东北林业大学：高分子材料与工程专业2017级《高分子物理》课程教学大纲

《高分子物理》教学大纲课程名称：高分子物理课程代码：X100046学分：3.0学时：48（讲课学时：48实验学时：0课内实践学时：0）课程性质：专业基础课英文名称：Polymerphysics选用教材：华幼卿，金日光.高分子物理（第四版）北京：化学工业出版杜，2013参考书：1.何曼君，张红东，陈维孝，董西侠．高分子物理（第三版）上海：复旦大学出版社，20072.方征平，宋义虎，沈烈.高分子物理.杭州：浙江大学出版社20053.励杭权，张晨，张帆．高分子物理，北京：中国轻工业出版社，20094.王槐三，张会旗，侯彦辉，寇晓康.高分子物理教程（第二版），北京科学出版社,2017开课学期：秋季学期适用专业：高分子材料与工程专业及相近专业本科学生先修课程：大学物理、高等数学、有机化学、物理化学、高分子化学开课单位：材料科学与工程学院一、课程目标通过本课程的理论教学，使学生具备下列能力：1、理解高分子材料的链结构、聚集态结构及长链结构特殊的运动规律，并能够从分子运动的观点分析和解释高分子材料结构与性能的关系，同时结合数学、自然科学、工程基础等相关知识，进而建立高分子材料的设计、合成、改性、成型加工和实际应用之间的密切联系，理解其局限性并试图改进。2、掌握高分子材料存在的各种物理现象及其与性能的关系，将其运用到高分子材料与工程领域复杂问题的分析和表述之中，并能够解决高分子材料在实际应用中的具体问题，更好地为高分子材料的合理、优化和高效使用服务。3、掌握高分子物理中的基础理论知识，并基于高分子材料结构、性能与实际应用的相关性理解高分子材料领域复杂工程问题，用以明确高分子材料制备的

《高分子物理》教学大纲 课程名称：高分子物理 课程代码：X100046 学分：3.0 学时：48（讲课学时：48 实验学时：0 课内实践学时：0） 课程性质：专业基础课 英文名称：Polymer physics 选用教材：华幼卿, 金日光. 高分子物理（第四版）. 北京:化学工业出版杜, 2013 参考书：1.何曼君, 张红东,陈维孝, 董西侠. 高分子物理（第三版）. 上海: 复旦 大学出版社, 2007 2.方征平, 宋义虎,沈烈.高分子物理.杭州: 浙江大学出版社, 2005 3.励杭权,张晨,张帆. 高分子物理. 北京: 中国轻工业出版社, 2009 4. 王槐三, 张会旗, 侯彦辉, 寇晓康. 高分子物理教程（第二版）.北京: 科学出版社, 2017 开课学期：秋季学期 适用专业：高分子材料与工程专业及相近专业本科学生 先修课程：大学物理、高等数学、有机化学、物理化学、高分子化学 开课单位：材料科学与工程学院 一、课程目标 通过本课程的理论教学，使学生具备下列能力： 1、理解高分子材料的链结构、聚集态结构及长链结构特殊的运动规律，并 能够从分子运动的观点分析和解释高分子材料结构与性能的关系，同时结合数 学、自然科学、工程基础等相关知识，进而建立高分子材料的设计、合成、改性、 成型加工和实际应用之间的密切联系，理解其局限性并试图改进。 2、掌握高分子材料存在的各种物理现象及其与性能的关系，将其运用到高 分子材料与工程领域复杂问题的分析和表述之中，并能够解决高分子材料在实际 应用中的具体问题，更好地为高分子材料的合理、优化和高效使用服务。 3、掌握高分子物理中的基础理论知识，并基于高分子材料结构、性能与实 际应用的相关性理解高分子材料领域复杂工程问题，用以明确高分子材料制备的

