《大学物理甲Ⅱ》教学大纲.doc

大学物理（甲）教学大纲课程号：061B0221 课程名称：大学物理（甲） 学分：4 周学时：4 面向对象：本科生预修课程：大学物理（甲）一、课程介绍（一）中文简介：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，是其他自然科学和工程技术的基础。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。大学物理（甲）内容为：电磁学；光学；量子物理基础；物理学前沿问题选讲。可使学生对物质运动规律有一个全面的了解，并初步训练学生科学的思维方法和研究问题的能力。同时为进一步深造（报考所有理工专业研究生），学习新理论、新知识以及新技术打下扎实的物理基础。宜在二年级第一学期开设。（二）英文简介Brief Introduction of the Course:University Physics A2 includes the following contents: electromagnetism, optics; the foundation of quantum physics; selected lecture of the advance front in physics. The learning of the course enables students to gain a comprehensive understanding of the principles of the moving of objects, giving an initial training of students methods of thinking and capabilities to investigate problems scientifically. It cans also lay students a solid physical foundation for further learning (for Polytechnic postgraduates) and for learning new theories, new knowledge and new technologies.二、教学目标(一)学习目标通过学习大学物理（甲）和（甲），可使学生科学系统地掌握物理学的基本概念和规律，熟练地掌握物理学的计算技巧；较详细地了解物理学基本理论的建立和发展过程，正确认识其中的主要物理思想。培养科学的思维方法和研究方法，培养创新精神；能够理论联系实际，初步掌握应用物理学规律解决实际问题的方法。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。通过大学物理课程教学,应注意培养学生以下能力：1. 独立获取知识的能力逐步掌握科学的学习方法，阅读并理解相当于大学物理水平的物理类教材、参考书和科技文献，不断地扩展知识面，增强独立思考的能力，更新知识结构；能够写出条理清晰的读书笔记、小结或小论文。2. 科学观察和思维的能力运用物理学的基本理论和基本观点，通过观察、分析、综合、演绎、归纳、科学抽象、类比联想、实验等方法培养学生发现问题和提出问题的能力，并对所涉问题有一定深度的理解，判断研究结果的合理性。3分析问题和解决问题的能力根据物理问题的特征、性质以及实际情况，抓住主要矛盾，进行合理的简化，建立相应的物理模型，并用物理语言和基本数学方法进行描述，运用所学的物理理论和研究方法进行分析、研究。通过大学物理课程教学,应注重培养学生以下素质：1. 求实精神通过大学物理课程教学，培养学生追求真理的勇气、严谨求实的科学态度和刻苦钻研的作风。2. 创新意识通过学习物理学的研究方法、物理学的发展历史以及物理学家的成长经历等，引导学生树立科学的世界观，激发学生的求知热情、探索精神、创新欲望，以及敢于向旧观念挑战的精神。3. 科学美感引导学生认识物理学所具有的明快简洁、均衡对称、奇异相对、和谐统一等美学特征，培养学生的科学审美观，使学生学会用美学的观点欣赏和发掘科学的内在规律，逐步增强认识和掌握自然科学规律的自主能力。（二）可测量结果课程可测量结果：1. 静电场部分：学生要在理解环路定理的基础上，理解电势能和电势的概念，掌握电势的计算方法以及与电场强度的相互关系。