大學(xué)物理課程教案授課時間第周星期第節(jié)課次授課形式理論課R討論課□實驗課□習(xí)題課□其他□學(xué)時安排授課題目（教學(xué)章、節(jié)或主題）：§6.1準(zhǔn)靜態(tài)過程功和熱量§6.2熱力學(xué)第一定律典型的熱力學(xué)過程（1）教學(xué)目標(biāo)與要求：1.確切理解內(nèi)能、功、熱量和摩爾熱容的物理概念，并能掌握功、熱量及內(nèi)能的計算；2.深刻理解熱力學(xué)第一定律的物理意義，明確各量的正負(fù)規(guī)定；3.熟練掌握熱力學(xué)第一定律在理想氣體等值過程的計算；教學(xué)重點與難點重點：內(nèi)能、功、熱量和摩爾熱容的物理概念；難點：熱力學(xué)第一定律在理想氣體等值過程的計算。教學(xué)設(shè)計：多媒體結(jié)合板書§6.1準(zhǔn)靜態(tài)過程功和熱量一．內(nèi)能功熱量1.內(nèi)能：系統(tǒng)內(nèi)所有分子的熱運動動能、分子內(nèi)及分子間相互作用的勢能的總和。內(nèi)能是系統(tǒng)狀態(tài)的函數(shù)，是狀態(tài)參量。改變內(nèi)能的方法有兩種：做功和熱傳遞。2.功：系統(tǒng)的邊界發(fā)生宏觀位移，是過程功，即；3.熱傳遞：系統(tǒng)的邊界沒有發(fā)生宏觀位移，也就是熱傳遞，系統(tǒng)和外界的溫度不同，傳遞的能量叫熱量，用表示，是過程量；其微觀實質(zhì)是：分子的無規(guī)則運動能量從高溫物體向低溫物體傳遞，熱量和溫度的區(qū)別：.熱量是系統(tǒng)內(nèi)能變化的量度，是過程量；.溫度反映物體冷熱程度，是分子平均平動動能的標(biāo)志，是狀態(tài)量；二．準(zhǔn)靜態(tài)過程1.準(zhǔn)靜態(tài)過程：系統(tǒng)所經(jīng)過的中間狀態(tài)都無限接近于平衡狀態(tài)的那種狀態(tài)變化過程。如果其中有一個狀態(tài)為非平衡態(tài)，則此過程為非準(zhǔn)靜過程。如果系統(tǒng)進行的速度過快，系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化后，還未來得及恢復(fù)新的平衡態(tài)，系統(tǒng)又發(fā)生了變化，則該過程為非準(zhǔn)靜過程。例如：氣缸活塞壓縮的速度過快，氣體的狀態(tài)發(fā)生變化，還來不及恢復(fù)，P、V、T無確定關(guān)系，則此過程為非準(zhǔn)靜過程。對非常緩慢的過程可近似認(rèn)為是準(zhǔn)靜過程。例如氣缸活塞的速度大約為,而氣缸內(nèi)氣體密度、壓強趨于均勻的過程以聲速進行，此時則可看成是準(zhǔn)靜過程。2.馳豫時間：系統(tǒng)從非平衡態(tài)過渡到平衡態(tài)所用的時間；當(dāng)熱力學(xué)過程所用的時間比馳豫時間大很多時，這過程就可以當(dāng)作準(zhǔn)靜態(tài)過程；3.狀態(tài)圖：圖、圖、圖，圖中任一點都表示系統(tǒng)的一個平衡態(tài)，一條曲線就表示由一系列平衡態(tài)組成的準(zhǔn)靜態(tài)過程；4.功的計算：；（氣缸內(nèi)的氣體進行無摩擦的準(zhǔn)靜態(tài)膨脹過程）推導(dǎo)：由，，則，又因為，所以；，系統(tǒng)體積膨脹，則系統(tǒng)對外界做正功；，系統(tǒng)體積縮小，則系統(tǒng)對外界做負(fù)功；在圖，功的大小等于圖上過程曲線下的面積§6.2熱力學(xué)第一定律典型的熱力學(xué)過程一.熱力學(xué)第一定律1.內(nèi)容：系統(tǒng)從外界吸收的熱量等于系統(tǒng)內(nèi)能的增量和系統(tǒng)對外做功之和。2.表達式：微分式：注意：：系統(tǒng)吸收熱量；：系統(tǒng)放出熱量；：系統(tǒng)對外界做正功；：系統(tǒng)對外界做負(fù)功；：系統(tǒng)內(nèi)能增加；：系統(tǒng)內(nèi)能減少；3.對熱力學(xué)第一定律的幾點理解：.系統(tǒng)從外界吸收的熱量等于系統(tǒng)內(nèi)能的增量和系統(tǒng)對外界所做的功之和；.熱與功的轉(zhuǎn)換不是直接進行的，是間接進行的，其中內(nèi)能是傳遞的工具；熱轉(zhuǎn)換為功：系統(tǒng)吸熱后，先使內(nèi)能增加，在通過降低內(nèi)能對外做功；功轉(zhuǎn)換為熱：外界對系統(tǒng)做功，系統(tǒng)內(nèi)能增加，在通過降低內(nèi)能，系統(tǒng)放熱；.熱力學(xué)第一定律是從實驗中總結(jié)出來的，所以第一類永動機不可能；第一類永動機：不從外界吸收熱量，而不斷對外做功的機械。這違反能量守恒定律。.熱力學(xué)第一定律是熱現(xiàn)象中能量轉(zhuǎn)化與守恒的定律，適用于任何系統(tǒng)的任何過程。習(xí)題練習(xí)：教材P193習(xí)題6.16二.熱力學(xué)第一定律在等值過程中的應(yīng)用；；1.等容過程：等容過程中，，則；理想氣體狀態(tài)方程：，所以2.等壓過程：，3.等溫過程：因為，所以，由得三.氣體的摩爾熱容1.