大学物理教案(上)

大学物理 （下） （总学时数：40 学时） 教 案 版本：V1.0 主讲教师： 谢国亚 联系电话：电子邮箱： 教师所在系部： 数理教学部 学生专业： 混合 学生所在系： 远景学院 授课班级： 授课学年学期： 2013-2014 学年第 2 学期 编写日期： 2014.01.30 重庆邮电大学移通学院 目 录 绪论及矢量基础（2 学时）.1 第一章 运动和力（8 学时）.1 第七章 静电场（18 学时） .3 第九章 稳恒磁场（10 学时）.8 复习、答疑（2 学时） .13 绪论 矢量基础（2 学时） 章节名称 绪论 矢量基础 计划学时 2 学习内容 新课内容 物理学的研究对象 开设物理课的必要性 怎样学好物理学 矢量及其相关的基本概念 矢量的加减、解析法 矢量的标积和矢积 矢量函数的微分和积分 学习者分 析 学生已经对物理学的基本知识有一定的了解，如何通过绪论课使学生对大学物理产生兴 趣并引起重视 课程标准 该课程是必修课程，严格按照教学大纲进行教学。 知识与技能 掌握矢量的基本概念及简单的运算 过程与方法 叙述、讲解法、推理法教学目标 情感与态度 培养学生对物理学产生兴趣 教学重点 及 解决措施 教学重点 矢量的标积和矢积 解决措施 通过具体的例题理解矢量的运算 教学难点 及 解决措施 教学难点 矢量函数的微分和积分 解决措施 用泛矢量函数对其进行微分和积分 教学设计 思路 这是大学物理的第一次课，要使学生对某一门课程感兴趣，第一节课的设计非常重 要，为此，绪论可以从三个方面展开来讲：一：物理学的研究对象；二：开设物理课的 必要性；三：怎样学好物理课？其次；在讲解矢量基础知识的时候不要展开来讲，掌握 基本的方法即可。 - 1 - 教学过程 教学环节 教学内容 所用时间 教师活动 学生活动 设计意图 绪论 物理学的研 究对象；开 设物理课的 必要性；如 何学好物理 课， 45 分钟 讲解物理课的研究对 象：从古希腊和现代 科学家对物理学的研 究，得出物理学是用 来研究最基本、最普 遍、不同物质之间运 动形式相互转化的规 律的科学；讲解开设 物理课的必性：1、 从历史来看，物理学 是一切工程技术的重 要支柱，以三次工业 革命为例；2、从现 在来看，物理学和大 学生素质的关系；讲 解如何学好物理学： 思想上重视、学会看 参考书、好的学习方 法 听讲、思 考 调动学生的学习兴 趣、鼓励学生用自 己的方法进行思考 矢量基础 矢量基础知 识 40 通过实例讲解矢量的 基础知识 听讲、思 考 为学习大学物理打 基础 课堂小结 本节小结 5 分钟 注意矢量微分和积分 的基本方法、注意矢 量的书写方法 听讲 巩固已学的知识 作业与思考 题 后 记 第一章 运动和力（8 学时） 章节名称 第 10 章 电磁感应 电磁场 计划学时 8 学习内容 新课内容 电磁感应的基本定律 动生电动势与感生电动势 电磁感应的应用 电场的能量 电磁场和电磁波 学习者分 析 学生已经学习了静电场和稳恒磁场的基本知识，在此基础上，本章将是将前两章知识的 综合，学生学习起来可能较难，可以简单复习一下静电场和稳恒磁场的知识。 课程标准 该课程是必修课程，严格按照教学大纲进行教学。 知识与技能 掌握电磁感应的基本定律能计算动生电动势和感生电动势 过程与方法 讲解法、演示法、对比法、归纳法教学目标 情感与态度 培养学生勤于思考的好习惯 教学重点 及 解决措施 教学重点 法拉第电磁感应定律 动生电动势的计算 解决措施 通过具体的例题理解法拉第电磁感应定律 先学习动生电动势和感生电动势的成因，再通过例题熟练掌握其计 算方法 教学难点 及 解决措施 教学难点 理解法拉第电磁感应定律 感生电动势的计算 解决措施 从楞次定律引出法拉第电磁感应定律 法拉第电磁感应定律表达式中的“负号”的理解； 法拉第电磁感应定律计算感应电动势的关键一般都要求先算出闭合回路所 包围面积的磁通量，所以用相关的例题让学生掌握磁通量的计算方法。 - 3 - 感生电动势的计算方法： 通过例题让学生正确理解动生电动势表达式中回路方向和回路所包围面积 的方向关系，然后用法拉第电磁感应定律求解感生电动势。 教学设计 思路 根据学生上学期已学过了部分电磁学的知识，考虑到学生的基础及时间因素，教学 中首先带领学生一道回顾上学期学过的相关知识，然后.掌握法拉第电磁感应定律，理 解动生电动势及感生电动势的本质，并能熟练的计算动生电动势和感生电动势。让学生 了解自感系数和互感系数的概念，能进行简单的自感系数和互感系数的计算。了解磁场 能量体密度的表达式，会计算自感线圈的能量和简单的磁场能量的计算。.让学生了解 涡旋电场、位移电流的概念以及麦克斯韦方程的物理意义。 教学过程 教学环节 教学内容 所用时间 教师活动 学生活动 设计意图 讲解概括 回顾磁通量 的计算、讲 解电磁感应 的基本定律 40 分钟 讲解基本知识、启发 学生思考 听讲、思 考 调动学生的学习兴 趣、鼓励学生用自 己的方法进行思考， 渗透自主学习意识。 讲解提问 动生电动势 的介绍 40 分钟 讲解动生电动势的成 因及计算式 听讲、思 考 形式多样，激发学 生的学习兴趣。 讲解练习 动生电动势 的计算 40 分钟 通过典型的例题让学 生熟悉动生电动势的 计算 听讲、理 解动生电 动势的计 算 让学生懂得重点和 难点知识的重要性。 讲解练习 介绍感生电 动势的成因 及其计算 40 分钟 讲解，作为重点知识， 要求学生深刻理解这 部分内容 听讲、理 解感生电 动势的计 算 让学生懂得重点和 难点知识的重要性。 设疑解答 动生电动势 和感生电动 势的计算比 较 35 分钟 设疑动生电动势和感 生电动势的计算的关 键问题是什么？ 听讲、回 答设疑 让学生熟练掌握两 种电动势的计算。 讲解 提问 讲解自感和 互感，并对 电磁感应的 应用举例 35 分钟 主持课堂讨论 积极发言， 表述自己 的观点 培养学生的胆量、 积极回答问题的能 力。 讲解提问 讲解磁场的 能量及能量 密度、电磁 场的引入 40 分钟 用类比的方法讲解磁 场的能量及能量密度 提问：电 场的能量 是如何建 立的？ 培养学生获取知识 的方法 讲解概括 讲解位移电 流和全电流 定律，简单 介绍电磁波 40 分钟 用设问的方式引入位 移电流。比较静电场 和稳恒磁场的基本规 律 听讲、学 习类比记 忆知识的 方法 使学生对电磁学的 知识有个全面的了 解 课堂小结 本章小结 5 分钟 讲解本章的主要内容， 重知识回顾 听讲 巩固已学的知识 作业与思考 题 P146 （10-3 、 1、3、4、6、9、10） 后 记 - 5 - 第 4 章 振动和波（16 学时） 章节名称 第 4 章 振动和波 计划学时 16 学习内容 新课内容 简谐振动 简谐振动的合成 阻尼振动 受迫振动 共振 机械波 波的衍射和干涉 多普勒效应 学习者分 析 经过上学期一个学期的学习，同学们对大学物理及物理实验都有一定的了解，学习的积 极性较高，在此基础上，及时引导他们学习大学物理。 课程标准 该课程是必修课程，严格按照教学大纲进行教学。 知识与技能 掌握简谐振动的特点和波特性的知识体系 过程与方法 讲解法、演示法、对比法、归纳法教学目标 情感与态度 培养学生勤于思考的好习惯 教学重点 及 解决措施 教学重点 简谐振动的特点及简谐振动的合成 波的叠加及波的特性 解决措施 引入简谐振动的运动方程，得出描述简谐振动的物理量的表达式，结合矢量的 合成，引出简谐振动的合成。 引入惠更斯原理，结合矢量的叠加、振动的合成，得出波的衍射、干涉的特性； 当波源与观察者之间有相当运动，得出多普勒效应。 教学难点 及 解决措施 教学难点 振动的合成；波的特性 解决措施 引入简谐振动的运动方程，得出描述简谐振动的物理量的表达式，结合矢量的 合成，引出简谐振动的合成。 