熱學教學大綱電子36學時

1、3 熱學教學大綱熱學教學大綱 第一部分第一部分 大綱說明大綱說明 一、本課和的性質(zhì)一、本課和的性質(zhì) 本課程為電子信息科學與技術(shù)學生專業(yè)選修課程之一。 二、本課程的教學目的二、本課程的教學目的 通過本課程的學習 1. 使學生認識物質(zhì)熱運動形態(tài)的特點、規(guī)律和研究方法，掌握比較系統(tǒng)的分子物 理學和熱力學基礎(chǔ)知識，能較靈活地加以運用。 2. 為學生進一步學習電磁學，原子物理學和理論物理熱力學和統(tǒng)計物理等后繼課 程打下良好的基礎(chǔ)。 3. 通過課程內(nèi)容和研究方法的講述有意識地培養(yǎng)學生辯證唯物主義世界觀。 三、本課程的教學任務三、本課程的教學任務 本課程是物理學專業(yè)的一門專業(yè)選修課，研究熱現(xiàn)象的理論其任務是

2、使學生了 解熱力學和統(tǒng)計物理學的基本知識和基本概念，掌握由宏觀的熱力學定律和從物質(zhì)的 微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)來研究宏觀物體的熱的性質(zhì)的研究方法，了解宏觀可測量量與微觀量的 關(guān)系以及如何把宏觀規(guī)律與微觀解釋相聯(lián)系的方法。 四、本課程的教學內(nèi)容四、本課程的教學內(nèi)容 本課程共九章，分別為溫度、氣體分子運動論的基本概念、氣體分子熱運動速率能 量的統(tǒng)計分布律、氣體內(nèi)的輸運過程、熱力學第一定律、熱力學第二定律、固體、液體 和相變。 五、本課程的教學原則和方法五、本課程的教學原則和方法 1本課程是學生在學過經(jīng)典力學后學習非機械運動規(guī)律的第一門課程。為此要強 調(diào)物質(zhì)運動形式的多樣性與各種規(guī)律及其研究方法的特殊性。在學習

3、分子運動論時要 特別強調(diào)由大量分子構(gòu)成的系統(tǒng)所遵從的統(tǒng)計規(guī)律的特點。培養(yǎng)學生辯證思維?？朔?學生的學完經(jīng)典力學后容易產(chǎn)生機械唯物論思想的傾向。同時要在教材中始終貫徹理 論來自實踐又高于實踐，通過實踐反復檢驗理論并發(fā)展理論的思想。 2物理學是建立在實驗基礎(chǔ)上的一門科學，要充分重視理論的實驗基礎(chǔ)，除安排 熱學實驗外，在課堂講授中要注意發(fā)揮演示實驗的作用，防止純推理的傾向。 3本課程采用國際單位制，但為了便于學生查閱現(xiàn)有各種熱學書籍和資料，也要 介紹和適當使用暫時與國際單位制并用的單位如標準大氣壓、巴及國際計量委員會建 議一般不用的單位如“卡”等。 4為了培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，本課程應講

4、解適當?shù)睦}和安排一 定的習題課，使學生學習正確地運用所學知識解決實際問題，同時要布置適量的習題 和思考題，引導學生深入鉆研物理概念，牢固掌握知識。 4 5根據(jù)理論聯(lián)系實際的精神，本課應在不影響理論體系的完整性的條件下適當聯(lián) 系生產(chǎn)實際，注意反映現(xiàn)代科學知識。 6課程教學方法及手段 本課程采用課堂講授、討論、多媒體教學等多種手段和教學方式開展教學。在啟 發(fā)式教學中，利用演示實驗引導學生透過現(xiàn)象探求事物的本質(zhì)，力求用學生熟知的發(fā) 生在自己身邊的現(xiàn)象和已知的知識引入新知識，使他們在不知不覺中學到了新知識。 啟發(fā)他們?nèi)ソ忉屪匀滑F(xiàn)象，增加學習興趣，讓他們在享受學習中獲得知識，提高能力。 在討論式教學中

