大学物理课程教学大纲

大学物理课程教学大纲课程编号：B06111适用专业：机械工程、电气电子、计算机、土木工程、汽车类各专业学时：120学时（其中理论102学时，习题18学时）一、课程的性质与任务物理学是研究物质的基本结构、相互作用和物质最基本、最普遍的运动方式及其相互转化规律的学科。物理学的研究对象具有极大的普遍性。它的基本理论渗透在自然科学的一切领域，应用于生产技术的各个部门，它是自然科学的许多领域和工程技术的基础。本课程所教授的基本概念、基本理论、基本方法和实验技能是构成学生科学素养的重要组成部分，是一个科技工作者所必备的物理基础。因此，大学物理课是高等工业学校各专业学生的一门重要的必修基础课。其教学目的与任务是：1．通过该课程的学习，使学生树立正确的学习态度，对物理学的基本内容有较全面、较系统的认识，初步掌握学习科学的思想方法和研究问题的方法，培养独立获取知识的能力，对于开阔思路、激发探索和创新精神、增强适应能力、提高人文素质具有重要作用。2．通过本课程的教学，使学生对课程中的基本概念、基本理论、基本方法能够有比较全面和系统的认识和正确的理解，并具有初步应用的能力。3．培养学生实事求是的科学态度和辩证唯物主义的世界观，培养学生的爱国主义思想。了解各种理想物理模型并能根据物理概念、问题的性质和需要，能够抓住主要因素，略去次要因素，对所研究的对象进行合理的简化。4．培养学生基本的科学素质，使之能够独立地阅读相当于大学物理水平的教材、参考书和文献资料。为学生进一步学习专业知识、掌握工程技术以及今后知识更新打下必要的物理学基础。5．培养学生科学的思维方法和研究问题的方法，使其学会运用物理学的原理、观点和方法，研究、计算或估算一般难度的物理问题，并能根据单位、数量级和与已知典型结果，判断结果的合理性。6．培养学生对所学知识的综合及运用能力，并打下在生命科学研究中或生产实践中运用物理学的原理、方法和手段解决问题的基础，增强学生毕业后对所从事工作的适应能力。二、课程教学基本内容（一）力学部分1．质点运动学（1）质点、参照系、坐标系。（2）描述质点运动的基本物理量：位置矢量、运动方程、位移、速度、加速度。（3）直线和平面曲线运动：角速度、角加速度、切向加速度和法向加速度。（4）相对运动：时间与空间、相对运动、相对速度。2．质点动力学（1）牛顿运动定律：牛顿第一定律、牛顿第二定律、牛顿第三定律、惯性系、非惯性系、惯性力。（2）力对时间的积累作用---冲量、动量；质点动量定理、质点系动量定理；动量守恒定律。（3）力对空间的积累作用---功、功率；质点动能定理、质点系动能定理；保守力与势能；功能原理、机械能守恒定律、能量守恒定律、碰撞。3.刚体动力学（1）角位移、角速度、角加速度、角量与线量的关系。（2）力矩、转动惯量、刚体定轴转动的转动定律。（3）刚体定轴转动动能定理和功能原理（4）质点角动量、质点系角动量、刚体角动量、角动量定理、角动量守恒定律，刚体转动中的能量守恒（5）*进动。（二）热学部分1．热力学基础（1）平衡态、准静态过程、理想气体状态方程、内能、功和热量（2）热力学第一定律，（3）绝热过程、循环过程与卡诺循环（4）热力学第二定律，（5）可逆及不可逆过程，2．气体分子运动论（1）麦克斯韦气体分子速率分布律，玻尔兹曼分布率（2）理想气体的微观模型、理想气体的压强和温度的微观和统计意义。（3）能量按自由度均分定理、理想气体的内能（4）气体分子的平均碰撞次数与平均自由程，（5）熵和熵增加原理，热力学第二定律的统计意义。（三）电磁学部分1．静电场（1）基本电现象和库仑定律（2）电场、电场强度（3）电通量、静电场中高斯定理（4）静电力所做的功、电势能。（5）电势、电势差、等势面。电场强度与电势梯度的关系。2．静电场中的导体和电介质（1）静电场中的导体的静电平衡条件。（2）电容和电容器。（3）静电场中的电介质及其极化。（4）极化强度矢量，束缚电荷面密度。（5）电介质中高斯定理，电位移矢量。（6）静电场的能量。3．