《热学》教学大纲 课程性质专业必修课 课程编号xx405210 课程名称热学 适用专业物理学 先修课程高等数学、力学 总学时其中理论64学时，实验0学时 学分数4 一、课程简介 1、热学是物理学本科专业普通物理学内容的一个不可缺少的重要组成部分，是重 要的基础课之一。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 和科技领域中都具有重要的地位和作用。 2、本课程的教学重点是分子动力学、热力学、近平衡系统、物态和相变的相关理 论。通过精选教学内容的教与学，在低年级基础课中培养学生的创新意识，为创新能力 的培养打下良好的基础；拓宽学生的知识口径及知识面，培养学生较强的综合各学科知 识的能力；强调科学思维方法的训练，打造学生良好的思维结构。 3、适当地介绍本学科的发展趋势，为学科前沿问题开“窗口”，并为学生进一步学 习电磁学、原子物理学和理论物理中的热力学和统计物理学等后继课程打下良好的基 础，留下“接口”。 二、课程教学目标 知识目标 1、通过本课程的教学，使学生认识物质热运动形态的特点、规律和研究方法，掌 握比较系统的分子物理学和热力学基础知识，理解近平衡过程的典型现象、相变的基础 知识并能够进行简单的定性分析；能较为灵活地加以运用所学知识解决热学问题
1 《热学》教学大纲 课程性质 专业必修课 课程编号 xx405210 课程名称 热学 适用专业 物理学 先修课程 高等数学、力学 总学时 其中理论 64 学时，实验 0 学时 学分数 4 一、课程简介 1、热学是物理学本科专业普通物理学内容的一个不可缺少的重要组成部分，是重 要的基础课之一。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 和科技领域中都具有重要的地位和作用。 2、本课程的教学重点是分子动力学、热力学、近平衡系统、物态和相变的相关理 论。通过精选教学内容的教与学，在低年级基础课中培养学生的创新意识，为创新能力 的培养打下良好的基础；拓宽学生的知识口径及知识面，培养学生较强的综合各学科知 识的能力；强调科学思维方法的训练，打造学生良好的思维结构。 3、适当地介绍本学科的发展趋势，为学科前沿问题开“窗口”，并为学生进一步学 习电磁学、原子物理学和理论物理中的热力学和统计物理学等后继课程打下良好的基 础，留下“接口”。 二、课程教学目标 知识目标 1、通过本课程的教学，使学生认识物质热运动形态的特点、规律和研究方法，掌 握比较系统的分子物理学和热力学基础知识，理解近平衡过程的典型现象、相变的基础 知识并能够进行简单的定性分析；能较为灵活地加以运用所学知识解决热学问题
2、使学生能深刻地理解中学物理热学部分教材，分析相关物理概念，物理知识在 普通物理和中学教材中的差异，从而能独立解决今后教学中到的一般热学问题。 能力目标 1、通过课程内容和研究方法的讲述，有意识地培养学生的辩证唯物主义世界观， 有意识的介绍物理定理，定律的层次观念，引导学生初步应用简单自然辩证法观点分析 物理问题。 2、结合课程内容，适当介绍物理学方法，物理学家柴尚真理，不畏艰险的科学精 神。启迪学生的创造性思维，培养学生的创新意识，并逐步在师生中树立学习的过程就 是创新过程的观念。 3、通过典型问题讨论，定性、半定量解决实际问题等，并使学生突破从小学到中 学已形成的片面追求精确的思维定势，明确对于任何实际问题，精确只是相对的，近似 才是绝对的。养成学生理论与实践相结合的意识，培养学生正确描述物理图象、物理过 程的能力，提高学生的师范技能和综合素质。 三、课程教学基本要求 课程前：①了解物理学专业的人才培养方案；②认真阅读本大纲与热力学统计物 理教学大纲及其它课程的教学大纲；③对所用教材进行研究，按大纲要求进行内容的 取合。 课程中：①要结合学生实际情况对内容的难易程度进行调整；②基本要求要有所 保正。 课程后：①鼓励学生参加湖南省大学生物理竞赛；②加强对习题的讲解与辅导。 四、课程教学模块（或教学内容）与学时分配 序号教学模块 知识点 学时