掌握导体与电介质周围的静电场特点及规律，掌握电容的概念及计算方法。理解静电场的能量。2磁场：学生要在理解运动电荷产生磁场的基础上，掌握电流元的概念和毕奥萨伐尔定律，理解磁感应强度的定义，会用安培环路定理计算对称性磁场的磁感应强度分布。理解磁介质周围的磁场分布特点及规律。掌握运动电荷和载流导线在磁场中的受力特点及计算方法。3电磁感应：学生要在理解法拉第电磁感应定律和楞次定律的基础上，理解产生感应电动势的非静电场力，理解麦克斯韦关于涡旋电场和位移电流的基本假设，掌握麦克斯韦方程组的物理思想，学生能建立起统一电磁场的概念以及认识电磁场的物质性、相对性和统一性。理解电磁场的能量和电磁波的产生及性质。4.波动光学：学生要理解几何光学的基本规律，掌握光的干涉与衍射的基本特征及规律，掌握光程、光程差的概念及计算方法，会计算干涉条纹与衍射条纹在屏幕上的强度分布，理解光的干涉和衍射的区别和联系。理解光的偏振现象，掌握偏振的基本规律。学生要了解光学器件在现代工程技术中的应用，会用光学方法进行精密测量。5.量子物理基础：学生要理解光的波粒二象性的物理思想及本质，理解微观粒子的波粒二象性以及物质波、物理量量子化等概念，理解微观粒子运动的描述方式和波函数的统计意义，理解薛定谔方程的物理意义，并通过一维无限深势阱及氢原子等量子力学描述，理解量子力学的基本原理以及描述量子力学微观粒子运动状态的基本方法。三、课程要求（一）授课方式与要求授课方式：1教师课堂讲授。明确学生学习该课程过程中各阶段应达到的目标，教学内容的选取要强调物理概念、思想、规律或理论的起源及其发展，把物理原理与有趣的社会话题、自然现象、技术进步联系起来，及时将各种物理学科的最新研究成果应用到教学中。以知识结构建立为导向，采用启发探究式教学，强调教学过程中的师生互动，帮助学生理解、掌握物理学的基本概念和规律，以及掌握解决物理问题的方法。2习题课、专题讨论课。习题课针对教学内容中的难点、疑点进行讨论，指导学生掌握求解物理问题的基本技巧和方法。专题讨论课，以真实的工程实例为案例进行分析讨论。这样不仅可以通过实际的例子显示物理学在其他学科中的重要角色，而且通过实际情景或工程技术项目中的具体问题的分析与研究，还可以大大激发学生的学习主动性、积极性和参与程度。专题讨论课应提前布置，由学生自行组合，最好在教师指导下由学生助教轮流主持每次讨论课等。鼓励学生组成课外学习讨论小组，协作完成课程论文等。3课程平时考核。强调平时学习过程的考核，加大学习过程考核中的总成绩比例（40左右），平时成绩由平时作业单元测试网络师生交流课堂表现课程小论文期中考试等构成，从而培养学生形成自主学习、积极学习、创造性学习和研究性学习的习惯。4期末“四统一”闭卷考试。由大学物理教研室统一安排，命题组统一命题，考教分离，集体阅卷，统一评分标准。课程要求：1系统全面地掌握物理学的基本概念和规律，熟练掌握物理学问题的计算方法和技巧；2较详细地了解物理学基本理论的建立和发展过程，正确认识其中的主要物理思想。培养科学的思维方法和研究方法，培养创新精神；3能够理论联系实际，初步掌握应用物理学规律解决实际问题的方法。教学过程基本要求在大学物理课程的教学过程中，应以培养学生的知识、能力、素质协调发展为目标，认真贯彻以学生为主体、教师为主导的教育理念；应遵循学生的认知规律，注重理论联系实际，激发学习兴趣，引导自主学习，鼓励个性发展；要加强教学方法和手段的研究与改革，努力营造一个有利于培养学生科学素养和创新意识的教学环境。1. 教学方法采用启发式、讨论式等多种行之有效的教学方法，加强师生之间、学生之间的交流，引导学生独立思考，强化科学思维的训练。习题课、讨论课是启迪学生思维，培养学生提出、分析、解决问题能力的重要教学环节，提倡以小班形式进行，并在教师引导下以讨论、交流为主，学时数应不少于总学时的10%，争取做到不少于15。鼓励通过网络资源、专题讲座、探索性实践、小课题研究等多种方式开展探究式学习，因材施教，激发学生的智力和潜能，调动学生学习的主动性和积极性。2. 教学手段应发挥好课堂教学主渠道的作用，教学手段应服务于教学目的，提倡有效利用多媒体技术。应积极创造条件，充分利用计算机辅助等多媒体教学、网络教学等现代化教育技术的优势，扩大教学信息量，提高教学质量和效率。3. 演示实验应充分利用演示实验帮助学生观察物理现象，增加感性知识，提高学习兴趣。大学物理课程的主要内容都应有演示实验（实物演示和多媒体仿真演示），其中实物演示实验的数目不应少于20个。