大学物理C课程教学大纲

大学物理C课程教学大纲英文名称: College Physics课程编码：B105019，B105020课内教学时数： 45+45学时，其中课堂讲授84学时，其他6学时。学分：2.5+2.5学分适用专业：化工、生物、食品类开课单位：理学系撰写人：汤庆国审核人：葛立新修订时间：2008年8月一、课程的性质和任务以物理学基础为内容的大学物理课程，是高等学校理工科各专业学生一门重要的通识性必修公共基础课。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，是一个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、课程教学内容的基本要求、重点和难点第一单元 力学 基本要求（1）掌握位置矢量、位移、速度、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熟练地计算质点在平面内运动时的速度和加速度。能熟练地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。（2）掌握功的概念。能熟练地计算直线运动情况下变力的功。掌握保守力作功的特点及势能的概念，会计算势能。（3）掌握质点的动能定理和动量定理，并能用它们分析、解决质点在平面内运动时的简单力学问题。（4）掌握机械能守恒定律、动量守恒定律以及它们的适用条件。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）了解运动的相对性，能分析与平动有关的相对运动问题。 教学重点 掌握位置矢量、位移、速度、加速度等物理量；掌握并灵活运用动量定理、动能定理，变力的功。 教学难点 运动学中各物理量的矢量性，将微积分和矢量运算方法应用与力学；变力作用下牛顿定律的应用；两个运动定理及其守恒定律的应用；综合性力学问题的分析求解。 教学内容位置矢量、位移、速度、加速度、运动方程。运动迭加原理。平面曲线运动的切向加速度和法向加速度。相对运动。质点与质点系的动量定理和动量守恒定律。变力的功。动能定理。保守力与非保守力，势能。功能原理。机械能守恒定律，能量守恒定律。第二单元 热学 基本要求 （1）能从宏观和统计意义上理解气体的压强、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 。理解热力学第零定律。（2）理解理想气体的压强公式以及他们的物理意义。通过推导气体压强公式，了解从提出模型至进行统计平均的方法，建立宏观量与微观量的联系到阐明宏观量微观本质的思想和方法。（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三种统计速率的意义。（4）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）理解准静态过程。掌握功和热量的概念。掌握热力学第一定律。能熟练地分析、计算理想气体各等值过程和绝热过程中的功、热量、内能改变量。能计算热机效率及卡诺循环的效率。（6）理解可逆过程和不可逆过程。理解热力学第二定律的两种表述，了解这两种叙述的等价性。 教学重点 理想气体的压强和温度的微观本质；能量均分定理；理想气体的内能；热力学第一定律及其在理想气体各等值过程和绝热过程中的应用。 教学难点 微观统计平均值与宏观参量的联系；计算理想气体各等值过程和绝热过程中的功、热量、内能改变量。 教学内容气体的状态参量。平衡态、准静态过程。理想气体的状态方程。热力学第零定律。内能、功、热量、热力学第一定律。理想气体的三个等值过程和绝热过程。理想气体的定压摩尔热容、定体摩尔热容。循环过程、热机效率、制冷系数、卡诺循环及效率。热力学第二定律的两种表达。可逆过程、不可逆过程。卡诺定理。分子运动论基本概念。理想气体的压强和温度公式。能量按自由度均分定理。理想气体的内能。麦克斯韦速率分布率、分布函数和分布曲线。气体分子热运动的三种统计速率。第三单元 电磁学 基本要求 （1）掌握静电场的电场强度和电势的概念以及场强和电势的叠加原理。掌握电势与场强的积分关系，能计算一些简单问题中的场强和电势。（2）理解静电场的规律：高斯定理和环路定理。掌握并能熟练应用高斯定理计算场强的条件和方法；理解静电平衡的条件，了解导体存在时电场和电荷分布；了解静电屏蔽现象及应用。了解电介质中的高斯定理。（3）掌握磁感应强度的概念及毕奥萨伐尔定律，能计算一些简单问题中磁感应强度。（4）理解稳恒磁场的规律：磁场高斯定理和安培环路定理，掌握应用安培环路定理计算磁感应强度的条件和方法，并能熟练应用。（5）理解安培定律和洛仑兹力公式。能分析点电荷在均匀电磁场（包括纯电场、纯磁场）中所受的力和运动的简单情况。了解霍尔效应及其应用。（6）了解铁磁质的特性及应用。（7）理解电动势的概念。（8）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概念和规律。（9）理解电容，自感系数和互感系数的定义及其物理意义。（10）了解电磁场的物质性。了解电能密度，磁能密度的概念。（11）了解涡旋电场，了解电磁波谱。 教学重点 电场强度和电势的概念；应用叠加原理、高斯定理计算带电体的场强；利用电势的定义和叠加原理计算带电体的电势；导体处于静电场中所显示的各种特性，并利用这些特性对导体的电荷分布、电势进行计算；磁感应强度的计算以及对稳恒磁场的基本规律的理解；法拉第电磁感应定律与楞次定律的物理意义及其应用。 教学难点 叠加原理和高斯定理的理解及其应用；导体处于静电场中电荷分布和电势的计算。感生电动势的计算。 教学内容库仑定律、电场强度、场强叠加原理。