2023年《化学反应动力学》教学大纲.docx
《2023年《化学反应动力学》教学大纲.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《2023年《化学反应动力学》教学大纲.docx(40页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、2023年化学反应动力学教学大纲 第一篇:化学反应动力学教学大纲 化学动力学教学大纲 一、课程基本信息 课程编号: CHE34200L 中文名称:化学动力学 英文名称:Chemical Kinetics 课程类别:专业选修课 适用专业:化学及化学生物类 开课学期:秋 总 学 时:34学时 总 学 分:2 预修课程(编号):物理化学2-1CHE24501L 物理化学2-2CHE24502L 并修课程(编号): 课程简介:化学反应反应动力学是物理化学的重要组成部分。随着科学技术的不断进展,人们对化学反应动力学的相识日益深化,化学反应动力学的内容得到明显的加强和扩展。至今,化学反应动力学已经成为物理
2、化学中更高层次的独立分支学科。 化学动力学探讨的对象包括化学反应进行的条件对化学反应过程速率的影响;化学反应的历程;物质的结构与化学反应实力之间的关系。化学反应动力学最终要回答如下问题:化学反应的内因与外因的对化学反应的速率及过程是如何影响的;揭示化学反应过程的宏观与微观机理;建立总包反应和基元反应的定量理论等。 在对化学反应进行动力学探讨时,总是从动态的观点动身,由宏观的、唯象的探讨进而到微观的分子水平的探讨,因此将化学动力学区分为宏观反应动力学和微观反应动力学两个领域,但二者并非互不相关,而是相辅相成的。 建议教材: 许越,化学反应动力学,北京:化学工业出版社,2023。 参 考 书: 傅
3、献采,物理化学下册,南京高校出版社,第四版 臧雅茹,化学反应动力学,南开高校出版社,1995 二、课程教化目标 化学动力学是化学的基础理论之一,在学习物理化学的基础上开设的一门专业选修课。一方面在学生学过物理化学的基础上,深化化学反应动力学的理论,从唯象规律起先,在基元反应的层次上讲明化学反应动力学的理论,观点,方法。另一方面对学生已有的物理化学动力学的基础学问进行加深和拓宽。以求学生在以后的科学探讨和教学等工作中,有正确的思维方法和探讨手段。 三、教学内容与要求 1.绪论4学时 介绍当前化学反应动力学应探讨的内容,基本术语以及经典反应动力学的基本定理 2.基元反应动力学5学时 分子碰撞理论,
4、 双分子碰撞频率硬球碰撞模型,反应速率常数的求算;过渡状态理论,势能面,由过渡态理论计算反应速率,E0 c、Eb、E0、rHm、0 rSm与 Ea和指前因子A之间的关系;单分子反应理论; 3.化学反应动力学的试验方法4学时 介绍典型的试验方法以及几种典型的困难反应处理方法 4.链反应动力学6学时 链反应的特征与机理;无扩大的链反应;直链反应和支链反应实例 5.光化学反应动力学6学时 光化学概述,介绍光物理过程及光化学过程,光化学基本定律,量子产率,影响光化学反应的因素和光化学的试验方法 6.催化反应动力学9学时 催化与催化作用,催化反应的基本特征,均相催化的Herzfeld-Laidler 机
5、理,酸碱催化反应,络合催化反应,酶催化反应 四、作业 教材各章课后习题。 五、考核方式 闭卷+平常练习。 六、成果评定 闭卷70% +平常练习30%。 执笔人:乔艳红 其次篇:大气动力学教学大纲 大气动力学教学大纲 第0章 引论 第一章 大气运动的基本方程组 1.旋转坐标系下的动量方程 2.连续性方程 3.热力学能量方程 4.闭合方程组及其初边值条件 5.球坐标系 6.局地直角坐标系 7.P坐标系 其次章 自由大气中的平衡运动 1.自然坐标系 2.地转平衡与地转风 3.梯度平衡与梯度风 4.旋转平衡与旋转风 5.惯性平衡与惯性风 6.地转风随高度的转变:热成风 7.地转偏差与垂直运动 第三章
6、大气中的涡旋运动 1.环流定理 2.涡度与涡度方程 3.位势涡度方程 4.散度与散度方程 第四章 大气边界层 1.雷诺平均运动方程组 2.行星边界层 3.次级环流与旋转减弱 4.地形上空的边界层(I)均质流体 5.地形上空的边界层(II)层结流体 第五章 中纬度天气系统动力学 1.大气层结与层结稳定度 2.中纬度天气系统的结构:观测事实 3.天气尺度系统的尺度分析 4.准地转位势倾向方程 5.w方程 6.进展中的斜压系统的志向模式 第六章 大气中的波动 1.波动的基础学问 2.摄动方法 3.大气声波 4.浅水重力波 5.重力内波 6.Rossby波 第七章 大气波动的稳定度 1.Rossby波
