《普通物理二》课程教学大纲

《普通物理二》课程教学大纲课程编号：0612052课程总学时/学分：45学时/2.5学分（其中理论45学时，实验0学时）课程类别：学科基础与专业必修课一、教学目的和任务《普通物理（二）》即《热学》是继力学之后的一门重要的物理基础课程。它是研究热现象规律的科学。通过本课程的学习，使学生系统掌握热运动的宏观理论和微观理论及研究方法。提高应用热学知识分析问题，解决问题的能力，为学习热力学与统计物理学奠定坚实的基础。通过本课程内容和研究方法的教学，有目的地培养学生的创新意识和树立辩证唯物主义世界观，提高学生的综合素质。二、教学基本要求普通物理（二）是以由大量微观粒子（分子、原子）所组成的宏观物质内的热运动规律及其对物质宏观热性质的影响为研究对象，研究热现象规律的学科。既有从微观入手的解决问题的部分又有从宏观规律入手研究问题的部分，因此它的研究方法与之前所学的力学有一定的区别。考虑到本课程的特点以及学习者的特点，对本课程的教学要求有以下建议：（1）鉴于本课程是物理学专业的基础课程，在教材内容的选取上既要考虑中学物理教学的需要，又要注意与后继课程和平行课间的分工和衔接。并适应当今科学进步的新趋势，适当调整基础课和理论课程的内容，例如介绍热现象的宏观理论时，既应着重介绍热力学的基本概念及规律，又应将热力学第二定律有关熵和熵增原理的知识从理论物理课程中提上来加以解决。以使理论物理课程充实更新的知识。又如有关物质热膨胀的课题，在普通物理实验中已列入大纲，本课程就不再重复。在介绍热现象的微观理论时，从中学物理教学的需要出发只讨论分子运动理论部分面不涉及更多的统计物理的内容。（2）本课程是学习非机械运动规律的第一门课程，因此要强调物质运动形式的多样性与各种规律及其研究方法的特殊性。在学习气体分子动理论时要特别强调由大量分子构成的系统所遵从的统计规律的特点，培养学生的辩证思维能力。克服学生由于学习经典力学容易产生的机械唯物论的思想倾向，同时要在教材中始终贯彻理论来自实践又高于实践，通过实践反复检验理论并发展理论的思想。（3）为了培养学生分析问题和解决问题的能力，本课程应有足够的必需的例题与适量的习题和思考题，引导学生深刻钻研物理概念，牢固掌握知识体系。选习题和思考题要避免过量过难。三、教学内容及学时分配（黑体小四号，段前段后为自动）第一章温度和基本热现象（4+1学时）第一节平衡态，状态参量第二节温度和温标，几种常用的温度计第三节物态方程，理想气体状态方程教学要求：（1）简要介绍热学的研究对象和研究方法及热学在近代科学技术和生活上的应用。指出热运动与机械运动的区别，介绍热力学系统的宏观描述和微观描述。（2）扼要介绍热学发展简史，说明生产力的发展与热学发展之间的关系。（3）阐明平衡态的概念，指出热力学平衡与力学平衡的区别和联系。（4）从热力学第零定律引入温度的概念。着重介绍理想气体温标。指出经验温标对测温物质及其物理属性的依赖性。简要介绍热力学温标和理想气体温标的一致性。（5）复习气体实验定律，引入理想气体概念，推求理想气体状态方程，并应用此方程解决有关问题，注重用高等数学知识解题。教学重点：平衡态、温度、温标三个概念的建立，以及理想气体物态方程的推导。教学难点：温度概念及温标的建立。第二章气体分子动理论的基本概念（4学时）第一节物质的微观模型第二节理想气体的压强第三节温度的微观解释第四节分子力第五节范德瓦尔斯气体的压强教学要求：（1）说明分子动理论的基本观点，阐明物质运动的规律。介绍分子间相互作用一般规律的分子力图线和势能图线，指出常用的两种简化模型。（2）从微观观点阐明气体压强的起因，导出理想气体压强公式，解释压强和温度的统计意义。（3）以理想气体物体方程为基础考虑到理想气体与实际气体的区别推导范德瓦尔斯气体的压强。教学重点：对物质微观模型的认识以及理想气体压强公式的推导。教学难点：从微观角度入手解决问题的方法。第三章气体分子热运动速率和能量的统计分布律（6学时）第一节气体分子的速率分布律第二节用分子射线实验验证麦克斯韦速度分布律第三节玻尔兹曼分布律，重力场中微粒按高度的分布第四节能量按自由度均分定理教学要求：（1）介绍测定速率分布实验结果，引入分布函数的概念。