《普通物理學（熱學）》課程教學大綱

PAGE1PAGE6普通物理學（熱學）課程教學大綱(ThermalPhysics)學時數(shù)：48其中：實驗學時：0課外學時：0學分數(shù)：3適用專業(yè)：物理學一、課程的性質、目的和任務普通物理學（熱學）課程是高等學校物理學專業(yè)學生一門必修的學科基礎課程，它是為培養(yǎng)合格的中學物理教師和現(xiàn)代化建設所需的高素質建設人才服務的。通過本課程的學習，要使學生牢固掌握物質熱運動的基本概念、基本原理和規(guī)律以及研究問題的方法，幫助學生建立辯證唯物主義的觀點，并為學習后繼課程和進一步獲得熱學知識奠定必要的基礎。在本課程的教學過程中，要通過各個教學環(huán)節(jié)逐步提高學生的抽象思維能力、邏輯推理能力、空間想象能力和自學能力，同時在計算能力和分析能力等方面受到嚴格的訓練，注重培養(yǎng)學生用所學的熱學理論解決簡單的應用問題和綜合運用所學知識去分析問題和解決問題的能力。二、課程教學的基本要求（一）理解熱學的研究對象，了解熱學的特點和研究方法，特別是統(tǒng)計的方法。理解熱運動與機械運動的區(qū)別，理解宏觀描述和微觀描述。了解熱學的發(fā)展簡史和當前概況，了解熱學與其它科學技術的關系。（二）掌握麥克斯韋速率分布律，理解麥克斯韋速度分布律，了解統(tǒng)計規(guī)律和力學規(guī)律，了解漲落現(xiàn)象。掌握氣體分子的平均速率、最概然速率、方均根速率的公式，理解這三種特殊速率的意義。理解氣體分子碰壁數(shù)及其應用，了解速率分布曲線的實驗驗證。（三）理解輸運過程的微觀解釋，了解氣體輸運系數(shù)的導出和輸運系數(shù)與實驗結果的比較，了解黏性系數(shù)、熱傳導系數(shù)、擴散系數(shù)公式。（四）理解熱容和焓的概念，理解絕熱自由膨脹和氣體內能，了解焦耳實驗和焦耳—湯姆孫實驗及其意義，掌握理想氣體定壓熱容的計算公式。（五）理解熱力學溫標與理想氣體溫標的一致性，從而認識到在一定范圍內能夠使用氣體溫度計測定熱力學溫度。（六）、掌握飽和蒸氣壓的概念，理解液體蒸發(fā)和沸騰的聯(lián)系與區(qū)別，理解沸騰的條件，理解等溫相變過程。三、課程的教學內容、重點和難點第一章導論一、宏觀描述方法與微觀描述方法（一）熱學的研究對象及其特點（二）宏觀描述方法與微觀描述方法二、熱力學系統(tǒng)的平衡態(tài)（一）熱力學系統(tǒng)（二）平衡態(tài)與非平衡態(tài)（三）熱力學平衡三、溫度（一）溫度（二）熱力學第零定律（三）溫標四、物態(tài)方程（一）物態(tài)方程（二）理想氣體物態(tài)方程（三）混合理想氣體物態(tài)方程五、物質的微觀模型（一）物質由大數(shù)分子組成（二）分子熱運動的例證（三）分子間的吸引力與排斥力六、理想氣體微觀描述的初級理論（一）理想氣體微觀模型（二）單位時間內碰在單位面積器壁上的平均分子數(shù)（三）理想氣體壓強公式壓強的單位換算（四）溫度的微觀意義七、分子間作用力勢能與真實氣體物態(tài)方程（一）分子間相互作用勢能曲線（二）范德瓦耳斯方程重點：熱力學系統(tǒng)的平衡態(tài)；溫度；物態(tài)方程。難點：溫標；溫度的微觀意義；范德瓦耳斯方程。第二章分子動理學理論的平衡態(tài)理論一、分子動理學理論與統(tǒng)計物理學二、概率論的基本知識（一）伽爾頓板實驗（二）等概率性與概率的基本性質（三）平均值及其運算法則（四）均方偏差（五）概率分布函數(shù)三、麥克斯韋速率分布（一）分子射線束實驗（二）麥克斯韋速率分布四、麥克斯韋速度分布（一）速度空間（二）麥克斯韋速度分布（三）從麥克斯韋速度分布導出速率分布五、氣體分子碰壁數(shù)及其應用六、外力場中自由粒子的分布玻爾茲曼分布（一）等溫大氣壓強公式*懸浮微粒按高度分布（二）玻爾茲曼分布七、能量均分定理（一）理想氣體的熱容（二）自由度與自由度數(shù)（三）能量均分定理*（四）能量按自由度均分的物理原因（五）能量均分定理的局限*自由度的凍結重點：麥克斯韋速率分布；麥克斯韋速度分布；能量均分定理。難點：概率分布函數(shù)；麥克斯韋速度分布；玻爾茲曼分布；能量均分定理的局限。