课程名称（英文）：Thermal Physics
课程性质：必修课
学 分：3
总 学 时：48学时 理论学时：48 实验（或上机）：0学时
先修课程：高等数学 力学
一、课程的性质及目的
《热学》课程是应用物理学专业的一门专业基础课程和学位课程，本大纲适用于应用物理学专业。
通过本课程的学习，学生能够掌握热学中的基本概念、基本理论和基本规律，并运用热学理论和方法计算或解释热学问题，从而初步掌握热学等学科学习的基本思想方法和研究问题的方法；并在学习过程中加深对专业的认同感，增强专业自信，形成科学思维方式，逐步养成用科学方法和团队协作的形式解决实际问题的习惯，遵守职业道德和科学伦理。
依据河北科技大学应用物理学专业培养计划，本课程需要培养学生的能力是：掌握力、热、光、电磁和原子物理的基本理论（毕业要求指标2-2）中热学的基本理论。
二、课程目标
知识:
1.能够阐述热学的研究对象、研究方法、典型的应用领域；
2.能够解释气体分子动理论、热力学理论以及物性学中的基本概念、专业术语、基本原理和基本方法；
能力:
3.能够利用所学热学规律，分析和解决气体、液体和固体物质中的热学现象和热学问题；
4.具备综合运用热学知识的分析能力和运算能力，能够为后继热力学统计物理、固体物理、毕业论文等理论课程和实践环节提供支持；
素养：
5.具备用科学方法解决实际问题的习惯，具备批判、探索和创新性思维；
6.具有良好的科学精神、职业素养、国际视野和社会责任感，遵守职业道德和科学伦理。
三、课程内容及学时分配
0 绪论（2学时）
0.1 热学研究的对象和方法
0.2 热学发展简述
[重点]：热学的研究对象和方法
[难点]：研究对象和方法的匹配
[思政元素]：专业认同感
1 温度（3学时）
1.1 平衡态 状态参量
1.2 温度
1.3 气体的物态方程
[重点]：平衡态、温度和物态方程的概念
[难点]：理想气体的物态方程
2 气体分子动理论的基本概念（6学时）
2.1 物质的微观模型
2.2 理想气体的压强
2.3 温度的微观解释
2.4 分子力
2.5 范德瓦尔斯气体的压强
[重点]：理想气体压强和温度的微观解释
[难点]：理想气体的微观特点
[思政元素]：局部到整体的科学思维方式
3 气体分子热运动速率和能量的统计分布律（7学时）
3.1 气体分子的速率分布律
3.2 用分子射线实验验证麦克斯韦速度分布律
3.3 玻尔兹曼分布律 重力场中微粒按高度的分布
3.4 能量按自由度均分定理
[重点]：统计理论的应用，气体速率分布函数及常用的三种统计速率，麦克斯韦速率分布律
[难点]：统计理论的应用，速率（速度）分布函数的物理意义，统计速率的定义
[思政元素]：爱国主义
4 气体内的输运过程（4学时）
4.1 气体分子的平均自由程
4.2 输运过程的宏观规律
4.3 输运过程的微观解释
[重点]：宏观输运现象的微观解释
[难点]：通过微观角度推导宏观输运方程
[思政元素]：局部到整体的科学思维方式
5 热力学第一定律（9学时）
5.1 热力学过程
5.2 功
5.3 热量
5.4 热力学第一定律
5.5 热容 焓
5.6 气体的内能 焦耳-汤姆孙实验
5.7 热力学第一定律对理想气体的应用
5.8 循环过程和卡诺循环
[重点]：热力学第一定律数学表述和对理想气体的应用
[难点]：循环过程
[思政元素]：整体的科学思维方式
6 热力学第二定律（9学时）
6.1 热力学第二定律
6.2 热现象过程的不可逆性热力学第二定律的统计意义
6.4 卡诺定理
6.5 热力学温标
6.7 熵
6.8 熵增加原理
6.9 熵与热力学概率
[重点]：热力学第二定律的表述及统计意义
[难点]：熵的定义及意义
[思政元素]：节约能源，机会不可失去
7 固体（2学时）
7.1 晶体
7.2 晶体中粒子的结合力和结合能
7.3 晶体中粒子的热运动
[重点]：晶体结合力的方式及热运动特点
[难点]：晶体热胀冷缩的微观解释
8 液体（2学时）
8.1 液体的微观结构 液晶
8.2 液体的彻体性质
8.3 液体的表面性质
[重点]：液体的表面性质
[难点]：表面张力
[思政元素]：辩证思维
9 相变 （4学时）
9.1 单元系一级相变的普遍特征
9.2 气液相变
9.3 克拉珀龙方程
9.6 固液相变
9.7 固气相变 三相图
[重点]：相变的概念及分类
[难点]：克拉珀龙方程及应用
[思政元素]：辩证思维
四、课程目标对毕业要求的支撑
| 毕业要求 | 课程目标 | 教学内容提要 |
| 2具备高等数学、系统的物理理论基础、电子技术的基本理论,掌握必备的研究方法，了解应用物理专业方向的理论前沿、应用前景、最新发展动态，以及专业方向的发展状况。 | 2-2掌握力、热、光、电磁、原子物理的基本理论。 | 1.能够阐述热学的研究对象、研究方法、典型的应用领域； 2.能够解释气体分子动理论、热力学理论以及物性学中的基本概念、专业术语、基本原理和基本方法； 3.能够利用所学热学规律，分析和解决气体、液体和固体物质中的热学现象和热学问题； 4.具备综合运用热学知识的分析能力和运算能力，能够为后继热力学统计物理、固体物理、毕业论文等理论课程和实践环节提供支持； 5.具备用科学方法解决实际问题的习惯，具备批判、探索和创新性思维； 6.具有良好的科学精神、职业素养、国际视野和社会责任感，遵守职业道德和科学伦理。 | 第1章 温度 第2章 气体分子动理论的基本概念 第3章 气体分子热运动速率和能量的统计分布律 第4章 气体内的输运过程 第5章 热力学第一定律 第6章 热力学第二定律 第7章 固体 第8章 液体 第9章 相变 |