（2）介绍麦克斯韦速率分布律，介绍并推导三种速率，介绍测定速率分布实验原理。验证麦克斯韦分布律的正确性。说明速率分布定律的统计规律性，指出统计规律与力学规律的区别。（3）介绍自由度的概念和能量按自由度均分定理。说明气体内能的微观意义，导出理想气体内能的计算公式，并通过双原子分子气体热容量的讨论指出经典理论的缺陷。教学重点：麦克斯韦速率分布规律，能量按自由度均分定理。教学难点：对麦克斯韦速率分布规律和能量按自由度均分定理的正确应用。第四章气体内的输运过程（4学时）第一节气体分子的平均自由程第二节输运过程的宏观规律第三节输运过程的微观解释教学要求：（1）运用分子刚球模型介绍分子碰撞频率及平均自由程公式。（2）介绍气体扩散，粘滞和热传导现象的宏观规律。（3）以粘滞现象的微观解释为重点，说明微观解释和推导输运过程宏观规律的方法。（4）导出三种迁移系数与微观量之间的关系，并将理论结果与实验进行比较从而指出理论的正确性和近似性。教学重点：气体分子的平均自由程及碰撞频率概念建立及运用，输运过程的微观解释。教学难点：三种输运系数的推导。第五章热力学第一定律（12+2学时）第一节热力学过程第二节功第三节热量第四节热力学第一定律第五节热容焓第六节气体的内能焦耳—汤姆孙实验第七节热力学第一定律对理想气体的应用第八节循环过程和卡诺循环教学要求：（1）阐明功、热量和内能三个概念的含义及三者的区别。（2）扼要介绍热传递的三种方式，使学生了解黑体辐射和布朗克理论。（3）使学生掌握热力学第一定律的意义及其数学表达式，指出第一类永动机不可能造成。（4）阐明准静态过程的概念，介绍计算准静态过程功的公式及功的图线表示法。（5）阐明热容、比热容、摩尔热容及焓的概念。（6）通过热力学第一定律对理想气体的等容、等压、等温和绝热四个过程的应用，使学生掌握应用热力学第一定律分析热力学过程的基本方法，介绍多方过程。（7）介绍循环过程的一般概念和正循环的热机效率及遵循的致冷系数的定义式，着重分析卡诺循环并推导理想气体准静态过程的卡诺循环效率公式。（8）简单介绍四冲程内燃机的工作原理，计算奥托循环与狄塞尔循环的效率。简单介绍普通致冷机的工作原理。教学重点：热力学第一定律及其对理想气体的应用，循环过程。教学难点：热力学第一定律对理想气体的应用。第六章热力学第二定律（10+2学时）第一节热力学第二定律第二节热现象过程的不可逆性第三节热力学第二定律的统计意义第四节卡诺定理第五节热力学温标第六节应用卡诺定理的例子第七节熵第八节熵增原理第九节熵与热力学概率本章教学要求：（1）阐明热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯表述，论证两种表述的一致性，给出第二类永动机是不可能造成的。（2）介绍可逆过程、不可逆过程的概念，通过摩擦生热、热传导、气体自由膨胀的实例指出与热现象有关的实际宏观过程的不可逆性，从而指出热力学第二定律的实质是自然过程都是沿着有序到无序，从非平衡态到平衡态的方向发展。（3）介绍卡诺定理，并根据热力学第一、二定律加以证明。指出卡诺定理对提高热机效率的指导意义，提高学生节能增效的意识。（4）介绍热力学温标，突出其不依赖于任何物质，指出热力学温标是国际上规定基本温标并且它在一定范围内与理想气体温标是一致的。（5）由克劳修斯等式引出态函数熵，介绍热力学第二定律的数学表达式，由克劳修斯不等式推证熵增原理，指出熵增原理的应用条件及特殊意义。（6）通过气体自由膨胀微观过程的分析，阐明热力学第二定律的统计意义，指出热力学第二定律的适用范围，批判热寂说。教学重点：热力学第二定律、卡诺定理、熵及熵增加原理。教学难点：熵及熵增加原理及其应用。四、推荐教材及参考书目（黑体小四号，段前段后为自动）推荐教材：1．李椿，章立源，钱尚武编.《热学》.高等教育出版社，19792．黄淑清，聂宜如，申先甲编.《热学教程》.高等教育出版社，19903．秦允豪编.《热学》.高等教育出版社，2002参考书目：1．赵凯华，罗蔚茵编.《新概念物理教程·第二卷·热学》.高等教育出版社，19982．吴瑞贤等编.《热学教程》.四川大学出版社，19863．顾建中编.《热学教程》.人民教育出版社，19824．常树人.《热学》.南开大学出版社2001年7月5．福