《热学》课程教学大纲 一、课程基本信息 英文名称 Thermal Physics 课程代码 PHYS1002 课程性质 专业必修课程 授课对象 物理学 学分3学分 学时 54学时 主讲教师 杨恺田文得等 修订日期 2021年9月 指定教材李椿等，热学（第3版）0，北京：高等教有出版社，2015. 二、课程目标 (一)总体目标： 让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。在教学中通过对热学相关问题的深入讨 论、物理前沿课题、新技术应用的教学和讨论，强化学生对热学基本概念和基本原理的理解 使学生体会物理学思想及科学方法，更好地理解科学本质，形成辩证唯物主义世界观和科学 的时空观，培养学生科学思维能力，分析问题和解决问题能力。 (二)课程目标： 课程目标1：通过系统的学习热学的基本规律，让学生掌握物体内部热学的普遍规律 以及热运动对物体性质的影响。 课程目标2：体会该课程理论体系建立过程中的物理思想方法，培养学生模型建构、分 析与综合、推理类比等科学思维方法，掌握研究宏观物体热性质的宏观描述方法（热力学） 和微观描述方法（统计物理学），为学习后续课程和独力解决实际问题打下必要的基础， 课程目标3：应用热学理论分析讨论固、液、气相变中的问题，适当介绍一些与本课程 相关的前沿课题，培养学生科学探究能力。 课程目标4：通过学习和了解热学发展史、重大科学事件和物理学家故事等，体会物理 学家的物理思想和科学精神，培养学生的爱国热情，探索未知、追求真理、水攀高峰的责任 感和使命感 (三)课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系 表1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表 1
1 《热学》课程教学大纲 一、课程基本信息 英文名称 Thermal Physics 课程代码 PHYS1002 课程性质 专业必修课程 授课对象 物理学 学 分 3 学分 学 时 54 学时 主讲教师 杨恺 田文得等 修订日期 2021 年 9 月 指定教材 李椿等，热学（第 3 版）[M]， 北京：高等教育出版社，2015. 二、课程目标 （一）总体目标： 让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。在教学中通过对热学相关问题的深入讨 论、物理前沿课题、新技术应用的教学和讨论，强化学生对热学基本概念和基本原理的理解， 使学生体会物理学思想及科学方法，更好地理解科学本质，形成辩证唯物主义世界观和科学 的时空观，培养学生科学思维能力，分析问题和解决问题能力。 （二）课程目标： 课程目标 1：通过系统的学习热学的基本规律，让学生掌握物体内部热学的普遍规律， 以及热运动对物体性质的影响。 课程目标 2：体会该课程理论体系建立过程中的物理思想方法，培养学生模型建构、分 析与综合、推理类比等科学思维方法，掌握研究宏观物体热性质的宏观描述方法(热力学) 和微观描述方法(统计物理学)，为学习后续课程和独力解决实际问题打下必要的基础。 课程目标 3：应用热学理论分析讨论固、液、气相变中的问题，适当介绍一些与本课程 相关的前沿课题，培养学生科学探究能力。 课程目标 4：通过学习和了解热学发展史、重大科学事件和物理学家故事等，体会物理 学家的物理思想和科学精神，培养学生的爱国热情，探索未知、追求真理、永攀高峰的责任 感和使命感。 （三）课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系 表 1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表
课程目标 对应课程内容 对应毕业要求（及对应关系说明） 第一章温度 掌握如何运用热学处理热运动问题：理 第二章气体分子动理论的# 解热运动的基本性质，及其对物体性质 本概念 的影响。 第三章气体分子热运动速率 和能量的统计分布律 课程目标1 第四章气体内的输运过程 7-2 第五章热力学第一定律 具有 第六章热力学第二定律 终身 第八章液体 学习 第九章相变 的意 第一章温度 识， 通过学习运用高等数学和矢量分析处 第二章气体分子动理论的基 了解 理热学问题，掌握模型建构、分析与综 本概念 物理 合、推理类比等科学思维方法，培养学 第三章气体分子热运动速率 学前 生批判性思维和质疑能力，养成独立思 和能量的统计分布律 沿和 考的习惯。 课程目标2 第四章气体内的输运过程 物理 第五章热力学第一定律 教学 第六章热力学第二定律 领域 第八章液体 及国 第九章相变 际发 第二章气体分子动理论的基 展动通过应用热学理论分析讨论固、液、气 本榴今 态。 相变中的问题，适当介绍物理学前沿， 第三章气体分子热运动速率 开阔学生的眼界，培养学生科学探究的 课程目标3 和能量的统计分布律 兴趣和能力。 第四章气体内的输运过程 第五章热力学第一定律 第六章热力学第二定律 2
