《热学》教学大纲一、课程性质与教学目标课程性质：热学是物理学专业的一门主干专业基础课，是普通物理学的一个组成部分。
通过本课程的学习，使学生系统地掌握热学的基本概念和基本知识，建立起鲜明的物理图像，熟悉热学理论的一些实际应用，培养学生分析和解决一般热学问题的能力。
本课程既为热力学与统计物理学等后续课程的学习打下基础，又为学生毕业后从事科学研究、教学和技术工作提供基本的热学知识。
教学目标：本课程是物理学专业的一门重要基础课，包括热现象的宏观理论，热的微观理论以及在物性、相变过程中的综合利用。
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技领域中都具有重要的地位和作用。
因此，应通过热学的教学，使学生认识物质运动形态的多样性；熟练掌握有关物质热运动的一些基本概念和规律；掌握物质各种热现象的微观本质；了解统计规律的涵义及方法。
本课程也是为学生进一步学习原子物理学，热力学统计物理，量子力学等课程打下基础，并能够胜任中学有关热学知识的教学工作。
通过本课程的学习使学生能运用所学的知识解释有关的热现象；意识地培养学生的正确思维方法和辩证唯物主义世界观；使学生能够应用热学知识独立地解决今后中学物理教学中所遇到的一般问题。
二、教学基本要求由于热学课是学生进入大学学习的继力学课后的一门专业课；学生既要善于运用微积分等数学工具来解决热学问题，又要掌握本课程准确的物理概念；使学生认识物质运动形态的多样性；熟练掌握有关物质热运动的一些基本概念和规律；掌握物质各种热现象的微观本质；了解统计规律的涵义及方法。
三、教学内容及要求引言（2学时）教学内容：第一节热学研究对象 0.5学时第二节热力学系统的宏观描述与微观描述 0.5学时第三节热学发展简史 1学时教学重点：热力学系统的宏观描述与微观描述；热学发展简史教学难点：热力学系统的宏观描述与微观描述；热学发展简史基本要求：1.了解热学研究对象和热力学系统宏观与微观描述。
2.了解热学发展简史。
第一章温度（5学时）教学内容：第一节平衡态、状态参量； 0.5学时第二节热力学第零定律、温度； 0.5学时第三节温标的建立 2学时第四节理想气体状态方程。
2学时教学重点：热力学第零定律，理解温度的热力学定义；温标概念及理想气体温标；理想气体状态方程教学难点：温度的热力学定义基本要求：1、理解热力学第零定律；理解温度的热力学定义；2、理解温标概念及理想气体温标，气体温度计原理；3、熟练掌握理想气体状态方程，并能进行有关计算。
第二章热力学第一定律（10学时）教学内容：第一节热力学系统的过程 1学时第二节功 1学时第三节内能、热量、焦耳热功当量实验 2学时第四节热力学第一定律 1学时第五节理想气体的内能、热容量和焓 1学时第六节热力学第一定律对理想气体几种典型过程的应用 2学时第七节循环过程 2学时教学重点：热力学第一定律的意义及应用；热机效率和制冷系数教学难点：应用热力学第一定律讨论理想气体的等容、等压、等温和绝热过程的方法；基本要求：1、理解热力学系统的过程、功、内能、热量基本概念；1、理解热力学第一定律的意义及表达式。
注意公式中个物理量符号；2、理解并掌握热容量，气体定体摩尔热容，定压摩尔热容的物理意义及之间的关系；3、熟练掌握应用热力学第一定律讨论理想气体等体、等压、等温和绝热过程的方法；4、掌握热机效率及简单计算，掌握制冷系数的定义式。
第三章热力学第二定律（8学时）教学内容：第一节热力学第二定律 1学时第二节实际宏观过程的不可逆性； 1学时第三节卡诺循环； 1学时第四节卡诺定理； 1学时第五节热力学温标； 2学时第六节熵与热力学第二定律； 2学时＊第七节自由能教学重点：热力学第二定律；卡诺循环；熵的计算教学难点：可逆过程和不可逆过程的概念；熵的概念及热力学第二定律的数学表述及熵增加原理基本要求：1、掌握热力学第二定律的开尔文表述及克劳修斯表述，理解两种表述的等效性；2、正确理解可逆过程和不可逆过程。