目标和方向，为高分子材料的合成工艺探索、性能研究和开发应用提供理论基础。4、基于高分子材料领域实际复杂工程向题与社会发展需要，合理运用高分子物理的基本理论和研究方法，设计并实施相应的解决方案，同时进行合理的分析与解释，以获得合理有效的结论。二、课程目标与毕业要求的对应关系毕业要求课程目标指标点（学生将具备的能力）2.2能运用高分子材料及其相关领域的专业知识与技能，解决生课程目标32产运行、技术开发、技术管理、工程设计、科学研究等高分子材课程目标4料工程实践中的复杂工程问题。3.1基于数学、自然科学和高分子科学的基本原理，能够运用技课程目标13术调研、文献检索、表征评价、数据分析等基本方法，对高分子课程目标2材料领域的复杂工程问题进行识别、表达和分析。三、课程教学内容及学时分配1、绪论（2学时）（支撑课程目标1）内容：高分子科学和高分子物理学的建立、发展和现状；高分子材料的特点、在国民经济与高科技领域中的应用；高分子物理的课程内容、学习方法、学习目的。要求学生：了解高分子科学和高分子物理的发展历史；了解高分子的特点，与小分子的差别及其根源，对分子的认识上完成从小分子到大分子的过渡；了解课程在高分子材料与工程专业中的地位。2、高分子链的结构（4学时）（支撑课程目标1、2、3）内容：高分子结构的特点，高分子结构的内容，高分子链的近程结构，高分子链的远程结构，高分子链的基本化学组成、构型、构造、构象，高分子链的构象统计。要求学生：掌握高分子结构特点，熟悉高分子结构的内容；了解单个高分子链的基本化学结构、构造、构型；理解高分子链的化学组成、构型、构造、序列结构不同时对高分子材料的影响；掌握高分子链构型、构象、柔顺性、均方未端距和旋转半径的概念，以及柔顺性的影响因素；理解高分子链的构象统计计算方法和高分子链柔顺性的表征方法

目标和方向，为高分子材料的合成工艺探索、性能研究和开发应用提供理论基础。 4、基于高分子材料领域实际复杂工程问题与社会发展需要，合理运用高分 子物理的基本理论和研究方法，设计并实施相应的解决方案，同时进行合理的分 析与解释，以获得合理有效的结论。 二、课程目标与毕业要求的对应关系 毕业要求 指标点(学生将具备的能力) 课程目标 2 2.2 能运用高分子材料及其相关领域的专业知识与技能，解决生 产运行、技术开发、技术管理、工程设计、科学研究等高分子材 料工程实践中的复杂工程问题。 课程目标 3 课程目标 4 3 3.1 基于数学、自然科学和高分子科学的基本原理，能够运用技 术调研、文献检索、表征评价、数据分析等基本方法，对高分子 材料领域的复杂工程问题进行识别、表达和分析。 课程目标 1 课程目标 2 三、课程教学内容及学时分配 1、绪论（2 学时）（支撑课程目标 1） 内容：高分子科学和高分子物理学的建立、发展和现状；高分子材料的特点、 在国民经济与高科技领域中的应用；高分子物理的课程内容、学习方法、学习目 的。 要求学生：了解高分子科学和高分子物理的发展历史；了解高分子的特点， 与小分子的差别及其根源，对分子的认识上完成从小分子到大分子的过渡；了解 课程在高分子材料与工程专业中的地位。 2、高分子链的结构（4 学时）（支撑课程目标 1、2、3） 内容：高分子结构的特点，高分子结构的内容，高分子链的近程结构，高分 子链的远程结构，高分子链的基本化学组成、构型、构造、构象，高分子链的构 象统计。 要求学生：掌握高分子结构特点，熟悉高分子结构的内容；了解单个高分子 链的基本化学结构、构造、构型；理解高分子链的化学组成、构型、构造、序列 结构不同时对高分子材料的影响；掌握高分子链构型、构象、柔顺性、均方末端 距和旋转半径的概念，以及柔顺性的影响因素；理解高分子链的构象统计计算方 法和高分子链柔顺性的表征方法