2 2、使学生能深刻地理解中学物理热学部分教材，分析相关物理概念，物理知识在 普通物理和中学教材中的差异，从而能独立解决今后教学中遇到的一般热学问题。 能力目标 1、通过课程内容和研究方法的讲述，有意识地培养学生的辩证唯物主义世界观， 有意识的介绍物理定理，定律的层次观念，引导学生初步应用简单自然辩证法观点分析 物理问题。 2、结合课程内容，适当介绍物理学方法，物理学家崇尚真理，不畏艰险的科学精 神。启迪学生的创造性思维，培养学生的创新意识，并逐步在师生中树立学习的过程就 是创新过程的观念。 3、通过典型问题讨论，定性、半定量解决实际问题等，并使学生突破从小学到中 学已形成的片面追求精确的思维定势，明确对于任何实际问题，精确只是相对的，近似 才是绝对的。养成学生理论与实践相结合的意识，培养学生正确描述物理图象、物理过 程的能力，提高学生的师范技能和综合素质。 三、课程教学基本要求 课程前：① 了解物理学专业的人才培养方案；② 认真阅读本大纲与热力学统计物 理教学大纲及其它课程的教学大纲；③ 对所用教材进行研究，按大纲要求进行内容的 取舍。 课程中：① 要结合学生实际情况对内容的难易程度进行调整；② 基本要求要有所 保正。 课程后：① 鼓励学生参加湖南省大学生物理竞赛；② 加强对习题的讲解与辅导。 四、课程教学模块（或教学内容）与学时分配 序号 教学模块 知识点 学时
1 绪论(1)了解：热物理学的历史发展 1 了解：热力学是热物理学的宏观理论，统计物理学则是 热物理学的微观理论。 理解：热物理学的研究对象及其特征，以及热物理学的 宏观描述方法与微观描述方法。 了解：热力学与力学的区别。 理解：平衡态的定义。 2 掌握：平衡态的判别方法。 了解：宏观上的理想气体做出的定义。 理解：平衡态下物质的物态方程的概念 2 导论 掌握：理想气体物态方程及应用。 2 (11) 了解：热力学第零定律的物理意义；经验温标的三个要 素；摄氏温标、理想气体温标和热力学温标。 2 理解：温标建立的方法。 了解：布朗运动是如何形成的。 理解：物质的微观模型的基本内容。 了解：玻耳兹受常量。 理解：理想气体微观模型；理解温度的微观意义。 掌握：洛施密特常量；一些做观物理量的数量级估计方 法；气体分子碰壁数的推导过程和近似假定；理想气体 压强公式；理想气体分子热运动平均平动动能公式。 了解：概率分布函数。 1 掌握：概率的基本性质和求平均值和基本方法。 分子动理 了解：分布曲线随温度或者气体分子质量而改变的规 学理论的 伴；验证麦克斯韦速率分布的分子射线束实验。 3 3 平衡态理 掌握：麦克斯韦速率分布函数；掌握平均速率、方均根 论 速率、最概然速率。 (8) 理解：速度空间概念。 1 掌握：等温大气压强公式。 了解：常见的刚性分子的平动自由度、转动自由度的判2
3 1 绪论（1） 了解：热物理学的历史发展 1 2 导论 （11） 了解：热力学是热物理学的宏观理论，统计物理学则是 热物理学的微观理论。 理解：热物理学的研究对象及其特征，以及热物理学的 宏观描述方法与微观描述方法。 1 了解：热力学与力学的区别。 理解：平衡态的定义。 掌握：平衡态的判别方法。 2 了解：宏观上的理想气体做出的定义。 理解：平衡态下物质的物态方程的概念。 掌握：理想气体物态方程及应用。 2 了解：热力学第零定律的物理意义；经验温标的三个要 素；摄氏温标、理想气体温标和热力学温标。 理解：温标建立的方法。 2 了解：布朗运动是如何形成的。 理解：物质的微观模型的基本内容。 1 了解：玻耳兹曼常量。 理解：理想气体微观模型；理解温度的微观意义。 掌握：洛施密特常量；一些微观物理量的数量级估计方 法；气体分子碰壁数的推导过程和近似假定；理想气体 压强公式；理想气体分子热运动平均平动动能公式。 3 3 分子动理 学理论的 平衡态理 论 （8） 了解：概率分布函数。 掌握：概率的基本性质和求平均值和基本方法。 1 了解：分布曲线随温度或者气体分子质量而改变的规 律；验证麦克斯韦速率分布的分子射线束实验。 掌握：麦克斯韦速率分布函数；掌握平均速率、方均根 速率、最概然速率。 3 理解：速度空间概念。 1 掌握：等温大气压强公式。 1 了解：常见的刚性分子的平动自由度、转动自由度的判 2
别方法。 理解：自由度与自由度数。 掌握：能量均分定理。 4小结与讲解(2) 2 了解：层流和湍流；泊肃叶定律；斯托克斯定律。 掌握：牛顿黏性定律，理解气体黏性微观机理。 2 输运现象 理解：气体扩散微观机理。 与分子动 2 掌握：菲克定律。 理学理论 理解：气体热传导微观机理。 5 2 的非平衡 掌握：傅里叶定律。 态理论 理解：碰撞（散射）截面。 (8) 掌握：刚性分子碰撞截面公式；气体分子间平均碰撞频 率和分子平均自由程公式的推导方法，能够进行判断利 简单的运用。 了解：只有无耗散的准静态过程才是可逆过程。 理解：准静态过程的判别方法及平衡条件的近似性；可 逆过程与不可逆过程。 了解：功和热量的本质和特点。 理解：准静态过程的功的约定；功的几何求解方法， 掌握：体积膨胀功的表达式。 了解：能量守恒与转化定律应用到热学中就是热力学第 热力学第 一定律。 6 一定律 理解：内能的态函数特征，以及内能变化量的物理意义。 2 (14) 掌握：热力学第一定律的一般数学表达式和无限小过程 数学表达式。 了解：热容和具体过程有关；焓的态函数特征；焓与定 压热容在实验和工程技术中的应用价值。 理解：物体的热容的概念和物理意义；摩尔热容和比热 容的物理意义，以及在定体或定压过程中的表达形式， 焓的定义式和物理意义
