《热学》课程大纲

PAGEPAGE15《热学》课程大纲一、课程信息课程名称热学适用专业物理学课程代码05011104课程类别必修学分学时3.5学分/56学时开设学期2先修课程高等数学、力学后续课程热力学与统计物理二、课程简介《《热学》是是研究物质与温度有关的性质和规律的物理学分支学科。由于热学研究对象的普遍性和研究方法的特殊性，使它在物理学体系中和科学技术领域中具有重要的地位和作用。本课程系统阐述热现象宏观规律的基本理论，主要包括温度和基本热现象、气体分子动理论的基本概念、气体分子热运动速率和能量的统计分布律、气体内的输运过程、热力学第一定律和热力学第二定律等内容。通过该课程的教学，使学生不仅掌握热现象的基本规律，还要掌握处理热学问题的基本思想和方法，具有观察热学现象、分析和解决电动力学问题的初步能力，同时为学习后继课程打下扎实的基础。三、课程目标（一）课程目标设置通过本课程的学习，学生能达到以下目标：目标1：理解热力学的基本概念、温度的建立过程，能运用热力学的基本规律和基本方程分析简单系统的热力学性质和典型热力学过程。目标2：理解和掌握气体分子动理论的基本概念。理解理想气体压强公式的推导过程并能运用压强公式分析气体系统的热力学问题。目标3：理解麦克斯韦速度分布律含义，能应用速度分布函数初步计算三大统计速律。掌握平均自由程、平均碰撞次数的公式及推导过程。理解自由度的概念，能应用能量均分定理计算理想气体内能。理解粘滞系数、热传导系数、扩散系数的微观本质。目标4：理解功和热量是过程量。热力学第一定理含义及数学公式。运用热力学第一定理分析气体系统的热力学过程功、热量和内能的变化量。热机、制冷机概念的理解及热机效率、制冷系数的计算。目标5：能够通过小组学习、专题讨论、网络共享等方式开展热力学与统计物理的学习活动，感受团队协作的重要性，具有群体合作学习体验。（二）课程目标对毕业要求分解指标的支撑关系毕业要求分解指标课程目标3.学科素养3-1掌握物理学的基本原理和基本知识，理解物理学的知识体系、基本思想和方法，了解物理学的发展历史和前沿动态。目标1（H）目标2（H）目标3（H）目标4（H）8.沟通合作8-2理解学习共同体重要作用，具有团队协作精神，能够参加小组学习、专题研讨、团队互动、网络共享等协作学习活动，与同学合作交流，分享经验和资源。目标5（M）（三）课程目标对毕业要求的支撑矩阵图课程目标践行师德学会教学学会育人学会发展师德规范教育情怀学科素养教学能力班级管理综合育人学会反思沟通合作1-11-21-32-12-22-33-13-23-34-14-24-34-45-15-25-36-16-26-37-17-28-18-2课程目标1H课程目标2H课程目标3H课程目标4H课程目标5M四、教学要求课程目标教学内容学时教学重点教学难点教学方式学习方式课程思政结合点目标11.绪论11.热学研究的对象和方法

2.热学发展简述1.热学研究的对象和方法课堂讲授听课学习课堂问答通过热学发展历史的回顾，引导学生认识到科学是不断发展开放体系，科学认识从不是一蹴而就、一帆风顺，增强学生求真务实、勇于探索的科学精神。2.平衡态和状态参量11.平衡态2.状态参量1.平衡态概念的理解课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习3.温度21.热力学第零定律2.温标1.经验温标三要素的理解课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习通过温度严格概念的引入，增强学生逻辑推理和严谨思维的能力。4.物态方程21.理想气体的物态方程2.非理想气体的物态方程1.理想气体物态方程得出过程课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论通过学习热力学第一定律的建立过程，进一步理解物理学科的实证性特点，培养学生求真务实，严谨认真的作风和精神。目标21.物质的微观模型21.宏观物体是由大量微粒组成2.微观粒子在作无规则热运动3.分子间存在相互作用力1.分子间相互作用引力、斥力曲线的理解课堂讲授案例分析听课学习课堂问答2.理想气体的压强31.理想气体的微观模型2.压强公式1.理想气体的微观模型的理解2.压强公式的推导过程课堂讲授案例分析听课学习课堂问答通过压强公式的推导过程，让学生体会热学理论与数学的紧密联系，感受其严谨性、可靠性与普遍性。3.温度的微观解释21.温度的微观解释2.对理想气体定律的推证1.温度的微观解释的理解课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习4.范德瓦尔斯气体的压强11.分子体积所引起的修正2.分子间引力引起的修正1.分子体积所引起的修正的推导课堂讲授案例分析听课学习课堂问答目标31.气体分子的速率分布律51.速率分布函数2.麦克斯韦速率分布律3.用麦克斯韦速率分布函数求平均值4.