7、的正压不稳定 2.斜压不稳定 3.Eady波 4.两层模式中的斜压不稳定波 第八章 大气中的非线性过程 1.非线性波与孤立波 2.大气孤立波 3.Lorenz混沌系统 主要参考书目: 1、Holton, J.R., An Introduction to Dynamic Meteorology, 4th Edition, Academic Press,2023.2、刘式适、刘式达编著大气动力学上册 3、杨大升等编著动力气象学 4、伍荣生等,动力气象学 成果构成:作业20;报告,口试20;期终考试60 大气动力学名词、思索题、习题和文献阅读 一、名词 f-平面 b-平面 正压大气 斜压大气 地转风
8、 梯度风 热成风 地转偏差 自由大气 边界层 Ekman泵 旋转减弱 Ekman螺旋线 气旋 反气旋 大气层结 包辛尼斯克近似 大气标高 Rossby数 Ekman数 基别尔数 层结稳定度 惯性稳定度 静力平衡 地转平衡 梯度平衡 正压不稳定 斜压不稳定 白贝罗定律 准不行压缩 二、思索题 1 考虑地球自转后,牛顿其次定律的形式如何?写出科氏力和惯性离心力的表达式。2 什么是球坐标系?运用球坐标系的优缺点是什么? 3 什么是局地直角坐标系?局地直角坐标系的适应范围如何? 4 什么是P坐标系?P坐标系的物理基础是什么?运用P坐标系的优缺点是什么 5 什么是自然坐标系?在此坐标系下大气水平运动方程
9、的形式如何? 6 在地转风运动中,风场与气压场的关系如何? 7 什么状况下梯度风是次地转的?什么状况下梯度风是超地转的? 8 在热成风关系中热成风与温度场的关系如何?怎样利用热成风关系推断某地上空的冷暖平流? 10说明海陆风的形成,并指出其能量转换的特点。 11什么是涡度?表达涡度方程各项的物理意义并娴熟推导大气垂直涡度方 程。12什么是位势涡度?它守恒的条件是什么?准地转位势涡度的表达式如何? 13在气象上散度方程有何作用? 14什么是分子粘性力,什么是湍流粘性力? 15在Ekman边界层中是哪几种力的平衡?Ekman螺旋解的性质如何? 16由边界层中的摩擦引起的次级环流是怎样运动的? 17
10、自由大气与边界层是怎样互相作用的? 18大气温度、密度、气压随高度转变特征如何 19不行压和可压缩流体的层结稳定度的判据如何? 20动力学上指的大、中、小三类运动的水平特征尺度各是多少? 21表达基别尔数、罗斯贝数和Ekman数等几个动力学参数的表达式及其物理意义。22 什么是准地转平衡?什么是准静力平衡?准地转运动的原始方程组如何简化?准地转涡度方程形式如何?准地转位势方程形式如何? 23 中高纬进展的斜压天气尺度系统的结构如何?你怎样理解,在进展的斜压系统中“次级环流是“大气的温度的转变满意静力平衡,涡度的转变满意地转的约束的结果。24 什么是频散波、什么是非频散波?什么是相速度、什么是群
11、速度? 25 大气中有哪几类基本波动?它们是怎样产生和传播的? 26 什么是滤波?怎样滤波? 27 罗斯贝波是怎样产生的?无基本气流时罗斯贝波的波速公式如何? 28 举出几种常见的计算大气垂直运动的方法,并表达它们各自的优缺点。29 举例说明,地球旋转对大气运动有显著影响。 三、习题 第一章 引论 1、查找并学习大气辐射平衡图,给出大气能量收入和支出的主要过程。 2、查找并学习传记:V Bjerknes J Bjerknes LF Richardson VW Ekman CG Rossby EN Lorenz JG Charney JR Holton BJ Hoskins J Pedlosky
12、 郭晓岚 叶笃正 谢义炳 其次章 大气运动的基本方程组 1、全导数d与局地时间导数有何区分?用测风气球测出的物理量随时间dtt的转变是个别转变还是局地时间转变?在百叶箱里测出的温度随时间的转变是个别转变还是局地转变? 2、设f为大气的某一物理属性,试分别说明并指出f守恒的条件 3、设f为任一标量函数,试证明 fdfr=0,(v)f=0和=0的意义 dttrrff=-(Wr)f,tItR并由此验证 dfdf= dtIdtR式中下标“I,“R分别指惯性系和旋转系。 4、设地球是球形,求在地外表纬度为j处重力与引力之间的夹角。其最大值是多少? 5、计算赤道上空同步人造卫星的高度。用绳子将此卫星与地面
13、连接,再用同样长的绳子将其次颗人造卫星与第一颗卫星连接,并使其次颗卫星在第一颗卫星的上空以同样的角速度旋转。若不计绳子的质量,求绳子作用于单位质量卫星的张力。 6、证明曲率项力对大气质点不做功。 7、有一物体在40N处由1000米高度自由下落,试求该物体着地时因科氏力的作用向东偏移的距离。08、不考虑地球曲率的影响,且认为地球只绕铅直轴以角速度Wsinj旋转,推导出以地外表为极平面的柱坐标系(r,q,z)下的大气运动方程和连续方程。 9、设地球外表处的大气压为1000hPa,求大气总质量。 10、利用z-P坐标系的转换关系式,证明 dudu= dtzdtP 第三章 自由大气中的平衡运动 1、考