实物演示实验可以采用多种形式进行，如课堂实物演示、开放演示实验室等，鼓励和引导学生自己动手观察实验，思考和分析问题，进行定性或半定量验证。4. 习题研讨课与课程考核习题研讨课与课程考核方式是引导学生学习、检查教学效果、保证教学质量的重要环节，也是体现课程要求规范的重要标志。习题研讨课的选取应注重基本概念，强调基本训练，贴近应用实际，激发学习兴趣。课程考核要避免应试教育的倾向，积极探索以素质教育为核心、过程考核为中心的课程考核模式。5. 双语教学在保证教学效果的前提下，积极开展课程的双语教学，以提高学生查阅外文资料和科技外语交流的能力。（二）考试评分与建议大学物理（甲）是学校相关专业的公共必修基础课，期末采用“四统一”的闭卷笔试，考试成绩占总成绩的6070。课程平时成绩4030，由平时作业单元测试网络师生交流课堂表现课程小论文期中考试等构成，教研室对在各教学班课中平时成绩的分布比例进行统一的规定，再由任课教师根据比率分配到具体的学生。四、教学安排主要内容及学时分配：（一）电磁学基本理论 共占22学时+4学时1、真空中的静电场 占2学时静电场的环路定理，场强和电势的关系。2、静电场中的导体与电介质 占4学时导体的静电平衡，电容的定义和计算，电介质及其极化，电介质中的高斯定理，电场的边界条件，静电场的能量。3、稳恒磁场 占6学时磁场，磁感应强度，毕奥萨伐尔定律，磁场的高斯定理，安培环路定理及其应用。磁场对电流的作用，磁矩和磁力矩，带电粒子在电场和磁场中的运动。电场和磁场的相对性和统一性。4、磁场中的磁介质 占2学时磁介质的分类，顺磁质和抗磁质的磁化，存在磁介质时，磁场的基本规律，铁磁质，磁场的边界条件。5、电磁感应 占4学时非静电场力与电动势，电磁感应的基本定律，动生和感生电动势，随时间变化的磁场自感，互感，磁场的能量。6、麦克斯韦方程组 占2学时电流和电流密度，电流密度与漂移速度的关系。位移电流，全电流，全电流的安培环路定理，麦克斯韦方程组的积分形式、微分形式。 7、电磁波 占2学时电磁波的波动方程，电磁波的性质，电磁波的动量，振荡电偶极子辐射的电磁波，电磁振荡，赫芝实验，电磁波谱。8、习题，讨论课 占4学时（二）光学 共占12学时+2学时1、光波的干涉 占4学时获得相干光的方法，杨氏双缝干涉，光程，光程差与相位的关系，薄膜干涉，迈克耳逊干涉仪的工作原理，光的时间相干性和空间相干性。2、光波的衍射 占4学时惠更斯菲涅耳原理，单缝夫琅禾费衍射，菲涅耳半波带法,单缝衍射的光强分布，光栅衍射，光栅分辩本领，园孔衍射，光学仪器的分辩本领，X射线在晶体上的衍射，全息照相。3、光波的偏振 占4学时自然光和偏振光，起偏和检偏，马吕斯定律，反射和折射时光的偏振，布儒斯特定律，光的双折射，椭园偏振光，偏振光的干涉，人工双折射。4、习题，讨论课 占2学时（三）量子物理基础 共占202学时1、电磁辐射的量子性 占4学时热辐射，斯忒藩玻尔兹曼定律和维恩位移定律，普朗克量子假设，光电效应和爱因斯坦光子理论，康普顿效应，光的波粒二象性。2、量子力学简介 占6学时实物粒子的波动性，德布罗意关系式，不确定性关系，波函数及其统计解释，薛定谔方程，一维无限深势阱中的粒子，势垒和隧道效应。3、氢原子及原子结构初步 占2学时玻尔氢原子理论，量子力学对氢原子的描述，电子的自旋，原子的电子壳层结构。4、量子物理的应用 （1）激光及其应用 占2学时受激吸收，自发辐射和受激辐射，粒子数反转和光放大，光学谐振腔，激光模式，激光器，激光的特征。（2）固体能带基本知识 占2学时固体能带的形成，导体、绝缘体和半导体的性质和能带结构，n-型半导体和p-型半导体及其能带结构，p-n结的构造和特征。5、物理学前沿问题选讲。 占4学时物质结构与粒子物理；宇宙演化与天体物理；介观物理与纳米技术；量子信息论；现代成像技术等。6、习题，讨论课 占2学时（四）期中测验和单元测试等机动。 占2学时（五）作业内容课外习题每周812题。（六）其它教学环节及辅助设备1课堂演示实验；2教学录像，仿真动画；3计算机辅助教学、师生实时交互系统。五、参考教材及相关资料1. 吴泽华，陈治中，黄正东编，大学物理（第三版），浙江大学出版社，2006 2、Resnick, Halliday, Krane，physics（5th Edition），John Wily & Sons, Inc., 200