临界点的特点 5. 了解固-液、固-气相变、相图、克拉珀龙方程。 作业要求 4 道题 教学重点与难点 第一章 导论 教学重点：平衡态、物态方程、热力学第零定律、理想气体压强公式及分子平均平动动 能。 教学难点：分子间相互作用势能、范德瓦尔斯方程。 第二章 分子动理论的平衡态理论 教学重点：麦克斯韦分布函数、平均速率、方均根速率、最概然速率、自由度、能量均 分定理。 教学难点：概率分布函数、速度空间、麦克斯韦速度分布。 第三章 输运现象宏观规律与分子动理论的非平衡态理论 教学重点：碰撞截面、平均碰撞频率、平均自由程。 教学难点：气体粘性系数、导热系数、扩散系数的导出及它们与温度、压强的关系
第四章热力学第一定律 教学重点：准静态过程、功和热量、内能、热力学第一定律及其应用、卡诺循环和卡诺 热机的效率。 教学难点：定体热容、定压热容、的物理意义。 第五章热力学第二定律与熵 教学重点：热力学第二定律、卡诺定理、熵和熵增加原理。 教学难点：温一熵图、熵的微观意义。 第六章物态和相变 教学重点：液体表面张力、弯曲液面的附加压强、相变、汽化和凝结。 教学难点：真实气体等温线。 主要教学方法 1、热学是应用物理专业的一门专业基础课，在教学过程中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。在学习分子动理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，培养学生的辩证思维， 2、在本课程的教学过程中，应针对大学新生普遍对大学的教法不适应，且自学能 力教差等情况，对学生进行学习方法的指导，培养学生的自学能力。 3、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，使学生学会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，牢固掌握基础知识。 4、热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，防止忽视 实验的纯推理倾向，同时要始终贯彻理论来自实践又高于实践，通过实验反复检验理论 并发展理论的思想。 5、充分利用多媒体教学手段，注意在教学过程中使用电子教案与黑板的结合，并 在课堂教学中注重启发式教学，组织课堂讨论、课堂提问等。 17
17 第四章 热力学第一定律 教学重点：准静态过程、功和热量、内能、热力学第一定律及其应用、卡诺循环和卡诺 热机的效率。 教学难点：定体热容、定压热容、焓的物理意义。 第五章 热力学第二定律与熵 教学重点：热力学第二定律、卡诺定理、熵和熵增加原理。 教学难点：温—熵图、熵的微观意义。 第六章 物态和相变 教学重点：液体表面张力、弯曲液面的附加压强、相变、汽化和凝结。 教学难点：真实气体等温线。 主要教学方法 1、热学是应用物理专业的一门专业基础课，在教学过程中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。在学习分子动理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，培养学生的辩证思维。 2、在本课程的教学过程中，应针对大学新生普遍对大学的教法不适应，且自学能 力教差等情况，对学生进行学习方法的指导，培养学生的自学能力。 3、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，使学生学会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，牢固掌握基础知识。 4、热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，防止忽视 实验的纯推理倾向，同时要始终贯彻理论来自实践又高于实践，通过实验反复检验理论 并发展理论的思想。 5、充分利用多媒体教学手段，注意在教学过程中使用电子教案与黑板的结合，并 在课堂教学中注重启发式教学，组织课堂讨论、课堂提问等