热学 （专业基础课） Thermodynamics
以下部分标题填写用黑体五号字体，具体填写内容字体为宋体五号） 【课程编号】BJ26185 【学分数】3 【学时数】62=56+6
【适用专业】物理学 一、教学目的、任务
热学是高等院校物理学专业基础课程之一，是普通物理学的一个重要组成部分。它以大量分子、原子组成的物体或物体系（热力学系统）为研究对象，课程内容包括温度、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、相变等部分。学习本课程的主要目的是: ①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和热力学的基础知识，对统计物理学有初步的了解，能较灵活地应用。②获得本门课程领域内分析和处理一些基本问题的能力。为进一步学习原子物理学、热力学与统计物理学等后继课程打下良好的基础。③了解热力学理论对于科学技术的现代化的重要作用。 二、课程教学的基本要求
本课程是物理学本科专业的基础课，因学时有限，在教学内容的选取上既要考虑中学物理教学的基础,又要注意与后继课和平行课之间的分工和衔接.例如介绍热现象的宏观理论时,应着重介绍热力学的基本概念及规律.有关熵和嫡增加原理的知识可根据具体情况决定取舍,但主要应由理论物理课程加以解决.在介绍热现象的微观理论时,只讨论分子运动部分而不更多涉及统计物理学的内容. 本课程也是学生在学完经典力学后学习非机械运动规律的第一门课程. 在学习分子运动论时要特别强调由大量分子构成的系统所遵从的统计规律的特点,培养学生的辩证思维,克服学生在学完经典力学后容易产生机械唯物论思想的倾问. 通过本课程的学习，使学生掌握热力学的理论体系，能处理热学的各类问题。教学过程中着重讲清处理问题，解决问题的思路和方法。
三、教学内容和学时分配 12 + 14 + 12 + 16 + 8 = 62
【课程类别】专业限选 【编写日期】2010.3.30 【先修课程】高数、力学
第一章 热学基本概念和物质聚集态 12学时（课堂讲授学时） 主要内容：
１、温度(温度计和温标 热力学第零定律 理想气体状态方程和理想气体温标) ２、热量及其本质(量热学 原子论 分子力与分子运动)
３、物质聚集态随状态参量的转化与共存(闭合系的P-V-T曲面 等温线 P–T三相图) ４、气体(气体的微观模型和温度的微观意义 理想气体压强公式 理想气体定律的推导 实
际气体)
５、固体（晶体结构 非晶态与准晶态 固体中的分子热运动）
６、化学键(离子键 共价键 金属键 范德瓦尔斯健 氢键) 7、液体(表面张力) 教学要求：
1、确切理解与掌握温度、热量、热容量、潜热、化学键等基本概念。
2、确切理解物质是由大量的分子、原子组成的，分子或原子作无规则的永不停息的热运动，分子间有相互作用力。 第二章 热平衡态的统计分布律 14学时（课堂讲授学时+课程实验学时）
1、麦克斯韦速度分布律(统计规律与分布函数的概念 速度空间与速度分布函数 麦克斯韦
速度分布率的导出 方均根速率 平均速率 泻流速率)
2、玻耳兹曼密度分布（等温气压公式 玻耳兹曼密度分布律 麦克斯韦-玻耳兹曼能量分
布律）
3、能量均分定理与热容量（自由度 能量均分定理 理想气体的热容量 固体的热容量）
4、量子气体中的粒子按能级的分布（能级与量子态 麦克斯韦-玻耳兹曼分布 H定理 能
级离散性对热容量的影响 玻色-爱因斯坦分布和费米-狄拉克分布）
5、费米气体(量子关联与量子简并 金属中的自由电子气) 6、玻色气体（光子气体）
7、宏观态的概率和熵（宏观态的概率 玻耳兹曼熵关系式 信息熵与遗传密码）