14、虑定常的水平圆涡旋运动,当rR时空气以常角速度w逆时针旋转,当rR时,空气的切向速度与r成反比,设空气运动满意梯度风关系和静力平衡关系,且风场是连续的,证明:通过涡旋中心高度为z0的等压面方程为 v(f+v)2r,rR;z0+2gz=v2R2R2fvR22-2+z0+2ggrr1+ln,rR.2R 2、一陆龙卷风以等角速度v逆时针旋转,设它满意旋转风方程,证明其中心的气压为 v2r02, p=p0exp-2RT其中p0是离中心距离为r0处的气压,T是气温,设为常数。若T=288K,r0=100m米处的气压p0=1000hPa,风速为100米/秒。问龙卷风中心气压是多少? 3、在所谓的地转动量近
15、似中,定常的圆形涡旋运动的梯度风的公式为 VVgR+fV=fVg 式中Vg为地转风。比较由此式给出的梯度风和不接受地转动量的梯度风的值 4、根据以下资料,计算每一层上的垂直速度w。假定大气为T=260K的等温大气,且1000hPa面上的W=0。 气压kPa 散度10秒 0.9 0.6 0.3 0.0 -0.6 -1.0 5、75-50 kPa间的平均温度向东每100公里降低3C,假如75-kPa面上的地转风是20米秒的东南风,求50kPa面上的地转风的大小和方向。f的值为10秒。 6、写出w和v的近似关系。 第四章 大气中的涡旋运动 -40-5 7、在等q 面上取一闭合物质链,试利用环流定理推
16、出Ertel位涡方程提示:以此物质链为底面,作一流体柱,将n用q表示,并把质量守恒定律应用于此柱。 8、考虑南北铅直平面上的闭合回路ABCDA见图,AD,BC为二等压线,近于与地面平行,长为Dy,AB和CD为二垂直线,长为Dz,且各具有平均温度Tm(1)和Tm(2),又设回路上下界西风风速分别为u2和u1,试求回路上环流保持不变时,u2-u1与平均温度Tm(1),Tm(2)的关系,并求y0,Dz0时,风速的垂直切变与南北温度梯度的关系。 9、在j=300N有一圆柱形气柱,其半径r0=105米,假如空气起先时是静止的,求当气柱膨胀使半径到达r=210米时,要维持确定环流守恒,其周界的平均线速度。
17、 10、P坐标系中涡度和散度分别定义为 5rVp=vu -xypuv, Dp=+xyp试求出它们分别与z坐标系的涡度和散度间的关系。再推导出P坐标系中的涡度方程和散度方程,并与z坐标系的相应方程作一比较。 第五章 大气边界层 1在常值通量层中,在1米和10米高度上分别测得u(1米=6米/秒,u(10米=10 2u*米/秒。假定层结为中性,试求摩擦速度u*,粗糙高度z0和拖曳系数Cd=2。 u(10米2当流体均质不行压时,请利用有地形的Ekman螺旋解验证风应力项可表示为 KkVg=tS 2ffrrvu式中k和tS=rKi+zz 第六章 中纬度天气尺度系统动力学:准地转理论 1对涡旋系统例如,气
18、旋反气旋系统和波动系统例如,大气长波进行尺度分析时,他们的水平特征长度尺度、速度尺度和时间尺度分别是怎样选取的?为什么? 分别为垂直向单位矢量和地面的风应力矢量。jz=hB2木星大气的大红斑反气旋涡旋,中心位于南纬22度,南北跨越12个纬度,东西向跨越25个经度。大红斑的特征风速100米/秒,木星的赤道半径为71400公里,旋转的角速度为1.76310/秒。大红斑受木星旋转的影响吗? 3将锋面看成由西向东运动系统,其南北向的特征长度尺度和特征速度尺度分别为L和v, 而东西向的特征长度尺度和速度尺度分别为l和u。实际观测说明,Lffl,-4uppv,l200公里,v20米/秒。时间尺度取l/u。
19、试利用P坐标系下的水平运动方程略去垂直对流项对锋面进行尺度分析并分析其特征。4描述均质流体的浅水方程组为 uuuh+u+v-f0v=-,txyxvvvh+u+v+f0u=-,txyyuvhhh+u+v+(D+h)x+y=0,txy D为流体静止时的自由面高度,h是流体运动时自由面对静止自由面高度的偏差。其余符号为惯常所用。1请将上述方程无量纲化。2以Rossby数为小参数,用级数绽开法对所得无量纲方程进行求解,探讨Rossby的零级近似、一级近似方程的特点。3推导出准地转位势涡度方程。 5在探讨大气静力稳定度时,在大气质点受到扰动移到新的高度的过程中,我们对大气质点的压力和位温作了什么假设?可
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 化学反应动力学 2023 化学反应 动力学 教学大纲
限制150内