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理论大纲
来源:本站 作者:admin 更新时间:2011-10-24 14:45:21 字体大小:

  潍坊学院热学课程(0612032)教学大纲

              适用专业:物理学、光信息科学与技术、电子科学与技术专业光电子技术科学

   总学时:36    学分:2学分

一、说明

1.本课程的目的、任务

热学是继力学之后的一门重要的物理基础课。它以由大量微观粒子(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。通过这门课的学习,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。

2.本课程的教学要求

1)使学生认识物质热运动形态的特点、规律和研究方法,掌握较系统的分子物理学和热力学基础知识,能够较灵活地加以运用。

2)为学生进一步学习热力学与统计物理学等后继课程打下良好的基础。

3)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,提高学生综合素质。

二、课程内容及课时分配

“热学”课程内容包括绪论、温度、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、气体内的输运现象、热力学第一定律、热力学第二定律以及课程总结等部分。各部分教学的具体内容与学时分配如下。加“*”号的内容可在时间允许的情况下讲授。

绪论(1学时)

热学研究的对象  热现象  热运动  热力学  统计物理学  气体动理学理论物性学  热学研究的方法  热学课程的特点  我们如何学好热学

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。

第一章  温度和基本热现象(3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

本章教学要求:

1)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。

2)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。

3)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。

演示实验:利用定容气体温度计说明定容气体温度计测温原理。

第二章  气体分子动理论的基本概念(4学时)

第一节  物质的微观结构

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       范德瓦耳斯气体压强

本章教学要求:

1)说明分子动理论的四个基本观点,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,导出压强公式,解释压强和温度的统计意义。

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率分布律

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

本章教学要求:

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。

演示实验:利用伽耳顿板演示统计规律性。

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

* 真空技术简介

本章教学要求:

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。

第五章  热力学第一定律(12学时)

第一节  热力学过程

第二节      

第三节       热量

第四节  热力学第一定律

第五节  热容 

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

本章教学要求:

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。

第六章  热力学第二定律(6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 

*第八节  熵增加原理

*第九节  熵与热力学概率

*第十节  熵流与熵产生概念

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。

注:

i.以上所列教学内容,在教学安排上要视所选教材适当调整。

ii. 学时分配情况,仅供参考。

三、推荐教材及参考书目

推荐教材

1.李椿,章立源,钱尚武编.《热学》.高等教育出版社,1978

2.黄淑清,聂宜如,申先甲编.《热学教程》.高等教育出版社,1985

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

2.吴瑞贤等编.《热学教程》.四川大学出版社,1986

3.顾建中编.《热学教程》.人民教育出版社,1982

4.栾宝芝主编.《热学》.石油大学出版社,1994

5.福里斯、季莫列娃, 梁宝洪译.《普通物理》第一卷.人民教育出版社,1979

6、秦允豪  《普通物理学教程·热学》  高等教育出版社  20046月(第二版)

7、《热学》  常树人  南开大学出版社  20017

8、《热学》  李洪芳  高等教育出版社  20011月(第二版)

9、《基础物理教程丛书·热学》  张玉民  科学出版社  中国科学技术大学出版社  20005

10、《热学》  徐行  高等教育出版社  19904

11、《普通物理学(热学)》  包科达  北京大学出版社  19899

各章讲授参考学时数

章节

教学内容

参考学时

绪论

1

第一章

温度

3

第二章

气体分子动理论的基本概念

4

第三章

气体分子热运动速率和能量的统计分布律

6

第四章

气体内的输运过程

4

第五章

热力学第一定律

12

第六章

热力学第二定律

6

合计

36

 

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