2 课程目标 对应课程内容 对应毕业要求（及对应关系说明） 课程目标 1 第一章 温度 第二章 气体分子动理论的基 本概念 第三章 气体分子热运动速率 和能量的统计分布律 第四章 气体内的输运过程 第五章 热力学第一定律 第六章 热力学第二定律 第八章 液体 第九章 相变 7-2 具有 终身 学习 的意 识， 了解 物理 学前 沿和 物理 教学 领域 及国 际发 展动 态。 掌握如何运用热学处理热运动问题；理 解热运动的基本性质，及其对物体性质 的影响。 课程目标 2 第一章 温度 第二章 气体分子动理论的基 本概念 第三章 气体分子热运动速率 和能量的统计分布律 第四章 气体内的输运过程 第五章 热力学第一定律 第六章 热力学第二定律 第八章 液体 第九章 相变 通过学习运用高等数学和矢量分析处 理热学问题，掌握模型建构、分析与综 合、推理类比等科学思维方法，培养学 生批判性思维和质疑能力，养成独立思 考的习惯。 课程目标 3 第二章 气体分子动理论的基 本概念 第三章 气体分子热运动速率 和能量的统计分布律 第四章 气体内的输运过程 第五章 热力学第一定律 第六章 热力学第二定律 通过应用热学理论分析讨论固、液、气 相变中的问题，适当介绍物理学前沿， 开阔学生的眼界，培养学生科学探究的 兴趣和能力
第八章液体 第九章相变 第一章温度 通过学习和了解热学发展史、重大科学 第二章气体分子动理论的基 事件和物理学家故事等，体会物理学家 课程目标4 本概念 的物理思想和科学精神，培养学生的爱 第五章热力学第一定律 国热情，探索未知、追求真理、永攀高 第六章热力学第二定律 峰的责任感和使命感。 三、教学内容 第一章温度 1,教学目标 了解热学理论的建立和发展过程，培养学生的责任感及科学精神。 掌握平衡态、状态参量的基本概念： 掌握温度和气体物态方程。 2.教学重难点 平衡态、状态参量的基本概念： 理想气体的物态方程、道尔顿分压定律。 3.教学内容 3.1热学发展历史 热学发展历史，包括热学基本概念的历史背景，温标的建立过程，科学家的贡献，等等。 3.2平衡态状态参量 掌握平衡态、状态参量的基本概念：描述物质的状态的参量有哪些， 3.3温度 掌握热力学第零定律，理解定律的物理意义：建立温标的基本要素，了解经验温标、理 想气体温标、热力学温标。 3.4气体的物态方程
3 三、教学内容 第一章 温度 1.教学目标 了解热学理论的建立和发展过程，培养学生的责任感及科学精神。 掌握平衡态、状态参量的基本概念； 掌握温度和气体物态方程。 2.教学重难点 平衡态、状态参量的基本概念； 理想气体的物态方程、道尔顿分压定律。 3.教学内容 3.1 热学发展历史 热学发展历史，包括热学基本概念的历史背景，温标的建立过程，科学家的贡献，等等。 3.2 平衡态 状态参量 掌握平衡态、状态参量的基本概念；描述物质的状态的参量有哪些。 3.3 温度 掌握热力学第零定律，理解定律的物理意义；建立温标的基本要素，了解经验温标、理 想气体温标、热力学温标。 3.4 气体的物态方程 第八章 液体 第九章 相变 课程目标 4 第一章 温度 第二章 气体分子动理论的基 本概念 第五章 热力学第一定律 第六章 热力学第二定律 通过学习和了解热学发展史、重大科学 事件和物理学家故事等，体会物理学家 的物理思想和科学精神，培养学生的爱 国热情，探索未知、追求真理、永攀高 峰的责任感和使命感
掌握理想气体的物态方程、道尔顿分压定律：了解非理想气体的物态方程，范德瓦耳斯 方程、昂内斯方程。 4.教学方法 教师讲授，师生讨论，翻转模式，指导学生自主学习等。 5.教学评价 完成“**科学家的生平及科学贡献”小论文：课后相应习题，补充习题 第二章气体分子动理论的基本概念 1.教学目标 掌握气体分子动理论的基本规律：会用气体分子动理论求解气体分子分布问题，推导 范德瓦耳斯方程：培养学生的创新精神 2.教学重难点 理解分子间的势能曲线的意义：理解宏观量与微观量之间的关联 3.教学内容 3.1物质的微观模型 掌握物质的微观模型的基本概念：掌握如何从物质的微观结构出发来解释热现象的基本 规律 3.2理想气体的压强 掌握理想气体的微观模型：推导理想气体的压强公式，理解宏观量是微观量的统计平均 3.3温度的微观解释 掌握理想气体的温度的微观解释：理解温度是大量分子热运动的集体表现的统计意义。 3.4分子力 掌提分子间相互作用的规律：理解分子间的势能曲线的意义。 4.教学方法 教师讲授，同伴教学，师生讨论，翻转课堂等。 5.教学评价 课后相应习愿，补充习题 第三章气体分子热运动速率和能量的统计分布律 1.教学目标 掌握气体分子的速率分布律：掌握能量按自由度均分定理：培养学生的创新精神。 2.教学重难点 玻耳兹曼分布律重力场中微粒按高度的分布