4 别方法。 理解：自由度与自由度数。 掌握：能量均分定理。 4 小结与讲解（2） 2 5 输运现象 与分子动 理学理论 的非平衡 态理论 （8） 了解：层流和湍流；泊肃叶定律；斯托克斯定律。 掌握：牛顿黏性定律，理解气体黏性微观机理。 2 理解：气体扩散微观机理。 掌握：菲克定律。 2 理解：气体热传导微观机理。 掌握：傅里叶定律。 2 理解：碰撞（散射）截面。 掌握：刚性分子碰撞截面公式；气体分子间平均碰撞频 率和分子平均自由程公式的推导方法，能够进行判断和 简单的运用。 2 6 热力学第 一定律 （14） 了解：只有无耗散的准静态过程才是可逆过程。 理解：准静态过程的判别方法及平衡条件的近似性；可 逆过程与不可逆过程。 2 了解：功和热量的本质和特点。 理解：准静态过程的功的约定；功的几何求解方法， 掌握：体积膨胀功的表达式。 2 了解：能量守恒与转化定律应用到热学中就是热力学第 一定律。 理解：内能的态函数特征，以及内能变化量的物理意义。 掌握：热力学第一定律的一般数学表达式和无限小过程 数学表达式。 2 了解：热容和具体过程有关；焓的态函数特征；焓与定 压热容在实验和工程技术中的应用价值。 理解：物体的热容的概念和物理意义；摩尔热容和比热 容的物理意义，以及在定体或定压过程中的表达形式； 焓的定义式和物理意义。 2
理解：焦耳定律；理想气体内能和焓的微分表示式及它 们的运用；想气体多方过程方程和和摩尔多方过程热 容。 2 掌握：理想气体的准静态等体、等压、等温、绝热过程 中的做功、传热和内能变化的特点和求解方法。 了解：卡诺热机的循环组成。 理解：热力学循环过程的特点 2 掌握：热机效率的定义，及其运用；卡诺循环的特点和 卡诺热机循环效率。 理解：卡诺制冷机的制冷系数的推导和运用，焦耳一汤 姆逊效应。 掌握：制冷机的制冷系数的定义，及其运用。 7小结与讲解(2) 2 理解：热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯表述； 热力学第二定律的实质；热力学第二定律与热力学第- 定律的区别与联系。 2 掌握：热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯表述的 完全等效性的证明。 热力学第 了解：不可能性和基本定律的关系；热力学温标的建立 8 二定律与 过程。 2 理解：卡诺定理，及其证明。 熵(8) 了解：热力学第二定律的实质。 理解：热力学第二定律的数学表达式和热力学基本方 程；理解克劳修斯关系式；理解熵概念的建立过程，掌 4 握：态函数熵的定义；筒单过程的熵变的求解；熵增加 原理。 了解：物态和凝聚态的概念；自然界中的五种物态。 1 物态与相 了解：润湿现象和不润湿现象。 理解：表面张力系数的概念；表面张力的宏观性质和微 观机理；弯曲液面的附加压强。 3 (8) 掌握：球形液面附加压强并能够分析解决一些实际问
5 理解：焦耳定律；理想气体内能和焓的微分表示式及它 们的运用；想气体多方过程方程和和摩尔多方过程热 容。 掌握：理想气体的准静态等体、等压、等温、绝热过程 中的做功、传热和内能变化的特点和求解方法。 2 了解：卡诺热机的循环组成。 理解：热力学循环过程的特点。 掌握：热机效率的定义，及其运用；卡诺循环的特点和 卡诺热机循环效率。 2 理解：卡诺制冷机的制冷系数的推导和运用，焦耳—汤 姆逊效应。 掌握：制冷机的制冷系数的定义，及其运用。 2 7 小结与讲解（2） 2 8 热力学第 二定律与 熵（8） 理解：热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯表述； 热力学第二定律的实质；热力学第二定律与热力学第一 定律的区别与联系。 掌握：热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯表述的 完全等效性的证明。 2 了解：不可能性和基本定律的关系；热力学温标的建立 过程。 理解：卡诺定理，及其证明。 2 了解：热力学第二定律的实质。 理解：热力学第二定律的数学表达式和热力学基本方 程；理解克劳修斯关系式；理解熵概念的建立过程，掌 握：态函数熵的定义；简单过程的熵变的求解；熵增加 原理。 4 9 物态与相 变 （8） 了解：物态和凝聚态的概念；自然界中的五种物态。 1 了解：润湿现象和不润湿现象。 理解：表面张力系数的概念；表面张力的宏观性质和微 观机理；弯曲液面的附加压强。 掌握：球形液面附加压强并能够分析解决一些实际问 3
