大学物理(工设)教学大纲.docx

大学物理（工设）课程教学大纲 College Physics for Industrial Design课程负责人： 执笔人:杨祥鹏 编写日期： 一、课程基本信息1.课程代码： 2.学分：43.学时：644.适用专业：工业设计各专业二、课程教学目标及学生应达到的能力（一）课程的教学任务大学物理课的教学任务，一方面在于为学生较系统地打好必要的物理基础；另一方面使学生初步学习科学的思想方法和研究问题的方法。这些都起着开阔思路、激发探索和创新精神、增强适应能力、提高人文素质的重要作用。学好大学物理课，不仅对学生在校的学习十分重要，而且对学生毕业后的工作和进一步学习新理论、新技术、不断更新知识，都将发生深远的影响。（二）课程的知识目标使学生对物理学的基本内容有一定的理解，对物质的各种运动形式的物理图像有一定的认识，对物理学的现代发展和成就以及物理学在工程技术中的应用有初步的了解。为学生今后进一步学习专业知识，适应新工艺、新技术、新材料的发展，承担有关工艺、技术及管理工作打下必要的物理基础。（三）课程的能力目标通过向学生传授物理学的基本知识，使学生的科学思维能力、应用数学解决物理问题的能力、自学能力等诸多方面得到初步但却是严格的训练，从而提高学生提出问题、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，努力实现学生知识、能力、素质的协调发展。 （四）课程的素质目标开阔思路，激发学生的探索和创新精神，提高学生的科学文化素养；帮助学生建立辨证唯物主义世界观。培养科学思想、探索和创新精神，提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，同时对物理学的近代发展和成就及物理学在工程技术中的应用有所了解。三、课程教学内容与基本要求第一篇 力学（30课时）第一章 质点运动学（8课时）第二章 动力学基本定律（10课时）第三章 刚体动力学和流体力学（10课时）第四章 狭义相对论（2课时）1.基本要求：重点为位矢、位移、速度、加速度、角速度和加速度等描述质点运动和运动变化的物理量。计算质点作圆周运动时的角速度、角加速度、切向加速度和方向加速度。功的概念，计算直线运动情况下变力的功。机械能守恒定律、动能守恒定律，运用守恒定律分析问题的思想和方法，简单系统在平面内运动的力学问题。难点为用微积分方法求解一维变力作用下的简单质点动力学问题；计算直线运动情况下变力的功。课程教学要求：1.掌握位矢、位移、速度、加速度、角速度和加速度等描述质点运动和运动变化的物理量。能借助直角坐标系，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、切向加速度和方向加速度。2.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的简单质点动力学问题。3.掌握功的概念，能计算直线运动情况下变力的功。理解保守力作功的特点及势能的概念，会计算重力、弹性力和万有引力势能。4.掌握质点的动能定理和动量定理，通过质点在平面内运动情况理解角动量（动量矩）和角动量守恒定律，并能用它们分析、解决质点在平面内运动时的简单力学问题。掌握机械能守恒定律、动能守恒定律，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。5.了解守恒定律与对称性在物理学中的地位。6.了解转动惯量概念。理解刚体绕定轴转动的转动定律和刚体绕定轴转动情况下的角动量守恒定律。7.了解流体力学及伯努利方程。 2.课外学习要求3.作业及要求：习题4.教学方法：课堂讲授第二篇气体动理论及热力学（8课时）第五章 热力学基础（4课时）第六章 气体动理论（4课时）1.基本要求：重点为理想气体的压强公式和温度公式。从宏观和统计意义上理解压强、温度、内能等概念。麦克斯韦速率分布律及速率分布函数和速率分布曲线。气体分子平均能量按自由度均分定理以及用该定理计算理想气体的定压热容、定容热容和内能。热力学第一定律。分析、计算理想气体等容、等压、等温过程和绝热过程中的功、热量、内能改变量及卡诺循环等简单循环的效率。难点为麦克斯韦速率分布律及速率分布函数和速率分布曲线。用气体分子平均能量按自由度均分定理计算理想气体的定压热容、定容热容和内能。热力学第一定律。熵及熵增加原理。课程教学要求：1.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的联系，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。2.了解气体分子平均碰撞频率及平均自由程。3.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。4.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，并会应用该定理计算理想气体的定压热容、定容热容和内能。5.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、计算理想气体等容、等压、等温过程和绝热过程中的功、热量、内能改变量及卡诺循环等简单循环的效率。6.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。 2.课外学习要求3.作业及要求：习题4.教学方法：课堂讲授第三篇电磁学（16课时）第七章 静电场（4课时）第八章 静电场中的导体和电介质（4课时）第九章 恒定磁场（4课时）第十章 变化的电磁场（4课时）1.基本要求：重点为静电场的电场强度和电势。电势与电场强度的积分关系。一些简单问题中的电场强度和电势的计算。高斯定理和环路定理。难点为电势与电场强度的积分关系。用高斯定理计算电场强度的条件和方法。用环路定理计算电场强度的条件和方法。1.掌握静电场的电场强度和电势的概念以及电场强度的迭加原理和电势迭加原理。2. 掌握电势与电场强度的积分关系。计算一些简单问题中的电场强度和电势。3.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。4.了解电容及电容器，电介质的极化，静电场的能量。 课程教学要求： 1.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。2.了解自感系数和互感系数。3.