物理學(xué)本科專業(yè)

1、物理學(xué)本科專業(yè)熱學(xué)課程教學(xué)大綱一、熱學(xué)教學(xué)大綱二、熱學(xué)實驗教學(xué)大綱三、普通物理綜合設(shè)計性實驗教學(xué)大綱熱學(xué)課程組二 00 三年九月熱學(xué)教學(xué)大綱熱學(xué)是四年制本科物理學(xué)專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程。本課程的教學(xué)目的是：1、通過本課程的教學(xué)，應(yīng)使學(xué)生掌握熱學(xué)的基礎(chǔ)理論、基礎(chǔ)知識和基本技能；認(rèn)識物質(zhì)熱運(yùn)動形態(tài)的特點、規(guī)律和研究方法。2、了解溫度和熱的測量原理和方法；明確熱力學(xué)和分子運(yùn)動論的基 本原理。3、能正確理解中學(xué)物理熱學(xué)部分的教學(xué)內(nèi)容，能解決中學(xué)物理教學(xué) 中遇到的熱學(xué)問題。4、為學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)熱力學(xué)與統(tǒng)計物理學(xué)、固體物理等后繼課程打 下良好的基礎(chǔ)。本課程總學(xué)時為54學(xué)時，其中講授48學(xué)時，習(xí)題課6學(xué)時。

2、下表是 各章學(xué)時分配，僅供參考。學(xué)時分配表早節(jié)內(nèi)容學(xué)時引言1-一一溫度和基本熱現(xiàn)象3二二氣體分子運(yùn)動論的基本概念6三氣體分子熱運(yùn)動的速率和能量的統(tǒng)計分布律6四氣體內(nèi)的輸運(yùn)過程4五熱力學(xué)第一定律12六熱力學(xué)第二定律10七固體2八液體4九相變6備注：下面是大綱內(nèi)容，括弧內(nèi)是：講授學(xué)時 +習(xí)題課學(xué)時。大 綱 內(nèi) 容引 言（1 學(xué)時）要求：（ 1） 、簡要介紹熱學(xué)的研究對象和研究方法以及熱學(xué)在近代科學(xué)技術(shù)和日常生 活上的應(yīng)用。 指出熱運(yùn)動與機(jī)械運(yùn)動的區(qū)別， 介紹熱力學(xué)系統(tǒng)的宏觀描 述和微觀描述。（ 2） 、扼要介紹熱學(xué)發(fā)展簡史，說明生產(chǎn)力的發(fā)展與熱學(xué)發(fā)展之間的關(guān)系。一、溫度和基本熱現(xiàn)象（ 3+0 學(xué)時

3、）1、平衡態(tài) 狀態(tài)參量2、溫度和溫標(biāo) 幾種常用的溫度計3、物態(tài)方程 理想氣體 理想氣體狀態(tài)方程 要求：1）、闡明平衡態(tài)的概念，指出熱力學(xué)平衡與力學(xué)平衡的區(qū)別和聯(lián)系。2）、從熱力學(xué)第零定律引入溫度概念。 著重介紹理想氣體溫標(biāo)， 指出經(jīng)驗溫標(biāo) 對測量物質(zhì)及其物理屬性的依賴性。 簡要介紹熱力學(xué)溫標(biāo)與理想氣體溫標(biāo) 的一致性，以便能夠在本課程一開始就使用熱力學(xué)溫標(biāo)。3）、在中學(xué)知識基礎(chǔ)上， 復(fù)習(xí)氣體的實驗定律， 建立理想氣體模型， 推導(dǎo)理想 氣體狀態(tài)方程，加深對理想氣體的認(rèn)識。二、氣體分子運(yùn)動論的基本概念（ 5+1 學(xué)時）1、物質(zhì)的微觀模型2、理想氣體的微觀機(jī)制 理想氣體壓強(qiáng)公式3、理想氣體分子的平均動

