《高分子物理》教學大綱

《高分子物理》教學大綱課程編號：11180008英文名稱：PolymerPhysics學分：3.5學時：總學時56學時，其中理論56學時，實踐0學時先修課程：高等數(shù)學C1，大學物理C，概率統(tǒng)計，物理化學1、2，有機化學1、2，高分子化學，材料科學和力學基礎(chǔ)課程類別：專業(yè)主干課程授課對象：高分子材料與工程專業(yè)學生教學單位：化學化工學院修讀學期：第5學期一、課程描述和目標《高分子物理》是研究高分子材料的化學組成與結(jié)構(gòu)，與其各種物理、機械性能之間的關(guān)系，以及高分子中分子運動規(guī)律的科學，是溝通合成與應(yīng)用的橋梁。它以物理學、有機化學、物理化學和高分子化學等課程為基礎(chǔ)，又為后續(xù)課程聚合物基復合材料工程、聚合物加工工程、高分子研究方法等打下理論基礎(chǔ)。本課程與高分子材料的分子設(shè)計、合成工藝、改性方法、成型工藝、實際應(yīng)用等都有非常密切的聯(lián)系，是高分子材料與工程及其相關(guān)專業(yè)最重要的，也是必不可少的專業(yè)主干課程之一。本課程擬達到的目標：課程目標1：在專業(yè)知識方面，掌握高分子鏈的基本結(jié)構(gòu)、高分子的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)、高分子溶液的性質(zhì)和熱力學性質(zhì)、高分子的分子量與分子量分布、分子運動理論、高分子的高彈性及橡膠熱力學、高分子的粘彈性、高分子的極限力學性能、高分子的流變性和介電性等章節(jié)的相關(guān)原理和基本定律。深入理解高分子物理的基本原理、方法與技能。深刻認識并掌握高分子物理利用結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系處理問題的基本方法?！緦酥笜它c1-3.能夠?qū)⑾嚓P(guān)知識和數(shù)學模型方法用于推演、分析專業(yè)工程問題?！空n程目標2：在專業(yè)能力方面，掌握高分子的基本結(jié)構(gòu)、分子量與分子量分布、熱力學及運動學的基本概念和原理，弄清分子內(nèi)與分子間相互作用的本質(zhì)，通過分子運動理論建立結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系。能熟練運用高分子物理的理論知識來解釋高分子材料制備、加工與實際應(yīng)用中遇到的問題，以滿足實際需要?！緦酥笜它c2-1.

能運用材料科學原理，識別和判斷材料生產(chǎn)和加工領(lǐng)域復雜工程問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。】課程目標3：在專業(yè)素養(yǎng)方面，培養(yǎng)有效的團隊合作精神與溝通交流能力，養(yǎng)成高分子專業(yè)的職業(yè)規(guī)范和習慣，能正確認識和評價塑料、橡膠、纖維等常用高分子產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，并能將高分子物理的理論知識熟練運用于新材料、新產(chǎn)品、新工藝的開發(fā)和應(yīng)用?！緦酥笜它c2-2.

能基于相關(guān)科學原理和數(shù)學模型方法正確表達材料生產(chǎn)和加工領(lǐng)域復雜工程問題?！慷⒄n程目標對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系畢業(yè)要求指標點課程目標權(quán)重指標點1-3.能夠?qū)⑾嚓P(guān)知識和數(shù)學模型方法用于推演、分析專業(yè)工程問題。課程目標1H指標點2-1.

能運用材料科學原理，識別和判斷材料生產(chǎn)和加工領(lǐng)域復雜工程問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。課程目標2M指標點2-2.