3、高分子的聚集态结构（6学时）（支撑课程目标1、2、3）内容：聚合物的各种凝聚态结构（晶态、非晶态、液晶态、取向和织态结构）高聚物分子间的作用，结晶热力学，高聚物的取向态结构，高聚物的结晶过程以及多组分聚合物。要求学生：了解内聚能密度、晶态结构的基本概念；掌握聚合物晶态和非晶态结构特征，取向的概念及对性能的影响；了解结晶度的概念和测定方法及晶态和非晶态结构模型；了解液晶的分类、性质及应用；掌握聚合物多元聚集态结构及组分的相容性、相容条件、相界面性质。4、高分子溶液（6学时）（支撑课程目标1、2、3）内容：高聚物溶解过程的特点，高分子溶液的热力学性质，高分子溶液的相平衡，共混聚合物相容性的热力学，聚电解质溶液，聚合物浓溶液要求学生：了解不同类别聚合物溶解过程差异：掌握溶解度参数的定义及其测量方法；掌握溶剂选择的原则和判断方法；掌握从Flory-Huggins格子模型理论出发，推到出的混合滴、混合热、混合自由能和化学位与小分子理想溶液的差别及原因；理解θ溶液的含义：了解高分子溶液发生相分离及完全溶解的判定条件；了解聚电解质溶液和高分子浓溶液；了解增塑的机理及增塑剂的选择；了解聚合物共混物发生相分离的条件；了解聚合物共混物在不同区域发生相分离的机理及其特点。5、聚合物的分子量和分子量分布（4学时）（支撑课程目标1、2、3）内容：聚合物的分子量及分子量分布，分子量及分子量分布的测试方法。要求学生：掌握高分子的分子量的特点：掌握高分子分子量与高分子性能间的关系；掌握各种平均分子量的计算及分子量分布的意义；掌握各种测定高分子分子量的方法及其原理（包括渗透压法、光散射、粘度法和GPC法），测定范围及得到分子量的种类；高分子按分子量大小进行分离的原理和实验方法。6、聚合物的分子运动和转变（6学时）（支撑课程目标1、2、3、4）内容：聚合物分子热运动的主要特点，高聚物的力学状态和热转变，高聚物的玻璃化转变，玻璃化转变理论，高聚物的粘性流动的特点，影响粘流温度的因素，高聚物熔体的流动曲线。要求学生：了解聚合物分子运动的特点；理解模量（或形变）-温度曲线各

3、高分子的聚集态结构（6 学时）（支撑课程目标 1、2、3） 内容：聚合物的各种凝聚态结构（晶态、非晶态、液晶态、取向和织态结构）， 高聚物分子间的作用，结晶热力学，高聚物的取向态结构，高聚物的结晶过程以 及多组分聚合物。 要求学生：了解内聚能密度、晶态结构的基本概念；掌握聚合物晶态和非晶 态结构特征，取向的概念及对性能的影响；了解结晶度的概念和测定方法及晶态 和非晶态结构模型；了解液晶的分类、性质及应用；掌握聚合物多元聚集态结构 及组分的相容性、相容条件、相界面性质。 4、高分子溶液（6 学时）（支撑课程目标 1、2、3） 内容：高聚物溶解过程的特点，高分子溶液的热力学性质，高分子溶液的相 平衡，共混聚合物相容性的热力学，聚电解质溶液，聚合物浓溶液。 要求学生：了解不同类别聚合物溶解过程差异；掌握溶解度参数的定义及其 测量方法；掌握溶剂选择的原则和判断方法；掌握从 Flory-Huggins 格子模型理 论出发，推到出的混合熵、混合热、混合自由能和化学位与小分子理想溶液的差 别及原因；理解 θ 溶液的含义；了解高分子溶液发生相分离及完全溶解的判定条 件；了解聚电解质溶液和高分子浓溶液；了解增塑的机理及增塑剂的选择；了解 聚合物共混物发生相分离的条件；了解聚合物共混物在不同区域发生相分离的机 理及其特点。 5、聚合物的分子量和分子量分布（4 学时）（支撑课程目标 1、2、3） 内容：聚合物的分子量及分子量分布，分子量及分子量分布的测试方法。 要求学生：掌握高分子的分子量的特点；掌握高分子分子量与高分子性能间 的关系；掌握各种平均分子量的计算及分子量分布的意义；掌握各种测定高分子 分子量的方法及其原理（包括渗透压法、光散射、粘度法和 GPC 法），测定范围 及得到分子量的种类；高分子按分子量大小进行分离的原理和实验方法。 6、聚合物的分子运动和转变（6 学时）（支撑课程目标 1、2、3、4） 内容：聚合物分子热运动的主要特点，高聚物的力学状态和热转变，高聚物 的玻璃化转变，玻璃化转变理论，高聚物的粘性流动的特点，影响粘流温度的因 素，高聚物熔体的流动曲线。 要求学生：了解聚合物分子运动的特点；理解模量（或形变）-温度曲线各

