《热学》课程教学大纲

1、热学 Thermology一、课程基本情况课程类别：学科基础课课程学分： 3 学分课程总学时：48 学时，其中讲课：48 学时，实验（含上机）：0 学时，课外0 学时课程性质：必修 开课学期：第2学期先修课程：力学，高等数学 适用专业：物理学 应用物理学教 材：李椿，章立源，钱尚武，热学第三版，高等教育出版社，2015年出版。开课单位： 物理与光电工程学院 物理系二、课程性质、教学目标和任务热学是主要介绍研究热现象的理论的两个主要分支热力学和统计物理学初步知识的课程，本课程在物理专业中的地位属于必修的专业基础课程。本课程的教学目标是使学生掌握热学中最基本的事实、概念、规律和重要应用，从现象和实

2、验事实出发，由表及里形成物理图像、突出物理本质、确立物理规律。为学生进一步学习热力学与统计物理学、固体物理等后继课程打下良好的基础。通过课程的学习，初步掌握用分子动理论观点解释宏观现象，正确认识宏观量与微观量之间的关系；掌握平衡态下气体分子热运动速率和能量的统计规律，初步建立起统计概念和统计方法的思想；掌握热力学第零、第一、第二这三个基本定律，学会正确计算、处理一些简单过程中的能量关系，较深入定性理解热力学第二定律、初步掌握用熵研究宏观变化的方向和限度。课程教学重点在于物质的基本结构模型和分子动理论的基本观点以及在此基础上初步阐明宏观量和微观量的联系，宏观经验定律的微观本质；热力学基本定律及其

3、重要应用。本课程属于物理专业基础课程，学生做到扎实理解最基本的热学概念和重要定律，熟悉重点，了解概貌即可，深度、广度不宜过多拓展。三、教学内容和要求绪论 2课时0.1热与热运动及热运动的能量（1学时）（1）了解历史上对热的本质的争论（2）理解热的本质（3）掌握热运动的特点和热运动能量重点：热运动的特点、热运动能量和内能难点：热的本质0.2 热运动与机械运动的区别和联系（0.5学时）（1）理解机械运动和宏观动能的微观本质（2）掌握热运动与机械运动的区别和联系重点：发生机械运动的物体中分子的运动难点：发生机械运动的物体中分子的运动0.3 本课程理论体系（0.5学时）（1）了解热学的研究对象和课程体

4、系（2）理解热力学和统计物理学的研究方法重点：热力学和统计物理学的研究方法难点：无 第一章 温度 （4学时）1.1平衡态状态参量 （1学时）（1）了解热力学系统的概念、分类和描述平衡态的四类状态参量（2）理解平衡态的概念（3）掌握平衡态和状态参量、状态函数、状态方程的概念和相互关系重点：平衡态的概念和平衡态的定量描述难点：平衡态的概念、状态参量、状态函数、状态方程的概念和相互关系1.2温度 （2学时）（1）了解经验温标和热力学温标（2）理解热力学第零定律和温度定义的建立（3）掌握理想气体温标及与热力学温标的关系重点：热力学第零定律和温度的定义，理想气体温标难点：理想气体温标1.3气体的物态方程

5、 （1学时）（1）了解道尔顿分压定律、昂内斯方程（2）理解范德瓦耳斯方程对理想气体物态方程的修正（3）掌握理想气体物态方程重点： 理想气体物态方程、范德瓦耳斯方程难点： 范德瓦耳斯气体对理想气体物态方程偏离的原因第二章 气体分子动理论的基本概念 6课时2.1物质的微观模型（1学时）（1）了解建立物质微观模型的若干实验事实（2）理解分子间力和分子无规运动对物质聚集态的影响（3）掌握物质微观模型的基本结论和分子动理论的基本思想重点：物质微观模型的基本结论和分子动理论的基本思想难点：影响物质聚集态的微观因素2.2理想气体的压强 （2学时）（1）理解理想气体微观模型和压强公式的推导过程（2）理解推导过

6、程中应用的统计思想和统计方法（3）掌握影响理想气体压强的微观因素，和压强公式的统计意义。重点：压强公式的推导过程和其中包含的统计思想和统计方法难点：压强公式的推导过程和其中包含的统计思想和统计方法2.3温度的微观解释 （1学时）（1）了解应用压强公式推证理想气体定律 （2）理解宏观物理量与微观量统计平均值的联系，理解宏观经验定律可以从物质的微观结构和微观运动出发运用统计方法得到逻辑证明，从而进一步理解分子动理论和统计力学对深入理解宏观现象的重要意义。（3）掌握温度的微观解释、方均根速率重点：温度的微观解释、方均根速率难点：进一步加深对宏观和微观的关系的认识2.4分子间力（1学时）（1）了解分子

7、间力的刚球模型和苏则朗模型（2）理解分子间力的特点和势能曲线（3）掌握用势能曲线解释分子间碰撞过程重点：势能曲线与分子间碰撞过程难点：无2.5范德瓦耳斯气体的压强（1学时）（1）了解修正项的导出过程（2）理解内压强的起源重点：内压强的起源难点：内压强的起源第三章 气体分子运动速率和能量的统计分布律（8学时）3.1气体分子的速率分布律（4学时）（1）了解麦克斯韦速率和速度分布的函数形式；了解二者间的关系（2）理解速率和速度分布函数的定义、归一化条件和最概然速率等基本概念；理解涨落现象和统计规律的对立统一（3）掌握利用速率分布函数求一些微观量的平均值；掌握麦克斯韦速率分布函数中两个参变量m和T对分