引入惠更斯原理，结合矢量的叠加、振动的合成，得出波的衍射、干涉的特性； 当波源与观察者之间有相当运动，得出多普勒效应。 教学设计 思路 根据学生身心发展和大学物理课程学习的特点，积极营造和谐融洽的学习氛围，让 学生在听课的过程中生趣，在乐趣中学习，在思考中提高。同时组织有效地自主学习、 合作学习形式，培养学生独立学习的能力，通过多种形式反复再现物理概念，巩固学习 效果，提高学习效率；鼓励学生选择适合自己的方式阅读相关文献，让他们在主动积极 的思维和情感活动中，加深理解和体验，有所感悟和思考，促进学生正确情感、态度、 价值观的发展，从而真正成为学习的主人。 教学过程 教学环节 教学内容 所用时间 教师活动 学生活动 设计意图 讲解提问 机械振动的 概念 振动的分类 10 分钟 回忆中学物理的相关 知识、启发学生思考 听讲、思 考，回答 问题 调动学生的学习兴 趣、为新内容的学 习做准备。 讲解概括 简谐振动的 微分方程、 描述简谐振 动的物理量 30 分钟 根据简谐振动的概念 写出其微分方程；由 简谐振动的运动学方 程，得出振幅、周期、 相位及其物理意义 听讲、回 答、理解 每个物理 量的含义 及其求解 方法 鼓励学生回答问题， 拓展学生的思维能 力。 讲解概括 例题 20 分钟 讲解，要求学生深刻 理解所学内容 思考，解 答、听讲、 理解 让学生理解、运用 所学内容。 讲解概括 用旋转矢量 表示相位关 系 35 分钟 讲解旋转矢量，位相 差的相关内容，并用 旋转矢量法来表示位 相差 听讲、回 答设疑 多种方法解决问题， 拓展学生的思维。 - 7 - 设疑解答 例题 20 分钟 提示解题思路，要求 学生用多种方法解答， 讲解例题 积极思考、 一题多解、 认真解答 问题 培养学生创新思维、 积极解答问题的能 力。 设疑讲解 单摆、复摆 20 分钟 结合简谐振动的知识， 写出单摆、复摆的运 动学方程，写出圆频 率的表达式 认真思考， 积极回答 问题 培养学生对知识的 运用能力 讲解提问 简谐振动的 能量 30 分钟 由系统机械能守恒， 分别得出谐振子的动 能、势能表达式 认真思考， 积极动脑、 动笔演算 培养学生理论分析 的能力 讲解概括 振动的合成 60 分钟 讲解两个同方向同频 率谐振动的合成、两 个同方向不同频率谐 振动的合成、相互垂 直谐振动的合成 这是本章 的重点也 是难点内 容之一， 要求学生 认真理解， 归纳总结 培养学生理论联系 实践，善于总结规 律的能力 讲解概括 阻尼振动 25 分钟 推导出在弱介质阻力 下振子的振动方程 掌握几种 常见的阻 尼振动 培养学生发现问题、 解决问题的能力 设疑讲解 受迫振动 共 振 20 分钟 推导出受迫振动方程 并求解方程，联系生 活讲解共振现象 知道受迫 振动方程 及解，知 道共振现 象 培养学生善于观察 生活，理论联系实 践的能力 课堂小结 机械振动部 分内容的小 结 5 分钟 讲解本部分内容的主 要知识，重知识回顾 听讲、回 答问题 巩固已学知识 讲解提问 回顾机械波 的有关知识 10 分钟 引导学生回忆中学物 理的相关知识、启发 学生思考，提问 听讲、思 考，回答 问题 回忆中学所学波形 图、质点振动图像 的相关内容，为新 内容的学习做铺垫。 讲解提问 机械波的产 生和传播 55 分钟 根据实物波动图像的 分析，得出波的传播 特点，重点了解波的 几个特征物理量的表 达式，并能理解表达 式中每个量的含义 听讲、思 考、总结 模拟实物图，把生 活带入课堂，激发 学生的求知欲 讲解提问 平面简谐波 的波动方程 20 分钟 由原点的振动方程， 结合波在空间的传播 时间，得出平面简谐 波的波动方程 思考、听 讲 注重知识的迁移性 讲解提问 波动方程的 物理意义 50 分钟 分别从空间、时间上 讨论波动方程的特性， 再次验证波的传播过 程是振动形式和能量 的传播 听讲、思 考、在教 师的引导 下积极探 