《熱學》課程教學大綱

《熱學》教學大綱課程名稱：熱學英文名稱：ThermalPhysics課程編號：F047091521學分：2總學時/課內(nèi)實踐學時：32/0課程性質(zhì)：必修課程開課單位：數(shù)理科學與工程學院應(yīng)用物理系基層教學組織適應(yīng)對象：應(yīng)用物理學專業(yè)一、課程簡介熱學是應(yīng)用物理學專業(yè)的一門學科專業(yè)基礎(chǔ)課。通過本課程的學習，使學生掌握與熱相關(guān)的基本理論，掌握熱物理學思維方法，了解當前熱學的研究動態(tài)及進展，進一步提升對熱物理學規(guī)律的認識，培養(yǎng)學生的科學思維和創(chuàng)新精神。主要內(nèi)容包括宏觀的熱力學基礎(chǔ)知識和物質(zhì)微觀熱運動的知識。該課程的考核方式為閉卷考試。課程基于理想信念塑造、知識體系構(gòu)建、創(chuàng)新性思維養(yǎng)成“三位一體”的培養(yǎng)理念，將熱學的基本知識結(jié)構(gòu)與人文素養(yǎng)、科學素養(yǎng)、科學精神和科學方法四大思政元素相融合，用新時代國家的重大需求為牽引，加強對學生理想信念的塑造；重點突出課程知識體系蘊含的創(chuàng)新性思維，增強學生推動基礎(chǔ)學科發(fā)展的責任感和使命感。ThermalPhysicsisabasiccourseofappliedphysicsspecialty.Bystudyingthiscourse,studentswillmasterthebasictheoriesrelatedtoheat,masterthethinkingmethodsofthermalphysics,understandthecurrentresearchtrendsandprogressofthermalphysics,furtherimprovetheunderstandingofthelawsofthermalphysics,andcultivatethescientificthinkingandinnovativespirit.Themaincontentincludesthebasicknowledgeofmacroscopicthermodynamicsandtheknowledgeofmicroscopicthermalmotionofmatter.Thecourseisassessedbyaclosedbookexamination.Thecourseisbasedonthe"trinity"cultivationconceptofshapingidealsandbeliefs,constructingknowledgesystemandcultivatinginnovativethinking.Itintegratesthebasicknowledgestructureofthermodynamicswiththefourideologicalandpoliticalelementsofhumanisticliteracy,scientificliteracy,scientificspiritandscientificmethod,andusesthemajorneedsofthecountryintheneweraastractiontostrengthentheshapingofstudents'idealsandbeliefs.Itemphasizestheinnovativethinkingcontainedinthecurriculumknowledgesystemandenhancesstudents'senseofresponsibilityandmissioninpromotingthedevelopmentofbasicdisciplines.二、課程目標1．注重科學思維方法訓練和科學精神培養(yǎng)，提高學生分析問題和解決問題的的能力，培養(yǎng)科學的世界觀、人生觀、價值觀。2．較系統(tǒng)掌握熱學的基本理論、基本知識和基本技能，具備分析、解決一般熱學問題的能力。3．了解熱物理學的理論前沿、發(fā)展動態(tài)、應(yīng)用前景和最新發(fā)展，相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展狀況。1.Focusingonthetrainingofscientificthinkingmethodandscientificspirit,improvingtheabilitytoanalyzeandsolveproblems,andcultivatingascientificworldview.2.Masteringthebasictheory,basicknowledgeandbasicskillsofheatsystematically,andhavingtheabilitytoanalyzeandsolvegeneralthermalproblems.3.Understandingthetheoreticalfrontier,developmenttrend,applicationprospectandlatestdevelopmentofthermalphysics,andthedevelopmentstatusofrelatedindustries.三、課程目標與畢業(yè)要求對應(yīng)關(guān)系本課程的課程目標對應(yīng)用物理學專業(yè)畢業(yè)要求指標點的支撐情況如表1所示：表1課程目標與畢業(yè)要求對應(yīng)關(guān)系畢業(yè)要求指標點課程目標畢業(yè)要求1：素質(zhì)要求①1畢業(yè)要求2：知識要求①2畢業(yè)要求3：知識要求④3四、課程教學安排課程共有5項教學內(nèi)容，具體安排見表2。