麦克斯韦速度分布律1.麦克斯韦速率分布律的理解2.运用麦克斯韦速率分布律求平均速率，方均根速率的计算过程课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论通过最概然速率、平均速率和方均根速率的推导过程，让学生体会热学理论与数学的紧密联系，感受其严谨性、可靠性与普遍性。2.气体分子速率分布的实验测定11.分子射线2.葛正权实验3.密勒和库士实验1.学生对实验装置和实验过程的理解课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论3.玻尔兹曼分布律、重力场中微粒按高度的分布11.玻尔兹曼分布律2.重力场中微粒按高度的分布1.对玻尔兹曼分布律的理解2.对重力场中微粒按高度的分布的理解课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习4.能量按自由度均分定理31.自由度2.能量按自由度均分定理3.理想气体的内能4.理想气体的热容5.经典理论的缺陷1.对自由度概念的理解2.对能量按自由度均分定理的理解3.理想气体的内能的计算课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论通过对热容曲线的经典理论的缺陷，引导学生认识到科学是不断发展开放体系，科学认识从不是一蹴而就、一帆风顺，增强学生求真务实、勇于探索的科学精神。5.气体分子的平均自由程31.分子的平均自由程和碰撞频率2.分子按自由程的分布1.平均自由程和碰撞频率公式的推导过程2.对分子按自由程的分布的理解课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习6.输运过程的宏观规律21.黏性现象的宏观规律2.热传导现象3.扩散现象1.黏性现象的宏观规律的推导过程课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习7.输运过程的微观解释11.黏性现象的微观解释2.热传导现象的微观解释3.扩散现象的微观解释4.理论结果和实验的比较1.黏性现象的微观解释的来理解课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习目标41.热力学基本概念11.热力学过程2.功3.热量1.热力学过程的理解2.功和热量是过程量的理解，以及二者的联系课堂讲授案例分析听课学习课堂问答通过对做功、热传递的微观意义的剖析，引导学生深入认识物质世界与物理过程，强化学生探索本质的科学精神。2.热力学第一定律21.热力学第一定律2.态函数内能3.热力学第一定律的数学表述1.热力学第一定律的理解2.态函数内能的理解课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习通过学习热力学第一定律的建立过程，进一步理解物理学科的实证性特点，培养学生求真务实，严谨认真的作风和精神。3.气体的内能21.焦耳实验2.焦耳-汤姆孙实验3.理想气体的内能4.焓的表达式1.焦耳-汤姆孙实验结论的理解2.理想气体的内能是温度的单值函数的理解课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论4.热力学第一定律对理想气体的应用61.等体过程2.等压过程3.等温过程4.绝热过程5.多方过程1.等体、等容、等压、绝热、多方过程功、热量和内能的计算课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论5.循环过程和卡诺循环31.循环过程及其效率2.卡诺循环及其效率1.卡诺循环效率的推导课堂讲授听课学习课堂问答6.热力学第二定律31.开尔文表述2.克劳修斯表述3.两种表述的等效性证明4.热现象过程的不可逆性5.热力学第二定律的统计意义1.两种表述的等效性证明2.热力学第二定律的统计意义课堂讲授案例分析听课学习课堂问答小组讨论通过对热力学第二定律的实质及两种表述等效性的分析，让学生理解物理过程之间的联系，培养学生从联系的观点分析问题的逻辑推理能力。7.卡诺定理41.卡诺定理2.关于制冷机的效能4.热力学温标5.应用卡诺定理的例子1.卡诺定理的证明2.热力学温标的理解课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论8.熵41.克劳修斯等式2.态函数熵3.T-S图（温熵图）4.熵增加原理5.典型不可逆过程中熵的变化的计算6.熵与热力学概率1.克劳修斯等式2.熵的概念的理解4.熵增加原理5.熵与热力学概率课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论目标5专题讨论熵的意义及应用1要求：收集整理各领域中涉及“熵”概念的资料，包括但不限于物理学、经济学、信息论、生命科学、气象学等领域，分析“熵”在其中的意义并介绍其应用。