索 培养学生分析问题、 解决问题的能力 设疑解答 例题 20 分钟 引导、讲解例题 思考、讨 论、解答 问题 培养学生的合作能 力，解决问题的能 力 讲解概括 波的能量和 能量密度 20 分钟 通过对体积元内媒质 质点机械能的分析， 得出能量密度、平均 能量密度的表达式 思考、动 笔演算， 积极回答 问题 培养学生严密的逻 辑分析能力 讲解概括 波的能流和 能流密度 25 分钟 由能流的定义式，得 出平均能流、能流密 度的表达式，并从能 流的角度分析平面波 和球面波的传播特性 思考、解 答问题， 善于迁移 知识 培养学生迁移知识 的能力，多角度解 答问题的能力 讲解概括 惠更斯原理 10 分钟 介绍惠更斯原理，为 后续学习做准备 听讲、分 析问题， 联系生活 生活贯穿于物理学 习之中 讲解概括 波的叠加、 波的干涉 50 分钟 据波的叠加原理，讲 解波的相干性，得出 两列波产生干涉的条 件 听讲、分 析问题， 联系生活 培养学生分析问题、 解决问题的能力 - 9 - 设疑解答 例题 25 分钟 引导学生分析问题、 提示问题解决的切入 点、解答讲解例题 在教师的 引导下积 极思考， 运用所学 内容解决 问题 培养学生分析问题、 解决问题、运用知 识的能力 讲解概括 驻波 45 分钟 由两列同振幅同频率 反向传播的简谐波的 叠加，得出驻波方程。 对驻波的波腹、波节、 相位、能量的讨论， 得出产生半波损失的 条件 积极思考， 运用所学 内容解决 问题 培养学生分析问题、 解决问题、运用知 识的能力 讲解概括 多普勒效应 40 分钟 由多普勒效应，得出 波源、观察者相对介 质有相对运动时，观 察者所接收到的频率 该内容的 理性思维 要求较高， 思考、认 真分析、 总结规律 培养学生分析问题、 解决问题，解释生 活物理现象的能力 课题小结、 习题讲解 本章小结、 习题讲解 75 分钟 讲解本章的主要内容， 重点知识回顾，详细 讲解习题 听讲，总 结知识， 发现问题， 请教问题 巩固已学知识 作业与思考 题 1、2、3、7、12、13、17 后记 第 11 章 光的波动性（14 学时） 章节名称 第 11 章 光的波动性 计划学时 14 学习内容 新课内容 光波 光的干涉 光的衍射 光的偏振 学习者分 析 本章节主要是学习光的波动这一特性，由光的波动性引起的光现象在实际生活中可以常 见，有助于学生更直观的学习。加上大学物理实验开设的相关光学实验，可以让学生更 形象的认识光的波动性。 课程标准 该课程是必修课程，严格按照教学大纲进行教学。 知识与技能 了解由光的波动性引起的物理实验现象,理解实验现象的基本 原理,并掌握相关问题的计算方法 过程与方法 讲解法、演示法、对比法、归纳法 教学目标 情感与态度 培养学生自主学习能力，打好物理基础 - 11 - 教学重点 及 解决措施 教学重点 光程及光程差的计算 光的干涉现象 光的衍射现象 解决措施 通过光波的波动方程推导出相位差与几何路程差的关系，再根据光程的定义， 得到光程与光程差的计算方法 根据光的干涉衍射现象的基本实验装置、实验装置平面图，分析观察屏上不同 位置处干涉条纹的明暗与几个几何距离的关系，从而得到干涉衍射条纹的一系 列公式。 教学难点 及 解决措施 教学难点 光栅衍射 解决措施 通过光栅的模型图及衍射图，让学生直观观察到光栅衍射与双缝干涉和单缝衍 射的区别与联系。 光栅衍射的条纹是单缝衍射和多缝干涉的综合效果，主要体现在： 单缝衍射，衍射光栅片上面每一个单缝都单独有着自己一套单缝衍射 多缝干涉，多个单缝之间，衍射方向相同的光线会产生干涉现象。 条纹缺级的条件，由单缝衍射的暗条纹和多缝干涉的明条纹共同决定 教学设计 思路 通过第四章和第十章的学习，学生对波有了一定的认识。特别是波的振动加强和振 动减弱，为本章学习光波在传播过程中的特征打下了一定的学习基础。有助于学生更深 刻的认识光的干涉和衍射现象的基本原理。 