普通物理教学大纲

一 课程的地位与作用 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形式及 其相互转化规律的学科 它的基本理论渗透到自然科学的许多领域 它是工程技 术的基础 大学物理课是高等院校理工科各专业学生的一门重要的必修基础课 开设大学物理课 一方面是为学生系统的学习研究打好必要的物理基础 另 一方面也是让学生学习科学的思想方法和研究问题的方法 学好大学物理课对学 生以后的工作以及对新理论 新知识 新技术的进一步学习有着重大的影响 二 课程的教学目标与基本要求 1 教学目标 通过本课程的课堂教学 辅导答疑 批改作业等教学环节的实施 让学生在以下方面得 到培养 1 树立实事求是的科学态度和辩证唯物主义的世界观 2 抽象思维能力 学会模型 抽象的思维方法 会根据具体条件 抓住主要矛盾 忽略次要因素 对研究对象作出合理的简化 3 自学能力 能独立地阅读教材 参考书及有关文献资料 并能在理解主要内容的 基础上写出条理比较清楚的阅读笔记及小结 4 分析问题和解决问题的能力 学生在碰到问题后 能较深入细致地分析问题的条 件和实质 运用所学过的物理概念和规律 寻找解决问题的思路和合适的方案 5 运算能力和判断正误的方法 会运用已掌握的数学工具 计算并估算一般难度的 物理问题 并能把典型数据结果在量级上加以比较 对结果的合理性作出判断 6 必须获得作为一个高级工程技术人员所必不可少的物理基础知识 2 基本要求基本要求 1 本课程大纲内容要求在 144 学时内实施完成 适用于应用物理专业 光信息科学 与技术专业 2 本课程分别在第二和第三学期实施 3 要求学生课前要预习 认真听课 积极思考和参与讨论 课后复习 独立完成作 业 1 表示重点 表示难点 三 课程内容 第一篇第一篇 力学基础力学基础 1 质点运动学 1 1参照系 质点 运动方程 参照系 坐标系 质点 矢径 运动方程 轨道方程 1 2位移 速度和加速度 位移 平均速度 瞬时速度 平均加速度 瞬时加速度 速率 1 3平面曲线运动 切向加速度 法向加速度 角位移 角速度 角加速度 1 4相对运动 位移的相对性 速度的相对性 2 质点动力学 2 1牛顿运动定律 自学 惯性参照系 牛顿第一运动定律 牛顿第二运动定律 牛顿第三运动 定律 2 2 力学中的单位制和量纲 2 3 机械功和功率 功 瞬时功率 2 4动能 动能定理 质点动能定理 质点系动能定理 2 5势能 机械能守恒定律 重力势能 弹性势能 保守力 功能原理 机械能守恒与转化定律 能量守恒与转化定律 2 6 动量 冲量 动量定理 2 6动量守恒定律 火箭飞行原理 2 7质心 质心运动定理 2 8质点的角动量 角动量守恒定律 2 9 质点系的角动量守恒定律 阅读 3 刚体的转动 3 1刚体的平动 转动和定轴转动 刚体 平动 转动 定轴转动 角速度矢量 3 2转动动能 转动惯量 转动动能 转动惯量 平行轴定理和垂直轴定理 阅读 3 3力矩 转动定律 2 3 4矩的功 转动动能定律 力矩 力矩的功 定轴转动中的转动动能定律 3 5角动量和冲量矩 角动量守恒定律 质点的角动量 质点的角动量定理 刚体的角动量 冲量矩 角动 量定理 角动量守恒定律 第二篇第二篇 机械振动和波机械振动和波 4 机械振动 4 1简谐振动 简谐振动运动学特征 简谐振动动力学分析 简谐振动方程 简 谐振动过程中的位移 速度 加速度 简谐振动过程中的振幅 角频率 频率 位相 相位 周相 初位相 4 2谐振动的旋转矢量表示法 相位差 同相和反相 旋转矢量表示法 4 3谐振动的能量 4 4谐振动的合成 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 拍及 拍频 4 5阻尼振动 受迫振动 共振 4 6谐振分析 5 机械波 5 1机械波的产生与传播 机械波 纵波和横波 波阵面 波线 平面波和球面波 波长 波的 周期和频率 波速 5 2平面简谐波的波动方程 平面简谐波 平面简谐波波动方程 5 3波的能量 能流密度 波的能量 能量密度 能流 能流密度 波的强度 波的吸收 5 4惠更斯原理及其应用 5 5波的叠加原理 波的干涉 波的叠加原理 波的干涉现象 波的干涉条件 5 6驻波 驻波 波节 波腹 驻波方程 半波损失 5 7多普勒效应 5 8声波 第三篇第三篇 热学热学 6 气体动理学理论 6 1理想气体的状态方程 热力学系统 平衡态 状态参量 