熱容量：系統(tǒng)質(zhì)量為單位質(zhì)量時，其熱容量稱為比熱容，用表示，單位為：系統(tǒng)的物質(zhì)的量為時，其熱容稱為墨爾熱容，單位為：2.摩爾熱容：3.等壓摩爾熱容：，由熱力學(xué)第一定律可知：，故氣體的內(nèi)能：，氣體狀態(tài)方程：，所以：4.等容摩爾熱容：氣體體積不變，則，所以熱力學(xué)第一定律變?yōu)椋?，，因為，所以?.與的關(guān)系：邁耶公式：；；例題講解：教材P172例題6.3習(xí)題練習(xí)：教材P192-193習(xí)題6.10、6.12、6.15課程思政融入點：1.奉獻精神：通過介紹熱力學(xué)第一定律的建立過程，講述物理學(xué)家如邁耶、焦耳、亥姆霍茲等人的貢獻，融入講解社會主義核心價值——奉獻精神。他們沖破傳統(tǒng)觀念的束縛，不懈努力，最終使能量守恒與轉(zhuǎn)化定律被公認(rèn)為自然界普遍規(guī)律，這體現(xiàn)了科學(xué)家們?yōu)榭茖W(xué)和社會進步無私奉獻的精神。2.能量守恒觀念：強調(diào)能量不會憑空產(chǎn)生或消失，只能轉(zhuǎn)化或傳遞，這體現(xiàn)了自然界的客觀規(guī)律性和物質(zhì)不滅、能量守恒的哲學(xué)思想。這可以類比到人生道路上，成就不可能憑空獲得，只有付出了相應(yīng)的努力，才能獲得相應(yīng)的回報。這鼓勵學(xué)生們珍惜青春時光，努力學(xué)習(xí)，儲備自身能量（內(nèi)能），將來才能對社會做出貢獻。2.科學(xué)實踐精神：熱力學(xué)第一定律的得出基于大量實驗觀察和理論推導(dǎo)，鼓勵學(xué)生通過實踐探索科學(xué)真理，培養(yǎng)科學(xué)實踐精神。3.系統(tǒng)思維：研究系統(tǒng)內(nèi)部能量變化與外部交換的關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)思維，學(xué)會從整體上分析問題。作業(yè)：教學(xué)后記：大學(xué)物理課程教案授課時間第周星期第節(jié)課次授課形式理論課R討論課□實驗課□習(xí)題課□其他□學(xué)時安排授課題目（教學(xué)章、節(jié)或主題）：§6.2熱力學(xué)第一定律典型的熱力學(xué)過程（2）§6.3循環(huán)過程和卡諾循環(huán)教學(xué)目標(biāo)與要求：1.掌握準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過程的特點及狀態(tài)方程；2.掌握循環(huán)過程及卡諾循環(huán)特點及計算；教學(xué)重點與難點重點：準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過程的狀態(tài)方程、循環(huán)過程的特點；難點：卡諾循環(huán)的分析及應(yīng)用。教學(xué)設(shè)計：多媒體結(jié)合板書§6.2熱力學(xué)第一定律典型的熱力學(xué)過程（2）絕熱過程1.絕熱過程：系統(tǒng)和外界沒有熱量交換，即2.準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過程：由熱力學(xué)第一定律，因為，所以對一微小過程有：，由，而，所以：，由氣體狀態(tài)方程，所以：，又因為，所以：；同理還可求出：，3.曲線比較：絕熱線要比等溫線要陡些；解釋：.數(shù)學(xué)法：等溫曲線：，其曲線的斜率為：；絕熱曲線：，其曲線斜率為：；因為，所以絕熱曲線的斜率要比等溫曲線的斜率要大。.氣體動理論：同樣的氣體經(jīng)過等溫變化和絕熱變化，減小相同的體積。在等溫變化下，隨著體積的減小，氣體分子數(shù)密度增大，但分子平均動能不變，由可知，氣體壓強將增大；在絕熱條件下，隨著氣體體積的減小，分子數(shù)密度也將同樣增大，由于外界做功增大了分子的平均動能，所以氣體的壓強增大的更多了，即，所以絕熱線要比等溫線要陡些。4.準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過程的功：因為，故習(xí)題講解：教材P193習(xí)題6.17§6.3循環(huán)過程和卡諾循環(huán)一．循環(huán)過程1.循環(huán)過程：熱力學(xué)系統(tǒng)經(jīng)歷了一系列熱力學(xué)過程后又回到初始狀態(tài)，這個過程為循環(huán)過程。2.循環(huán)過程的特點：.如果循環(huán)的各階段均為準(zhǔn)靜態(tài)過程，則循環(huán)過程可用狀態(tài)圖上的閉合曲線表示；.經(jīng)過一個循環(huán)，內(nèi)能不變，即；.循環(huán)曲線所包圍的面積等于循環(huán)過程中系統(tǒng)對外做的凈功；3.循環(huán)和逆循環(huán)：.正循環(huán)（熱循環(huán)，熱機）：過程曲線沿順時針方向進行，系統(tǒng)對外做正功；.逆循環(huán)（制冷循環(huán)，制冷機）：過程曲線沿逆時針方向進行，系統(tǒng)對外做負(fù)功；二.熱機熱機效率1.