大学物理教学大纲(2014)修订102学时

北京工商大学大学物理课程教学大纲University Physics课程编号 SCI4B3B001 SCI4B3B002适用专业 工科类各专业本科生总 学 时 51+51（延续17+17） 学分 3+3执 笔 人 陈晓白 审核人 徐登辉 李宝河编写日期 2014.1 院（系、部）签章一、课程的地位、作用和任务物理学是研究物质的基本结构、基本运动形式、相互作用的自然科学。它的基本理论渗透在自然科学的各个领域，应用于生产技术的许多部门，是其他自然科学和工程技术的基础。在人类追求真理、探索未知世界的过程中，物理学展现了一系列科学的世界观和方法论，深刻影响着人类对物质世界的基本认识、人类的思维方式和社会生活，是人类文明发展的基石，在人才的科学素质培养中具有重要的地位。以物理学基础为内容的大学物理课程，是我校机械、自动、电信、计算、食品、轻化、材料等理工科各专业学生一门重要的通识性、必修基础课。该课程所教授的基本概念、基本理论和基本方法是构成学生科学素养的重要组成部分，是科学工作者和工程技术人员所必备的。大学物理课程在为学生系统地打好必要的物理基础、培养学生树立科学的世界观、增强学生分析问题和解决问题的能力、培养学生的探索精神和创新意识等方面，具有其他课程不能替代的重要作用。通过大学物理课程的教学，应使学生对物理学的基本概念、基本理论和基本方法有比较系统的认识和正确的理解，为进一步学习打下坚实的基础。在大学物理课程的各个教学环节中，都应在传授知识的同时，注重学生分析问题和解决问题能力的培养，注重学生探索精神和创新意识的培养，努力实现学生知识、能力、素质的协调发展。二、课程的教学内容和基本要求大学物理分为大学物理（上）（课程编号SCI4B3B001）（51学时）和大学物理（下）（课程编号SCI4B3B002）（51学时），共102学时。课程的知识模块顺序和学时分配课程名称模块顺序知识模块学时大学物理（上）一力学1.力和运动152.运动守恒量和守恒定律3.刚体的转动二热学4.气体动理论125.热力学基础三机械振动和机械波6.机械振动127.机械波四波动光学8.光的干涉129.光的衍射10.光的偏振大学物理（下）五电学11.真空中的静电场3212.导体和电介质中的静电场磁学13.恒定电流的磁场14.磁介质中的磁场15.电磁感应,电磁场六近代物理基础16.相对论基础1917.量子物理基础18.应用专题第一篇 力学（15学时）1 力和运动教学内容：质点、参照系，位置矢量、位移、速度、加速度、切向加速度、法向加速度，运动方程，角位移、角速度、角加速度、角量和线量的关系，相对运动。牛顿运动定律、惯性、质量、力和惯性系。教学要求：(1)理解建立质点模型的科学研究方法的重要意义。(2)掌握位置矢量、位移、速度、加速度、角速度、角加速度等描述质点运动的物理量。会选用适当的参照系、坐标系，能借助直角坐标系计算质点一维、二维运动时的速度、加速度。(3)了解伽利略相对性原理和伽利略坐标、速度变换。了解相对运动。(4)掌握牛顿三定律的内容和适用条件。理解惯性、质量、力和惯性系的概念。掌握选隔离体进行受力分析的方法。理解常见力的规律，掌握牛顿定律解题的基本思路和方法，会用惯性系列牛顿方程并求解。会用微积分方法求解一维变力作用下质点的简单动力学问题。2 运动的守恒量和守恒定律教学内容：恒力的功、变力的功、功率、动能、动能定理，保守力、非保守力、势能、功能原理、机械能守恒定律。冲量、动量、动量定理、动量守恒定律、碰撞。质心、质心运动定理。质点的角动量、角动量定理、角动量守恒定律。教学要求：(1)掌握动量、冲量的概念。