电场强度的计算。电通量。真空中的高斯定理及其应用。电场力的功、静电势能、电势、电势差。电势叠加原理，电势的计算。静电场的环路定理。导体的静电平衡。有电介质存在时的电场及高斯定理。电容，电容器。电场的能量，能量密度。磁感应强度。毕奥萨伐尔定律、磁感应强度叠加原理。磁通量。磁场中的高斯定理。安培环路定理及其应用。洛仑兹力。安培定律。电荷在电磁场中的运动。霍尔效应及其应用。物质的磁性、铁磁质。法拉第电磁感应定律、动生电动势、感生电动势、涡旋电场。自感和互感。磁场的能量、能量密度。第四单元 振动和波 基本要求 （1）掌握描述简谐运动和简谐波的各物理量（特别是相位）的物理意义及各量之间的相互关系。（2）掌握简谐运动的基本特征。能建立弹簧振子或单摆谐振动的微分方程。能根据给定的初始条件写出一维谐振动的运动方程，并理解其物理意义。（3）掌握旋转矢量法，并能用其分析有关问题。（4）掌握两个同方向、同频率简谐运动的合成规律，以及合振动振幅极大和极小的条件。（5）理解机械波产生的条件。掌握根据已知质点的谐振动方程建立平面简谐波波动方程的方法，以及波动方程的物理意义。理解波形图线。了解波的能量特征及能流，能流密度等概念。（6）理解惠更斯原理和波的叠加原理。了解波的衍射现象。掌握波的相干条件。能应用相位差或波程差概念分析和确定相干波叠加后振幅加强和减弱的条件。 教学重点 描述简谐运动和简谐波的各物理量，简谐振动方程的建立；旋转矢量法；同方向、同频率的简谐运动的合成；波的传播规律，波动方程的物理意义；波的干涉现象和规律。 教学难点 谐振动方程的建立和特征量的确定；波动方程的建立，波的干涉规律。 教学内容简谐运动。简谐运动的运动学和动力学方程。频率、圆频率、周期和相位。旋转矢量法及其应用。简谐运动的能量。同方向、同频率的简谐运动的合成。机械波产生的条件。纵波和横波。波长、波的周期和频率、波速。平面简谐波波动方程、波形图线。波的能量。能流，能流密度。惠更斯原理。波的叠加原理。波的衍射，波的干涉。第五单元 波动光学 基本要求 （1）理解光的相干性及获得相干光的方法。掌握光程的概念以及光程差和相位差的关系。理解半波损失。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。（2）了解惠更斯菲涅耳原理。掌握分析单缝夫琅禾费衍射明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）了解圆孔衍射的规律，掌握光学仪器分辨率的计算。（4）理解光栅衍射公式。会确定光栅衍射谱线的位置，会分析光栅常数及波长对光栅衍射谱线分布的影响。（5）理解自然光和线偏振光。掌握偏振光的获得方法和检验方法。理解布儒斯特定律及马吕斯定律。 教学重点 杨氏双缝干涉、薄膜等厚干涉的有关原理和应用；单缝衍射、光栅衍射的基本原理和应用；马吕斯定律。 教学难点 干涉条纹的规律及位置的计算；光栅衍射的成因及特点。 教学内容相干光，杨氏双缝干涉实验，光程，半波损失。薄膜等厚干涉。光的衍射现象。惠更斯-菲涅耳原理。单缝衍射，圆孔衍射，光学仪器分辨率，光栅衍射，光栅光谱。自然光和偏振光，偏振光的获得和检验。马吕斯定律。反射和折射光的偏振。布儒斯特定律。第六单元 近代物理 基本要求 （1）了解黑体辐射及其实验规律，了解普朗克能量量子化假设。理解光电效应和康普顿效应的实验规律，以及爱因斯坦的光子理论对光电效应的解释，理解光的波粒二象性。（2）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。（3）了解测不准关系。（4）了解波函数及其统计解释。了解一维定态的薛定谔方程。 教学重点 普朗克能量量子化假设；德布罗意的物质波假设；实物粒子的波粒二象性；测不准关系。 教学难点 对光电效应和康普顿效应实验规律的解释；测不准关系。波函数及其统计解释。 教学内容黑体辐射。普朗克量子假设。光电效应、光子。康普顿效应。德布罗意波及电子衍射实验。实物粒子的波粒二象形。测不准关系。三、课程学时分配教学单元内容总学时学时安排讲授实验上机课程设计其它1力学121022热学14143电磁学28284振动和波12125波动光学141226近代物理1082四、实践性教学环节项目的教学要求及教学时间安排与本课程同步开设有大学物理实验，实验项目和教学要求详见大学物理实验大纲。五、本课程与其它课程的联系先修课程：高等数学。相关课程：大学物理实验。六、本课程的特点及教法、学法建议本课程以课堂讲授为主，采用启发式教学法。教学中充分利用录像、演示实验及多媒体等手段。为加强学生对所学内容的理解，掌握解题方法、技巧，教师应推荐相应的参考书，课后留作业，按时辅导答疑。学生课前应预习，上课认真听讲，适当记笔记，课后及时复习，独立完成作业。注意知识之间的联系，利用类比、推理、归纳等方法理解和记忆物理规律。七、考核类型、考核方式与成绩评定 考核类型：考试。 考核方式与成绩评定：1、考核方式：本课程采用期末考试（闭卷笔试）与平时成绩相结合的方式进行考核。2、课程考核的成绩评定：以百分制计分，最终成绩的构成为平时成绩占40%、期末考试成绩占60%。3、期末考试命题要求：集体命题，集体阅卷。笔试命题要有一定的题量以及知识点覆盖面，并要体现重点；试题的难度要求及其比例为：识记占20%、理解占30%、掌握与应用占40%，分析与综合占10%。根据本课程的特点，建议命题采用选择、填空、计算等题型。八、建议使用教材及主要教学参考资料 教材：物理学教程，马文蔚，高等教育出版社，2006年11月，第二版。 主要教学参考资料：1、普通物理学，程守洙、江之永，高等教育出版社，2006年12月，第六版。2、物理学，祝之光，高等教育出