能基于相關(guān)科學原理和數(shù)學模型方法正確表達材料生產(chǎn)和加工領(lǐng)域復雜工程問題。課程目標3H三、教學內(nèi)容、基本要求與學時分配序號教學內(nèi)容基本要求及重、難點（含德育要求）學時教學方式對應(yīng)課程目標1緒論掌握高分子的基本概念，明確本課程研究的對象和內(nèi)容，對高分子學科的發(fā)展歷程趨勢有新了解，掌握高分子物理的學習和研究方法。重、難點：高分子物理的發(fā)展歷程和學習方法。德育元素：培養(yǎng)學生科學精神和人文精神2集中講授課程目標1、32高分子的鏈結(jié)構(gòu)掌握高分子鏈的化學組成、構(gòu)型、構(gòu)造和構(gòu)象的基本知識（近程結(jié)構(gòu)與遠程結(jié)構(gòu)）；理解鏈段、柔順性、均方末端距、無擾鏈等基本概念；能熟練運用理想鏈模型和等效自由連接鏈模型。重、難點：三種高分子的構(gòu)型；高分子柔順性的影響因素和比較；等效自由連接鏈模型的建立和計算。德育元素：養(yǎng)成良好的學習習慣，獨立完成作業(yè)。6集中講授課程目標1、33高分子的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)了解高分子凝聚態(tài)的基本原理，晶體的基礎(chǔ)知識和表征方法；掌握結(jié)晶熱力學，不同結(jié)晶形態(tài)的形成條件和特點，三種聚合物晶體結(jié)構(gòu)模型，結(jié)晶度的測定方法；了解非晶態(tài)結(jié)構(gòu)模型；掌握高分子液晶的分類和特點，了解液晶的表征方法；理解取向的基本原理，了解取向的表征手段和應(yīng)用；了解高分子合金的特點。重、難點：高分子結(jié)晶的必要條件；晶面Miller指數(shù)、晶胞密度的計算；液晶的有序性分類及特點。德育元素：培養(yǎng)不怕困難的科學研究精神。8集中講授課程目標1、2、34高分子溶液掌握高分子溶液的基本概念，溶液中真實鏈的熱力學理論；了解聚合物的熵彈性理論，熟練運用三種溶劑選擇方法；了解混合熵（Flory平均場理論）、混合熱、混合自由能、化學位及滲透壓的數(shù)學推導和模型（溶液熱力學）；掌握相平衡與相分離機理，了解聚合物濃溶液的應(yīng)用和增塑原理。重、難點：高分子的溶解過程；不同聚合物溶液體系特點及濃度計算；溶度公式和溶劑化原則；θ溶液、1和A2的物理意義；聚合物相圖的分析。德育元素：實事求是的科研作風和團結(jié)協(xié)作的團隊意識。8集中講授課程目標1、2、35分子量與分子量分布理解聚合物多分散性和平均分子量的概念，熟練運用統(tǒng)計學方法計算聚合物分子量及分子量分布；掌握聚合物分子量及分子量分布的測定方法；明確粘度的基本物理量；掌握GPC的基本原理、普適校正曲線和數(shù)據(jù)處理方法。重、難點：數(shù)均、重均分子量的計算；外推法在實驗數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用；Zimm作圖法；特性粘度的測定和計算方法；GPC的數(shù)據(jù)處理和計算。德育元素：養(yǎng)成唯真求實、尊重數(shù)據(jù)、嚴謹理性的工匠品質(zhì)。6集中講授課程目標1、2、36聚合物的分子運動和轉(zhuǎn)變理解聚合物分子運動的特點，包括運動單元的多重性、時間依賴性和溫度依賴性；明確材料力學的基本物理量和公式；掌握三類典型聚合物的分子運動規(guī)律；掌握玻璃化轉(zhuǎn)變的基本定律、意義和影響因素；了解玻璃化轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象、測定方法、熱力學理論和動力學理論；了解高分子結(jié)晶動力學理論和影響結(jié)晶速度的因素；深入理解Avrami方程和指數(shù)的物理意義；掌握聚合物的熔融過程和熔點相關(guān)知識。重、難點：運用分子運動理論分析三類聚合物的力學狀態(tài)及模量（形變）-溫度曲線；玻璃化轉(zhuǎn)變自由體積理論；影響玻璃化溫度的因素；Avrami方程和指數(shù)的計算；影響熔點的因素。德育元素：培養(yǎng)不怕困難的科學研究精神。6集中講授課程目標1、27高分子的高彈性了解常用橡膠的命名、結(jié)構(gòu)及特點；熟悉材料力學中常見受力過程的分析；掌握橡膠高彈性的形成條件、特點及交聯(lián)度的描述方法；了解橡膠熱力學方程的物理意義及推導過程；掌握相似模型推導的三個橡膠狀態(tài)方程并熟練運用；了解橡膠狀態(tài)方程的一般修正方法、非相似模型（幻影模型）和Mooley-Rivlin理論；掌握橡膠的溶脹效應(yīng)及溶脹度的公式。重、難點：三個橡膠狀態(tài)方程的相關(guān)計算；橡膠溶脹度的相關(guān)計算。德育元素：培養(yǎng)不怕困難的科學研究精神。