掌握动量定理和动量守恒定律及其适用条件。(2)掌握功、动能、势能概念，理解保守力做功的特点，会计算直线运动情况下变力的功。能熟练地计算重力势能、弹性势能，会计算引力势能。掌握动能定理、功能原理、机械能守恒定律及其适用条件。(3)了解质心的概念，理解质心运动定理。(4)只要求掌握质点运动的一维和二维问题。碰撞只要求理解完全弹性碰撞和完全非弹性碰撞。3 刚体的定轴转动教学内容：刚体，刚体的平动，刚体的定轴转动，刚体的角动量、转动动能、转动惯量，力矩、转动定律，转动动能，刚体的角动量定理和角动量守恒定律，进动。教学要求：(1)理解刚体模型，了解转动惯量的概念。(2)掌握力矩的概念，理解刚体定轴转动定律及其适用条件。(3)理解角动量的概念，理解角动量定理和角动量守恒定律及其适用条件。(4)了解进动的概念。第二篇 热学（12学时）4气体动理论教学内容：气体的状态参量、平衡态和平衡过程，理想气体状态方程，理想气体的压强公式、温度公式，能量按自由度均分定理、理想气体的内能，麦克斯韦速率分布、平均速率、方均根速率、最概然速率，气体的平均碰撞频率和平均自由程。教学要求：(1)理解平衡态的概念。(2)阐明统计方法，说明宏观量和微观量的区别与联系，理解热力学系统的宏观性质是分子热运动的统计表现。掌握压强、温度、内能等概念的实质和统计意义。理解压强公式和温度公式。(3)理解理想气体的分子模型。理解气体分子的平均能量按自由度均分定理，掌握理想气体的内能。(4)了解麦克斯韦速率分布率、速率分布函数和速率分布曲线的物理意义。理解分子运动的算术平均速率、方均根速率、最概然速率及应用。(5)了解气体分子的平均碰撞频率和平均自由程的概念。5热力学基础教学内容：内能、功、热量，热力学第一定律及其在理想气体等体、等压、等温和绝热四种准静态过程中的应用，气体的摩尔热容，循环过程、卡诺循环、卡诺定理、热机效率，热力学第二定律、可逆过程和不可逆过程、熵、熵增加原理。教学要求：(1)掌握内能、功和热量的概念，理解准静态过程。掌握热力学第一定律及其应用。掌握理想气体等体、等压、等温和绝热过程中的功、热量、内能改变的计算。能分析、计算理想气体简单循环的效率。(2)了解热力学第二定律的两种表述及其等价性，了解可逆过程和不可逆过程。(3)了解热力学第二定律的统计意义。了解熵、熵的玻耳兹曼表达式和熵增加原理。第三篇 机械振动和机械波（12学时）6 机械振动教学内容：简谐振动方程、振幅、周期、频率、圆频率、相位，旋转矢量法，简谐振动的能量，阻尼振动、受迫振动、共振，同方向同频率谐振动的合成、同方向不同频率谐振动的合成。教学要求：(1)掌握简谐振动的基本特征，掌握振幅、周期、频率、圆频率、相位的概念。能建立一维简谐振动的微分方程。会根据初始条件求出一维谐振动的运动方程。(2)理解旋转矢量法，会用旋转矢量分析简谐振动问题。(3)了解阻尼振动、受迫振动和共振现象。(4)理解同方向同频率简谐振动合成的规律，了解拍现象。7 机械波教学内容：弹性媒质中机械波的产生和传播，纵波和横波，波速、频率、波长及它们之间的关系，平面简谐波的波动方程，机械波的能量、能流和能流密度，惠更斯原理，波的衍射，波的叠加原理、相位差、半波损失、波的干涉、驻波，多普勒效应。教学要求：(1)理解弹性媒质中机械波产生和传播的条件，掌握波的概念，理解纵波和横波。掌握波速、频率、波长之间的关系。理解波动方程，能根据已知条件建立平面简谐波方程。(2)理解波函数的物理意义及波形曲线。(3)理解机械波中能量传播和变化的规律。了解能流和能流密度的概念。(4)了解惠更斯原理。(5)理解波的迭加原理和波的相干条件，能用相位差和波程差分析和确定相干叠加的加强和减弱条件。