温度 理想气体的状态方程 3 6 2理想气体的压强和温度公式 理想气体的微观模型 理想气体的压强公式 理想气体分子的平均平 动动能 理想气体的温度公式 方均根速率 6 3能量均分定理 理想气体的内能 自由度 理想气体分子的自由度 能量按自由度均分定理 6 4麦克斯韦分子速率分布定律 速率分布 速率分布函数 归一化条件 麦克斯韦速率分布函数 麦克斯韦速率分布律 最概然速率 平均速率 方均根速率 分子速率分布的实验测定 6 5玻耳兹曼分布律 6 6气体分子的平均碰撞频率和平均自由程 6 7气体内的迁移现象 6 8范德瓦耳斯方程徳 7 热力学基础 7 1热力学第一定律 准静态过程 准静态过程的功 热量 内能 热力学第一定律 7 2气体的摩尔热容 摩尔热容量 气体定容摩尔热容量 气体定压摩尔热容量 7 3热力学第一定律的应用 等容过程 等压过程 等温过程中功 热量交换 内能变化的计算 7 4绝热过程 绝热过程及过程方程 绝热过程的功和内能变化 7 5循环过程 卡诺循环 循环过程 循环效率 卡诺循环 卡诺循环效率 卡诺逆循环及 制冷系数 7 6热力学第二定律 热力学第二定律的开尔文表述 热力学第二定律的克劳修斯表述 两种表述的等价性 7 7可逆过程与不可逆过程 7 8卡诺定理 7 9热力学第二定律的统计意义 热力学第二定律的统计意义 熵的概念 熵增加原理 热力学 第二定律的适用范围 第四篇第四篇 电磁学电磁学 8 真空中的静电场 8 1库仑定律 点荷 点荷守恒定律 库仑定律 电力迭加原理 8 2电场 电场强度 4 电场 电场强度 点电荷的电场 任意带电体的场强计算公式 场强迭加原理 带电直线 圆环 圆盘及带电大平面的场强公式 8 3静电场的高斯定理 电场线 电通量 高斯定理 高斯定理的应用 均匀带电球面 球体 均匀带电长圆柱 圆筒 均匀带电平面 8 4静电场的环流定理 电势 电场力的功 静电场的环路定理 电势能 电势 电势差 电势迭加原理 点电荷的电势 任意带电体的电势计算公式 8 5场强与电势的关系 电势梯度矢量 场强与电势的微分公式 8 6 运动电荷的电场 阅读 9 静电场中的导体和电介质 9 1静电场中的导体 静电感应 静电平衡 静电平衡条件 静电平衡时导体上电荷分布 静电平衡时导体表面场强 导体表面电荷密度与曲率半径的关系 静电屏蔽 9 2 静电场中的电介质 9 2导体的电容 电容器 孤立导体的电容 电容器及电容 平行平板电容器 圆柱形电容器和 球形电容器的电容 电容器的串并联 9 3电场的能量 电容器的能量公式 电场的能量密度 电场的能量 10 稳恒磁场 磁场对电流的作用 10 1稳恒电流的基本概念 电流密度 稳恒电场 电动势 非静电力 欧姆定律的微分形式 10 2磁场 磁感应强度 磁的基本现象 磁场 磁感应强度 磁矩 10 3磁场的高斯定理 磁感应线 磁通量 磁场的高斯定理 10 4毕奥 萨伐尔定律 电流元 毕奥 萨伐尔定律 直线电流的磁场的磁感应强度公式 圆电流轴线上磁场公式 载流螺线管内的磁场公式 运动电荷的磁 场公式 10 5安培环路定理 真空中的安培环路定理 安培环路定理的应用 10 6安培力 安培定律 安培力 安培定律 安培定律的应用 平行长直线电流间的相互 作用 安培的定义 10 7磁场对载流线圈的作用 5 均匀磁场中载流线圈的磁力矩 10 8磁力的功 磁场对运动载流导线的功 磁场对运动载流线圈的功 10 9磁场对运动电荷的作用力 洛仑兹力 霍耳效应 霍耳电势差 10 10 带电粒子在电场或磁场中的运动 11 磁场中的磁介质 11 1 磁介质的磁化 磁化强度 顺磁质 逆磁质 磁化机制 磁化强度 11 2磁介质中的安培环路定理 磁场强度 11 3铁磁质 铁磁质的磁化机制 磁滞回线 简单磁路 磁畴 12 电磁感应 12 1电磁感应定律 电磁感应的基本现象 感应电动势 法拉第电磁感应定律 楞次 定律 12 2动生电动势 12 3感生电动势 感生电场 涡旋电场 感生电场场方程 感生电动势 12 4电磁感应现象的应用 12 5自感和互感 自感现象 自感系数 自感电动势 互感现象 互感系数 互感 电动势 12 6磁场的能量 自感磁能公式 磁场的能量密度 磁场的能量公式 13 电磁场理论的基本概念 电磁振荡 13 1位移电流 位移电流 位移电流密度 位移电流的磁场 13 2麦克斯韦方程组 麦克斯韦方程组的积分形式 麦克斯韦方程组的微分形式 13 3电磁振荡 电磁波 电磁振荡 振荡的周期和频率 电磁波的产生和传播 