【大学】兰州大学基地班热学课程教学大纲

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兰州大学基地班“热学”课程教学大纲

一、“热学”课程的教学基本要求

“普通物理学”课程是理科物理类专业的重要基础课，由力学、热学（分子物理学）、电磁学、光学和原子物理学这五个部分组成。各个部分单独设课，“热学（分子物理学）”是其中继“力学”后的第二门课程。

“普通物理学”课程的“目的是使学生系统地了解和掌握物理学的基本概念、基本原理、基本知识、基本思想“和方法，以及它们的实验基础；了解物理学的发展方向及物理学与其它自然科学和社会科学等的关系；培养学生进一步学好物理学的兴趣，提高学生的自学能力、分析和解决问题的能力；逐步帮助学生建立科学的自然观、世界观和方法论。”#

通过“普通物理学”课程的教学，“既要帮助学生迅速掌握大学的学习特点和规律，建立正确的学习方法，努力养成刻苦踏实、勤于思考的良好学风，又要为后继课程的学习作好业务、思想和心理上的准备，还要为学生毕业后从事有关科学研究、应用开发、教学工作等打下良好的基础。”#

“在普通物理学的教学中，要重视对基本物理现象和物理实验现象的观察、描述和分析，并在此基础上建立物理模型和概念，引出物理原理和定律，引导和帮助学生实现由感性认识到理性认识的飞跃；要重视和发挥演示实验和其它现代化教学手段在普通物理学教学中的作用，提高教学效果；要重视对物理概念、规律的定性描述，在此基础上，帮助学生掌握和使用所学的数学工具来概括和表述物理规律，充分认识每个物理定律数学表达式的物理意义。在普通物理学中，数学、特别是高等数学，一般并非主要用于演绎和推理，但也不能忽视培养学生基本运算和逻辑思维能力；要准确地阐述物理学中的重要概念，既注意每个概念确定的条件、严格的定义和确切含义，又要注意这些概念将随着人们对自然界认识的深化或客观条件的变化而不断发展、变化和完善。在着重要求学生掌握物理学基本概念和基本规律的基础上，适当介绍这些基本概念与当代物理学前沿之间的联系，以及它们在生产技术、特别是高技术领域中的应用，注意反映现代物理学的新成果、新思想和新方法。要注意培养学生对实际问题特别是当前高技术领域中物理问题的兴趣，引导和激励他们解决实际问题的愿望和责任感。要注意介绍先进的科学思想和正确的科学方法在物理学发展过程中的突出作用，结合物理学发展史，帮助学生树立辩证唯物主义的世界观。同时引导学生学习某些杰出物理学家热爱自己的祖国、热爱人民大众、热爱和发展科学事业的献身精神。”#

二、“热学”课程的内容与学时分配

“热学”课程在理科物理类专业一年级第二学期开设。基地班课堂教学（其中包括课堂讲授、习题课、讨论课、演示实验、影视和多媒体教学等）共72学时。课程内容包括绪论、温度、气体动理学理论的基本概念、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、固体、液体、相变、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，加“**”号的内容在一般情况下可不讲授，这些内容在考试时都不作统一要求。

绪论（2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*微观量*微观量*微观量与微观量的关系**热学发展简史

热学常用物理量的符号热学常用物理量的单位基本物理常量基本物理常量的国际推荐值

*单位制*国际单位制（SI）*量与单位的国家标准*法定计量单位*自然单位制

*物理量的数量级 *物质世界的层次分子的典型数据热学课程的特点我们能够学好热学

第一章温度（6学时）

热力学系统非平衡态弛豫时间平衡态热动平衡对平衡态的描述

*力学平衡*热学平衡*化学平衡*相变平衡和化学反应平衡

物态参量几何参量力学参量化学参量电磁参量态函数*对非平衡态的描述

*绝热壁*透热壁热接触热平衡热力学第零定律

温度温度计测量温度的依据温度计液体温度计定体气体温度计定压气体温度计

温标建立温标的要素水的冰点水的汽点水的三相点

华氏温标摄氏温标理想气体温标热力学温标*非线性温标

*数据处理*有效数字*有效数字的运算*数据的修约*数据的舍弃

*本底*信噪比*异常信息的提取**数据平滑化**数字滤波

*经验公式*曲线拟合*图解法*选点法*平均法*最小二乘法

*回归分析*关联系数*关联性检验*置信水平*误差*误差分析

物态方程气体物态方程玻意耳定律阿伏伽德罗定律*查理定律*盖吕萨克定律

理想气体物态方程理想气体物质的量摩尔理想气体在标准状态下的摩尔体积

普适气体常量阿伏伽德罗常量玻尔兹曼常量洛施密特常量

道尔顿分压定律混合理想气体的物态方程*阿马格分体积定律平均摩尔质量

体积分数压强分数摩尔质量分数质量分数*物质的量分数

混合理想气体的密度与其中各组分的密度干洁大气的平均摩尔质量、密度与其中各组分的密度

非理想气体物态方程范德瓦耳斯方程范德瓦耳斯气体 **狄特里奇方程 **伯特洛方程

*雷德利克－邝方程 *雷德利克－邝方程与范德瓦耳斯方程和理想气体物态方程的比较

卡末林－昂内斯方程位力系数*玻意耳温度（马略特温度）

第二章气体动理学理论的基本概念（8学时）

气体动理学理论的基本论点分子论点热运动论点分子力论点统计论点*费曼的评价

布朗运动的微观解释*布朗微粒是巨分子*爱因斯坦简介*微观粒子的非弹性碰撞

伽耳顿板实验统计规律性与涨落现象偶然性与必然性的关系统计性假设*内禀随机性

平均值算术平均*几何平均*权重*加权平均*统计平均

物体内分子之间的相互作用和分子的热运动决定其微观性质凝聚体中微粒的热振动

理想气体的微观模型忽略分子的大小与体积忽略分子间力碰撞是完全弹性碰撞

*量纲*量纲指数*无量纲量*量纲法则*量纲分析*瑞利法**定理**白金汉法

气体压力的微观解释*理想气体压强公式的量纲分析气体分子速率的方均值理想气体压强公式的推导

气体压强的微观解释*用不同的简化模型推导理想气体压强公式*光子气的压强*分子通量

理想气体分子平均平动动能与热力学温度的关系温度的微观解释对理想气体定律的推证

方均根值气体分子的方均根速率*交流电的有效值*金属内自由电子热运动的方均根速率

*布朗粒子的方均根速率与平均平动动能*宇宙飞行器的终极方均根速率

*绝对零度只能趋近而不能达到*热力学第三定律*零点能*原子内能量的量子化

分子间力米氏模型伦纳德－琼斯模型短程力分子间力势能常用分子间力势能模型

微观粒子的弹性碰撞分子有效直径*分子直径与热力学温度的关系其他分子间力势能模型

分子间力的平衡距离*分子间斥力的有效作用距离*分子间引力的有效作用距离

*分子间力的有效作用距离与平衡距离的关系*分子间力的典型数据

分子自身体积改正范德瓦耳斯常量b一摩尔气体分子自身体积总和的4倍等于b

分子引力改正范德瓦耳斯常量a内压强范德瓦耳斯气体的压强*范德瓦耳斯气体的负压强

范德瓦耳斯气体的压强与理想气体的压强*范德瓦耳斯方程的适用范围

范德瓦耳斯气体的摩尔体积*迭代法*分岔与混沌**非线性物理学

第三章分子热运动能量和速度的统计分布律（12学时）