2017大学物理学Ⅰ教学大纲

【大学物理I】理论课程教学大纲【课程代码】1707003【课程类别】专业基础课【学分】4学分【学时】64学时【先修课程】高等数学【适用专业】材料科学与工程专业【教学目的】《大学物理I》是全面阐述机械运动、分子的热运动、电磁运动及原子、原子核等微观粒子运动的基本概念和基本规律的学科。它的基本理论渗透到自然科学的许多领域，《大学物理I》是高等院校理科各专业学生的一门重要的基础课。开设《大学物理I》课，一方面是为材料专业学生系统的学习后续课程打好必要的基础，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。学好该门课程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要的指导意义。通过这门课程的学习应该达到下列目标：.培养学生的抽象思维能力学会利用理想模型、抽象的思维方法分析问题，根据具体条件，抓住主要矛盾，忽略次要因素，对研究对象做出合理的简化。.培养学生的独立思考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。.培养学生分析问题和解决问题的能力学生在遇到问题后，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法。【内容安排】第一章力和运动［基本要求］掌握位置矢量、位移、速度、加速度等描述质点运动及运动变化的物理量。理解运动方程的物理意义及作用。能够根据运动方程计算描述物体运动状态的各个物理量，并且能够由已知的初始条件写出物体的运动方程。掌握牛顿三定律的基本内容及其使用条件。［教学重点］运用运动方程确定质点的位置、位移、速度和加速度的方法。［教学难点］已知质点运动的加速度和初始条件求速度、运动方程。［学时安排］讲授学时8第一节质点运动的描述.参考系和坐标系.运动学方程第二节圆周运动和一般曲线运动.位置矢量.速度.加速度.圆周运动的角速度.匀速率圆周运动.变速率圆周运动切向加速度和法向加速度.角加速度匀变角加速运动.基本解题方法第三节相对运动.时间与空间.相对运动第四节牛顿运动定律.牛顿第一定律.牛顿第二定律.牛顿第三定律第二章运动的守恒量和守恒定律［基本要求］掌握动量定理和动量守恒定律、功的概念及保守力作功的特点。理解动量、冲量概念，变力做功的求法和势能概念。理解角动量概念、力矩和转动惯量的概念。了解刚体绕定轴情况下刚的转动定律、角动量守恒定律的应用。了解惯性力的物理意义及在非惯性系中运用牛顿定律求解动力学问题的方法。［教学重点］中的守恒定律的应用。［教学难点］运用运动定律求解动力学问题。［学时安排］讲授学时5第一节质点系的内力和外力质心质心运动定理.质点的内力和外力.质心运动定理第二节动量定理动量守恒定律.冲量质点的动量定理.质点系的动量定理.动量守恒定律.动量守恒定律解题第三节功动能势能机械能守恒定律.功.几种常见的力：万有引力、弹性力、摩擦力.质点的动能定理.质点系的动能定理第五节质点系的功能原理.质点系的动能定理.质点系的功能原理第六节角动量角动量守恒定律.质点的角动量.质点的角动量定理第三章刚体和流体的运动［基本要求］理解转动惯量的概念。掌握刚体绕定轴转动的转动定律。理解刚体在绕定轴转动情况下的角动量守恒定律。［教学重点］刚体绕定轴转动的转动定律。［教学难点］刚体在绕定轴转动情况下的角动量守恒定律。［学时安排］讲授学时2第一节刚体模型及其运动.刚体的平动与转动.刚体转动的角速度和角加速度第二节力矩转动定律转动惯量.力矩.转动定律第三节刚体定轴转动的动能定理.定轴转动的动能定理.刚体的重力势能第四章相对论基础［基本要求］了解狭义相对论的基本思想，学习爱因斯坦的科学精神，理解狭义相对论的时空观，洛伦兹变换内容，本章主要作为拓宽学生的知识面，起到引入的作用，激发学生后续的学习兴趣。［教学重点］狭义相对论的基本思想。［教学难点］狭义相对论的时空观。［学时安排］讲授学时2第一节伽利略变换式牛顿力学相对性原理遇到的困难.伽利略变换式经典力学相对性原理.经典力学的绝对时空观.光速依赖于惯性参考系的选取吗第二节狭义相对论的基本原理洛伦兹变换式.狭义相对论的基本原理.洛伦兹变换式.洛伦兹速度变换式第三节狭义相对论的时空观.同时的相对性.长度的收缩.时间的延缓第四节光的多普勒效应.紫移.红移第五节相对论性动量和能量.动量与速度的关系.狭义相对论力学的基本方程.质量与能量的关系.质能公式在原子核裂变和聚变中的应用.动量与能量的关系第五章体动理论［基本要求］理解理想气体的压强公式和温度公式，理解宏观量和微观量之间的联系，了解自由度概念和麦克斯韦速率分布律、速率分布函数和速率分布曲线的物理意义。［教学重点］气体分子三种统计速率的理解和计算。