振荡电偶极 子模型 平面电磁波及性质 电磁波速度 电磁波的能量蜜度 第五篇第五篇 光学光学 14 光的干涉 14 1 相干光及获得 光程差 6 光矢量 原子发光机制 相干光条件 相干光叠加 非相干光 叠加 光程 光程差 相长与相消干涉条件 透镜的等光程性 自学 14 2杨氏双缝干涉 杨氏双缝干涉实验 装置 结果 分波面法干涉 菲涅耳双面镜 阅读 实验 洛埃镜实验 半波损失浬 14 3薄膜干涉 劈尖干涉 牛顿环 分振幅法干涉 薄膜干涉 等倾干涉 劈尖干涉 牛顿环 等 厚干涉 14 4迈克尔逊干涉仪 14 5空间相干性与时间相干性 15 光的衍射 15 1光的衍射现象 惠更斯 菲涅耳原理 光的衍射现象 惠更斯 菲涅耳原理 衍射分类 15 2夫琅和费单缝衍射 半波带法 单缝衍射明纹和暗纹公式 中央明纹宽度 15 3光栅衍射 光栅 光栅常数 光栅主极大方程 缺级现象 光栅衍射光谱 15 4圆孔衍射 光学仪器的分辨率 圆孔夫琅和费衍射 爱里光斑 瑞利判据 最小分辨角 光学仪 器的分辨率 15 5 X 射线的衍射 16 光的偏振 16 1自然光和偏振光 自然光 偏振光 部分偏振光 16 2马吕斯定律 二向色性 偏振片 马吕斯定律 16 3布儒斯特定律 布儒斯特角 布儒斯特定律 16 4光的双折射现象 16 5椭圆偏振光和圆偏振光 偏振光的干涉偏振光 第六篇第六篇近代物理基础近代物理基础 17 狭义相对论基础 17 1 伽利略变换 经典力学的时空观 17 2 迈克尔逊莫雷实验 17 3 爱因斯坦的两条假设 洛仑兹变换 狭义相对论的相对性原理 光速不变原理 洛仑兹坐标变换 洛 仑兹速度变换 7 17 4狭义相对论的时空观 长度收缩 时间膨胀 同时性的相对性 狭义相对论的时空观 17 5狭义相对论的动力学基础 运动质量 狭义相对论中动量 能量 动能 相对论动力学方程 质能关系式 能量与动量的关系 18 量子光学基础 18 1热辐射 基尔霍夫定律 热辐射 辐射出射度 辐出度 单色辐出度 吸收比与反射比 绝对黑体 平衡热辐射 基尔霍夫定律 18 2绝对黑体的辐射定律 绝对黑体的实验曲线 斯特藩玻尔兹曼定律 维恩位移定律 18 3普朗克公式 普朗克假设 普朗克公式 能量量子化 18 4光电效应 爱因斯坦方程 光电效应现象 爱因斯坦光子假说 爱因斯坦光电效应方程 18 5康普顿效应 19 原子的量子理论 19 1玻尔的氢原子理论 氢原子光谱及巴尔末经验公式 玻尔的基本假设 定态 跃迁 角动量量子化三假设 玻尔半径 氢原子能级 基态与激发态 电离能 19 2实物粒子的波粒二象性 德布罗意物质波假设 实物粒子的波粒二象性 戴维孙革末电子 衍射实验 德布罗意物质波的统计解释 19 3测不准关系 19 4波函数 薛定方程 自由电子的波函数 波函数的统计解释 波函数的归一化条件与 标准条件 薛定谔方程 定态薛定谔方程 19 5一维无限深势阱 一维无限深势阱 势阱中粒子能量的本征值 势阱中粒子本征波函 数和概率蜜度 势垒 隧道效应 谐振子 19 6氢原子的量子力学处理介绍 氢原子 电子的自旋 泡利不相容原理 19 7激光 20 固体中的电子 8 20 1自由电子按能量的分布 20 2金属导电的量子论解释 20 3固体的能带结构 20 4半导体 20 5PN 结 20 6半导体器件 21 核物理 21 1核力 核的结合能事务所 21 2放射性和衰变定律 衰变 衰变 21 3 核反应 9 四 时间分配 教学环节 学时 课程分 段标识 序 号 教 学 内 容 讲 课 习 题 实 验 上 机 课 外 小 计 1 质点运动学 4 2 质点动力学 6 3 刚体的转动 6 4 机械振动 8 5 机械波 8 6 气体动理学理论 8 7 热力学基础 8 10 8 真空中的静电场 8 9 静电场中的导体和电介质 8 机动 习题课 4 10 稳恒磁场 磁场对电流的作用 10 11 磁场中的磁介质 2 12 电磁感应 8 13 电磁场理论的基本概念 电磁振荡 4 14 光的干涉 6 15 光的衍射 6 16 光的偏振 6 17 狭义相对论基础 6 18 量子光学基础 6 19 原子的量子理论 12 20 固体中的电子 4 21 核物理 2 机动 习题课 4 总 计144 五 课程说明 课程英文名称 General Physics 主要先修课程高等数学 适用专业类别理工科各专业 11 主要教材 作者 教材名称 出版 社 教 材 大学物理学 1 5 册 张三慧主编 清华大学出版社 参