5、，我們精選出一些容易引起爭論的問題讓學生討論，使學生們在激烈 的爭論中深刻理解物理規(guī)律，培養(yǎng)研究精神，鍛煉表達能力及應變能力等。如遇到幾 種觀點相持不下時，由老師指出正確的思維方向，引導學生積極、正確思維，真正實 現(xiàn)了師生互動。 8課程考核方法與要求 本課程考核采用閉卷考試的形式。期末考試成績占 70%，平時成績占 30%（包括 期中練習） 。命題要求覆蓋大綱，題型靈活，難易適中。著重考查學生對基本概念的掌 握和分析問題的能力，以及一定的計算能力。 六、本課程的學時分配六、本課程的學時分配 課程總 36 學時，周學時 2，開課學期第 2 學期。其中講課共 35 學時，機動 1 學時。 緒論 1

6、 學時 第一章：溫度 3 學時 第二章：氣體分子運動論的基本概念 3 學時 第三章：氣體分子熱運動速率和能量的統(tǒng)計分布律 5 學時 第四章：氣體內(nèi)的輸運過程 2 學時 第五章：熱力學第一定律 8 學時 第六章：熱力學第二定律 8 學時 第七章：固態(tài) 2 學時 第八章：液體 2 學時 第九章：相變 1 學時 七、本課程大綱編寫的執(zhí)筆人七、本課程大綱編寫的執(zhí)筆人 執(zhí)筆人：張秀平 審核人：大學物理教研室 第二部分第二部分 教學內(nèi)容與教學目標教學內(nèi)容與教學目標 一、教學內(nèi)容及要點一、教學內(nèi)容及要點 緒論（緒論（1 學時）學時） 1. 熱學的研究對象（0.25 學時） 5 2. 熱學的研究方法及主要內(nèi)容

7、（0.5 學時） 3. 熱學發(fā)展簡史。 （0.25 學時） 第一章第一章 溫度（溫度（3 學時）學時） 1. 教學目的教學目的 掌握平衡態(tài)概念和描述平衡態(tài)的狀態(tài)參量；理解從熱力學第零定律引出溫度的概 念；理解建立經(jīng)驗溫標和理想氣體溫標的方法，了解幾種常用的溫度計；根據(jù)玻義耳 定律、理想氣體溫標和阿佛伽德羅定律建立理想氣體狀態(tài)方程，并掌握和熟練應用理 想氣體狀態(tài)方程解理想氣體的問題，了解非理想氣體狀態(tài)方程。 2. 教學重點教學重點 溫度概念和溫標的建立；理想氣體狀態(tài)方程的應用。 3. 教學難點教學難點 理想氣體狀態(tài)方程在理想氣體問題中的應用。 4. 課程的主要內(nèi)容及學時安排課程的主要內(nèi)容及學時安

8、排 第一節(jié) 平衡態(tài)，狀態(tài)參量（0.5 學時） 一、平衡態(tài) 二、狀態(tài)參量 第二節(jié) 溫度（0.5 學時） 一、熱力學第零定律 二、溫標 三、氣體溫度計 四、理想氣體溫標 五、熱力學溫標 六、攝氏溫標和華氏溫標 第三節(jié) 氣體狀態(tài)方程（2 學時） 一、理想氣體狀態(tài)方程 二、非理想氣體的狀態(tài)方程 第二章第二章 氣體分子運動論的基本概念（氣體分子運動論的基本概念（3 學時）學時） 1. 教學目的教學目的 了解從物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)模型出發(fā)并結(jié)合理想氣體的微觀模型，應用統(tǒng)計概念和統(tǒng) 計方法導出理想氣體的壓強公式，再結(jié)合理想氣體狀態(tài)方程導出溫度公式，從而給出 溫度的微觀解釋。要求理解統(tǒng)計概念和統(tǒng)計方法的運用，掌握宏