力学状态和转变对应的分子运动情况；掌握玻璃化转变的现象、自由体积理论和动力学理论，以及影响因素和测定方法；理解聚合物分子结构和结晶能力和结晶速率的关系、等温结晶动力学、结晶聚合物熔融过程的特点和熔点的影响因素。7、橡胶弹性（4学时）（支撑课程目标1、2、3、4）内容：形变类型及描述力学行为的基本物理量，橡胶弹性的热力学方程，橡胶弹性统计理论，橡胶弹性的唯象理论，橡胶弹性的影响因素，热塑性弹性体。要求学生：掌握橡胶与橡胶弹性的基本概念，橡胶弹性域交联网结构的关系；掌握橡胶在受力状态下应力、应变、温度和分子结构之间的关系一橡胶状态方程；理解橡胶弹性的热力学分析、高斯统计理论与唯象理论；了解实际使用橡胶的重量与加工原料。能够理解橡胶弹性的应力-应变关系及其基本物理量的含义。8、聚合物的黏弹性（6学时）（支撑课程目标1、2、3、4）内容：聚合物的黏弹性，聚合物的力学松弛现象，黏弹性的数学描述方法，时温等效原理，研究黏弹性为的实验方法，聚合物、共混物和复合材料的结构与动态力学性能关系。要求学生：掌握高分子蠕变、应力松弛、动态力学行为等动态黏弹性现象，黏弹运动过程中能量储存于耗散原理；能够根据弹簧与粘壶、Maxwell与Kelvin模型及多元件模型理解高分子的宏观松弛特征；能够根据RBZ理论与爬行理论理解高分子的微观松弛特征：能够掌握波耳兹曼叠加原理、时温等效原理的基本含义及其在高分子松弛行为中的应用；了解聚合物黏弹性的测试方法。9、聚合物的屈服和断裂（4学时）（支撑课程目标1、2、3、4）内容：玻璃态和结晶态高聚物的力学性质，描述高聚物力学性质的基本物理量，聚合物的拉伸行为，聚合物的塑性和屈服，聚合物应力-应变曲线，聚合物断裂现象、韧性和强度的影响因素，聚合物的断裂理论和理论嵌段，聚合物增韧增强的方法和机理。要求学生：掌握非晶态、结晶高分子在不同温度下的拉伸行为（应力-应变曲线）、断裂特征及冷拉的概念和条件；掌握高分子的剪切屈服及真应力-应变曲线；掌握高分子的拉伸强度和冲击强度及其影响因素：掌握高分子的增韧及银纹化现象；能够理解高分子的脆-韧转变及增韧机理：理解常用的高聚物的断裂理论（裂纹应力集中效应和Griffith理论）；了解聚合物的增强和增韧的方法