［教学难点］对宏观物理量的统计解释。［学时安排］讲授学时8第一节平衡态理想气体物态方程热力学第零定律.气体的物态参量.平衡态.理想气体物态方程.热力学第零定律第二节物质的微观模型统计规律性.分子的线度和分子力.分子热运动的无序性及统计规律性第三节理想气体的压强公式.理想气体的微观模型.理想气体的压强公式第四节理想气体的分子平均平动动能与温度的关系.分子的平均平动动能.温度的表示第五节能量均分定理理想气体的内能.自由度.能量均分定理.理想气体的内能第六节麦克斯韦气体分子速率分布率.麦克斯韦气体分子速率分布率.三种统计速率第七节分子平均碰撞次数和平均自由程.计算平均自由程.碰撞次数第六章热力学基础［基本要求］掌握内能、功和热量等概念。掌握热力学第一定律及其应用。理解准静态过程、循环的意义和循环过程中的能量转换关系及循环的效率。［教学重点］计算理想气体在等体、等压、等温和绝热过程中的功、热量和内能改变量［教学难点］计算卡诺循环和其他简单循环的效率。［学时安排］讲授学时8第一节准静态过程功热量.准静态过程.功.热量第二节内能热力学第一定律.内能.热力学第一定律第三节理想气体的等体过程和等压过程摩尔热容.等体过程摩尔定体热容.等压过程摩尔定压热容第四节理想气体的等温过程和绝热过程.等温过程.绝热过程.绝热线和等温线第五节循环过程卡诺循环.循环过程.热机和致冷机.卡诺循环第六节热力学第二定律的表述卡诺定理.热力学第二定律的两种表述.可逆过程与不可逆过程第七章静止电荷的电场［基本要求］掌握描述静电场的两个物理量一一电场强度和电势的概念，掌握用点电荷电场强度和叠加原理以及高斯定理求解带电系统电场强度的方法。理解高斯定理及静电场的环路定理。理解静电场中导体处于静电平衡时的条件，并能从静电平衡条件来分析带电导体在静电场中的电荷分布。了解电介质的极化及其微观机理，了解电介质中的高斯定理，并了解用它来计算对称电场的电场强度。［教学重点］运用高斯定理解题、静电环路定理解题。［教学难点］静电平衡条件、电介质极化微观机理，运用电介质中高斯定理解题。［学时安排］讲授学时12第一节电场电场强度.静电场.电场强度.点电荷的电场强度.电场强度叠加原理第二节电通量高斯定理.电场线.电场强度通量.高斯定理.高斯定理应用举例第三节电场力的功电势.静电场力所作的功.静电场的环路定理.电势能第四节场强与电势的关系.电势.点电荷电场的电势.电势的叠加原理第五节静电场中的导体.静电平衡条件.静电平衡时导体上电荷的分布.静电屏蔽第六节静电场中的电介质.电介质对电场的影响相对电容器.电介质的极化.电介质总的电场强度极化电荷与自由电荷的关系第七节电容.电容器电容.电容器的并联和串联第八节电流稳恒电场电动势.电流电流密度.稳恒电场.电动势第九节静电场的能量能量密度.电容器的电能.静电场的能量能量密度第九章稳恒电流的磁场［基本要求］掌握描述磁场的物理量一一磁感强度的概念。理解毕奥-萨伐尔定律、了解稳恒磁场的高斯定理和安培环路定理，理解洛伦兹力和安培力的公式。［教学重点］利用毕奥―萨伐尔定律计算磁感强度、用安培环路定理计算磁感强度［教学难点］分析电荷在均匀电场和磁场中的受力和运动。［学时安排］讲授学时12第一节磁场磁感强度.基本概念.磁感计算.磁通量磁场的高斯定理.磁感线.毕奥―萨伐尔定律.毕奥―萨伐尔定律的应用举例第二节安培环路定理.安培环路定理.安培环路定理的应用举例第三节截流导线在磁场中所受的力.安培定律.无限长两平行载流直导线间的相互作用力.磁场对载流线圈作用的作用第四节磁场对运动电荷的作用.带电粒子在电场和磁场中所受的力.带电粒子在磁场中的运动.带电粒子在电场和磁场中的运动举例.霍尔效应第六节磁场中的磁介质.磁介质磁化强度.磁介质中的安培环路定理磁场强度.铁磁质第九章电磁感应电磁场理论［基本要求］熟练应用法拉第电磁感应定律和楞次定律计算感应电动势，并判明其方向。理解自感和互感现象，会计算几何形状简单的导体的自感和互感。了解电磁波的产生和传播。［教学重点］法拉第电磁感应定律和楞次定律。［教学难点］动生电动势和感生电动势的计算。［学时安排］讲授学时7第一节电磁感应定律动生电动势和感生电动势.电磁感应现象.电磁感应定律.楞次定律第二节动生电动势与感生电动势.动生电动势.感生电动势第三节电子感应加速器和涡电流.电子加速器.涡电流第四节自感和互感.自感电动势自感.互感电动势互感第五节磁场的能量磁场能量密度【考核方式】.考核方式：考试；.成绩评定：本课程采用平时成绩占50%，期末成绩占50%，综合评定学生成绩。【参考书目】［1］程守洙，江之永.普通物理学（第七版）.北京：高等教育出版社，2017.［2］赵近芳，王登龙.大学物理学（第五版）.北京：北京邮电大学出版社，2016.［3］马文蔚，周雨青.物理学教程（第三版）.北京：高等教育出版社，20