4、能 溫度的微觀解釋要求：1）、說明氣體分子運(yùn)動論的三個基本觀點， 介紹分子作用力和相互作用能曲線 以及常用到的兩種分子簡化模型。2）、從微觀觀點闡明氣體壓強(qiáng)的起因， 導(dǎo)出壓強(qiáng)公式和借助于氣態(tài)方程導(dǎo)出氣 體分子平均平動動能公式。解釋壓強(qiáng)和溫度的統(tǒng)計意義。- 3 -三、氣體分子熱運(yùn)動的速率和能量的統(tǒng)計分布律（ 5+1 學(xué)時）1、氣體分子的速率分布律2、氣體分子速率分布的實驗測定3、麥克斯韋速度分布律4、玻爾茲曼分布律 重力場中微粒按高度的分布5、能量按自由度均分定理6、氣體的內(nèi)能 理想氣體的內(nèi)能和熱容量 經(jīng)典理論的缺陷 要求：1）、熟練掌握分布函數(shù)的概念和麥克斯韋速率分布定律。介紹并推導(dǎo) 三種特殊

5、速率。 說明速率分布定律的統(tǒng)計規(guī)律性， 指出統(tǒng)計規(guī)律與力 學(xué)規(guī)律的區(qū)別。（2）、介紹測定分子束分子速率分布實驗的原理，指出在平衡態(tài)下氣體 分子速率分布的規(guī)律。（3）、理解自由度的概念和能量按自由度均分定理。說明氣體內(nèi)能的微 觀意義。導(dǎo)出計算理想氣體內(nèi)能公式。了解能量均分定理的局限性。（4）、掌握等溫大氣壓強(qiáng)公式，了解玻爾茲曼分布。四、氣體內(nèi)的輸運(yùn)過程（ 4+0 學(xué)時）1、氣體分子的平均自由程2、粘滯現(xiàn)象的宏觀規(guī)律及其微觀解釋3、擴(kuò)散現(xiàn)象和熱傳導(dǎo)現(xiàn)象4、真空技術(shù)簡介 要求：1）、運(yùn)用分子剛球模型介紹分子碰撞頻率及平均自由度的概念。導(dǎo)出 碰撞頻率及平均自由程公式。 對平均自由程公式中的系數(shù)不作嚴(yán)格

6、 推導(dǎo)。2）、介紹氣體擴(kuò)散、粘滯現(xiàn)象和熱傳導(dǎo)的宏觀規(guī)律。3）、以粘滯現(xiàn)象的微觀解釋為例，說明用微觀觀點解釋和推導(dǎo)輸運(yùn)過 程宏觀規(guī)律的方法， 導(dǎo)出粘滯系數(shù)， 介紹擴(kuò)散系數(shù)和熱傳導(dǎo)系數(shù)。 說 明三個系數(shù)公式中的數(shù)值系數(shù)僅有數(shù)量級的意義，并與實驗進(jìn)行比 較，指出理論的正確性和近似性。五、熱力學(xué)第一定律（ 10+2 學(xué)時）1、熱力學(xué)過程功和熱量2、熱傳遞3、態(tài)函數(shù)內(nèi)能熱力學(xué)第一定律4、準(zhǔn)靜態(tài)過程5、熱容量 焓6、熱力學(xué)第一定律對理想氣體的應(yīng)用7、循環(huán)過程及卡諾循環(huán)8、熱機(jī)和致冷機(jī)它們的工作循環(huán) 要求：（ 1） 、闡明功、熱量和內(nèi)能三個概念的含義及三者的區(qū)別。（ 2） 、扼要介紹熱傳遞的三種方法。（ 3

7、） 、使虛偽聲掌握熱力學(xué)第一定律的意義及其數(shù)學(xué)表達(dá)式，指出第一類永 動機(jī)不可能造成。（ 4） 、闡明準(zhǔn)靜態(tài)過程的概念，介紹計算準(zhǔn)靜態(tài)過程的功的公式及功的圖線 表示法。（ 5） 、通過熱力學(xué)第一定律對理想氣體的等容、等壓、等溫、絕熱等四個過 程的應(yīng)用，使學(xué)生掌握應(yīng)用熱力學(xué)第一定律分析熱力學(xué)過程的基本方法。（ 6） 、介紹循環(huán)過程的一般概念和正循環(huán)的熱機(jī)效率及逆循環(huán)的致冷系數(shù)的 定義式，著重分析卡諾循環(huán)并推導(dǎo)理想氣體準(zhǔn)靜態(tài)過程的卡諾循環(huán)效率公 式。六、熱力學(xué)第二定律（ 8+2 學(xué)時）1、熱力學(xué)第二定律2、實際宏觀過程的不可逆性3、卡諾定理4、熱力學(xué)溫標(biāo)5、熵 熵增加原理6、熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計意義