9、觀量與微觀量之間的 關(guān)系。 2. 教學重點教學重點 氣體壓強公式及溫度公式的理解。 3. 教學難點教學難點 6 氣體微觀模型及統(tǒng)計概念的建立。 4. 課程的主要內(nèi)容及學時安排課程的主要內(nèi)容及學時安排 第一節(jié) 物質(zhì)的微觀模型（1 學時） 一、宏觀物體的組成 二、物體內(nèi)分子狀態(tài) 三、分子間的相互作用 第二節(jié) 理想氣體的壓強（1 學時） 一、理想氣體的微觀模型 二、壓強公式 第三節(jié) 溫度的微觀解釋（1 學時） 一、溫度的微觀解釋 二、對理想氣體定律的推證 第三章第三章 氣體分子熱運動速率和能量的統(tǒng)計分布律（氣體分子熱運動速率和能量的統(tǒng)計分布律（5 學時）學時） 1. 教學目的教學目的 理解分布律和分

10、布函數(shù)的概念，引出麥克斯韋速度和速率的分布律，理解分布函 數(shù)的物理意義和歸一化條件。掌握麥克斯韋速率和速度分布函數(shù)的數(shù)學表達式中各物 理量的意義，理解分布曲線所含的物理意義。掌握運用麥克斯韋速率分布函數(shù)求出三 種特征速率并理解其意義；運用麥克斯韋分布律求出給定區(qū)間范圍內(nèi)的分子數(shù)或分子 比率。了解麥克斯韋速率分布律的實驗驗證方法；了解統(tǒng)計規(guī)律與漲落現(xiàn)象是不可分 割的。理解經(jīng)典的能量按自由度均分定理，了解玻耳茲曼分布律。 2. 教學重點教學重點 麥克斯韋分布率的意義及其應用。 3. 教學難點教學難點 運用麥克斯韋分布率求解一些問題。 4. 課程的主要內(nèi)容及學時安排課程的主要內(nèi)容及學時安排 第一節(jié)

11、氣體分子的速率分布律（3 學時） 、數(shù)學知識 一、速率分布函數(shù) 二、麥克斯韋速率分布律 三、用麥克斯韋速率分布函數(shù)求平均值 四、麥克斯韋速率分布律 五、統(tǒng)計規(guī)律性和漲落現(xiàn)象 第二節(jié) 玻爾茲曼分布律 重力場中微粒按高度的分布（1 學時） 一、玻爾茲曼分布律 二、重力場中微粒按高度的分布 7 第三節(jié) 能量按自由度均分定理（1 學時） 一、自由度 二、能量按自由度均分定理 三、理想氣體的內(nèi)能 四、理想氣體的熱容量 第四章第四章 氣體內(nèi)的輸運過程（氣體內(nèi)的輸運過程（2 學時）學時） 1. 教學目的教學目的 掌握氣體分子的平均自由程和平均碰撞頻率的概念和規(guī)律。了解輸運過程中粘滯 現(xiàn)象、熱傳導現(xiàn)象和擴散現(xiàn)

12、象的三個宏觀實驗規(guī)律，了解運用分子動理論給出輸運過 程的微觀解釋，導出規(guī)律，進而得出粘滯系數(shù)、熱傳導系數(shù)、擴散系數(shù)與氣體性質(zhì)和 狀態(tài)之間的關(guān)系。 2. 教學重點教學重點 氣體碰撞的微觀模型。 3. 教學難點教學難點 輸運過程的微觀解釋。 4. 課程的主要內(nèi)容及學時安排課程的主要內(nèi)容及學時安排 第一節(jié) 氣體分子的平均自由程（1 學時） 一、氣體分子的平均自由程和碰撞頻率 二、*分子按自由程的分布 第二節(jié) 輸運過程的宏觀規(guī)律（0.5 學時） 一、粘滯現(xiàn)象的宏觀規(guī)律 二、熱傳導現(xiàn)象 三、擴散現(xiàn)象 第三節(jié) 輸運過程的微觀解釋（0.5 學時） 一、粘滯現(xiàn)象的微觀解釋 二、熱傳導現(xiàn)象微觀解釋 三、擴散現(xiàn)象