熱機：把熱能轉(zhuǎn)換成機械能的裝置稱為熱機，如蒸汽機、汽車發(fā)動機等；2.熱機工作的特點：需要一定工作物質(zhì)；需要兩個熱源；3.熱機效率：在一次循環(huán)過程中工質(zhì)對外做的凈功占它從高溫?zé)嵩次盏臒崃康谋嚷?，即：；三．制冷機制冷系數(shù)1.制冷循環(huán)：工作物質(zhì)把從低溫?zé)嵩次盏臒崃亢屯饨鐚λ龅墓σ詿崃康男问絺鹘o干溫?zé)嵩?，這樣的循環(huán)過程叫致冷循環(huán)；是卡諾熱機的反過程；2.制冷系數(shù)：從低溫?zé)嵩次盏臒崃颗c外界對其做的功的比值；例題講解：教材P175例題6.4補充例題：奧拓循環(huán)例題：燃燒汽油的四沖程內(nèi)燃機中進行的循環(huán)叫奧托循環(huán)，它可用圖近似表示。設(shè)工作物質(zhì)為理想氣體，和為絕熱過程，和為等容過程。壓縮比，，求循環(huán)效率。解：由于和為絕熱過程，工作物質(zhì)既不吸熱也不放熱，過程吸熱，；過程放熱，由式（11.20），循環(huán)效率為：；所以 ，將上述關(guān)系代入表示式中：實際的汽油機效率比這小得多，約只有25%左右。我們計算的只是理想情形。習(xí)題練習(xí)：教材P193習(xí)題6.20四.卡諾循環(huán)1.卡諾循環(huán)：循環(huán)過程中只和兩個恒溫?zé)嵩唇粨Q能量的準(zhǔn)靜態(tài)循環(huán)。2.卡諾循環(huán)的特點：、卡諾循環(huán)是由兩條等溫線和兩條絕熱線組成的循環(huán)；、需要兩個熱源，高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩矗?、不計摩擦、熱損失及漏氣，視為理想熱機；3.具體過程：：氣缸和高溫?zé)嵩唇佑|，氣體做等溫膨脹，其體積變?yōu)?，則，由熱力學(xué)第一定律可得，而，所以氣體吸收的熱量為：；：將氣缸從高溫?zé)嵩匆崎_，氣體做絕熱膨脹，體積變?yōu)?，溫度降為；：氣缸和低溫?zé)嵩唇佑|，氣體做等溫壓縮，其體積變?yōu)椋錉顟B(tài)和狀態(tài)位于同一條絕熱線上，由熱力學(xué)第一定律和可得：，而這一過程中，所以氣體放出的熱量為：：將氣缸從低溫?zé)嵩匆崎_，氣體做絕熱壓縮回到初始點，體積變?yōu)?，溫度升為：則這一循環(huán)過程中，氣體對外做的凈功：，則：，由兩絕熱過程有：，所以：4.幾點討論：.以理想氣體為工作物質(zhì)的卡諾循環(huán)的效率，只由兩個恒溫?zé)嵩吹臏囟葲Q定，而與工作物質(zhì)的種類無關(guān)；例如：波音飛機不用價格較貴的高標(biāo)號汽油作燃料，而采用航空煤油作燃料；.熱機效率不能大于或等于，只能小于；如果，則在一循環(huán)過程中熱機對外做的凈功大于系統(tǒng)從外界吸收的熱量，違反了能量守恒定律；如果，則低溫?zé)嵩吹臏囟然蚋邷責(zé)嵩吹臏囟?，現(xiàn)在技術(shù)還不能達到絕對零度，同時現(xiàn)實溫度不可能趨于無限大，所以熱機效率只可能小于；.提高熱機效率的方法：或，但低溫?zé)嵩吹臏囟葹橥饨绱髿獾臏囟炔灰巳藶榈馗淖?，一般只能提高高溫?zé)嵩吹臏囟?；日本開發(fā)出陶瓷發(fā)動機，其良好的絕熱性能可保持高溫?zé)嵩吹臏囟?；美國的兩個洲在2005年將禁止燃燒汽油的汽車進入，而使用燃料電池供電的汽車。.定義了熱力學(xué)溫標(biāo)：，即工作物質(zhì)從高溫?zé)嵩次盏臒崃颗c放給低溫?zé)嵩吹臒崃恐鹊扔趦珊銣責(zé)嵩吹臏囟戎?，與工作物質(zhì)的種類無關(guān)。5.卡諾循環(huán)制冷系數(shù)：因為卡諾循環(huán)過程中工作物質(zhì)吸收或放出的熱量只和溫度有關(guān)，故：；一般情況下，制冷系數(shù)的高溫?zé)嵩淳褪谴髿猓创髿鉁囟?，被制冷的物體溫度越低，則制冷系數(shù)就越小，即制冷系數(shù)隨著制冷物體的溫度變化而變化。習(xí)題練習(xí)：教材P192習(xí)題6.13；教材P194習(xí)題6.23課程思政融入點：1.創(chuàng)新與探索：卡諾循環(huán)作為一種理論模型，為熱力學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，鼓勵人們在面對未知和挑戰(zhàn)時勇于探索、敢于創(chuàng)新。2.效率與優(yōu)化：卡諾循環(huán)揭示了熱機效率的理論極限，強調(diào)在有限的資源條件下追求最大的效益，這與思政教育中的效率意識和優(yōu)化思維相吻合。3.理論與實踐相結(jié)合：卡諾循環(huán)不僅是理論上的熱力循環(huán)，還廣泛應(yīng)用于汽車發(fā)動機、燃?xì)廨啓C、蒸汽輪機等實際機器中，體現(xiàn)了理論與實踐相結(jié)合的原則。作業(yè)：教學(xué)后記：大學(xué)物理課程教案授課時間第16周星期三第1~2節(jié)課次20授課形式理論課R討論課□實驗課□習(xí)題課□其他□學(xué)時安排2授課題目（教學(xué)章、節(jié)或主題）：§6.4熱力學(xué)第二定律§6.5熵和熵增加原理玻耳茲曼熵關(guān)系式教學(xué)目標(biāo)與要求：1.