稳恒电流（1）电流强度和电流密度（2）稳恒电流和稳恒电场。（3）*欧姆定律的微分形式（4）电源和电源电动势。（5）*一段含元电路的欧姆定律，基尔霍夫定律。4．稳恒磁场（1）磁场与磁感应强度（2）磁通量、稳恒磁场的高斯定理（3）毕奥-萨伐尔定律及其应用（4）稳恒磁场的安培环路定理及其应用。（5）磁场对运动电荷的作用力---洛仑兹力，霍尔效应。（6）磁场对载流导线的作用力---安培力，磁力的功。（7）磁介质、磁化强度矢量。（8）磁场强度、磁介质中高斯定理和安培环路定理及其应用。（9）电磁质。5．电磁感应（1）法拉第电磁感应定律和楞次定律。（2）动生电动势和感生电动势。（3）自感现象、自感系数、自感电动势。（4）互感现象、互感系数、互感电动势。（5）磁场能量和能量密度6．电磁场理论与电磁波基础（1）位移电流、全电流安培环路定律（2）麦克斯韦电磁场方程的积分形式。（3）电磁振荡、电磁波产生和传播、电磁波谱。（四）振动和波1．振动（1）简谐振动的基本特征。（2）简谐振动的动力学特征。（3）简谐振动的合成。（4）阻尼振动、受迫振动、共振、电磁振荡。2．波动（1）机械波产生与传播（2）简谐波的波函数、波动方程和特征量。（3）波的能量、能流密度（4）惠更斯原理。（5）波的迭加原理、波的干涉、驻波。（6）*多普勒效应。（7）*电磁波。（五）波动光学1．光的干涉（1）扬氏双缝干涉（2）其它分波阵面的干涉。（3）光程和光程差。（4）薄膜干涉（5）劈尖和牛顿环。（6）迈克耳孙干涉仪2．光的衍射（1）光的衍射、惠更斯—菲涅耳原理（2）夫琅禾费单缝衍射（3）衍射光栅、光栅衍射光强分布、光栅光谱。（4）光学仪器的分辩率、瑞利判据、最小分辩角。（5）X射线的衍射。3．光的偏振（1）光的偏振现象：自然光与偏振光、起偏与检偏、马吕定律。（2）*反射与折射的偏振、布儒斯特定律。（3）*光的双析射现象及其解释。（4）*椭圆偏振光与圆偏振光（5）*偏振光的干涉（6）*人工双折射（7）*旋光现象（六）近代物理基础1．狭义相对论基础（1）狭义相对论的基本原理：伽利略变换与经典相对性原理（2）爱因斯坦相对性原理与光速不变原理、洛仑兹变换。（3）*洛仑兹速度变换。（4）狭义相对论的时空观：同时性的相对性、时间延缓、长度收缩。（5）相对论的动力学基础：质速关系、相对论力学基本方程、质能关系、能量与动量关系。2．物质的波粒二象性（1）光电效应与爱因斯坦光子理论。（2）康普顿效应。（3）物质的波粒二象性3．原子的量子理论基础（1）氢原子光谱与玻尔氢原子理论（2）德布罗意波假设与电子衍射实验。（3）不确定性关系。（4）波函数的统计解释（5）薛定谔方程。（6）一维无限深方势阱问题的求解（7）*激光。三、实践教学环节实验单独开设《大学物理实验》课四、学时分配表序号课程主要内容学时讲授实验上机1第一章质点运动学62第二章质点动力学83第三章刚体力学基础84第四章狭义相对论85第五章电荷与电场146第六章电流与磁场167第七章电磁场与麦克斯韦方程组108第八章热力学基础89第九章气体分子动力论810第十章振动学基础611第十一章波动学基础812第十二章波动光学1013第十三章量子物理10合计120五、课程教学基本要求通过大学物理课的学习，应使学生对物理学所研究的各种运动形式以及它们之间的联系有比较全面和系统的认识，要求学生对课程中的基本概念、基本理论、基本方法能够有比较正确的理解，并具有初步应用的能力。在大学物理的各个教学环节中，要注意对学生进行严肃的科学态度，严格的科学作风和科学的思维方式的培养和训练；要重视对学生能力的培养，使学生在学习物理知识的同时，初步获得应用所学知识分析与解决问题的能力和独立获取知识的能力。要求学生在学习的过程中注意培养分析、综合、演绎、归纳、类比、联想、试探等科学研究方法，培养如何发现和提出问题、建立概念、利用已有的知识提出正确可行的解决方案，培养创新意识和创新能力，培养辩证唯物主义世界观。在大学物理课的各个教学环节中，都必须注意在传授知识的同时着重培养独立分析和解决问题的能力。