案例教学问题探究合作探究课堂展示课堂问答通过“熵”概念的延伸学习与讨论，感受物理学科与其他学科之间的紧密联系，培养学生用联系和发展的观点分析问题的能力。五、考核与评价（一）课程考核内容、考核方式与课程目标对应情况课程目标考核内容考核方式形成性评价终结性评价目标1热学的研究方法、基本概念及物态方程。利用热力学基本理论与方程分析均匀系统的热力学性质。1.平时作业2.随堂问答期末闭卷笔试目标2理解和掌握气体分子动理论的基本概念。理解理想气体压强公式的推导过程并能运用压强公式分析气体系统的热力学问题。1.平时作业2.随堂问答期末闭卷笔试目标3理解和掌握气体分子热运动速率和能量的统计分布律。利用速率分布函数计算气体分子的三大统计速率。利用能量均分定理计算理想气体的内能。1.平时作业2.随堂问答期末闭卷笔试理解气体输运过程的分子的运动的基本规律。利用分子平均自由程、平均碰撞频率、分子按自由程分布的公式解决热力学问题。理解粘滞系数、热传导系数、扩散系数的微观本质。目标4理解功和热量是过程量。热力学第一定理含义及数学公式。运用热力学第一定理分析气体系统的热力学过程功、热量和内能的变化量。热机、制冷机概念的理解及热机效率、制冷系数的计算。1.平时作业2.随堂问答期末闭卷笔试热力学第二定律的两种表述。卡诺定理的理解及应用。熵的概念的理解。熵增加原理的含义及应用。热力学过程的统计表述。目标5关于熵的意义及应用的专题讨论1.专题报告2.课堂展示3.小组互评（二）考核评价方案考核类型考核内容（题型）考核评价方式考核评价标准分值课程目标平时形成性评价（40%）温度气体的物态方程1.平时作业2.随堂问答1.平时作业依据具体题型和题量合理设置，满分100分。依据书写是否工整、表述是否清晰准确、解题是否规范正确进行评分。2.随堂问答依据回答问题的正确与否，语言表述的准确程度进行评分。10目标1气体分子动理论的基本概念1.平时作业2.随堂问答15目标1气体分子热运动速率和能量的统计分布律1.平时作业2.随堂问答20目标2气体内的输运过程1.平时作业2.随堂问答10目标2热力学第一定律1.平时作业2.随堂问答20目标3热力学第二定律1.平时作业2.随堂问答15目标4专题讨论报告1.专题报告2.课堂展示3.小组互评专题讨论报告满分100分，每期至少进行一次专题合作探究，撰写专题报告并进行展示，依据参与合作学习情况、提交专题报告、报告展示情况进行教师评价、小组互评和组间评价，其中教师评价40%，小组互评40%，组间评价20%。10目标5期末终结性评价（60%）选择题闭卷笔试严格按照期末考核参考答案及评分细则进行阅卷评分。20目标1、目标2目标3、目标4填空题20目标1、目标2目标3、目标4简答题20目标1、目标4计算题40目标1、目标2目标3、目标4六、其他（一）自主学习要求《热学》是一门理论性较强的专业课程，内容较多，除了常规的课堂学习以外，学生需要在课下进行自主学习。主要内容有：1.提前预习，做到上课前心中有数，及时复习，温故而知新。2.阅读和此课程相关的书籍和材料，扩大视野，启发思考，并学会收集整理归纳材料。自主学习的成效通过课堂问答形式纳入到平时成绩的形成性考核评价方案中。（二）课程资源1.建议教材《热学》，李椿，高等教育出版社，2010年第二版。2.主要参考书《热学》，秦允豪，高等教育出版社，2011年第三版。《新概念物理教程热学》，赵凯华，高等教育出版社，2005年第二版。《热学教程》，黄淑清，高等教育出版社，2011年第三版。3.课外学习资源超星学习通、中国大学MOOC、高等教育出版社等网络学习平台上的《热学》在线开放课程和数字课程。

附件《热学》课程目标达成度评价办法一、评价依据《热学》课程目标达成度评价依据《数理学院物理学专业课程目标达成度评价实施细则》进行评价。二、评价方法本课程目标达成度评价分为直接评价和间接评价。直接评价采用考核数据定量评价。间接评价采用问卷调查，问卷内容根据课程考试方案进行设计。（一）直接评价1.确定课程目标权重。依据课程目标对毕业要求支撑力度的情况确定各课程目标权重。课程目标对毕业要求的支撑矩阵图课程目标践行师德学会教学学会育人学会发展师德规范教育情怀学科素养教学能力班级管理综合育人学会反思沟通合作1-11-21-32-12-22-33-13-23-34-14-24-34-45-15-25-36-16-26-37-17-28-18-2课程目标1H课程目标2H课程目标3H课程目标4H课程目标5M依据上表，本门课程有5个课程目标，每个课程目标对2个毕业要求的支撑力度有高（H）、中（M）、低（L）之分，为了便于操作，赋值H=3、M=2、L=1。课程目标1对毕业要求分解指标点有a1个H，b1个M,c1个L；课程目标2对毕业要求分解指标点有a2个H，b2个M,c2个L；课程目标3对毕业要求分解指标点有a3个H，b3个M,c3个L；……。按照《数理学院物理学专业课程目标达