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五、达成目标的途径和措施
1.将抽象的热学理论结合实例方式讲解，加强学生的理解。
2.注重以问题驱动的教学展开，在讲解每个知识点前，注意提出问题，强化学生的问题意识，培养学生提出问题的能力。同时，引导启发学生向解决问题的方向主动积极思考。
3.增加课堂互动，课堂上随时注意学生的听课效果，并鼓励学生发散思维，尤其鼓励学生积极提问。
六、考核方式、成绩评定及课程目标达成评价依据
考核方式：过程性评价（平时成绩）+ 终结性评价（结课考试）。
成绩评定：总成绩100%=平时成绩x%+期末考试(100-x)%；根据教学模式，平时成绩及期末成绩占比会实时调整。平时成绩范围：25%—50%，期末成绩范围：75%—50%。
成绩评定细则：
| 考核方式 | 评价依据 | 对应课程目标指标点 |
| 过程性考核（100分） x% | 作业 | 2.能够解释气体分子动理论、热力学理论以及物性学中的基本概念、专业术语、基本原理和基本方法； 3.能够利用所学热学规律，分析和解决气体、液体和固体物质中的热学现象和热学问题； |
| 课堂笔记 | 1.能够阐述热学的研究对象、研究方法、典型的应用领域； 2.能够解释气体分子动理论、热力学理论以及物性学中的基本概念、专业术语、基本原理和基本方法； |
| 课堂活动 | 3.能够利用所学热学规律，分析和解决气体、液体和固体物质中的热学现象和热学问题； 4.具备综合运用热学知识的分析能力和运算能力，能够为后继热力学统计物理、固体物理、毕业论文等理论课程和实践环节提供支持； |
| 结课考试（100分） (100-x)% | 选择题 | 1.能够阐述热学的研究对象、研究方法、典型的应用领域； 3.能够利用所学热学规律，分析和解决气体、液体和固体物质中的热学现象和热学问题； |
| 判断题 | 2.能够解释气体分子动理论、热力学理论以及物性学中的基本概念、专业术语、基本原理和基本方法； |
| 简答题 | 1.能够阐述热学的研究对象、研究方法、典型的应用领域； 5.具备用科学方法解决实际问题的习惯，具备批判、探索和创新性思维； |
| 计算题 | 4.具备综合运用热学知识的分析能力和运算能力，能够为后继热力学统计物理、固体物理、毕业论文等理论课程和实践环节提供支持； 5.具备用科学方法解决实际问题的习惯，具备批判、探索和创新性思维； 6.具有良好的科学精神、职业素养、国际视野和社会责任感，遵守职业道德和科学伦理。 |
成绩评定细则：
| 评价方式 | 考核标准 |
| 90-100% | 80-90% | 70-80% | 60-70% | 0-60% |
| 平时成绩 | 作业 | 按时全部上交作业，笔迹工整，过程详细，正确率高。 | 按时全部上交作业，笔迹较工整，过程较详细，正确率较高。 | 按时全部上交80%作业，笔迹较工整，过程较详细，正确率较高。 | 按时全部上交70%作业，笔迹较工整或潦草，过程较详细，具有70%的正确率。 | 不能上交作业50%以上，笔迹潦草，过程缺失，错误率高。 |
| 课堂笔记 | 能够按时上交全部笔记，笔记书写工整，内容翔实且全面，记录自己对问题的理解内容，内容正确。 | 能够按时上交全部笔记，笔记书写较工整，内容较全面，记录自己对问题的理解内容较少，内容基本正确。 | 能够按时上交80%以上的笔记，笔记书写较工整，内容达到要求的80%，缺少记录自己对问题的理解内容，内容基本正确。 | 能够按时上交70%以上的笔记，笔记书写潦草，内容达到要求的70%，缺少记录自己对问题的理解内容，内容基本正确。 | 不能上交要求笔记的50%以上，笔记书写潦草，内容达到要求的50%，缺少记录自己对问题的理解内容，内容出现错误。 |
| 课堂活动 | 能够按时到达课堂，不缺勤，能够按照要求参与全部线下、线上课堂活动，且回答问题正确率高。 | 能够按时到达课堂，不缺勤，能够按照要求参与大部分线下、线上课堂活动，且回答问题正确率较高。 | 能够按时到达课堂，不缺勤，能够按照要求参与80%以上线下、线上课堂活动，且回答问题正确率较高。 | 能够按时到达课堂，偶尔缺勤，能够按照要求参与70%以上线下、线上课堂活动，且回答问题正确率一般。 | 经常迟到，偶尔缺勤，能够按照要求参与50%以上线下、线上课堂活动，且回答问题正确率低。 |
| 期末考试成绩 | 期末考试标准答案 |
七、教材及参考文献
教 材：
1、李椿、章立源、钱尚武.《热学》（第三版）. 北京：高等教育出版社.
参考文献：
1、秦允豪. 热学（第三版）. 北京：高等教育出版社.
2、赵凯华、罗蔚茵. 《新概念物理教程 热学》（第二版）. 北京：高等教育出版社
3、Charles Kittel, Herbert Kroemer.Thermal Physics. New York: W.H. Freeman and Company.
大纲制定：何超、白占国 大纲审定：刘国才
制定日期：2023年12月
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