大学物理教学大纲.doc

大学物理教学大纲课程编号：081211 学 时：144（108）开课学期：3（1） 执 笔：李安生适用专业：理工科各专业 学 分：3参编教师：马秀艳 时建群 审 核：第一部分 说明一、课程的性质和作用 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，广泛地应用于生产技术的各个部门，它是自然科学和工程技术的基础，也是许多高新技术发展的源泉和先导。因此，大学物理课程是理工科各专业学生的一门重要必修基础课。以物理学为基础的大学物理课程主要包括：力学、振动和波动、热学、电磁学、光学、狭义相对论基础、量子物理基础等基础知识，以及它们在现代科学技术中的应用等。 本课程的教学目的是： 1. 使学生系统地掌握必要的物理基础知识，对课程中的基本概念、基本理论、基本方法能够有较全面和系统的认识与正确理解，认识一些物理学基本原理在现代科学技术中的应用。 2. 能用物理知识定性、定量地分析一些基本和理想的物理现象和模型，能用基本的物理知识进行初步的演绎和推理。 3. 了解一些物理学发展的历史及科学家的科学精神和态度，了解科学发展的曲折性和艰巨性。 4. 初步培养学生科学的思想方法和研究问题的方法，培养学生的创新和深索精神。 5. 培养学生科学的自然观、宇宙观和辩证唯物主义世界观。二、课程的任务与教学基本要求1、知识要求 教学内容的要求分三级：掌握、理解、了解。对于要求掌握的内容（包括定理、定律、原理等的内容、物理意义及适用条件）都应较透彻明了，并能熟练地用以分析和计算工科大学物理课水平的有关问题，对于那些能由定律导出的定理要求会推导。对于要求理解的内容（包括定理、定律、原理等的内容、物理意义及适用条件）都应明了，并能用以分析和计算工科大学物理课水平的有关问题，对于那些能由基本定律导出的定理不要求会推导。对于要求了解的内容，应该知道所涉及问题的现象和有关实验，并能对它们进行定性解释，还应知道与问题直接有关的物理量和公式等的物理意义，对于要求了解部分的内容，在经典物理部分一般不要求定量计算，在近代物理部分要求能作代公式性质一类的计算。2、能力培养要求通过对本课程的教学，应使学生初步具备以下能力： （1）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，并能理解其主要内容。 （2）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，抓住主要因素，略去次要因素，对所研究对象进行合理简化。 （3）会运用物理学的理论、观点、方法，分析、研究、计算或估算一般难度的物理问题，并能根据单位、数量级与已知典型结果的比较判断结果的合理性。 （4）在大学物理学习的全过程中注意培养学生抽象思维的能力和理论联系实际的能力。三、本课程与其他课程的关系 大学物理课程是非物理专业理工科各专业学生学好其专业课程的基础，学好本门课程非常重要，而学好大学物理课程的前期课程是“高等数学”。第二部分 正文一、 基本内容与课时分配第一篇 力学第一章 质点的运动（6学时） 掌握位矢、位移、速度、加速度、角速度和角加速度等描述质点运动和运动变化的物理量，能借助于直角坐标系计算质点在平面内运动时的速度、加速度，能计算质点作圆周运动时的角速度、角加速度、切向加速度和法向加速度；理解相对运动，理解伽里略相对性原理及其坐标、速度变换。第二章 牛顿运动定律（6学时） 掌握牛顿三定律及其适用条件，能用微积分方法求解一维变力作用下简单的质点动力学问题；掌握质点的动能定理和动量定理，并能用它们分析解决质点在运动时的简单力学问题；理解惯性系及非惯性系，理解量纲的意义。第三章 运动守恒定律（6学时）掌握功能原理、机械能守恒定律、能量守恒定律和动量守恒定律；掌握运用守恒定律分析问题的思想和方法，能分析简单系统在平面内运动的力学问题。第四章 刚体的转动（6学时）了解转动惯量的概念，理解刚体绕定轴转动的转动定律；理解刚体在定轴转动的情况下的角动量定理和角动量守恒定律。第五章 相对论基础（6学时） 了解爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设；解洛仑兹坐标变换，了解狭义相对论中同时的相对性以及长度收缩和时间膨胀概念；了解牛顿力学中的时空观和狭义相对论中的时空观及二者差异；理解狭义相对论中质量和速度的关系、质量和能量的关系。