8、要求：1） 、闡明熱力學(xué)第二定律的開爾文表述和克勞修斯表述。論證兩種表 述的一致性。指出第二類永動機(jī)是不可能造成的。2）、介紹可逆過程、不可逆過程的概念。通過摩擦生熱、熱傳導(dǎo)、氣 體自由膨脹的實例指出與熱現(xiàn)象有關(guān)的實際宏觀過程的不可逆性。3）、介紹卡諾定理，并根據(jù)熱力學(xué)第一、二定律加以證明。4）、介紹熱力學(xué)溫標(biāo)，突出其不依賴于任何測溫物質(zhì)。明確熱力學(xué)溫 標(biāo)與理想氣體溫標(biāo)的一致性， 從而能夠在一定范圍內(nèi)使用氣體溫度計 測定熱力學(xué)溫標(biāo)。5）、由克勞修斯等式引出態(tài)函數(shù)熵。介紹熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá) 式。由克勞修斯不等式推證熵增加原理。6）、通過氣體自由膨脹的微觀過程，分析揭示實際宏觀過程的不可逆

9、的原因，從而闡明熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計意義。七、固體（ 2+0 學(xué)時）1、晶體 晶體的空間點陣2、晶體中粒子的結(jié)合力和結(jié)合能3、固體的熱運(yùn)動 熱容量 熱膨脹要求：1）、介紹晶體粒子間四種典型的結(jié)合力及其普遍特征。 粒子間相互作用能 的一般形式及其相互作用能曲線。從微觀觀點定性解釋晶體的彈性。2）、介紹晶體粒子的熱振動和熱缺陷的產(chǎn)生和運(yùn)動， 從分子運(yùn)動論的觀點推導(dǎo)固體的熱容量，并定性解釋熱傳導(dǎo)、熱膨脹和熱擴(kuò)散等現(xiàn)象。八、液體（ 4+0 學(xué)時）1、液體的微觀結(jié)構(gòu)液晶2、液體的徹體性質(zhì)3、液體的表面張力4、球形液面內(nèi)外壓強(qiáng)差5、毛細(xì)現(xiàn)象要求：（ 1） 、介紹液體的微觀結(jié)構(gòu)和一般性質(zhì)（ 2） 、闡明表面

10、張力和表面張力系數(shù)，推導(dǎo)單位面積液面的內(nèi)能公式，給出 任意彎曲液面內(nèi)外壓強(qiáng)差的公式， 介紹潤濕和不潤濕的概念， 推導(dǎo)毛細(xì)管 公式。九、相變（ 6+0 學(xué)時）1、單元系一級相變的普遍特征蒸發(fā)和沸騰 飽和蒸汽壓2、克拉伯龍方程3、氣液相變4、范德瓦爾斯等溫線 對比物態(tài)方程5、固液相變6、固氣相變 三相圖要求：1） 、說明“相”“相變”和相變潛熱的概念，介紹相變潛熱的一般公式。導(dǎo) 出克拉伯龍方程，運(yùn)用它解有關(guān)潛熱的問題。2） 、闡明飽和蒸汽壓的概念以及沸騰和蒸發(fā)的區(qū)別。3）、用 P-T 圖說明二相轉(zhuǎn)變和兩相平衡曲線。汽化曲線、溶解曲線、升華 曲線。三相點，水的三相點。學(xué)生必讀書目1 、李椿，章立源，

11、錢尚武。熱學(xué)。北京：高等教育出版社。 19992 、吳瑞賢，杜定旭，楊友梅。熱學(xué)教程。成都：四川大學(xué)出版社。19863 、肖國屏。熱學(xué)。北京：高等教育出版社。 19894 、秦允豪。熱學(xué)。南京：南京大學(xué)出版社。 1990學(xué)生參考書目1 、梁紹榮等。普通物理學(xué)（第 2 卷）。北京：高等教育出版社。 19852 、黃淑清，聶宜如，申先甲。熱學(xué)教程。北京：高等教育出版社。19853 、顧建中。熱學(xué)教程。北京：高等教育出版社。 19834 、羅蔚茵，許煜寰。熱學(xué)基礎(chǔ)。廣州：中山大學(xué)出版社。19905 、徐行。熱學(xué)。北京：高等教育出版社。 19906 、張玉民，阮耀鐘。熱學(xué)。北京：高等教育出版社。199