4集中講授課程目標1、2、38高分子的粘彈性了解理想彈性體、理想粘性體和高分子線性力學響應(yīng)的基本特點，掌握不同類高分子的蠕變、應(yīng)力松弛原理及曲線；了解動態(tài)粘彈性的概念和公式；掌握描述高分子力學損耗的物理量及影響因素；熟練運用粘彈性數(shù)學描述的兩個基本模型及簡單疊加；了解廣義的Maxwell模型和Kelvin模型；理解松弛時間、玻爾茲曼疊加原理和時溫等效原理；掌握WLF方程在實際生產(chǎn)加工中的計算方法；了解聚合物粘彈性的測定方法及力學松弛譜。重、難點：運用分子運動理論解釋高分子的蠕變、應(yīng)力松弛、滯后和力學損耗等現(xiàn)象；Maxwell模型、Kelvin模型及簡單多元件模型的受力分析和計算；移動因子aT及WLF方程的計算；德育元素：養(yǎng)成唯真求實、尊重數(shù)據(jù)、嚴謹理性的工匠品質(zhì)。6集中講授課程目標1、2、39聚合物的極限力學性能明確聚合物極限力學性能的基本物理量；掌握不同類高分子的應(yīng)力應(yīng)變曲線；弄清屈服和斷裂的概念；掌握剪切帶和銀紋的概念、形成機理及特點；掌握高分子強度理論、不同斷裂方式的機理及力學性能的影響因素（強度和韌性）；了解格里菲斯理論和增強、增韌的原理及方法。重、難點：運用分子運動理論解釋不同類高分子的應(yīng)力應(yīng)變曲線；聚合物不同斷裂方式的受力過程分析；強度和韌性的影響因素。德育元素：實事求是的科研作風和團結(jié)協(xié)作的團隊意識。4集中講授課程目標1、2、310聚合物的流變性理解聚合物的流動機理；掌握牛頓流體定律；熟悉各類非牛頓流體的特點、流動曲線和冪律公式；掌握聚合物的普適流動曲線及剪切變稀原理；了解影響聚合物流動性和粘流溫度的因素；明確聚合物熔體流動過程中常見的幾種現(xiàn)象及機理。重、難點：冪律指數(shù)的物理意義；運用分子纏結(jié)理論解釋普適流動曲線。德育元素：實事求是的科研作風和團結(jié)協(xié)作的團隊意識。4集中講授課程目標1、2、311聚合物的介電性了解高分子的極化現(xiàn)象及介電性；明確電介質(zhì)極化過程中的基本物理量；掌握高分子的極化機理；掌握高分子介電常數(shù)、介電損耗的概念及影響因素。重、難點：運用分子運動理論解釋極化機理；介電常數(shù)和介電損耗的物理意義。德育元素：愛黨，愛國，愛校。2課程目標1、2、3合計56四、課程教學方法采用集中講授的教學方式。課堂以多媒體演示講授為主，輔以課堂討論和提問，并結(jié)合課前預習、課后作業(yè)、課后復習與答疑等方式。在教學方法上，注重啟發(fā)式教學和互動式教學，采用舉例、對比、推理和歸納等方法，引導學生積極思考，理解和掌握知識要點。五、學業(yè)評價和課程考核（一）考核方式及具體要求1.課程成績構(gòu)成與要求課程考核注重形成性和終結(jié)性評價相結(jié)合，考核內(nèi)容主要由平時作業(yè)、課程論文、期末考核組成，均按百分制計分，其中期末考核成績占60%、平時作業(yè)成績占10%、課堂表現(xiàn)成績占10%、章節(jié)測試成績占20%。2.課程目標達成考核與評價序號教學環(huán)節(jié)課程目標1（分值）課程目標2（分值）課程目標3（分值）合計1平時作業(yè)1000102課堂表現(xiàn)550103章節(jié)測試5510204期末考試20103060課程目標對應(yīng)分值402040100（二）考核與評價標準1.平時成績考核與評價標準分值觀測點90-100分70-89分60-69分0-59分作業(yè)按時完成，90%以上的作業(yè)內(nèi)容齊全，基本知識點理解、掌握到位。按時完成，70%以上的作業(yè)內(nèi)容齊全，基本知識點理解、掌握較到位。延時完成，60%以上的作業(yè)內(nèi)容齊全，基本知識點理解、掌握基本到位。不交和補交，50%以下的作業(yè)內(nèi)容齊全，基本知識點理解、掌握有偏差。2.章節(jié)測試與評價標準章節(jié)測試根據(jù)測試題目及評分標注進行打分（百分制）。采取閉卷測試形式，隨堂線下進行，題型主要采用選擇、簡答、計算題等。3.課堂表現(xiàn)考核與評價標準分值觀測點90-100分70-89分60-69分0-59分課堂考勤、互動、提問等1、能提前10分鐘到達教室，不早退，2、課堂積極參與討論，師生互動良好；3、基本知識點和原理理解掌握到位。4、能夠利用高分子物理知識分析實際相關(guān)專業(yè)問題。1、能提前5分鐘到達教室，不早退，2、課堂上參與討論，師生有互動；3、理解基本知識點和原理。4、能夠較好利用高分子物理知識分析實際相關(guān)專業(yè)問題。1、踩點到達教室，有早退現(xiàn)象，2、課堂上討論參與度不高，參與師生互動較少；3、基本理解基本知識點和原理。4、利用高分子物理知識對相關(guān)專業(yè)問題有一定的分析與討論。1、不能按時達教室，有早退現(xiàn)象，2、課堂上基本不參與討論，缺少師生互動；3、基本知識點和原理掌握較差。4、難以利用高分子物理知識對相關(guān)專業(yè)問題有一定的分析與討論。4.期末試卷考核與評價標準根據(jù)課程目標及教學內(nèi)容，設(shè)計期末考