题。 了解：相、相变的概念及特点。 理解：蒸发、沸腾、凝结的规律；饱和蒸汽压的特性 真实气体等温线。 2 掌握：气液等温相变规律。 了解：固一液、固一汽相变。 理解：单元系一级相变的普遍特征。 2 掌握：摩尔熔解热、摩尔升华热公式。 10小结与讲解(2) 四、教学方法与策略 1、课程以课堂讲授为主，习题讨论与思考到析为辅。 2、鼓励学生上网学习。 五、学生学习成效考核方式 考核环节构成 评分依据 占总成绩 (均为100分制) 的比重 闭卷，是对热学课程内容的全面考查，主要包括选择 期末考试 题、判断题、填空题、证明题与计算题，时间为120 80% 分钟 考勤、课堂表现、 考勤及课堂表现计10分，缺课一次扣1分；作业计10 作业 20% 分，缺一次扣1分。 六、选用教材 秦允豪.普通物理学教程热学（第三版），高等教有出版社，2011 七、参考资料 1.散学参考书： 李椿章立源钱尚武热学（第三版），高等教育出版社，2011 赵凯华罗蔚菌.新概念物理教程热学（第二版），高等教育出版社，2005 朱晓东.交叉学科物理学教程热学，中国科技大学出版社，2014
6 题。 了解：相、相变的概念及特点。 理解：蒸发、沸腾、凝结的规律；饱和蒸汽压的特性； 真实气体等温线。 掌握：气液等温相变规律。 2 了解：固－液、固－汽相变。 理解：单元系一级相变的普遍特征。 掌握：摩尔熔解热、摩尔升华热公式。 2 10 小结与讲解（2） 2 四、教学方法与策略 1、课程以课堂讲授为主，习题讨论与思考剖析为辅。 2、鼓励学生上网学习。 五、学生学习成效考核方式 六、选用教材 秦允豪.普通物理学教程 热学（第三版），高等教育出版社，2011. 七、参考资料 1.教学参考书: 李椿 章立源 钱尚武.热学（第三版），高等教育出版社，2011. 赵凯华 罗蔚茵.新概念物理教程 热学（第二版），高等教育出版社，2005. 朱晓东.交叉学科物理学教程 热学，中国科技大学出版社，2014. 考核环节构成 （均为 100 分制） 评分依据 占总成绩 的比重 期末考试 闭卷，是对热学课程内容的全面考查，主要包括选择 题、判断题、填空题、证明题与计算题，时间为 120 分钟 80% 考勤、课堂表现、 作业 考勤及课堂表现计 10 分，缺课一次扣 1 分；作业计 10 分，缺一次扣 1 分。 20%
黄淑清聂宜如申先甲.热学教程（第三版），高等教育出版社，2011. 2.相关网站与主页 热学精品课程网： http://rx.snnu.edu.cn/ http://www.xxw001.com/old/video/?bOfdea5b1b0c7c9b993207.shtml http://jpkc.xxu.edu.cn/xjp/rx/Syllabus.php.htm http://gc.njtc.edu.cn/jyfg/ShowArticle.asp?ArticleID=394 中国大学MOOC http://www.icourse163.org/ 大纲起草人：刘辉 大纲审核人：李强 大纲批准人：谢四莲 2019年2月26日刘宗良修订 7
7 黄淑清 聂宜如 申先甲. 热学教程(第三版)，高等教育出版社，2011. 2.相关网站与主页 热学精品课程网： http://rx.snnu.edu.cn/ http://www.xxw001.com/old/video/?b0fdea5b1b0c7c9b993207.shtml http://jpkc.xxu.edu.cn/xjjp/rx/Syllabus.php.htm http://gc.njtc.edu.cn/jyfg/ShowArticle.asp?ArticleID=394 中国大学 MOOC http://www.icourse163.org/ 大纲起草人：刘辉 大纲审核人：李强 大纲批准人：谢四莲 2019 年 2 月 26 日刘宗良修订