12、17 、李洪芳。熱學(xué)。上海：復(fù)旦大學(xué)出版社。 19948 、李平。熱學(xué)。北京：北京師范大學(xué)出版社。 19879 、包科達(dá)。普通物理學(xué)（熱學(xué)） 。北京：北京大學(xué)出版社。 199010 、趙凱華，羅蔚茵。熱學(xué)。北京：高等教育出版社。199811 、R.瑞斯尼克，D.哈里德著。物理學(xué)（第一卷第二分冊）。北京：科學(xué)出版社。 198012 、F.W.Sears等著。郭泰運(yùn)等譯。大學(xué)物理學(xué)（第二分冊）。北京：人民教育出版社。 1979、熱學(xué)實驗教學(xué)大綱一、課 程 說 明熱學(xué)實驗是四年制物理學(xué)專業(yè)第二學(xué)期開設(shè)的基礎(chǔ)物理實驗。 本實驗?zāi)康?是加深對熱傳導(dǎo)、 熱膨脹、 相變等熱現(xiàn)象以及液體表面現(xiàn)象規(guī)律的認(rèn)識，

13、掌握溫 度、壓強(qiáng)等重要熱參量的測量方法， 學(xué)會正確使用溫度計、 氣壓計、 量熱器等熱 學(xué)儀器，在量熱中懂得進(jìn)行系統(tǒng)誤差的修正。熱學(xué)實驗總課時為 18 學(xué)時，每個實驗 3 學(xué)時，下面列出 8 個實驗，選做其 中 6 個實驗。本課程的考核方式：考查（平時占 40%，期末操作考查占 30%， 書面考查占 3%）。二、課 程 內(nèi) 容實驗一 驗證玻馬定律（ 3 學(xué)時）【實驗?zāi)康摹浚?、學(xué)習(xí)使用氣體定律實驗儀。2、驗證玻馬定律。3、掌握福廷式氣壓計的使用方法?！緦嶒瀮?nèi)容】：驗證玻馬定律，評價實驗結(jié)果【主要儀器】：玻馬定律實驗儀、氣壓計、水準(zhǔn)器 實驗二 混合法測定固體的比熱（ 3 學(xué)時） 【實驗?zāi)康摹浚?、

14、掌握基本的量熱方法混合法。2、測定金屬的比熱。3、學(xué)習(xí)熱學(xué)實驗中熱散失的修正。實驗內(nèi)容】：1、采用混合法測定鐵的比熱。2、利用溫升曲線進(jìn)行熱散失的修正。 主要儀器】：量熱器、溫度計、物理天平、秒表、鐵球、加熱器 實驗三 冰的溶解熱的測定（ 3 學(xué)時） 【實驗?zāi)康摹浚?、掌握測定冰的溶解熱的方法。2、學(xué)會用圖解法作熱散失修正。 【實驗內(nèi)容】：1、測定冰的溶解熱。 2、作溫升曲線，進(jìn)行系統(tǒng)誤差的修正?！局饕獌x器】： 量熱器、溫度計、物理天平、冰、熱水、濾紙、秒表實驗四 水的汽化熱的測定（ 3 學(xué)時） 【實驗?zāi)康摹浚?、測定水在大氣壓下的汽化熱。 2、學(xué)習(xí)用類比法修正誤差?！緦嶒瀮?nèi)容】： 測定水的汽

15、化熱及計算其標(biāo)準(zhǔn)不確定度【主要儀器】： 蒸氣發(fā)生器、電熱器、量熱器、冷凝器、物理天平、蒸餾水、溫度計、蒸氣 過濾器、量筒實驗五 拉脫法測定液體表面張力系數(shù)（ 3 學(xué)時） 【實驗?zāi)康摹浚?、學(xué)習(xí)焦利氏秤的使用方法。2、測定液體的表面張力系數(shù)?！緦嶒瀮?nèi)容】： 1、測定彈簧的彈性系數(shù)。 2、拉脫法測定水的表面張力系數(shù)?！局饕獌x器】： 焦利氏秤、金屬框、砝碼、燒杯、蒸餾水、溫度計、游標(biāo)卡尺實驗六 金屬線脹系數(shù)的測定（ 3 學(xué)時）【實驗?zāi)康摹浚?掌握線脹系數(shù)的一種測定方法?！緦嶒瀮?nèi)容】： 用百分表測定金屬棒的線脹系數(shù)?！局饕獌x器】： 立式線脹儀、百分表、米尺、蒸氣發(fā)生器、加熱器、溫度計實驗七 熱功當(dāng)量的