理解熱力學(xué)過程的方向性、熱力學(xué)第二定律的兩種表述及統(tǒng)計意義；2.了解兩種熵的定義及熵增原理；教學(xué)重點與難點重點：熱力學(xué)第二定律的兩種表述及統(tǒng)計意義；難點：熵的定義及計算。教學(xué)設(shè)計：多媒體結(jié)合板書§6.4熱力學(xué)第二定律一．自然界中與熱現(xiàn)象有關(guān)的實際宏觀過程的方向性可逆過程與不可逆過程：定義：一個系統(tǒng)經(jīng)過一個過程從一狀態(tài)變化到另一狀態(tài)如果存在一個過程使系統(tǒng)和外界完全復(fù)原則說明原過程是可逆的，否則是不可逆的。結(jié)論：一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的實際宏觀過程都是不可逆的。具體說明：1.功熱轉(zhuǎn)換：功→熱：可自動進行，如摩擦生熱，用焦耳實驗可以證明；熱→功：不可自動進行，即物體不可能通過改變自身的內(nèi)能而轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能；通過摩擦而使功變?yōu)闊岬倪^程是不可逆的。熱變功的過程是有，但不引起其他任何變化，即其唯一效果是一定量的內(nèi)能（熱）全部轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能（功）的過程是不可能發(fā)生的。熱機能把熱轉(zhuǎn)變?yōu)楣Γ辛似渌兓?，熱量從高溫物體傳給了低溫物體；理想氣體等溫膨脹，把熱全部轉(zhuǎn)化為功，但其體積膨脹了。2.熱傳導(dǎo)：熱量可以自動地從高溫物體傳向低溫物體，但熱量不可能自動地從低溫物體傳向高溫物體，即熱量由高溫物體傳向低溫物體的過程是不可逆的，也就是說其唯一效果是熱量從低溫物體傳向高溫物體的過程是不可能發(fā)生的。致冷機通過外界做功才能把熱量從低溫物體傳向高溫物體。3.氣體的絕熱自由膨脹：氣體絕熱自由膨脹達到平衡后，氣體卻不能自動的回到原來的狀態(tài)，即氣體向真空中絕熱自由膨脹的過程是不可逆的。二．熱力學(xué)第二定律的兩種表述1.開爾文表述：其唯一效果是熱全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ倪^程是不可能的；開爾文表述的等價表述：不可能制成一種循環(huán)動作的熱機，它只從單一熱源吸收熱量，并使其全部變?yōu)橛杏霉?，而不引起其他變化?.克勞修斯表述：熱量不可能自動地從低溫物體傳向高溫物體；三．熱力學(xué)第二定律的物理意義1.第二類永動機：從單一熱源吸熱并將其全部變?yōu)楣Φ臒釞C；2.熱力學(xué)第二定律的物理意義：否定了第二類永動機的實現(xiàn)；3.熱力學(xué)第二定律的適用范圍：大量分子的集體；宏觀過程；孤立系統(tǒng)有限范圍，對整個宇宙不適用。四.卡諾定理克勞修斯熵1.卡諾定理：.工作于相同高溫?zé)嵩春拖嗤蜏責(zé)嵩粗g的一切可逆機，不論其工作物質(zhì)如何，其效率都相同，都等于；.工作于相同高溫?zé)嵩春拖嗤蜏責(zé)嵩粗g的一切不可逆機，其效率都不可能超過可逆機，即2.克勞修斯熵：可逆卡諾熱機效率：，故，考慮符號有：；任意可逆熱機，可看成是無數(shù)多微小可逆卡諾熱機，則，即；由微分積分知識可知：即為克勞修斯熵。熵差：（可逆過程，與積分路徑無關(guān)）對不可逆循環(huán)：3.熵增原理：孤立系統(tǒng)內(nèi)部進行的任何過程都是熵永不減少的過程。熵增原理所說得熵增加是對整個系統(tǒng)來說的，至于系統(tǒng)中的個別物體或系統(tǒng)中的局部，其熵可能增加，也可能減少。§6.5熵和熵增加原理玻耳茲曼熵關(guān)系式一.熱力學(xué)第二定律的微觀意義：一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的自然過程總是沿著分子熱運動的無序性增大的方向進行。具體說明：.熱功轉(zhuǎn)換：功轉(zhuǎn)變?yōu)闊崾菣C械能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能的過程，即大量分子的有序運動向無序運動轉(zhuǎn)化的過程。熱轉(zhuǎn)變?yōu)楣?，是分子的無序運動自動轉(zhuǎn)變?yōu)橛行蜻\動，這過程幾乎是不可能的。.熱傳導(dǎo)：熱量由高溫物體傳向低溫物體，分子的運動是無序的，但還可以按照平均動能的大小把它們區(qū)分開，達到熱平衡后，按照平均動能也不能把它們區(qū)分開，熱傳導(dǎo)使分子的無序性運動增大了，因而，反過來的過程幾乎是不可能的。.氣體絕熱自由膨脹：氣體自由膨脹，分子運動狀態(tài)（位置分布）更加無序了，反過來，從無序自動的轉(zhuǎn)變?yōu)橛行?，幾乎是不可能的。?熱力學(xué)概率與玻爾茲曼熵1.分子的位置分布：分析教材P222-223表8.4、8.52.熱力學(xué)概率：任一宏觀狀態(tài)所對應(yīng)的微觀狀態(tài)數(shù)稱為該宏觀狀態(tài)的熱力學(xué)概率。熱力學(xué)概率是分子運動無序性的一種量度。3.玻耳茲曼熵公式：；4.