六、课程设置说明绪论：了解本课程的学习内容和学习方法，了解物理学的发展过程和特点。（一）力学部分1．质点运动学（1）理解理想模型：质点、参照系概念。（2）掌握描述质点运动的物理量：时刻与时间、位置矢量、位移和路程、速度和速率，加速度等概念和特点，并学会计算方法。理解质点运动的瞬时性、矢量性和相对性。（3）掌握描述质点运动的坐标系：直角坐标，自然坐标。掌握用自然坐标求切向加速度和法向加速度。（4）掌握圆周运动（角位置、角位移、角速度、角加速度），圆周运动角量与线量关系。（5）理解相对运动与相对速度。2．质点动力学（1）掌握牛顿运动定律的实质内容、适用条件及其意义。掌握运用微积分方法求解一维变力作用下质点的动力学问题。（2）理解力学单位制和量纲。（3）熟练掌握几种常见力的特点及分析方法：万有引力、弹性力、摩擦力。（4）重点掌握运用牛顿定律和“隔离法”解题的方法思路。掌握一维变力作用下运用牛顿第二定律求解物体运动规律的基本方法。（5）掌握功的概念及变力作功的变达式，能计算一维变力的功，变力的冲量的积分运算及几何意义。（6）理解并掌握质点的动量定理、动能定理的内容及其应用。理解平面内运动质点的角动量和角动量守恒定律。理解保守力作功的特点及势能概念。计算重力、弹性力、万有引力的功及系统的势能；（7）掌握质点的动量守恒、机械能守恒定律。（8）理解伽利略相对性原理，伽利略变换。（9）了解惯性系、非惯性系以及惯性力。（10）掌握完全弹性碰撞和非完全弹性碰撞的基本概念、碰撞问题的实际应用。3．刚体的定轴转动（1）理解描述转动的角量（角位移、角速度和角加速度）与线量的关系。（2）理解力矩、力矩的功、转动惯量、刚体的角动量和转动动能等物理量，掌握其计算方法。（3）理解刚体定轴转动定律，定轴转动的动能定理；定轴转动的角动量守恒定律，会分析处理包括质点和刚体、平动和转动的简单系统的力学问题。（二）热学部分1．气体分子运动论（1）（2）理解理想气体的状态方程，理解理想气体的宏观定义、微观模型和统计假设。（3）理解理想气体的压强公式和温度公式，以及宏观量压强和温度的微观本质。（4）了解麦克斯韦速率分布律及速率分布函数和分布曲线的物理意义。了解气体分子热运动的三种速率；平均速率、方均根速率及最概然速率。了解气体分子的平均碰撞频率和平均自由程。（5）理解平均碰撞频率和平均自由程概念；（6）了解玻耳兹曼能量分布律；2．热力学基础（1）掌握功、内能和热量等概念，理解准静态过程。（2）掌握热力学第一定律，能根据热力学第一定律分析、计算理想气体等体、等压、等温和绝热过程中的功、热量和内能的改变量。（3）理解循环过程的特征及热机效率和致冷机的致冷系数。掌握卡诺循环以及卡诺热机的循环效率，了解卡诺致冷机的致冷系数。（4）理解热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯表述，了解两种表述的等价性。（5）了解热力学第二定律的统计意义，了解熵的概念和熵增加原理。（三）电磁学部分1．静电场（1）理解库仑定律和电学单位制，了解电场的规律。（2）掌握电场强度和电势的概念，电场的叠加原理和电势的叠加原理。掌握计算简单问题中电场强度和电势的方法；理解电偶极子和电偶极矩的概念，能计算电偶极子在均匀电场中所受的力和力矩。（3）理解电通量概念，掌握表征静电场性质的两条基本定理：高斯定理和环路定理。理解用高斯定理计算电场强度的条件和方法。必须明确：两条定理各自反映了静电场的一个侧面，只有两者结合起来，才能全面地反映静电场的性质。（4）理解静电场力作功的特点及静电场的环路定理，掌握电势能和电势的概念及电场强度和电势的关系。由电荷的分布，根据电势叠加原理会计算空间电势的分布。（5）掌握导体静电平衡条件和静电平衡时导体的电特性2．静电场中的导体和电介质（1）理解导体静电平衡的意义和条件，导体中的电场强度、电势和电荷的分布。（2）能利用导体静电平衡的规律求解导体存在时的电场和电荷分布