课程名称： 热学

英文名称：Thermal Physics

一、课程简介（必备项）

热运动是物质运动的一种基本形式，热学是有关热运动及其规律的理论。热学课程是物理系、天文系和材料物理系的一门基础课，其内容包括：温度，气体、液体、固体及其性质，热力学基本定律，固、液、气三相转变及其规律等。

二、课程目标（必备项）

热学是物理类专业的一门重要的基础必修课，在教学培养计划中列为基础主干课程。通过本课程的学习，学生应能系统地掌握热现象的基本概念和基本知识，熟悉热物理学理论的一些实际应用。本课程为热力学与统计物理学等后续课程的学习打下基础，同时为从事科学研究、教学和技术工作提供基本的热学知识。

三、教学内容和学时分配（必备项）

（一）第一章 平衡态与温度　　6学时（课堂讲授学时）

主要内容：热物理学的研究对象及研究方法；热运动和机械运动的区别；热力学系统的宏观描述和微观描述；平衡态；平衡态判据；平衡态与定态的区别；状态参量；物态方程；热力学第零定律；温度；经验温标（摄氏温标与华氏温标）；理想气体，理想气体温标，理想气体状态方程；理想气体微观模型；理想气体压强公式；温度的微观意义。

教学要求：阐明平衡态的概念，指出热力学平衡与机械平衡、平衡态与定态的区别和联系；从热力学第零定律引入温度的概念；简要介绍经验温标的发展历史，指出经验温标对测温物质及其物理属性的依赖性；从真实气体的三个近似定律引入理想气体、理想气体温标和理想气体状态方程；从三个具体的例子总结出玻耳兹曼分布律；介绍理想气体的微观物理图像，导出理想气体压强公式，阐明温度的微观意义。

重点、难点：温度概念的建立；理想气体温标的引入。

其它教学环节：无

（二）第二章 分子动理学理论的平衡态理论　　4学时（课堂讲授学时）

主要内容：概率论的基本知识；概率密度分布函数；平衡态下分子速率分布的规律；导出麦克斯韦速度分布律和速率分布律；平均速率、最可几速率、方均根速率。

教学要求：简要介绍概率论的基本知识，引入概率密度分布函数的概念；介绍测定分子速率分布实验的原理，指出在平衡态下气体分子速率分布的规律性；简要介绍从玻耳兹曼分布律导出麦克斯韦速度分布律和速率分布律；介绍三种速率。

重点、难点：概率密度分布函数的概念；统计规律与力学规律的区别。

其它教学环节：无

（三）第三章 内能与热量　　6学时（课堂讲授学时）

主要内容：热力学过程；绝热过程；功；准静态过程；准静态过程的功；热力学第一定律；内能；热量；热容量；自由度；能量均分定理；理想气体的内能和热容量；热力学第一定律对理想气体的应用；循环过程；热机；汽油机、柴油机；制冷机。。

教学要求：阐明功、热量和内能三个概念的含义及三者间的区别；阐明准静态过程的概念，介绍计算准静态过程的功的公式及功的几何表示法；使学生掌握热力学第一定律的意义及其数学表达式；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定义；导出计算理想气体内能的公式；指出经典理论的困难及其适用条件；通过热力学第一定律对等容、等压、等温、绝热等四个过程的应用，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；介绍循环过程的一般概念和正循环的热机效率与逆循环的致冷系数的定义；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；简要介绍普通致冷机循环的原理。

重点、难点：内能和热容的概念；热力学第一定律对理想气体过程的应用。

其它教学环节：无

（四）第四章 熵　　6学时（课堂讲授学时）

主要内容：热力学第二定律；实际宏观过程的不可逆性；卡诺定理；热力学温标；熵；理想气体的熵；热力学基本不等式及其应用；自由能与自由焓；平衡态判据；宏观态与微观态；热力学概率；熵的微观意义；玻耳兹曼分布律；热力学第三定律。

教学要求：阐明热力学第二定律的开耳文表述和克劳修斯表述，论证两种表述的一致性；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；介绍并证明卡诺定理；指出卡诺定理对提高热机效率的指导意义；运用卡诺定理引入热力学温标；介绍热力学温标和国际实用温标；引入熵的概念，导出理想气体的熵和热力学基本不等式；指出引入熵的目的；简要介绍自由能与自由焓；引入宏观态与微观态的概念,介绍宏观态的热力学概率与熵的联系；介绍熵的微观意义；简要介绍热力学第三定律。

重点、难点：熵的概念及其理论计算；引入熵的目的和熵的微观意义。

其它教学环节：无

（五）第五章 输运现象与分子动理学理论的非平衡态理论　　5学时（课堂讲授学时）

主要内容：粘滞现象、扩散现象和热传导现象的宏观规律；碰撞与气体分子的平均自由程；粘滞现象的微观解释；黏度与微观量之间的关系；扩散现象和热传导现象的微观解释；扩散系数和热导率与微观量之间的关系。

教学要求：介绍气体扩散、粘滞现象和热传导的宏观规律；运用分子刚球模型介绍分子碰撞频率及平均自由程的概念；导出碰撞频率及平均自由程的公式；以粘滞现象的微观解释为重点，说明用微观观点解释和推导输运过程宏观规律的方法；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与近似性。

重点、难点：自由程的概念；粘滞现象的微观机制；迁移系数与微观量之间的关系。

其它教学环节：无

（六）第六章 物态与相变　　5学时（课堂讲授学时）

主要内容：物态简介；液体的表面张力；球形液面的压强差；毛细现象；毛细管公式；组元；相；相的宏观描述；蒸发与饱和蒸汽压；实际气体等温线；液气二相图；过冷气体与过热液体；相变的本质；化学势；理想气体化学势；相平衡条件；克拉珀龙方程；范德瓦耳斯方程；范德瓦耳斯等温线；亚稳态；固液相变与固气相变；三相图。

教学要求：简要介绍物态；重点介绍液体表面张力、弯曲液面附加压强、浸润现象和毛细现象；引入组元和相的概念，介绍相的宏观描述；阐明饱和蒸汽压的概念，介绍实际气体的等温线，说明液气等温相变的规律以及过冷、过热现象；介绍相变的本质；引入化学势的概念，导出相平衡条件；从相平衡条件导出克拉珀龙方程；介绍范德瓦耳斯气体状态方程；分析范德瓦耳斯气体压强的等温曲线，简介亚稳区；简介固液相变、固气相变，总结出三相图。

重点、难点：液体表面张力，克拉珀龙方程。

其它教学环节：无

四、教材与学习资源（必备项）

教材：教师可根据情况从以下两本教材里任选一本作为教学参考书。

管靖,熊刚,杨晓荣.《热学》.北京:北京师范大学出版社,2011

赵凯华,罗蔚茵.《新概念物理教程（热学）》.北京:高等教育出版社,2005.

参考书：

[1] Ralph Baierlein;《Thermal Physics》;Cambridge University Press,1999.

[2] Daniel V. Schroeder;《An introduction to Thermal Physics》;Addison Wesley Longman,2000.

网络：http://bb.bnu.edu.cn/webapps/login/（师生交流BB平台），http://ipv6te.bnu.edu.cn/（教师教育支持系统）

五、教学策略与方法建议（可选项）

无

六、考核方式（必备项）

平时成绩(作业、课堂练习等)：占30％－40%。

期末闭卷笔试：占60％－80%。

【编写日期】：2014/11/27