《热学》课程教学大纲

《热学》教学大纲课程名称：热学英文名称：ThermalPhysics课程编号：F047091521学分：2总学时/课内实践学时：32/0课程性质：必修课程开课单位：数理科学与工程学院应用物理系基层教学组织适应对象：应用物理学专业一、课程简介热学是应用物理学专业的一门学科专业基础课。通过本课程的学习，使学生掌握与热相关的基本理论，掌握热物理学思维方法，了解当前热学的研究动态及进展，进一步提升对热物理学规律的认识，培养学生的科学思维和创新精神。主要内容包括宏观的热力学基础知识和物质微观热运动的知识。该课程的考核方式为闭卷考试。课程基于理想信念塑造、知识体系构建、创新性思维养成“三位一体”的培养理念，将热学的基本知识结构与人文素养、科学素养、科学精神和科学方法四大思政元素相融合，用新时代国家的重大需求为牵引，加强对学生理想信念的塑造；重点突出课程知识体系蕴含的创新性思维，增强学生推动基础学科发展的责任感和使命感。ThermalPhysicsisabasiccourseofappliedphysicsspecialty.Bystudyingthiscourse,studentswillmasterthebasictheoriesrelatedtoheat,masterthethinkingmethodsofthermalphysics,understandthecurrentresearchtrendsandprogressofthermalphysics,furtherimprovetheunderstandingofthelawsofthermalphysics,andcultivatethescientificthinkingandinnovativespirit.Themaincontentincludesthebasicknowledgeofmacroscopicthermodynamicsandtheknowledgeofmicroscopicthermalmotionofmatter.Thecourseisassessedbyaclosedbookexamination.Thecourseisbasedonthe"trinity"cultivationconceptofshapingidealsandbeliefs,constructingknowledgesystemandcultivatinginnovativethinking.Itintegratesthebasicknowledgestructureofthermodynamicswiththefourideologicalandpoliticalelementsofhumanisticliteracy,scientificliteracy,scientificspiritandscientificmethod,andusesthemajorneedsofthecountryintheneweraastractiontostrengthentheshapingofstudents'idealsandbeliefs.Itemphasizestheinnovativethinkingcontainedinthecurriculumknowledgesystemandenhancesstudents'senseofresponsibilityandmissioninpromotingthedevelopmentofbasicdisciplines.二、课程目标1．注重科学思维方法训练和科学精神培养，提高学生分析问题和解决问题的的能力，培养科学的世界观、人生观、价值观。2．较系统掌握热学的基本理论、基本知识和基本技能，具备分析、解决一般热学问题的能力。3．了解热物理学的理论前沿、发展动态、应用前景和最新发展，相关产业的发展状况。1.Focusingonthetrainingofscientificthinkingmethodandscientificspirit,improvingtheabilitytoanalyzeandsolveproblems,andcultivatingascientificworldview.2.Masteringthebasictheory,basicknowledgeandbasicskillsofheatsystematically,andhavingtheabilitytoanalyzeandsolvegeneralthermalproblems.3.Understandingthetheoreticalfrontier,developmenttrend,applicationprospectandlatestdevelopmentofthermalphysics,andthedevelopmentstatusofrelatedindustries.三、课程目标与毕业要求对应关系本课程的课程目标对应用物理学专业毕业要求指标点的支撑情况如表1所示：表1课程目标与毕业要求对应关系毕业要求指标点课程目标毕业要求1：素质要求①1毕业要求2：知识要求①2毕业要求3：知识要求④3四、课程教学安排课程共有5项教学内容，具体安排见表2。