(6)了解驻波及其形成条件、了解驻波的特点，能确定波节和波腹的位置。了解半波损失。(7)了解多普勒效应及其产生原因，在波源或观察者单独相对媒质运动且运动方向沿二者连线的情况下，能用多普勒频移公式进行计算。第四篇 波动光学（12学时）8光的干涉教学内容：光源、光的单色性和相干性、相干光的获得，杨氏双缝干涉，光程、光程差，等厚干涉、等倾干涉，迈克尔逊干涉仪。教学要求：(1)了解光源的性质，理解光的单色性和相干性及获得相干光的方法。(2)掌握相干条件。理解半波损失。掌握光程的概念及光程差和相位差的关系。(3)会分析扬氏双缝干涉和等厚干涉，了解等倾干涉，了解迈克尔逊干涉仪的原理。9光的衍射教学内容：惠更斯菲涅耳原理、单缝衍射、光栅衍射、光学仪器的分辨率、X光衍射。教学要求：(1)了解惠更斯菲涅耳原理。理解单缝夫朗禾费衍射的规律，了解用半波带法分析条纹明暗的方法，会分析缝宽和波长对衍射条纹的影响。(2)理解光栅衍射的规律和缺级条件，会确定光栅衍射谱线位置，会分析光栅常数和波长对光栅衍射谱线分布的影响。(3)了解光学仪器的分辨率和x射线衍射。10光的偏振教学内容：自然光和偏振光，线偏振光的获得和检验，反射光和折射光的偏振、布儒斯特定律，马吕斯定律。教学要求：(1)理解自然光和线偏振光的概念及其基本特征。理解线偏振光的产生和检验。(2)理解布儒斯特定律和马吕斯定律。第五篇 电磁学（32学时）11真空中的静电场教学内容：电荷、电荷守恒定律，库仑定律，静电场、电场强度、电力线、电场强度叠加原理、电场强度的计算，电偶极子，电通量、真空中的高斯定理，静电场力的功、静电场的环路定理、电势能、电势、电势叠加原理、电势差，等势面。教学要求：(1)掌握库仑定律、电场强度的概念、电场强度的叠加原理。掌握电势的概念、电势叠加原理。会应用叠加原理，利用积分计算一些典型、简单问题中的电场强度和电势。(2)理解静电场的性质、静电场的高斯定理和环路定理，了解它们在电磁学中的地位，理解用高斯定理计算电场强度的条件和方法。(3)了解电偶极矩的概念，能分析电偶极子在均匀电场中的受力和运动。12. 导体和电介质中的静电场教学内容：导体的静电平衡、静电屏蔽、电介质的极化、电位移，各向同性电介质中电位移矢量D与电场强度E的关系，介质中的高斯定理，电容、电场能量和电场能量密度。教学要求：(1)会分析和计算简单形状的导体或导体组处于静电平衡时的电荷分布、电场强度分布和电势分布。理解导体的静电平衡条件及电荷分布特点。了解静电屏蔽现象。(2)了解各向同性电介质中电位移矢量D与电场强度E的关系与区别。能应用介质中的高斯定理计算简单对称分布的各向同性介质中的电位移和场强。(3)理解电容的概念，了解电容器串联和并联的特点。(4)了解电场的物质性。了解简单情况的电场能量。13.恒定电流的磁场教学内容：磁感应强度，磁场线，磁感应强度叠加原理，磁通量。毕萨定律，磁高斯定理，安培环路定理。洛仑兹力，磁场对载流导线的作用，磁场对平面载流线圈的作用。磁矩。教学要求：(1)掌握磁感应强度的概念。理解毕一萨定律，能用磁场叠加原理计算一些典型、简单电流分布的磁感应强度。(2)理解磁场的高斯定理和安培环路定理。理解用安培环路定理计算磁感应强度的方法和条件。(3)理解安培定律和洛仑兹力，能计算载流直导线和简单平面载流线圈在磁场中受的磁场力和力矩，会分析和计算运动点电荷在均匀磁场中的受力和运动。14磁介质中的磁场 教学内容：磁介质的分类，磁介质的磁化，磁介质的特性。磁场强度、各向同性磁介质中磁场强度H和磁感应强度B的关系，介质中的安培环路定理。(1)了解磁介质磁化的微观机制、了解铁磁质的特性。