4 掌握理想气体的物态方程、道尔顿分压定律；了解非理想气体的物态方程，范德瓦耳斯 方程、昂内斯方程。 4.教学方法 教师讲授，师生讨论，翻转模式，指导学生自主学习等。 5.教学评价 完成“***科学家的生平及科学贡献”小论文；课后相应习题，补充习题 第二章 气体分子动理论的基本概念 1.教学目标 掌握气体分子动理论的基本规律；会用气体分子动理论求解气体分子分布问题，推导 范德瓦耳斯方程；培养学生的创新精神。 2.教学重难点 理解分子间的势能曲线的意义;理解宏观量与微观量之间的关联 3.教学内容 3.1 物质的微观模型 掌握物质的微观模型的基本概念；掌握如何从物质的微观结构出发来解释热现象的基本 规律。 3.2 理想气体的压强 掌握理想气体的微观模型；推导理想气体的压强公式，理解宏观量是微观量的统计平均。 3.3 温度的微观解释 掌握理想气体的温度的微观解释；理解温度是大量分子热运动的集体表现的统计意义。 3.4 分子力 掌握分子间相互作用的规律；理解分子间的势能曲线的意义。 4.教学方法 教师讲授，同伴教学，师生讨论，翻转课堂等。 5.教学评价 课后相应习题，补充习题 第三章 气体分子热运动速率和能量的统计分布律 1.教学目标 掌握气体分子的速率分布律；掌握能量按自由度均分定理；培养学生的创新精神。 2.教学重难点 玻耳兹曼分布律 重力场中微粒按高度的分布
3.教学内容 3.1气体分子的速率分布律 掌捏速率分布函数的意义：理解麦克斯韦速率分布律、麦克斯韦速度分布律的规律：理 想分布律的统计意义。 3.2用分子射线实验验证麦克斯韦速度分布律 了解分子射线：了解葛正权实验、密勒和库士实验。 33玻耳兹曼分布律重力场中微粒按高度的分布 掌握玻耳兹曼分布律：理解重力场中微粒按高度的分布、等温压强公式。 3.4能量按自由度均分定理 掌握自由度的概念：掌握能量按自由度均分定理：掌握理想气体的热容的概念：了解经 典理论在解释热容随温度变化的缺陷。 4.教学方法 教师讲授，同伴教学，师生讨论，翻转课堂等。 5.教学评价 课后习题，补充作业 第四章气体内的输运过程 1.教学目标 掌握气体分子的平均自由程和运输过程：培养学生的创新精神， 2.教学重难点 气体分子的平均自由程。 3.教学内容 3.1气体分子的平均自由程 掌握平均自由程、碰撞频率的基本概念：理解平均自由程、碰撞频率与哪些因素有关： 了解分子按自由程的分布。 3.2输运过程的宏观规律 理解黏性现象、热传导现象、扩散现象的宏观规律：了解牛顿黏性定律、傅里叶定律、 斐克定律。 3.3输运过程的微观解释 了解黏性现象、热传导现象、扩散现象的微观解释：了解黏性系数、导热系数、扩散系 数与哪些因素有关：了解低压下的热传导和黏性现象。 4.教学方法
5 3.教学内容 3.1 气体分子的速率分布律 掌握速率分布函数的意义；理解麦克斯韦速率分布律、麦克斯韦速度分布律的规律；理 想分布律的统计意义。 3.2 用分子射线实验验证麦克斯韦速度分布律 了解分子射线；了解葛正权实验、密勒和库士实验。 3.3 玻耳兹曼分布律 重力场中微粒按高度的分布 掌握玻耳兹曼分布律；理解重力场中微粒按高度的分布、等温压强公式。 3.4 能量按自由度均分定理 掌握自由度的概念；掌握能量按自由度均分定理；掌握理想气体的热容的概念；了解经 典理论在解释热容随温度变化的缺陷。 4.教学方法 教师讲授，同伴教学，师生讨论，翻转课堂等。 5.教学评价 课后习题，补充作业 第四章 气体内的输运过程 1.教学目标 掌握气体分子的平均自由程和运输过程；培养学生的创新精神。 2.教学重难点 气体分子的平均自由程。 3.教学内容 3.1 气体分子的平均自由程 掌握平均自由程、碰撞频率的基本概念；理解平均自由程、碰撞频率与哪些因素有关； 了解分子按自由程的分布。 3.2 输运过程的宏观规律 理解黏性现象、热传导现象、扩散现象的宏观规律；了解牛顿黏性定律、傅里叶定律、 斐克定律。 3.3 输运过程的微观解释 了解黏性现象、热传导现象、扩散现象的微观解释；了解黏性系数、导热系数、扩散系 数与哪些因素有关；了解低压下的热传导和黏性现象。 4.教学方法