力学状态和转变对应的分子运动情况；掌握玻璃化转变的现象、自由体积理论和 动力学理论，以及影响因素和测定方法；理解聚合物分子结构和结晶能力和结晶 速率的关系、等温结晶动力学、结晶聚合物熔融过程的特点和熔点的影响因素。 7、橡胶弹性（4 学时）（支撑课程目标 1、2、3、4） 内容：形变类型及描述力学行为的基本物理量，橡胶弹性的热力学方程，橡 胶弹性统计理论，橡胶弹性的唯象理论，橡胶弹性的影响因素，热塑性弹性体。 要求学生：掌握橡胶与橡胶弹性的基本概念，橡胶弹性域交联网结构的关系； 掌握橡胶在受力状态下应力、应变、温度和分子结构之间的关系—橡胶状态方程； 理解橡胶弹性的热力学分析、高斯统计理论与唯象理论；了解实际使用橡胶的重 量与加工原料。能够理解橡胶弹性的应力-应变关系及其基本物理量的含义。 8、聚合物的黏弹性（6 学时）（支撑课程目标 1、2、3、4） 内容：聚合物的黏弹性，聚合物的力学松弛现象，黏弹性的数学描述方法， 时温等效原理，研究黏弹性为的实验方法，聚合物、共混物和复合材料的结构与 动态力学性能关系。 要求学生：掌握高分子蠕变、应力松弛、动态力学行为等动态黏弹性现象， 黏弹运动过程中能量储存于耗散原理；能够根据弹簧与粘壶、Maxwell 与 Kelvin 模型及多元件模型理解高分子的宏观松弛特征；能够根据 RBZ 理论与爬行理论 理解高分子的微观松弛特征；能够掌握波耳兹曼叠加原理、时温等效原理的基本 含义及其在高分子松弛行为中的应用；了解聚合物黏弹性的测试方法。 9、聚合物的屈服和断裂（4 学时）（支撑课程目标 1、2、3、4） 内容：玻璃态和结晶态高聚物的力学性质，描述高聚物力学性质的基本物理 量，聚合物的拉伸行为，聚合物的塑性和屈服，聚合物应力-应变曲线，聚合物 断裂现象、韧性和强度的影响因素，聚合物的断裂理论和理论嵌段，聚合物增韧、 增强的方法和机理。 要求学生：掌握非晶态、结晶高分子在不同温度下的拉伸行为（应力-应变 曲线）、断裂特征及冷拉的概念和条件；掌握高分子的剪切屈服及真应力-应变曲 线；掌握高分子的拉伸强度和冲击强度及其影响因素；掌握高分子的增韧及银纹 化现象；能够理解高分子的脆-韧转变及增韧机理；理解常用的高聚物的断裂理 论（裂纹应力集中效应和 Griffith 理论）；了解聚合物的增强和增韧的方法

10、聚合物的流变性（4学时）（支撑课程目标1、2、3、4）内容：牛顿流体和非牛顿流体，聚合物熔体的切黏度，多组分聚合物材料的流变行为，聚合物熔体的弹性效应，拉伸黏度。要求学生：掌握高分子粘性流动的特征及其与牛顿流体的区别，能够利用幂律方程表征剪切黏度与非牛顿指数；了解剪切增稠和剪切变稀的机理，深刻理解高分子粘度的影响因素；了解高分子熔体的黏弹效应的表现及其物理本质；了解高分子拉伸粘度的含义：了解高分子剪切粘度与拉伸粘度的测试方法。11、聚合物的电学性能、热性能和光学性能（2学时）（支撑课程目标1、2、3、4)内容：高聚物的极化及介电常数、高聚物的介电损耗、高聚物的导电性、高聚物的介电击穿、高聚物的静电现象等电学性能，聚合物的耐热性、热稳定性、导热性和热膨胀性等热性能，聚合物的光学性能。要求学生：了解聚合物的导电性能，聚合物的介电性能与导电性能的应用，掌握导电聚合物的结构和性能之间的关系；了解聚合物的热性能及其应用，掌握聚合物热性能的影响因素和表征方法；了解聚合物的光学性质。四、教学方法1、以课堂讲授为主，学生参与课堂讨论，结合课后作业、文献总结、方案分析讨论、课堂测试、阶段考试、期末考试等教学环节共同实施。2、采用多媒体课件、传统教学和在线课程平台辅助教学相结合。3、在教学过程中注重理论联系实际，在讲解高分子物理的基本原理后，结合工程的实际例子说明这些原理在聚合物合成、改性、成型加工中是如何应用的，引导学生正确认识高分子材料结构与性能的关系：同时引入研究型教学，专门介绍高分子物理基本原理在具体的科研工作的应用，从多方面提高学生识别和表达高分子材料领域复杂工程问题的能力。4、布置与高分子物理课程内容相关的专题研讨，学生分组后需要相互合作、查阅文献、撰写报告等方式共同完成，以此提高学生在教学活动中的自由度和参与度，开发学生的思辩能力、协同能力、组织能力和口头表达能力，培养学生独立解决高分子材料领域复杂工程问题的能力，为学生就业后从事研发活动或终生学习打下坚实基础