理解稳恒磁场的规律：磁场高斯定理和安培环路定理。理解用安培环路定理计算磁感应强度的条件和方法。4.理解安培环路定理和洛伦兹力公式。了解电偶极矩和磁矩的概念。能计算电偶极子在均匀电场中，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直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电磁场（包括纯电场、纯磁场）中的受力和运动。5.了解介质的极化、磁化现象及其微观解释。了解铁磁质的特性。了解各向同性介质的之间的关系和区别。了解介质中的高斯定理和安培环流定理。6.掌握法拉第电磁感应定律。理解电动势的概念。理解动生电动势及感生电动势的本质。7.了解电能密度、磁能密度的概念。8.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。2.课外学习要求3.作业及要求：习题4.教学方法：课堂讲授第四篇 振动和波动（8课时）第十一章 振动和波动（4课时）第十二章 波动光学（4课时）1. 基本要求：第十一章 振动和波动重点为旋转矢量法。简谐振动的基本特征和建立一维简谐振动的微分方程。由已知质点的简谐振动方程得出平面简谐波的波函数的方法及波函数的物理意义。波形图线。难点为旋转矢量法；能根据给定的初始条件写出一维简谐振动的运动方程； 第十二章 波动光学重点为获得相干光的方法。光程的概念以及光程差和相位差的关系。杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉条纹。惠更斯菲涅耳原理。单缝夫琅禾费衍射暗纹分布规律的方法。光栅衍射公式。布儒斯特定律及马吕斯定律。难点为光程的概念以及光程差。杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉条纹。惠更斯菲涅耳原理。光栅衍射公式及其应用。马吕斯定律。 课程教学要求：第十一章 振动和波动1.掌握描述简谐振动和简谐波的各物理量（特别是相位）及各量间的关系。2.掌握旋转矢量法。3.掌握简谐振动的基本特征，能建立一维简谐振动的微分方程，能根据给定的初始条件写出一维简谐振动的运动方程，并理解其物理意义。4.理解同方向、同频率两个简谐振动的合成规律。5.理解机械波产生的条件。掌握由已知质点的简谐振动方程得出平面简谐波的波函数的方法及波函数的物理意义。理解波形图线。第十二章 波动光学1.理解获得相干光的方法。掌握光程的概念以及光程差和相位差的关系。能分析、确定杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉条纹的位置，了解迈克耳逊干涉仪的工作原理。2.了解惠更斯菲涅耳原理。理解分析单缝夫琅禾费衍射暗纹分布规律的方法。会分析缝宽及波长对衍射条纹分布的影响。3.理解光栅衍射公式。4.理解自然光和线偏振光。理解布儒斯特定律及马吕斯定律。 2.课外学习要求3.作业及要求：习题4.教学方法：课堂讲授第五篇近代物理（2课时）第十三章 广义相对论（1课时）第十四章 量子物理（1课时）1基本要求：重点为爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设。洛仑兹坐标变换。牛顿力学中的时空观和狭义相对论中的时空观以及二者的差异。狭义相对论中的质量和速度的关系，质量和能量的关系。固体能带的形式。半导体。难点为爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设。牛顿力学中的时空观和狭义相对论中的时空观以及二者的差异。课程教学要求：1.狭义相对论基础（1）了解爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设。（2）了解洛仑兹坐标变换。了解狭义相对论中同时性的相对性，以及长度收缩和时间膨胀的概念。了解牛顿力学中的时空观和狭义相对论中的时空观以及二者的差异。（3）了解狭义相对论中的质量和速度的关系、质量和能量的关系。2.量子物理基础（1）理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论。（2）理解康普顿效应的实验规律，以及爱因斯坦的光子理论对这个效应的解释，理解光的波粒二象性。（3）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。（4）理解描述物质波动性的物理量（波长、频率）和粒子性的物理量（动量、能量）间的关系。（5）了解波函数及其统计解释。了解一维定态的薛定谔方程。课程教学内容：（八）现代电子工业、计算机、机械制造、工程技术的物理基础专题（属于了解要求）课程的重点、难点：重点为现代电子工业、计算机、机械制造、工程技术的物理基础。课程教学要求：了解现代电子工业、计算机、机械制造、工程技术的物理基础。四、课程的考核模式 本课程考核形式为闭卷，统一命题，流水阅卷。 评价标准：期末成绩占，平时成绩占。平时成绩包括期中考试、平时测验、作业、提问等内容。五、本课程与其他课程的联系（先修与后续课程） 先修课程：高等数学 后续课程：理论力学、材料力学、电工学、结构力学、工程力学、及机械类和工业设计类等多种课程的基础。六、课程说明（“四线”、“四点”）课程四点： 1.记忆点和理解点：作为一门课程有其特殊的需要记忆与理解的知识点和理论知识，如力学、电学、声学、原子物理等都属于需要记忆和理解的知识点。 2.实用点：了解各种理想物理模型并能够根据物理概念、问题的性质和需要，抓住主要的因素，略去次要要素，对所研究的对象进行合理的简化。 会运用物理学的理论、观点和方法、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。 3、工艺点：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。它的基本理论渗透到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。课程四线： 1.历史线：现代物理学的发端是从牛顿力学开始。 2.价值线：大学物理课是在低年级开设的课程，它在使学生树立正确的学习态度，掌握科学的学习方法，培养独立获取知识的能力，以尽快适应大学阶段的学习规律等方面所起的作用也是十分重要的。大学物理课在培养学生辩证唯物主义世界观方面也起着一定的作用。 3.哲