13、微觀解釋 四、理論結(jié)果與實驗的比較 第四節(jié) *真空的獲得及測量 第五章第五章 熱力學第一定律（熱力學第一定律（8 學時）學時） 1. 教學目的教學目的 理解準靜態(tài)過程的概念，理解作功和傳熱是改變系統(tǒng)狀態(tài)的兩種方法。從焦耳實 驗引進物質(zhì)內(nèi)能的概念；搞清做功和傳熱均與系統(tǒng)進行的過程有關(guān)，而內(nèi)能是一個與 過程無關(guān)的態(tài)函數(shù)；掌握物質(zhì)的熱容量、比熱、摩爾熱容量等物理量的概念；掌握熱 力學第一定律的數(shù)學表達式和物理意義，熟練地應用于理想氣體，掌握等容、等壓、 8 等溫、絕熱和多方過程中的能量轉(zhuǎn)換情況，并能計算一些基本循環(huán)過程的效率。了解 焦耳-湯姆孫實驗，說明真實氣體的內(nèi)能不但與溫度有關(guān)，而且與氣體壓強或

14、體積有關(guān)。 2. 教學重點教學重點 熱力學第一定律的意義及其運用。 3. 教學難點教學難點 準靜態(tài)過程、熱量、內(nèi)能等概念的理解。 4. 課程的主要內(nèi)容及學時安排課程的主要內(nèi)容及學時安排 第一節(jié) 熱力學過程（0.5 學時） 第二節(jié) 功（1 學時） 一、準靜態(tài)過程的功 二、其它類型的功 第三節(jié) 熱量（0.5 學時） 第四節(jié) 熱力學第一定律（1 學時） 一、熱力學第一定律 二、內(nèi)能、熱力學第一定律的數(shù)學表示 第五節(jié) 熱溶量、焓 （0.5 學時） 第六節(jié) 氣體的內(nèi)能（0.5 學時） 一、焦耳實驗 二、焦耳湯姆孫實驗 三、理想氣體的內(nèi)能和焓的表達式 第七節(jié) 熱力學第一定律對理想氣體的應用（2 學時） 一

15、、等容過程 二、等壓過程 三、等溫過程 四、絕熱過程 五、多方過程 第八節(jié) 循環(huán)過程和卡諾循環(huán)（2 學時） 一、循環(huán)過程與效率 二、卡諾循環(huán)與效率 第六章第六章 熱力學第二定律（熱力學第二定律（8 學時）學時） 1. 教學目的教學目的 理解從自然過程進行的方向性問題引出熱力學第二定律的兩種文字表述，并證明 其等效性。理解從過程進行的可逆與不可逆性，引進熵的概念，闡明熵增原理，理解 熵的物理意義，懂得與熱現(xiàn)象有關(guān)的一切宏觀過程都是不可逆的。再從自然過程的微 9 觀分析，理解熱力學幾率的概念，進一步討論熱力學第二定律的微觀統(tǒng)計意義，理解 熵增原理的微觀意義。最后給出玻耳茲曼關(guān)系，充分認識熱力學第二

16、定律的本質(zhì)。 2. 教學重點教學重點 熱力學第二定律的意義及熵函數(shù)的物理意義。 3. 教學難點教學難點 熵函數(shù)的引入及熵增原理的微觀意義。 4. 課程的主要內(nèi)容及學時安排課程的主要內(nèi)容及學時安排 第一節(jié) 熱力學第二定律（1 學時） 一、開爾文表述 二、克勞修斯表述 第二節(jié) 熱現(xiàn)象過程的不可逆性（1 學時） 一、熱力學第二定律兩種表述的等效性 二、可逆與不可逆過程 第三節(jié) 熱力學第二定律的統(tǒng)計意義（1 學時） 第四節(jié) 卡諾定理（1 學時） 一、卡諾定理 二、關(guān)于制冷機的效能 第五節(jié) 熱力學溫標（0 學時） 第六節(jié) 卡諾定理的應用（0 學時） 第七節(jié) 熵（2 學時） 一、克勞修斯等式 二、態(tài)函數(shù)熵