表2：課程教學安排表序號教學內(nèi)容思政元素課堂教學學時實驗/實踐教學學時學時小計1導(dǎo)論愛國教育82分子動力學的平衡態(tài)理論愛國教育科學精神培養(yǎng)63分子動力學的非平衡態(tài)理論科學精神培養(yǎng)64熱力學第一定律科學精神培養(yǎng)85熱力學第二定律科學精神培養(yǎng)4合計32教學安排1.導(dǎo)論教學要求：理解熱學的研究對象和方法；了解熱學在物理學中的地位、作用、發(fā)展簡況；掌握平衡態(tài)的概念，明確熱力學平衡與機械平衡的區(qū)別與聯(lián)系；掌握理想氣體溫標，理解經(jīng)驗溫標對測溫物質(zhì)及其物理屬性的依賴性；掌握理想氣體狀態(tài)方程及其應(yīng)用；了解物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)模型；掌握理想氣體及其壓強的實質(zhì)；掌握溫度的宏觀與微觀實質(zhì)及其對理想氣體定律的推論；理解分子力的簡化模型、分子力曲線及勢能曲線；掌握范德瓦耳斯方程。教學內(nèi)容：熱學的研究對象和方法；熱學在物理學中的地位、作用、發(fā)展簡況；平衡態(tài)、狀態(tài)參量，溫度與溫標、熱力學第零定律；物質(zhì)的微觀模型，理想氣體的壓強和溫度的微觀解釋；分子力勢能曲線；理想氣體狀態(tài)方程，范德瓦耳斯方程。重點難點：平衡態(tài)；溫度與溫標；壓強和溫度的微觀解釋；理想氣體狀態(tài)方程；分子力勢能曲線；真實氣體的狀態(tài)方程。思政元素：中國古人在熱學方面取得的一些成就，感悟中國傳統(tǒng)文化的博大精深。增長知識見識的同時激發(fā)學生的家國情懷。2.分子動理學的平衡態(tài)理論教學要求：掌握麥克斯韋速率分布律；了解玻耳茲曼分布律；掌握能量按自由度均分定理；掌握氣體內(nèi)能的微觀意義教學內(nèi)容：麥克思韋速率分布律、氣體分子的三種統(tǒng)計速率；麥克思韋速度分布律；玻爾茲曼分布律和力場中微粒的分布；能量按自由度均分定理，固體熱容的初步理論。重點難點：氣體分子的速率分布律；能量按自由度均分定理；氣體分子的速度分布律思政元素：重溫2021年“天宮課堂”第一課中航天員翟志剛、王亞平、葉光富太空微重力環(huán)境下的水膜等內(nèi)容，增長知識見識的同時激發(fā)學生科技報國的家國情懷和使命擔當。3.輸運過程與分子動理學理論的非平衡態(tài)理論教學要求：掌握氣體分子的碰撞頻率與平均自由程的概念；了解輸運過程的宏觀規(guī)律；掌握輸運過程的微觀機理；教學內(nèi)容：氣體分子平均自由程；氣體粘滯、擴散、熱傳導(dǎo)過程的宏觀規(guī)律；氣體粘滯、擴散、熱傳導(dǎo)過程的微觀解釋。重點難點：氣體分子平均自由程；氣體輸運過程的宏觀規(guī)律；氣體輸運過程的微觀解釋。思政元素：介紹全球面臨的環(huán)境問題尤其是溫室效應(yīng)，介紹碳中和的研究現(xiàn)狀及面臨的問題，增長知識見識的同時激發(fā)學生科技報國的家國情懷和使命擔當。4.熱力學第一定律教學要求：掌握熱力學過程特別是準靜態(tài)過程的概念；掌握準靜態(tài)過程功的表達式及功的圖示；掌握功、熱量和內(nèi)能概念的含義及三者間的區(qū)別；掌握熱力學第一定律的意義及其數(shù)學表達式；理解熱容量的定義；掌握應(yīng)用熱力學第一定律分析熱力學過程的基本方法；掌握循環(huán)過程、卡諾循環(huán)及其效率。教學內(nèi)容：熱力學過程，功、熱量的概念以及熱力學第一定律；熱容量、焓，理解氣體內(nèi)能、焦耳一湯姆遜實驗；熱力學第一定律對理想氣體的應(yīng)用；卡諾循環(huán)。重點難點：熱力學第一定律及其應(yīng)用，卡諾循環(huán)；功、熱量的概念，熱容量、焓，理解氣體內(nèi)能、焦耳一湯姆遜實驗。思政元素：講解熱力學第一定律時，可以先介紹第一類永動機可以不消耗能量而永無止境的運動，而我們知道系統(tǒng)的能量永遠是守恒的，就是說能量不能平白無故的產(chǎn)生，也不能無故的消失。進而引導(dǎo)學生去思考“一分耕耘，一分收獲”的道理，天下沒有免費的午餐，天上不會掉餡餅，生活工作一切都是如此。只有努力刻苦地學習，才能取得好成績。5.熱力學第二定律教學要求：掌握熱力學第二定律的開爾文表述和克勞修斯表述，理解兩種表述的一致性；掌握可逆過程及不可逆過程的概念及熱力學第二定律的實質(zhì)；掌握卡諾定理及其意義。教學內(nèi)容：熱力學第二定律，熱現(xiàn)象過程的不可逆性；熱力學第二定律的統(tǒng)計意義；卡諾定理，熱力學溫標，應(yīng)用卡諾定理的例子；熵的概念及熵增加原理。重點難點：熱力學第二定律，熵的概念及熵增加原理；思政元素：了解新能源汽車等行業(yè)中，能源轉(zhuǎn)換和儲存、運輸過程中的損耗率及環(huán)保等方面的優(yōu)勢和面臨的挑戰(zhàn)。在討論過程中，增加學生對我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀的了解，明確目前的“卡脖子”環(huán)節(jié)，增加其對本專業(yè)的自我認同度，培養(yǎng)學生對我國科技和文化的自信。五、課內(nèi)實踐教學內(nèi)容及要求無。六、課程考核與評價根據(jù)學生學習過程中的表現(xiàn)給出平時成績，平時成績占總成績30%，平時成績的依據(jù)是出勤、課堂表現(xiàn)、作業(yè)完成情況。本課程采用閉卷筆試方式進行考核，考試的卷面成績也就是期末成績，占總成績的70%。具體見表3。表3：成績評定方式表考核環(huán)節(jié)分值考核/評價細則出勤100以課上提問、點名、抽查的方式進行考勤，按35%計入平時成績課堂表現(xiàn)100課堂上聽課和課堂互動的參與情況，按30%計入平時成績平時作業(yè)100根據(jù)全部作業(yè)的得分再按35%計入平