教学过程 教学环节 教学内容 所用时间 教师活动 学生活动 设计意图 讲解概括 光波、光的 相干性， 35 分钟 与学生一起讨论光源 的发光机制，光的电 磁波本性，讲解基本 知识、启发学生思考。 听讲、讨 论、思考 调动学生的学习兴 趣、鼓励学生用自 己的方法进行思考， 渗透自主学习意识。 讲解提问 相干光的获 得；光程、 光程差 35 分钟 讲解获得相干光的两 种方法并介绍光程和 光程差的概念 听讲、思 考 形式多样，激发学 生的学习兴趣。 设疑讲解 杨氏双缝干 涉 45 分钟 讲解杨氏双缝干涉实 验，干涉明暗纹分布， 明纹中心位置，暗纹 中心位置，条纹间隔 听讲、回 答设疑 鼓励学生回答问题， 拓展学生的思维能 力。 讲解概括 杨氏双缝干 涉 30 分钟 通过例题分析讲解光 程差的计算和干涉条 纹位置，条纹间距的 计算； 听讲、理 解做笔记， 动手练习 让学生思考，动手， 提升解决问题的能 力。 课堂拓展 双缝干涉的 其他装置 20 分钟 讲解其他双缝干涉的 装置 听讲、理 解 开阔学生视野，知 识的拓展 讲解概括 薄膜干涉概 述，等倾干 涉 40 分钟 讲解基本知识、启发 学生思考 听讲、思 考 调动学生的学习兴 趣、鼓励学生用自 己的方法进行思考， 渗透自主学习意识。 讲解概括 等厚干涉的 原理、劈尖 干涉及应用 50 分钟 讲解等厚干涉实验的 基本装置和薄膜干涉 光程差的计算；讲解 劈尖、干涉条纹位置 听讲、提 问 形式多样，激发学 生的学习兴趣。 设疑解答 薄膜干涉光 程差计算时 需注意哪些 10 分钟 讲解需注意的几点 听讲、说 出自己的 理解 让学生懂得重点和 难点知识的重要性。 讲解概括 牛顿环及应 用 30 分钟 掌握劈尖、牛顿环干 涉条件及其计算；理 解等倾干涉条纹产生 的原理。 听讲、思 考 调动学生的学习兴 趣、鼓励学生用自 己的方法进行思考。 设疑解答 干涉条纹位 置的计算 10 分钟 讲解位置的计算过程 听讲、提 问 鼓励学生回答问题， 拓展学生的思维能 力。 讲解概括 迈克尔逊干 涉仪 20 分钟 讲解迈克尔逊干涉仪 的工作原理 听讲 让学生了解物理学 家和物理学家的贡 献，使学生树立正 确的人生观，价值 观。 - 13 - 设疑解答 迈克尔逊干 涉仪的应用 10 分钟 讲解迈克尔逊干涉仪 的应用 听讲、回 答 强化学生对物理知 识的应用的认识， 培养学生的学习兴 趣。 讲解-提问 光的衍射现 象及其分类 15 分钟 讲解衍射现象及其分 类、提问学生日常生 活中有哪些常见的衍 射现象 听讲、思 考 培养学生观察日常 生活中物理现象的 意识 讲解-概括 惠更斯-菲涅 耳原理 10 分钟 讲解惠更斯-菲涅耳 原理 理解 了解物理学里的基 本原理 讲解-概括 菲涅耳半波 带法 15 分钟 讲解并总结菲涅耳半 波带法的基本原理 理解并掌 握菲涅耳 半波带法 的原理 为单缝衍射的学习 做好铺垫 讲解-概括- 分析 单缝夫朗禾 费衍射、例 题 35 分钟 讲解单缝夫朗禾费衍 射的基本原理、分析 相关物理量的计算方 法。通过例题引导学 生概括相关物理量的 计算方法。 理解单缝 夫朗禾费 衍射的基 本原理、 掌握相关 物理量的 计算方法 通过基本原理的学 习，通过例题的分 析，培养学生对知 识的灵活运用能力 讲解-概括 圆孔衍射与 光学仪器的 分辨率 25 分钟 讲解圆孔衍射与光学 仪器的分辨率 理解分辨 率的定义 了解物理量定义的 依据 讲解-分析- 概括 复习单缝衍 射、光栅衍 射、例题 55 分钟 讲解光栅衍射，并作 为重点知识，要求学 生深刻理解并掌握这 部分内容，分析例题 的解决方法 听讲，掌 握，思考 培养学生动脑的习 惯，善于把握解决 问题的关键 知识拓展 X 射线衍射 10 分钟 讲解 x 射线衍射的基 本原理 理解 拓展思维，让学生 认识到理论知识的 应用 讲解 偏振光及其 概念