17、 三、溫熵圖 第八節(jié) 熵增加原理（1.5 學時） 一、在一些不可逆過程中熵的變化的計算 二、熵增加原理 第九節(jié) 熵與熱力學幾率（0.5 學時） 第七章第七章 固態(tài)固態(tài) （2 學時）學時） 1. 教學目的教學目的 在理想氣體狀態(tài)方程式的基礎(chǔ)上，由分子運動推導范德瓦斯方程，明確指出式中 各量的物理意義。從宏觀特征介紹晶體的區(qū)別，說明晶體的微觀結(jié)構(gòu)，簡單介紹晶體 按晶胞形狀的分類。了解晶體粒子間四種典型的結(jié)合及其普遍特征。粒子間相互作用 能的一般形式及相互作用能曲線。從微觀觀點定性解釋晶體的彈性。了解晶體粒子的 熱振動和熱缺陷的產(chǎn)生和運動。 2. 教學重點教學重點 10 講授晶體；晶體粒子的結(jié)合和結(jié)

18、合能；晶體中粒子的熱運動。 3. 教學難點教學難點 晶體粒子的結(jié)合和結(jié)合能。 4. 課程的主要內(nèi)容及學時安排課程的主要內(nèi)容及學時安排 第一節(jié) 晶體（1 學時） 一、晶體的宏觀特性 二、晶體的微觀結(jié)構(gòu) 第二節(jié) 晶體中粒子的結(jié)合力和結(jié)合能（0.5 學時） 一、四種典型的結(jié)合力 二、結(jié)合力的普遍特征、結(jié)合能 三、晶體彈性的微觀解釋 第三節(jié) 晶體中粒子的熱運動（0.5 學時） 一、熱振動 二、擴散 第八章第八章 液態(tài)（液態(tài)（2 學時）學時） 1. 教學目的教學目的 了解熱傳導的定性解釋，熱膨脹和擴散等現(xiàn)象的微觀實質(zhì)。從宏觀性質(zhì)和微觀結(jié) 構(gòu)比較液體和氣體，固體的異同。）通過液體表面現(xiàn)象的演示，闡明表面張

19、力和表面 張力系的概念，介紹表面能。說明表面張力的形成。了解球形液面內(nèi)外壓強差的公式 的推導，給出任意彎曲液面內(nèi)外壓強的公式。理解潤濕和不潤濕的概念，應用毛細管 公式。 2. 教學重點教學重點 液體的一般性質(zhì)，液晶簡介；液體的表面張力；球形液面向外的壓強差；毛細現(xiàn) 象。 3. 教學難點教學難點 球形液面向外的壓強差；毛細現(xiàn)象。 4. 課程的主要內(nèi)容及學時安排課程的主要內(nèi)容及學時安排 第一節(jié) 液晶（0.5 學時） 一、液體的微觀結(jié)構(gòu) 二、液晶 第二節(jié) 液體的徹體性質(zhì)（0 學時） 一、熱溶量 二、熱膨脹 三、熱傳導 四、擴散 11 五、粘滯性 第三節(jié) 液體的表面性質(zhì)（1.5 學時） 一、表面張力 二、表面層內(nèi)分子力的作用 第九章第九章 相變（相變（1 學）學） 1. 教學目的教學目的 說明“相”和一級相變的概念，理解相變潛熱的一般公式。闡明飽和蒸汽壓的概 念、沸騰與蒸發(fā)的區(qū)別，分析沸騰時的條件。了解二氧化碳的實驗等溫線，說明液氣 等溫相變的規(guī)律，介紹臨界溫度和臨界態(tài)的概念。用 p-t 圖說明二相轉(zhuǎn)變和兩相平衡 曲線，推導克拉珀龍方程，計算兩相平衡曲線的斜率。了解范德瓦耳斯等溫線，將其 與實際