第二篇 热 学第六章 气体动理论（8学时） 了解气体分子热运动的图象；理解理想气体的压强公式和温度公式；通过推导气体压强公式，了解从提出模型、进行统计平均、建立宏观量与微观量联系到阐明宏观量的微观本质的思想和方法，能从宏观和统计意义上理解压强、温度、内能等概念；了解系统的宏观性质是微观运动的统计表现；了解气体分子的平均碰撞频率及平均自由程；了解麦克斯韦速率分布律及速率分布函数和速率分布曲线的物理意义，了解气体分子热运动的算术平均速率、方均根速率，了解玻耳兹曼能量分布律；通过理想气体的刚性分子模型，理解气体分子平均能量按自由度均分定理，并会应用该定律计算理想气体的内能。第七章 热力学基础（8学时） 掌握功和热量的概念，理解准静态过程，掌握热力学第一定律，能分析、计算理想气体等体、等压、等温和绝热过程中的功、热量、内能改变量及卡诺循环等简单循环的效率；了解可逆过程和不可逆过程，了解热力学第二定律及其统计意义，了解熵的玻耳兹曼表达式。第三篇 电场和磁场第八章 真空中的静电场（8学时） 掌握静电场的的库仑定律，掌握电场强度和电势的概念以及电场强度叠加原理和电势叠加原理，掌握电场强度与电势的积分关系，能计算一些简单问题中的电场强度和电势； 理解静电场的规律：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；了解电偶极子和电偶极矩的概念；4. 理解带电粒子在静电场中的运动规律。第九章 导体和电介质中的静电场（8学时） 理解导体的静电平衡性质，理解空腔导体、静电屏蔽；掌握电容和电容器；了解介质的极化及其微观解释，理解极化电荷和极化强度，了解各向同性介质中D和E之间的关系和区别，理解介质中的高斯定理；理解静电场的能量。第十章 恒定电流和恒定电场（6学时）掌握电流密度和电动势的概念；理解欧姆定律的微分形式和稳恒电流的条件。第十一章 真空中的恒定磁场（8学时） 掌握磁感应强度的概念：理解毕奥萨伐尔定律，能计算一些简单问题中的磁感应强度；理解稳恒磁场的规律，磁场高斯定理和安培环路定理，理解用安培环路定律计算磁感强度的条件和方法；理解安培定律和洛仑兹力公式，了解磁矩的概念，能计算简单几何形状载流导体和载流平面线圈在均匀磁场中或在无限长载流导线产生的非均匀磁场中所受的力和力矩能分析点电荷在均匀磁场和电场中的受力和运动。第十二章 磁介质中的磁场（6学时） 了解介质的磁化现象及其微观解释，了解铁磁质的特性；了解各向同性介质中H、B之间的关系和区别，了解介质中的安培环路定律。第十三章 电磁感应和暂态过程（8学时） 掌握法拉第电磁感应定律，理解动生电动势和感生电动势；理解自感和互感，理解电容和电感电路中的暂态电流； 理解解磁场能量。第十四章 麦克斯韦方程组（6学时）电磁场了解涡旋电场、位移电流的概念以及麦克斯韦方程组（积分形式）的物理意义，了解电磁场的物质性。第四篇 振动和波动第十五章 机械振动和电磁振荡（4学时）掌握简谐振动动力学；掌握简谐振动运动学；理解微振动的简谐近似；掌握平行简谐振动的合成；理解垂直简谐振动的合成；了解阻尼振动；了解受迫振动、共振。第十六章 机械波和电磁波（4学时） 了解机械波的类型；理解机械波的速度； 掌握平面简谐波；掌握平面波的波动方程；理解波的能流密度和强度；了解电磁波的波动方程；理解电磁波的性质、坡印廷矢量；了解加速运动点电荷的辐射；了解振荡电偶极子的辐射赫芝实验；理解电磁波的多普勒效应；了解惠更斯原理；了解波衍射、反射和折射；掌握波的叠加、波的干涉、驻波；理解多普勒效应。第十七章 波动光学（16学时） 理解相干光、光程的概念；理解光波的相干叠加；理解光程；掌握双缝干涉；理解薄膜的等倾干涉；掌握薄膜的等厚干涉；理解迈克耳孙干涉仪；了解时间相干性。掌握单缝衍射；理解圆孔衍射；理解光学仪器的分辨本领；掌握光栅衍射；理解X射线的衍射。了解原子发光模型；理解偏振态和偏振光、自然光；理解偏振片、马吕斯定律；理解反射和折射时的偏振光；理解双折射与光的偏振；理解波片、圆偏振光；理解偏振光的干涉和应用。第五篇 量子物理第十八章 早期量子论和量子力学基础（6学时） 理解热辐射、黑体辐射；理解普朗克能量子假说；理解光电效应核康普顿效应的实验规律；理解爱因斯坦的光子理论对这两个效应的解释，理解光的波粒二象性；理解氢原子光谱、玻尔理论；理解德布罗意假说；了解实物粒子的波粒二象性；了解电子衍射实验；理解波函数及其统计解释；理解不确定性关系；理解薛定谔方程；理解一维势阱；理解隧道效应；了解谐振子；理解电子的轨道角动量；理解电子的自旋；理解氢原子定态；了解多电子原子；了解关于量子力学的争论。第十九章 激光和固体的量子理论（2学时） 了解光的自发发射和受激发射-光放大；了解激光器原理；了解固体能带结构、半导体的导电机构、超导等。二、习题与作业1.每篇或每章要适当安排总结、复