第三章輸運現(xiàn)象與分子動理學理論的非平衡態(tài)理論一、黏性現(xiàn)象的宏觀規(guī)律二、擴散現(xiàn)象的宏觀規(guī)律三、熱傳導現(xiàn)象的宏觀規(guī)律四、對流傳熱五、氣體分子平均自由程（一）碰撞（散射）截面（二）分子間平均碰撞頻率*（三）氣體分子間相對運動速率分布（四）氣體分子平均自由程*（五）氣體分子的自由程分布六、氣體輸運系數(shù)的導出（一）氣體黏性系數(shù)的導出（二）氣體熱傳導系數(shù)的導出（三）氣體擴散系數(shù)的導出（四）與實驗結果的比較七、稀薄氣體中的輸運過程重點：熱傳導現(xiàn)象的宏觀規(guī)律；氣體分子平均自由程和平均碰撞頻率。難點：氣體輸運系數(shù)的導出；稀薄氣體中的輸運過程。第四章熱力學第一定律一、可逆與不可逆過程（一）準靜態(tài)過程*（二）弛豫時間（三）可逆與不可逆過程二、功和熱量（一）功是力學相互作用下的能量轉移（二）體積膨脹功（三）其它形式的功（四）熱量與熱質說三、熱力學第一定律（一）能量守恒與轉換定律（二）內能定理四、熱容與焓（一）定體熱容與內能（二）定壓熱容與焓五、熱力學第一定律對氣體的應用（一）理想氣體的內能焦耳實驗（二）理想氣體的等體、等壓、等溫過程（三）絕熱過程（四）多方過程六、熱機（一）蒸汽機與熱機（二）卡諾熱機*（三）內燃機循環(huán)七、焦耳─湯姆孫效應與制冷機（一）制冷循環(huán)與制冷系數(shù)（二）焦耳─湯姆孫效應（三）氣體壓縮式制冷機*（四）熱泵型空調器重點：可逆與不可逆過程；功和熱量；熱力學第一定律及應用；熱機及其效率。難點：可逆與不可逆過程；絕熱過程；多方過程；熱機及其效率；焦耳─湯姆孫效應。第五章熱力學第二定律與熵一、熱力學第二定律的表述及其實質（一）熱力學第二定律的兩種表述及其等效性*（二）利用兩種表述判別可逆與不可逆（三）利用四種不可逆因素判別可逆與不可逆（四）熱力學第二定律的實質二、卡諾定理（一）卡諾定理*（二）卡諾定理的應用（三）熱力學溫標三、熵與熵增加原理（一）克勞修斯等式（二）熵和熵的計算（三）溫—熵圖（四）熵增加原理*（五）熱寂說（六）熱力學第二定律的數(shù)學表達式（七）熵的微觀意義重點：熱力學第二定律的表述及其實質；卡諾定理；熵和熵的計算。難點：熱力學第二定律的實質；熵和熵的計算；熵增加原理；熵的微觀意義。第六章物態(tài)與相變一、物質的五種物態(tài)（一）引言（二）固態(tài)二、液體（一）液體的微觀結構（二）液體的徹體性質三、液體的表面現(xiàn)象（一）表面張力與表面能（二）彎曲液面附加壓強（三）潤濕與不潤濕毛細現(xiàn)象四、氣液相變（一）相與相變（二）汽化和凝結（三）真實氣體等溫線*（四）范德瓦耳斯等溫線（五）臨界點一級相變與連續(xù)相變五、固—液、固—氣相變相圖（一）固—液及固—氣相變（二）相圖（三）克拉珀龍方程重點：液體的表面張力與表面能；彎曲液面附加壓強；汽化和凝結；相圖；克拉珀龍方程。難點：彎曲液面附加壓強；毛細現(xiàn)象；相圖；克拉珀龍方程。四、課程各教學環(huán)節(jié)要求（一）本大綱是根據教育部《高等師范院校物理學專業(yè)熱學教學大綱》、面向21世紀課程教材之普通物理學教程《熱學》（秦允豪編）和結合本學院的實際制訂的。本課程宜安排在第二學期講授，總學時（包括習題課、討論課、期中測驗和期末總復習在內）為48學時。應當重視習題課和討論課，可使它們的學時數(shù)約占總學時數(shù)的五分之一。（二）為了貫徹因材施教原則，大綱中編入了一些為提高深度和廣度的選講內容，標以*號，應根據學生具體情況選用，靈活處理，可略講或不講留作自學?？紤]到本課程與后繼課程《熱力學統(tǒng)計物理學》的特殊關系，本課程中較難的部分一般不作深入的研究和探討，留待后繼課程《熱力學統(tǒng)計物理學》接著解決。（三）本課程以課堂教學為主，在條件許可的情況下，應多采用現(xiàn)代化的教學手段。除《普通物理實驗》課程中對熱學實驗的要求外，本課程還應要求學生自愿選做一些課外的熱學實驗和觀察自然界、生活、生產中的熱現(xiàn)象。五、學時分配教學內容各教學環(huán)節(jié)學時分配作業(yè)題量備注章節(jié)主要內容講授實驗討論習題課外其它小計一導論71196二分子動理學理論的平衡態(tài)理論71195三輸運現(xiàn)象與分子動理學理論的非平衡態(tài)理論4154四熱力學第一定律7296五熱力學第二定律與熵41164六物態(tài)與相變82106合計37384831六、課程與其它課程的聯(lián)系本課程是在中學物理（熱學部分）的基礎上循序漸進、螺旋式提高的。《高等數(shù)學》和《力學》是本課程必需的、重要的先修課程。本課程與物理學專業(yè)的其它專業(yè)基礎課和專業(yè)課有著廣泛的聯(lián)系，是這些課程（《力學》除外）的基礎和先修課程，其中本課程與必修課《熱力學統(tǒng)