理解与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的；3、正确理解卡诺定理，并能进行证明；4、理解并掌握熵的概念，能计算各种过程中熵增量的计算；5、掌握热力学第二定律的数学表达式及熵的增加原理。
第四章气体动理论（10学时）教学内容：第一节气体动理论的基本观点； 1学时第二节理想气体的压强； 2学时第三节温度的微观实质； 0.5学时第四节气体分子速率分布及数学表述； 0.5学时第五节麦克斯韦速率分布律； 1学时第六节玻尔兹曼分布，重力场中微粒按高度分布 1学时第七节能量按自由度均分定理 1学时第八节理想气体内能，气体摩尔热容 2学时第九节气体动理论与热力学定律 1学时教学重点：理想气体的压强；温度的微观实质；麦克斯韦速率分布律；能量按自由度均分定理；理想气体内能，气体摩尔热容教学难点：麦克斯韦速率分布表达式物理意义及气体分子三种速率的表达式；能利用分布函数求各种物理量的统计平均值；能量按自由度均分定理，能正确推导出理想气体内能公式及热容量的理论公式；麦克斯韦速度分布表达式物理意义。
基本要求：1、掌握物质微观结构的物理图像；理解分子作用力特点；理解统计规律；2、能从微观角度用统计的方法定量分析理想气体压强；3、理解并掌握麦克斯韦分布表达式的物理意义及气体分子三种速率的表达式；4、能利用分布函数求各种物理量的统计平均值；5、重点掌握能量按自由度均分定理，能正确推导出理想气体内能公式和热容量的理论公式；6、理解热力学第二定律的统计意义。
第五章气体内的输运过程（4学时）教学内容：第一节气体的平均自由程和碰撞频率； 1学时第二节粘滞的宏观规律及微观解释 1学时第三节热传导的宏观规律及微观解释； 0.5学时第四节扩散现象的宏观规律及微观解释 0.5学时第五节三种输运现象的讨论及理论与实验结果比较 1学时教学重点：碰撞频率和平均自由程的概念和计算；三种输运过程的宏观规律与微观解释教学难点：碰撞频率和平均自由程；三种输运过程的微观解释基本要求:1、确切掌握碰撞频率和平均自由程的概念；2、要求学生对三种输运现象能进行微观解释，并掌握其有关定律。
第六章非理想气体固体液体（8学时）教学内容：第一节范德瓦尔斯方程； 1学时第二节非理想气体的内能，焦耳—汤姆逊效应； 1学时＊第三节晶体的宏观特性及微观结构，＊第四节晶体中粒子结合力与结合能；＊第五节晶体中粒子无规则运动、固体的热容和热膨胀第六节液体的微观结构 1学时第七节液体的表面张力 1学时第八节弯曲液面下的附加压强； 2学时第九节毛细现象，毛细管公式 2学时教学重点：范德瓦尔斯方程；非理想气体的内能，焦耳—汤姆逊效应；液体的表面张力；毛细现象和毛细管公式，并能进行有关计算教学难点：液体的表面张力和弯曲液面下的附加压强理解和计算基本要求:1、理解并掌握非理想气体的范德瓦尔斯方程的建立；2、理解非理想气体的内能，焦耳—汤姆逊正效应及负效应；3、理解晶体的宏观特性，能正确分析晶体的微观结构，阐明晶体的宏观特性的物理实质；4、掌握液体的表面张力，表面张力系数，自由能的概念，能推导出球形液面内、外压强差公式；5、理解并掌握毛细现象，能推导毛细管公式及拉普拉斯公式，并能进行有关计算。