熵的基本性質(zhì)：.熵是系統(tǒng)的狀態(tài)函數(shù)，系統(tǒng)的熵變跟過程無關(guān)；.熵具有可加性：兩個子系統(tǒng)組成的系統(tǒng)，由概率法則有，；5.熵的物理意義：熵是熱力學(xué)系統(tǒng)狀態(tài)幾率或無序性的量度；熵越大，系統(tǒng)的狀態(tài)幾率越大，熵越大，系統(tǒng)的無序性程度越大。6.熵增原理：在孤立系統(tǒng)中進行的自然過程總是沿著熵增大的方向進行。課程思政融入點：1.科學(xué)探索精神：熱力學(xué)第二定律的發(fā)現(xiàn)和確立經(jīng)歷了多位科學(xué)家的不懈努力和長期探索。從克勞修斯、開爾文等科學(xué)家的貢獻，到現(xiàn)代對熱力學(xué)第二定律的深入研究和廣泛應(yīng)用，這一過程體現(xiàn)了科學(xué)家們對未知世界的勇敢探索精神。這種精神鼓勵學(xué)生勇于挑戰(zhàn)未知，不斷追求科學(xué)真理，為人類的進步和發(fā)展做出貢獻。2.辯證思維與哲學(xué)思想：熱力學(xué)第二定律揭示了自然界中熱量傳遞和能量轉(zhuǎn)換的方向性，即熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳遞到高溫物體，能量轉(zhuǎn)換過程中總有一部分能量以熱能的形式散失到環(huán)境中。這一規(guī)律體現(xiàn)了辯證思維中的“變與不變”的哲學(xué)思想，即自然界中的事物總是在不斷變化中保持某種穩(wěn)定性。同時，熱力學(xué)第二定律也引發(fā)了人們對宇宙秩序、生命本質(zhì)等哲學(xué)問題的思考，促進了科學(xué)與哲學(xué)的交融。3.實踐與創(chuàng)新精神：熱力學(xué)第二定律的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用過程中，科學(xué)家們不斷進行創(chuàng)新和實踐，推動了熱力學(xué)和相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。這種實踐與創(chuàng)新精神鼓勵學(xué)生勇于嘗試新事物、新方法，不斷挑戰(zhàn)自我，提高創(chuàng)新能力和實踐能力。同時，熱力學(xué)第二定律也為工程技術(shù)領(lǐng)域提供了重要的理論指導(dǎo)和實踐依據(jù)，推動了工業(yè)、交通、能源等領(lǐng)域的科技進步和產(chǎn)業(yè)升級。4.尊重科學(xué)規(guī)律與理性思考：熱力學(xué)第二定律作為自然界的基本規(guī)律之一，具有客觀性和普遍性。它要求人們在認(rèn)識和改造世界的過程中，必須尊重科學(xué)規(guī)律，遵循客觀事實，進行理性思考。這種尊重科學(xué)規(guī)律和理性思考的態(tài)度是思政教育中的重要內(nèi)容之一，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和批判性思維能力。5.時間、生命意義的思考：熵增原理揭示了時間的流逝和生命的意義，生命的有序是以環(huán)境的無序（熵增）為代價的。這激發(fā)學(xué)生對時間、生命和宇宙變遷的不可逆性的思考，樹立珍惜時間、珍愛生命的價值觀。作業(yè)：教學(xué)后記：大學(xué)物理課程教案授課時間第周星期第節(jié)課次授課形式理論課R討論課□實驗課□習(xí)題課□其他□學(xué)時安排授課題目（教學(xué)章、節(jié)或主題）：§7.1庫侖定律電場強度疊加原理教學(xué)目標(biāo)與要求：1.理解點電荷模型，掌握點電荷模型建立的抽象法；2.理解電場的性質(zhì)、電場強度的定義；3.理解電場的疊加原理，掌握電場強度的計算；教學(xué)重點與難點：重點：點電荷模型的建立、電場的性質(zhì)、電場的疊加原理；難點：由電荷元求電荷連續(xù)分布時的電場矢量積分；教學(xué)設(shè)計：主題引出：思考：手機是如何在風(fēng)雨中依然能夠穩(wěn)定地傳輸信號？閃電又是如何在一瞬間釋放出如此巨大的能量？這些現(xiàn)象背后，都離不開電磁學(xué)的原理。概述電磁學(xué)：電磁學(xué)研究的是電磁現(xiàn)象的基本概念和基本規(guī)律；處理電磁學(xué)問題的基本觀點和方法：觀點：電磁作用是“場”的作用（近距觀點）；對象：電磁作用是“場”的作用；方法：通過基本實驗規(guī)律（特殊）歸納演繹綜合的普遍規(guī)律；§7.1庫侖定律電場強度疊加原理一.電荷的性質(zhì).正負(fù)性（對偶性）；.守恒性；.量子性；基本電荷的電量.相對論不變性：一個帶電體的電量與其運動狀態(tài)無關(guān)；二.庫侖定律1.理想化物理模型：點電荷2.庫侖定律：.內(nèi)容：見教材P5.表達式：（重點強調(diào)其矢量式），等價表達式：，——真空電容率（真空介電常數(shù)）.適用范圍：真空、靜止的點電荷；.庫侖力的疊加原理：三.電場電場強度1.