教学要求：
1、确切理解与掌握统计规律、分布函数、方均根速率、平均速率、最可几速率等基本概念。 2、确切理解与掌握麦克斯韦速度分布率及其应用。 3、确切理解玻尔兹曼密度分布律。
4、确切理解与掌握能均分定理。熟练掌握其应用。 其它教学环节：2
第三章 热力学第一定律 12学时（课堂讲授学时） 主要内容：
1、热力学第一定律(能量守恒定律 广义功 内能 热力学第一定律 准静态过程) 2、气体的热容量 内能和焓(热容量 焓 焦耳实验 焦耳-汤姆孙效应 节流膨胀液化气体 化学反应热和生成焓)
3、热力学第一定律对理想气体的应用（等温过程 绝热过程 大气的垂直温度梯度 多方过程）
4、循环过程和卡诺循环（循环过程 理想气体卡诺循环及其效率）
教学要求：
1、确切理解与掌握热力学第一定律。
2、确切理解与掌握气体的热容量、内能和焓的概念与定义。 3、熟练地掌握热力学第一定律的应用。
4、确切理解循环效率的定义，熟练计算各种循环的效率。 其它教学环节：2
第四章 热力学第二定律 16 学时（课堂讲授学时+课程实验学时） 主要内容：
１、热力学第二定律 卡诺定理（热力学第二定律 卡诺定理 热力学温标）
２、卡诺定理的应用（内能和状态方程的关系 克拉珀龙方程及其在相变问题的应用） ３、克劳休斯不等式与熵定理（克劳修斯不等式 熵 热力学熵与玻耳兹曼熵） 4、热力学第二定律佯谬（洛施密特诘难 策尔梅洛诘难 麦克斯韦妖与信息）
5、热平衡 自由能（孤立系统的热平衡判据 定温定体条件下的热平衡判据 定温定压条件下的热平衡判据 物体系内各部分间的平衡条件 范德瓦尔斯气液相平衡 混合气体的化学平衡）
6、连续相变 超流（有序-无序转变 朗道二级相变理论 液氦的超流现象 准粒子） 教学要求：
1、确切理解与掌握可逆过程与不可逆过程、热力温标、熵、自由能等基本概念。 2、确切理解与掌握热力学第二定律。 3、确切理解与掌握卡诺定理和应用
4、确切理解与掌握熵的定义，熵的增加原理及熵的计算。 5、理解与掌握热平衡判据。
6、掌握相变定义及克拉珀龙方程推导及应用。 其它教学环节：2
第五章 非平衡过程 8 学时（课堂讲授学时+课程实验学时） 主要内容：
1、近平衡态驰豫和输运过程（平均自由程与碰撞频率 分子自由程的概率分布 初级气动理论 ）
2、涨落 关联 布朗运动（涨落 临界点的涨落 布朗运动 ） 3、分形
4、线性不可逆过程热力学（局域热平衡概念 熵流与熵产生 广义流和广义力 ） 5、耗散结构
6、生命与生态环境（生命的热力学基础 地球表面温度与温室效应 盖娅假说） 7、热宇宙模型（大爆炸，微波背景辐射 热寂说） 教学要求：
1、理解与掌握气体分子平均自由程与碰撞频率的定义及其计算。
2、理解与掌握输运过程的宏观规律及其微观机制。 3、了解热力学涨落和布朗运动的理论。 其它教学环节：1学时 习题
四、教学重点、难点及教学方法
重点：状态方程,麦克斯韦分布律,气体内的输送过程,准静态过程,热力学第一定律,循环过程,热力
学第二定律,可逆过程与不可逆过程,熵的统计意义
难点：气体热容量的量子解释,焓,卡诺定理,熵与克劳修斯等式,T—S图及熵增加原理,玻尔兹曼表式.
五、考核方式及成绩评定方式：考试
六、教材及参考书目
推荐教材：
赵凯华，罗蔚茵《热学》， 高等教育出版社，1998 参考书：
1、李椿，张立源，钱尚武，《热学》，高等教育出版社，1986 2、李平，《热学》，北京师范大学出版社，1987
3、黄淑清，聂宜如，申先甲，《热学教程》， 高等教育出版社，1985 4、李洪芳《热学》， 高等教育出版社，2001
修（制）订人： 审核人：
2010年 3 月30 日