10、聚合物的流变性（4 学时）（支撑课程目标 1、2、3、4） 内容：牛顿流体和非牛顿流体，聚合物熔体的切黏度，多组分聚合物材料的 流变行为，聚合物熔体的弹性效应，拉伸黏度。 要求学生：掌握高分子粘性流动的特征及其与牛顿流体的区别，能够利用幂 律方程表征剪切黏度与非牛顿指数；了解剪切增稠和剪切变稀的机理，深刻理解 高分子粘度的影响因素；了解高分子熔体的黏弹效应的表现及其物理本质；了解 高分子拉伸粘度的含义；了解高分子剪切粘度与拉伸粘度的测试方法。 11、聚合物的电学性能、热性能和光学性能（2 学时）（支撑课程目标 1、2、 3、4） 内容：高聚物的极化及介电常数、高聚物的介电损耗、高聚物的导电性、高 聚物的介电击穿、高聚物的静电现象等电学性能，聚合物的耐热性、热稳定性、 导热性和热膨胀性等热性能，聚合物的光学性能。 要求学生：了解聚合物的导电性能，聚合物的介电性能与导电性能的应用， 掌握导电聚合物的结构和性能之间的关系；了解聚合物的热性能及其应用，掌握 聚合物热性能的影响因素和表征方法；了解聚合物的光学性质。 四、教学方法 1、以课堂讲授为主，学生参与课堂讨论，结合课后作业、文献总结、方案 分析讨论、课堂测试、阶段考试、期末考试等教学环节共同实施。 2、采用多媒体课件、传统教学和在线课程平台辅助教学相结合。 3、在教学过程中注重理论联系实际，在讲解高分子物理的基本原理后，结 合工程的实际例子说明这些原理在聚合物合成、改性、成型加工中是如何应用的， 引导学生正确认识高分子材料结构与性能的关系；同时引入研究型教学，专门介 绍高分子物理基本原理在具体的科研工作的应用，从多方面提高学生识别和表达 高分子材料领域复杂工程问题的能力。 4、布置与高分子物理课程内容相关的专题研讨，学生分组后需要相互合作、 查阅文献、撰写报告等方式共同完成，以此提高学生在教学活动中的自由度和参 与度，开发学生的思辩能力、协同能力、组织能力和口头表达能力，培养学生独 立解决高分子材料领域复杂工程问题的能力，为学生就业后从事研发活动或终生 学习打下坚实基础

五、考核方式及成绩评定方式成绩分配评价环节评估毕业要求平时成绩（20分）课后作业、课堂测验、案例探讨阶段成绩（40分）阶段试题、期末试题2.2（20分）；3.1（20分）期末考试（40分）阶段试题、期末试题2.2（20分）；3.1（20分）大纲撰写人：刘肠课程组负责人：刘肠大纲审核人：邸明伟、高振华撰写日期：2017.8.6

五、考核方式及成绩评定方式 成绩分配 评价环节 评估毕业要求 平时成绩（20 分） 课后作业、课堂测验、案例探讨 阶段成绩（40 分） 阶段试题、期末试题 2.2（20 分）；3.1（20 分） 期末考试（40 分） 阶段试题、期末试题 2.2（20 分）；3.1（20 分） 大纲撰写人：刘旸 课程组负责人：刘旸 大纲审核人：邸明伟、高振华 撰写日期：2017.8.6