電場：電荷在空間激發(fā)電場，電場對放入其中的電荷有力的作用；電場具有物質(zhì)性；介紹“場”的觀點的發(fā)展歷程：17世紀(jì)牛頓提出超距作用；笛卡爾提出近距作用，靠“以太”傳遞；18世紀(jì)法拉第首先提出“場”和“力線”的觀點（近距作用）；19世紀(jì)麥克斯韋建立電磁場方程，定量描述場的性質(zhì)和場運動規(guī)律。2.電場的物質(zhì)性：電場具有動量、能量、質(zhì)量；“場”和實物都是客觀存在的，都具有守恒性；“場”具有可入性，實物則有不可入性；實物周圍存在相關(guān)的場，場傳遞實物間的相互作用?，F(xiàn)代物理認(rèn)為場是更基本的，粒子只是場處于激發(fā)態(tài)的表現(xiàn)。3.電場強度：描述場中各點電場強弱的物理量。.定義式：（：檢驗電荷，電量和線度都要?。╇妶鰪姸扰c檢驗電荷無關(guān)，只與場源電荷和場點的位置有關(guān)；.場強的疊加原理：試驗電荷放在點電荷系，，...，所產(chǎn)生的電場中時，，4.電場強度的計算：點電荷：，具有球?qū)ΨQ性；電荷離散型分布：講解電偶極子的例子，并介紹電偶極矩的概念(（教材P198例題7.1）。電荷連續(xù)型分布：（啟發(fā)思考如何讓點電荷公式適用？）思想：分割—點電荷公式適用積分—疊加原理電荷元在場點P產(chǎn)生的場強與點電荷場強相同。根據(jù)場強疊加原理，帶電體在P點的總場強為。（注意：矢量分解與方向）計算舉例：（討論）.均勻帶電線：（教材P199例題7.2）討論：無限長均勻帶電線：（要求掌握結(jié)果運用）.均勻帶電圓環(huán)：（教材P201例題7.3）討論：①環(huán)心（要求掌握結(jié)果運用）；②遠(yuǎn)處c.均勻帶電圓盤：（教材P202例題7.4）討論：無限大帶電平面課程思政融入點：(1)矛盾論：對比質(zhì)點模型和點電荷模型，在模型的建立過程中引入問題的主要矛盾和次要矛盾，在具體問題的分析過程中抓住主要矛盾，解決問題；(2)結(jié)合庫侖定律和萬有引力定律，幫助學(xué)生科學(xué)構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的方法；(3)分析庫侖定律和萬有引力定律中與距離的嚴(yán)格反比關(guān)系，是宇宙存在的理由，告訴學(xué)生要敬畏自然、感恩社會、珍惜家人、善待自己；(4)通過物理學(xué)史講述法拉第提出“場”概念的過程，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神；(5)結(jié)合“場”觀點的引入，幫助學(xué)生認(rèn)識到物質(zhì)在自然界存在的多樣性；作業(yè)：教學(xué)后記：大學(xué)物理課程教案授課時間第周星期第節(jié)課次授課形式理論課R討論課□實驗課□習(xí)題課□其他□學(xué)時安排授課題目（教學(xué)章、節(jié)或主題）：§7.2靜電場的高斯定理教學(xué)目標(biāo)與要求：1．理解電場線的特點、電通量的定義；2．掌握高斯定理的應(yīng)用；教學(xué)重點與難點：重點：靜電場的高斯定理的內(nèi)容、驗證及其意義；難點：利用高斯定理計算具有一定空間對稱性的某些典型帶電體的空間電場分布。教學(xué)設(shè)計：§7.2靜電場的高斯定理主題引出：靜電場如何形象描述？如何在特定條件下簡化計算？一．電場（力）線：電場的形象描繪。（一）靜電場的電場（力）線有以下性質(zhì)：1．不形成閉合回線也不中斷，而是起自正電荷(或無窮遠(yuǎn)處)、止于負(fù)電荷(或無窮遠(yuǎn)處)．2．在沒有電荷的位置，任何兩條電場（力）線不相交，場強是唯一的。（二）場強表示方向：切線大?。海妶觯Γ┚€的數(shù)密度）二．電通量：通過面元的電通量為舉例：引出開曲面存在正負(fù)兩個值的問題，從而引出閉合面正法線的方向約定閉曲面：（出正入負(fù)）幾何含義：通過閉合曲面的電場（力）線的凈條數(shù)。三．高斯定理：1．內(nèi)容：在真空中，靜電場通過任意閉合曲面的電通量，等于曲面內(nèi)所包圍的自由電荷代數(shù)和除以真空介電常數(shù)。2．表達式：（靜電場為有源場）說明：a．高斯定理是庫侖平方反比定律的必然結(jié)果；b．通過閉合曲面的電通量只與曲面包圍的電荷代數(shù)和有關(guān)，與曲面內(nèi)電荷分布無關(guān)；c．是高斯面上的場強，為空間所有的電荷(S內(nèi)外)產(chǎn)生的總場強；d．高斯定理揭示了電場和場源電荷的關(guān)系。3．高斯定理的驗證：以點電荷的電場驗證高斯定理四．高斯定理的應(yīng)用1．利用高斯定理求電通量：講解教材習(xí)題（教材P229習(xí)題7.18）2．利用高斯定理求電場強度條件：電量（電場）的分布具有某種對稱性(球?qū)ΨQ、軸對稱、面對稱)方法：根據(jù)電場對稱性，選取合適的高斯面(1)．盡量使得高斯面上的場強大小相等，方向為高斯面的法向方向；(2)．若高斯面上的場強不能處處大小相等，則要使場強大小不相等的面上的場強方向與面的法向垂直；例題講解：球?qū)ΨQ：均勻帶電球面（體）內(nèi)外空間的電場分布（教材P206例題7.6）；軸對稱：均勻帶電圓柱面（體）內(nèi)外空間的電場分布（教材P207例題7.7）；面對稱：均勻帶電平面（板）兩側(cè)面的電場分布（教材P207例題7.8）。