第七章相变（7学时）教学内容：第一节相变的一般概念和相变的特点 1学时第二节蒸发与沸腾；饱和蒸汽压 1学时第三节二氧化碳实验等温线；液气二相图 1学时第四节范氏等温线， 1学时第五节克拉伯龙方程 2学时＊第六节低临界温度气体的液化；第七节固液相变、固气相变、三相点 1学时＊第八节实际物质的p-v-T曲面教学重点：相变的一般概念和相变的特点；蒸发与沸腾；饱和蒸汽压；克拉伯龙方程；三相图，三相点教学难点：一级相变的概念及一级相变的普通特性；蒸发的微观过程的实质，过程及沸腾条件；克拉伯龙方程及其应用基本要求：1、相变的概念及一级相变的普通特性；2、理解汽化的概念，蒸发的微观过程实质，饱和蒸汽压的特点；3、掌握二氧化碳等温线，了解气液相变的规律，临界温度；4、理解固液、固气相变及三相点的有关概念。
四、教学方法与手段1. 本课程为物理专业的主要基础课程之一。
根据课程的特点，我们主要采取课堂讲授的手段进行教学。
在教学中，在照顾理论的系统性和完整性的同时，并适当介绍热学的前沿动态。
在教案组织和课堂实施中，力求抓住重点，分散难点，适度重复，启发思考。
授课中有意留出一些学生思考的余地，以启发他们独立思考。
2．充分利用多媒体加板书的教学手段。
使用现代化多媒体教学手段，可模拟许多物理上理想的环境及条件，从而把抽象的物理过程具体化，也可以把教师从繁重的板书中解放出来，使他们有更多的时间去讲解、把许多问题引向深入，并针对某些问题展开热烈地讨论。
这种生动直观的教学方式，调动学生的一切感官系统，激发了学习的兴趣，收到良好的教学效果。
但由于热学这门课程的特点，还需要必要的理论推导，因此我们使用了多媒体加板书的教学手段。
3．充分利用网络资源。
多媒体网络教学作为现代信息技术与教学实践科学结合的一种新的教学形态，不仅从手段和形式上改变了传统教学，更从观念、过程、方法以及师生角色诸多深层面赋予教学以新的含义。
五、教材与学习资源所用教材：黄淑清、聂宜如、申先甲编的《热学教程》，2011主要参考书有：1.《普通物理学教程·热学》.第二版. 秦允豪. 高等教育出版社. 2004年6月.2. 《热物理学基础》. 包科达. 高等教育出版社. 2001年12月.3. 《热学》. 常树人. 南开大学出版社. 2001年7月.4. 《热学》. 第二版. 李洪芳. 高等教育出版社. 2001年1月.5. 《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. 2000年5月.6. 《物理学难题集萃（增订本）》. 第二版. 舒幼生, 胡望雨, 陈秉乾. 高等教育出版社. 1999年6月.7. 《新概念物理教程·第二卷·热学》. 赵凯华, 罗蔚茵. 高等教育出版社. 1998年2月.8. 《热学》. 徐行. 高等教育出版社. 1990年4月.9. 《普通物理学（热学）》. 包科达. 北京大学出版社. 1989年9月.10. 《热学》. 肖国屏. 高等教育出版社. 1989年4月.11. 《热学》. 李平. 北京师范大学出版社. 1987年6月.12. 《热学研究》. 吴瑞贤, 章立源. 四川大学出版社. 1987年4月.学习网站：1.热力学第二定律与熵（耶鲁大学）/movie/2010/7/Q/D/M6GQSTUPV_M6GR2R9QD.html2.玻尔兹曼常数和热力学第一定律（耶鲁大学）/20101220/n278403939.shtml3.卡诺循环（湖南科技大学）/v_show/id_XMTY5MTc5MDY0.html4.大宇宙黑洞与暗物质/v_show/id_XNzY0Njk3NjQ=.html5.宇宙大爆炸/v_show/id_XMzQyMzg5NDA=.html6.物质第四态等离子体/programs/view/WA9qvsIydDY/7.液体的表面现象/programs/view/B7lUdvR1WvU六、本课程与其他课程的关系学习本课程时，学生应具备以下基础知识：中学物理热学知识，力学知识，微积分与微分方程知识以及统计方面的知识。