表2：课程教学安排表序号教学内容思政元素课堂教学学时实验/实践教学学时学时小计1导论爱国教育82分子动力学的平衡态理论爱国教育科学精神培养63分子动力学的非平衡态理论科学精神培养64热力学第一定律科学精神培养85热力学第二定律科学精神培养4合计32教学安排1.导论教学要求：理解热学的研究对象和方法；了解热学在物理学中的地位、作用、发展简况；掌握平衡态的概念，明确热力学平衡与机械平衡的区别与联系；掌握理想气体温标，理解经验温标对测温物质及其物理属性的依赖性；掌握理想气体状态方程及其应用；了解物质的分子结构模型；掌握理想气体及其压强的实质；掌握温度的宏观与微观实质及其对理想气体定律的推论；理解分子力的简化模型、分子力曲线及势能曲线；掌握范德瓦耳斯方程。教学内容：热学的研究对象和方法；热学在物理学中的地位、作用、发展简况；平衡态、状态参量，温度与温标、热力学第零定律；物质的微观模型，理想气体的压强和温度的微观解释；分子力势能曲线；理想气体状态方程，范德瓦耳斯方程。重点难点：平衡态；温度与温标；压强和温度的微观解释；理想气体状态方程；分子力势能曲线；真实气体的状态方程。思政元素：中国古人在热学方面取得的一些成就，感悟中国传统文化的博大精深。增长知识见识的同时激发学生的家国情怀。2.分子动理学的平衡态理论教学要求：掌握麦克斯韦速率分布律；了解玻耳兹曼分布律；掌握能量按自由度均分定理；掌握气体内能的微观意义教学内容：麦克思韦速率分布律、气体分子的三种统计速率；麦克思韦速度分布律；玻尔兹曼分布律和力场中微粒的分布；能量按自由度均分定理，固体热容的初步理论。重点难点：气体分子的速率分布律；能量按自由度均分定理；气体分子的速度分布律思政元素：重温2021年“天宫课堂”第一课中航天员翟志刚、王亚平、叶光富太空微重力环境下的水膜等内容，增长知识见识的同时激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。3.输运过程与分子动理学理论的非平衡态理论教学要求：掌握气体分子的碰撞频率与平均自由程的概念；了解输运过程的宏观规律；掌握输运过程的微观机理；教学内容：气体分子平均自由程；气体粘滞、扩散、热传导过程的宏观规律；气体粘滞、扩散、热传导过程的微观解释。重点难点：气体分子平均自由程；气体输运过程的宏观规律；气体输运过程的微观解释。思政元素：介绍全球面临的环境问题尤其是温室效应，介绍碳中和的研究现状及面临的问题，增长知识见识的同时激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。4.热力学第一定律教学要求：掌握热力学过程特别是准静态过程的概念；掌握准静态过程功的表达式及功的图示；掌握功、热量和内能概念的含义及三者间的区别；掌握热力学第一定律的意义及其数学表达式；理解热容量的定义；掌握应用热力学第一定律分析热力学过程的基本方法；掌握循环过程、卡诺循环及其效率。教学内容：热力学过程，功、热量的概念以及热力学第一定律；热容量、焓，理解气体内能、焦耳一汤姆逊实验；热力学第一定律对理想气体的应用；卡诺循环。重点难点：热力学第一定律及其应用，卡诺循环；功、热量的概念，热容量、焓，理解气体内能、焦耳一汤姆逊实验。思政元素：讲解热力学第一定律时，可以先介绍第一类永动机可以不消耗能量而永无止境的运动，而我们知道系统的能量永远是守恒的，就是说能量不能平白无故的产生，也不能无故的消失。进而引导学生去思考“一分耕耘，一分收获”的道理，天下没有免费的午餐，天上不会掉馅饼，生活工作一切都是如此。只有努力刻苦地学习，才能取得好成绩。5.热力学第二定律教学要求：掌握热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯表述，理解两种表述的一致性；掌握可逆过程及不可逆过程的概念及热力学第二定律的实质；掌握卡诺定理及其意义。教学内容：热力学第二定律，热现象过程的不可逆性；热力学第二定律的统计意义；卡诺定理，热力学温标，应用卡诺定理的例子；熵的概念及熵增加原理。重点难点：热力学第二定律，熵的概念及熵增加原理；思政元素：了解新能源汽车等行业中，能源转换和储存、运输过程中的损耗率及环保等方面的优势和面临的挑战。在讨论过程中，增加学生对我国相关产业现状的了解，明确目前的“卡脖子”环节，增加其对本专业的自我认同度，培养学生对我国科技和文化的自信。五、课内实践教学内容及要求无。六、课程考核与评价根据学生学习过程中的表现给出平时成绩，平时成绩占总成绩30%，平时成绩的依据是出勤、课堂表现、作业完成情况。本课程采用闭卷笔试方式进行考核，考试的卷面成绩也就是期末成绩，占总成绩的70%。具体见表3。表3：成绩评定方式表考核环节分值考核/评价细则出勤100以课上提问、点名、抽查的方式进行考勤，按35%计入平时成绩课堂表现100课堂上听课和课堂互动的参与情况，按30%计入平时成绩平时作业100根据全部作业的得分再按35%计入平