習(xí)題講解：教材P229習(xí)題7.17課程思政融入點：通過高斯定理的推導(dǎo)過程中所體現(xiàn)出的由簡至繁、由特殊最終到普遍規(guī)律的方法，引入從簡到繁、從特殊到一般的方法論。作業(yè)：教學(xué)后記：大學(xué)物理課程教案授課時間第周星期第節(jié)課次授課形式理論課R討論課□實驗課□習(xí)題課□其他□學(xué)時安排授課題目（教學(xué)章、節(jié)或主題）：§7.3靜電場的環(huán)路定理電勢教學(xué)目標(biāo)與要求：1．理解靜電場的保守性；掌握靜電場的環(huán)流定理；2．掌握電勢的定義和計算。教學(xué)重點與難點：重點：深刻理解描述靜電場性質(zhì)的兩個重要物理量（電場強度和電勢）以及它們的物理意義，掌握電場強度和電勢的基本計算方法，理解電場力的功及電勢能的概念。難點：運用電勢的疊加原理求電勢的方法。教學(xué)設(shè)計：§7.3靜電場的環(huán)路定理電勢承啟:電場對放入其中的電荷有力的作用，從而會對電荷做功，根據(jù)功能關(guān)系可知，電場具有能量。本節(jié)從能量的角度討論電場的性質(zhì)。一．靜電場的保守性：點電荷的電場力的功：點電荷系的電場力的功：二.靜電場的環(huán)流定理靜電場中，q0沿閉合路徑一周電場力所作的功由于≠0，所以（靜電場為保守場的數(shù)學(xué)表述）三.電勢能靜電場是保守力場，可以引入電勢能：若選定Wb=0，則：習(xí)題講解：教材P229習(xí)題7.19四.電勢電勢差1.電勢：2.電勢差：注意舉例說明電勢零點的選擇一般規(guī)則。3.電勢性質(zhì)：客觀性；標(biāo)量性；迭加性；連續(xù)性；相對性五.電勢的計算電荷離散分布1.點電荷電場的電勢(強調(diào)這是基本依據(jù))2.點電荷系電場的電勢（根源是場強具有疊加性）在取時，例題講解：電偶極子中垂線上任一點的電勢連續(xù)帶電體電場的電勢(注意符號的說明)取時，則總電場的電勢就等于無限多個電荷元電場的電勢之和。即例題講解：均勻帶電球面（體）空間的電勢分布（教材P212例題7.12）；補充例題：無限長均勻帶電線空間的電勢分布；六.小結(jié)：電勢；電勢的計算：注意與電場強度計算的區(qū)別。課程思政融入點：(1)科學(xué)精神與方法：強調(diào)實驗驗證在物理學(xué)中的重要性，介紹歷史上關(guān)于電場力做功的實驗，如庫侖扭秤實驗，引導(dǎo)學(xué)生理解實驗是物理學(xué)的基礎(chǔ)，并培養(yǎng)他們對實驗數(shù)據(jù)的尊重和分析能力。(2)價值觀培養(yǎng)：介紹電場力做功在現(xiàn)代科技中的應(yīng)用，如電場加速器、電場傳感器等，激發(fā)學(xué)生對科學(xué)技術(shù)推動社會進步的興趣和責(zé)任感。(3)哲學(xué)思維：通過電勢的概念，引導(dǎo)學(xué)生理解物質(zhì)世界中的相對性和絕對性，以及電場中電勢的相對性，培養(yǎng)他們的辯證思維。作業(yè)：教學(xué)后記：大學(xué)物理（2）課程教案授課時間第周星期第節(jié)課次授課形式理論課R討論課□實驗課□習(xí)題課□其他□學(xué)時安排授課題目（教學(xué)章、節(jié)或主題）：§7.4電場強度和電勢的關(guān)系(選講)§7.5導(dǎo)體的靜電平衡教學(xué)目標(biāo)與要求：1.了解電勢能和等勢面的概念，理解電場與電勢的關(guān)系；2.掌握靜電平衡的條件、電勢特點及電荷分布特點，掌握有導(dǎo)體存在時的電場和導(dǎo)體電荷分布的計算。教學(xué)重點與難點：重點：掌握電場與電勢的關(guān)系，掌握靜電平衡的條件、電勢特點及電荷分布特點；難點：有導(dǎo)體存在時的電場和導(dǎo)體電荷分布的計算。教學(xué)設(shè)計：承啟:電勢：§7.4電場強度和電勢的關(guān)系一.等勢面方程：（面簇）性質(zhì)：1.沿等勢面移電荷，場力功恒02.與電力線垂直（電力線電勢降落方向）3.疏密反映場強大小。二.場強與電勢的關(guān)系（略講）1.積分關(guān)系：2.微分關(guān)系：負(fù)號的意義：場強指向電勢降落的方向。§7.5導(dǎo)體的靜電平衡引入新課：通過介紹古代皇家建筑上的“正吻”和避雷針兩張圖片一.導(dǎo)體的靜電平衡1.導(dǎo)體的靜電平衡狀態(tài)：導(dǎo)體內(nèi)部和表面無自由電荷的定向移動。2.導(dǎo)體的靜電平衡條件：3.導(dǎo)體靜電平衡性質(zhì)：(這里采用反證法)①導(dǎo)體是等勢體，導(dǎo)體表面是等勢面。②導(dǎo)體內(nèi)部處處沒有未被抵消的凈電荷，凈電荷只分布在導(dǎo)體的表面上。③導(dǎo)體以外，靠近導(dǎo)體表面附近處的場強大小與導(dǎo)體表面在該處的面電荷密度σ的關(guān)系為：4.導(dǎo)體表面上的電荷分布孤立導(dǎo)體表面電荷面密度σ與導(dǎo)體表面曲率有關(guān)：二.導(dǎo)體殼和靜電屏蔽在靜電平衡條件下（1、2兩條展示高斯定理的運用）1.空腔內(nèi)無帶電體時，電荷只分布在導(dǎo)體外表面，導(dǎo)體內(nèi)表面任何一點凈電荷為零。