16、測定（ 3 學(xué)時）【實驗?zāi)康摹浚?觀察熱與功的轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，測定熱功 當(dāng)量?！緦嶒瀮?nèi)容】：測定熱功 當(dāng)量， 并與標(biāo)準(zhǔn)值比較，計算測量誤差?！局饕獌x器】：米尺熱功當(dāng)量測定儀溫度計（050°C, 1 /10分度） 天平游標(biāo)卡尺 量筒實驗八 良導(dǎo)體導(dǎo)熱系數(shù)的測定（ 3 學(xué)時）【實驗?zāi)康摹浚? 、用穩(wěn)定流動法測定銅的導(dǎo)熱系數(shù)。 2、學(xué)習(xí)用溫差電偶測量溫度的方法?！緦嶒瀮?nèi)容】：1、在穩(wěn)定流動的條件下測量銅的導(dǎo)熱系數(shù)2、利用熱電偶測量試件兩端的溫度差?！局饕獌x器】： 導(dǎo)熱系數(shù)測定儀、恒水位器、溫度計、銅康銅溫差電偶、靈敏電流計、電阻箱、物理天平三、教 材 與 參 考 書 目1 楊述武. 普通物理實驗

17、 . 高等教育出版社 . 20002 林抒、龔鎮(zhèn)雄 . 普通物理實驗 . 人民教育出版社 . 19813 凌佩玲等 . 普通物理實驗 . 上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社 . 1989陸申龍，郭有思 . 熱學(xué)實驗 . 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 . 1988- 9 -三、普通物理綜合設(shè)計性實驗教學(xué)大綱本課程是普通物理實驗的繼續(xù)，是為了改變長期以來，基礎(chǔ)物理實驗 教學(xué)模式單一，教學(xué)內(nèi)容陳舊，教學(xué)方法過死，學(xué)生只要按教材上的步聚去做， 就能成功地測到數(shù)據(jù)， 完成實驗。也是為了進(jìn)一步加強(qiáng)和提高學(xué)生的實驗動手能 力，獨(dú)立思考能力，分析和解決實際問題的能力而開設(shè)的。本課程所采用的儀器設(shè)備主要是美國 PASCO 公司生產(chǎn)的

18、物理實驗系統(tǒng)， 說明書， 實驗指導(dǎo)書均是英語的， 要求學(xué)生有一定的英語閱讀能力， 該實驗系統(tǒng) 可以根據(jù)需要自由組合， 也可以根據(jù)需要自制一些配件和選用一些國內(nèi)的基礎(chǔ)物 理實驗儀器進(jìn)行實驗。本課程安排的第 5 學(xué)期開設(shè)，總學(xué)時 18學(xué)時。 本課程的實驗內(nèi)容是開放性的，內(nèi)容可以是實驗指導(dǎo)書上的，也可以是國 內(nèi)普物實驗教材上的， 也可以是雜志上發(fā)表的或是自已設(shè)想的， 但要在物理實驗 室有相應(yīng)的儀器設(shè)備的前提下做。 基本內(nèi)容框架包括： 力學(xué)實驗系統(tǒng)、 熱學(xué)實驗 系統(tǒng)、電學(xué)實驗系統(tǒng)、光學(xué)實驗系統(tǒng)等以及它們之間的有機(jī)合理的組合?；疽螅?為了能讓學(xué)生更快地掌握整個操作系統(tǒng)“data studio”系統(tǒng)軟件的使用功能，開始 2個實驗要求可適當(dāng)降低， 物理上容易實現(xiàn)的、 比較簡單的實驗。 老 師除了介紹一下儀器設(shè)備和操作系統(tǒng)以外，不介紹實驗原理和步驟。2、要求學(xué)生自己選題， 自己確定實驗的內(nèi)容和深度， 自己動手動腦去設(shè)計 和完成實驗。要求學(xué)生多問本實驗的目的是什么？要測哪些物理量？3、實驗內(nèi)容確定后，應(yīng)主動與實驗指導(dǎo)教師討論，征得指導(dǎo)教師的同意。4、著重對物理現(xiàn)象的觀察、 分析和研究， 幫助學(xué)生從實驗上深入理解物理 規(guī)律。5、特別注意科學(xué)性與趣味性相結(jié)合， 充分調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)新精 神。6、由于實驗過程由計算機(jī)進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)采集， 實驗