8、布的影响重点：速率和速度分布函数的定义；涨落现象和统计规律的对立统一；利用速率分布函数求一些微观量的平均值；难点：速率和速度分布函数的定义；涨落现象和统计规律的对立统一3.2玻尔兹曼分布律 重力场中微粒按高度的分布（1学时）（1）了解玻尔兹曼分布函数和玻尔兹曼分布的适用范围（2）理解玻尔兹曼分布常用形式的意义（3）掌握波尔兹曼分布的简单应用重点：玻尔兹曼分布常用形式的意义和简单应用难点：玻尔兹曼分布函数3.3能均分定理 （3学时）（1）了解分子运动自由度的概念（2）理解能均分定理的实质；理解经典能均分定理的局限性和量子力学解释（3）掌握能均分定理的内容；掌握理想气体的内能、定容热容的计算重点：

9、能均分定理的内容和实质；理想气体的内能、定容热容的计算；经典能均分定理的局限性和量子力学解释难点：分子运动自由度；能均分定理的实质；经典能均分定理的局限性和量子力学解释第四章 气体内的输运过程 （4学时）（1）了解输运过程的宏观规律和微观解释（2）理解气体分子的平均自由程概念（3）掌握影响分子平均自由程的因素重点：平均自由程的概念与影响因素难点：输运过程的微观解释第五章 热力学第一定律 （10学时）5.1热力学过程 （1学时）（1）了解弛豫时间的概念（2）理解准静态过程的概念；理解状态与过程的关系（3）掌握p-V图的意义重点：准静态过程的概念；状态与过程的关系；p-V图的意义难点：准静态过程的

10、概念5.2功与热量 （1学时）（1）了解表面功和电功、广义力和广义位移（2）理解功与热量的联系和区别；理解功与热量都是过程量，与状态量的本质区别（3）掌握体积功的表达式和几何意义重点：功与热量的概念、性质；体积功的表达式和几何意义难点：功与热量的概念、性质5.3热力学第一定律 （1学时）（1）了解热力学第一定律的普遍表达式（2）理解焦耳热功当量实验的结论与内能概念的建立；理解内能是状态函数（3）掌握热力学第一定律的文字表述和常见表达式重点：焦耳热功当量实验的结论与内能概念的建立；内能的性质；常见表达式及适用条件难点：内能概念的建立；内能的性质5.4热容 焓 （1学时）（1）理解热容、定容热容、

11、定压热容、比热容、摩尔热容等基本概念；理解焓的定义（2）掌握定容热容和定压热容的偏导数表示；掌握焓变与等压过程吸热量的关系重点：定容热容、定压热容、焓的基本概念；焓变与等压过程吸热量的关系难点：焓的概念5.5气体的内能 焦耳-汤姆孙实验 （2学时）（1）了解焦耳-汤姆孙实验的主要结论（2）理解焦耳实验的过程、现象和结论焦耳定律（3）掌握理想气体内能和焓的表达式及推导过程重点：焦耳实验的过程、现象和结论焦耳定律；理想气体内能和焓的表达式难点：焦耳实验的过程、现象和结论焦耳定律5.6热力学第一定律对理想气体的应用（2学时）（1）了解理想气体多方过程（2）掌握理想气体等容过程、等压过程、等温过程、绝

12、热过程的功、热量和内能变化量计算；掌握绝热过程方程重点：理想气体等容过程、等压过程、等温过程、绝热过程的功、热量和内能变化量计算；绝热过程方程难点：绝热过程方程；绝热过程的功5.7循环过程和卡诺循环 （2学时）（1）理解循环过程的能量转化；做功循环和制冷循环（2）掌握卡诺循环和一些简单循环过程效率的计算重点：循环过程的能量转化；卡诺循环难点：卡诺循环第六章热力学第二定律 （10学时）6.1热力学第二定律的两种经典表述 （2学时）（1）理解开尔文表述和克劳修斯表述的准确内涵重点：开尔文表述和克劳修斯表述的准确内涵难点：开尔文表述和克劳修斯表述的准确内涵6.2热现象过程的不可逆性 （2学时）（1）

13、了解两种经典表述的等效性（2）理解可逆过程的概念，理解实际宏观过程不可逆的根源（3）掌握热力学第二定律的本质重点：可逆过程的概念；实际宏观过程不可逆的根源难点：可逆过程的概念；实际宏观过程不可逆的根源6.3热力学第二定律的统计意义 （1学时）（1）了解热力学第二定律的适用条件（2）理解第二定律的统计意义重点：第二定律的统计意义难点：微观状态数的概念6.4卡诺定理与热力学温标 （1学时）（1）了解卡诺定理和热力学温标（2）理解热力学温标和理想气体温标的等价性重点：卡诺定理；热力学温标和理想气体温标的等价性难点：热力学温标6.5熵和熵增加原理（4学时）（1）理解熵的概念的建立过程；熵的性质（2）掌

14、握熵变的计算方法；掌握熵增加原理重点：熵的概念的建立过程；熵的性质；熵变的计算方法；熵增加原理难点：熵的概念的建立过程；熵的性质；不可逆过程熵变的计算方法；第七章 固体 （2学时）（1）了解晶体中粒子的热运动（2）理解晶体中粒子的结合力和结合能重点：晶体的概念，晶体中粒子的结合力和结合能难点：晶体中粒子的结合力和结合能，晶体中粒子的热运动第八章 液体 （2学时）理解 液体的微观结构 液晶（1）了解液体的彻体性质和液体的表面性质重点：液体的微观结构难点：液体的表面性质第九章 相变 （2学时）（1）了解单元系一级相变的普遍特征；气液相变、固液相变、固气相变；相图（2）理解克拉珀龙方程重点：克拉珀龙方程难点：克拉珀龙方程四、课程考核（1）作业等：