(2)了解均匀各向同性磁介质中磁场强度的定义，了解磁介质中的安培环路定理，能用介质中的安培环路定理计算简单问题。15电磁感应与电磁场教学内容：法拉第电磁感应定律，楞次定律，电磁感应现象，动生电动势和感生电动势，涡旋电场，自感和互感，磁场能量和能量密度，位移电流、麦克斯韦方程组的积分形式，电磁波的产生和性质。教学要求：(1)理解电动势的概念。(2)掌握法拉第电磁感应定律和楞次定律，了解电磁感应现象与能量守恒的关系。理解动生电动势，了解感生电动势，会计算较简单情况的动生和感生电动势。(3)了解自感与互感现象，会进行简单计算。了解磁场的能量。(4)了解涡旋电场、位移电流的概念。了解麦克斯韦方程组的积分形式及其物理意义。了解电磁波的基本性质及电磁场的物质性。第六篇 近代物理基础（19学时）16狭义相对论教学内容：狭义相对论的两个基本原理，洛仑兹变换，狭义相对论的时空观，同时的相对性，长度缩短，时间膨胀，相对论质速关系，质能关系。要求：(1)了解爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设和洛仑兹变换。正确理解狭义相对论的时空观及其与经典力学时空观的差异。(2)理解狭义相对论的质速关系、质能关系。(3)会分析、计算较简单的有关长度缩短、时间膨胀的问题。会运用质速、质能公式计算简单问题。17量子物理基础教学内容：热辐射，绝对黑体，斯芯藩玻尔兹曼定律，维恩位移定律，普朗克假设。光电效应的实验规律，光子假设，爱因斯坦光电效应方程，光的波粒二象性。氢原子光谱的实验规律，玻尔的氢原子理论及其意义和局限性。德布罗意物质波假设，微观粒子的波粒二象性，波函数及其统计解释，不确定关系。薛定谔方程，一维无限深势阱，量子力学的氢原子理论，电子自旋，泡利不相容原理，能量最小原理，原子壳层结构。教学要求：(1)了解热辐射规律。(2)理解光电效应的实验规律，会利用爱因斯坦光电效应方程做简单计算。理解光的波粒二象性。(3)理解普朗克假设、爱因斯坦光子假设、玻尔量子化假设在近代物理发展中的地位和意义。(4)了解德布罗意的物质波假设及电子衍射实验，了解实物粒子的波粒二象性。(5)理解描述粒子波动性和粒子性的物理量间的关系。(6)了解一维坐标和动量的不确定关系，会用不确定关系进行简单估计计算。(7)理解氢原子光谱的实验规律、波尔的氢原子理论，了解其意义和局限性。(8)了解波函数及其统计解释。了解一维定态薛定谔方程及其对一维无限深势阱的应用。(9)了解角动量量子化及空间量子化，了解斯特恩盖拉赫实验及电子自旋。(10)了解描述原子中电子运动状态的四个量子数，了解泡利不相容原理和原子壳层结构。18自选内容：（属于了解内容）参考题目：(1)激光的形成、激光的特性及其重要应用。(2)固体的能带理论，半导体的特性。(3)红外辐射及其在工业中的应用。(4)原子核衰变与同位素及其在工业中的应用。教师可根据物理学的发展和最新成果确定讲授内容。三、课程教学的要求1在教学中要注意培养学生独立阅读与本课程有关的参考书刊的能力，要求能够理解内容写出心得体会。注意讲解力、热、电、光等不同部分研究方法的异同，注重研究方法的教学，引导学生从整体上把握学习内容，提高自学能力。2注意讲解物理学的科学研究思想和方法，提高学生的抽象思维能力。帮助学生建立正确的物理图象，培养学生的形象思维能力。3注意总结各部分之间的联系，使学生具有转移问题的能力及灵活的思维能力。4加强物理分析方法的教学，引导学生把物理问题经过分析转化为数学问题来解决，训练学生用高等数学解决物理问题的能力，学会解决问题的方法。5介绍物理原理在工程技术中的应用，培养学生从实际出发提出问题、分析问题和解