2.空腔內(nèi)有帶電體q時，空腔內(nèi)表面感應(yīng)電荷為-q，導(dǎo)體外表面感應(yīng)電荷為q。3.靜電屏蔽（1）在導(dǎo)體內(nèi)部有空腔時，空腔內(nèi)的物體不受外電場的影響。（2）接地的導(dǎo)體空腔，空腔內(nèi)的帶電物體的電場不影響外界。4.靜電屏蔽的應(yīng)用三.有導(dǎo)體存在的靜電場場強與電勢的計算1．要根據(jù)靜電平衡條件和電荷守恒定律，確定導(dǎo)體上新的電荷分布；2．然后由新的電荷分布求電場的分布。例題講解：教材P218例題7.12、7.13習(xí)題練習(xí)：教材P228習(xí)題7.4課程思政融入點：(1)科學(xué)探索精神：通過講述靜電場的歷史背景和重要發(fā)現(xiàn)，如避雷針的發(fā)明者富蘭克林冒著生命危險進行科學(xué)實驗的故事，激勵學(xué)生勇于探索，不畏艱難，把科學(xué)知識應(yīng)用到生活實際中，造福人類。(2)文化自信：可以通過介紹我國古代建筑中的避雷裝置，如古代皇家建筑上的“正吻”，是避雷針的雛形，當(dāng)雨水較大時，起到引雷入地的作用。這不僅能增加學(xué)生的文化自信，還能讓他們看到傳統(tǒng)文化與現(xiàn)代科技的融合。作業(yè)：教學(xué)后記：大學(xué)物理課程教案授課時間第周星期第節(jié)課次授課形式理論課R討論課□實驗課□習(xí)題課□其他□學(xué)時安排授課題目（教學(xué)章、節(jié)或主題）：§7.6有電介質(zhì)存在的電場教學(xué)目標(biāo)與要求：1.了解電介質(zhì)的分類，電介質(zhì)的極化機制、掌握電介質(zhì)中的高斯定理；2.會計算某些有均勻電介質(zhì)存在情況下靜電場的電位移和場強分布．教學(xué)重點與難點：重點：電介質(zhì)中的高斯定理；難點：有電介質(zhì)存在時的高斯定理的推導(dǎo)。教學(xué)設(shè)計：§7.6有電介質(zhì)存在的電場引入：介紹特高壓輸電技術(shù)中電介質(zhì)的應(yīng)用靜電場與導(dǎo)體相互作用→靜電場與介質(zhì)相互作用一.電介質(zhì)的結(jié)構(gòu)（略講）：1.分子等效電偶極子電偶極矩：2.兩類電介質(zhì)分子：二.電介質(zhì)極化（略講）開展討論：1.在極化過程中，兩種極化過程同時存在．2.均勻介質(zhì)只出現(xiàn)表面束縛電荷；對非均勻介質(zhì)還要出現(xiàn)體束縛電荷．3.極化產(chǎn)生的附加場只削弱原場(區(qū)別導(dǎo)體內(nèi)：附加場抵消原場)三.極化強度和極化電荷1.極化強度P或2.極化強度與極化電荷的關(guān)系：表面單位面積上極化電荷，即極化電荷面密度：還可以證明在電介質(zhì)內(nèi)部：四.電介質(zhì)的極化規(guī)律在各向同性電介質(zhì)中與的關(guān)系由極化規(guī)律確定，其關(guān)系為：電介質(zhì)中電場：均勻介質(zhì)：五.電介質(zhì)中的GAUSS律引入電位移矢量：得電介質(zhì)中的GAUSS律：開展小組討論：1.q0為包圍自由電荷代數(shù)和；2.GAUSS律三形式；3.線與線；4.電介質(zhì)中算場強；六.電介質(zhì)中的GAUSS律的應(yīng)用例題講解：教材P220例題7.14習(xí)題練習(xí)：教材P231習(xí)題7.26課程思政融入點：(1)科學(xué)發(fā)展與社會進步：引入電介質(zhì)現(xiàn)象：通過播放電介質(zhì)在生活和科技中的應(yīng)用實例，如液晶顯示、隱形技術(shù)、氣體過濾器等，引導(dǎo)學(xué)生理解科技發(fā)展的重要性。(2)可持續(xù)發(fā)展和能源效率：引入實際案例：介紹特高壓輸電技術(shù)中電介質(zhì)的應(yīng)用，讓學(xué)生認(rèn)識到科技在解決能源問題中的關(guān)鍵作用。作業(yè)：教學(xué)后記：大學(xué)物理課程教案授課時間第周星期第節(jié)課次授課形式理論課R討論課□實驗課□習(xí)題課□其他□學(xué)時安排授課題目（教學(xué)章、節(jié)或主題）：§7.7電容和電場的能量教學(xué)目標(biāo)與要求：1.理解電容的定義，掌握計算簡單電容器和電容器組的電容的方法；2.掌握電容器的電能公式并能計算電容器的能量；3.理解電場能量密度的概念并會計算電荷系的靜電能。教學(xué)重點與難點：重點：計算簡單電容器和電容器組的電容的方法；難點：電場能量的計算。教學(xué)設(shè)計：§7.7電容和電場的能量主題引出：提問：“你們知道嗎？在我們的日常生活中，有很多設(shè)備都需要儲存電能，比如相機、手機的閃光燈，它們是如何在瞬間釋放出大量電能的呢？”接著，展示一些常見電子設(shè)備的圖片，如手機、相機、手電筒等，并指出這些設(shè)備中都含有電容器這一關(guān)鍵元件。一.孤立導(dǎo)體的電容：非孤立導(dǎo)體的電容：受外界影響、導(dǎo)體電勢發(fā)生變化，C不再是常數(shù)。二.電容器及其電容具有靜電屏蔽作用的導(dǎo)體組合稱為電容器。討論：1.電容是表示儲存