《大学物理33》课程教学大纲

《大学物理双语》课程实施大纲

目录

1.教学理念.......................................................2

1.1培养学生的兴趣爱好...........................................2

1.2现象是物理学的根源...........................................2

1.3科学扎根于讨论...............................................3

1.4物理学的精髓在于创新.........................................3

2.课程介绍.......................................................3

2.1课程的性质...................................................3

2.2课程在学科专业结构中的地位、作用.............................4

2.3课程的历史与文化传统..........................................4

2.4课程的前沿及发展趋势..........................................5

2.5课程与经济社会发展的关系......................................5

2.6课程内容可能涉及到的伦理与道德问题............................5

2.7学习本课程的必要性............................................6

3.教师简介........................................................6

3.1教师的职称、学历..............................错误!未定义书签。

3.2教育背景......................................错误!未定义书签。

3.3研究兴趣（方向）.............................错误!未定义书签。

4.先修课程........................................................6

5.课程目标........................................................6

5.1知识与技能方面................................................6

5.2过程与方法方面................................................6

5.3情感、态度与价值观方面........................................7

6.课程内容........................................................7

6.1课程的内容概要...............................................7

CHAPTER1INTRODUCTION.............................................................................................7

CHAPTER2KINEMATICS（共8学时）..................................7

CHAPTER3DYNAMICS....................................................................................................8

CHAPTER4RIGIDBODY（共12学时）...................................8

CHAPTER5ELECTROSTATICFIELD（共20学时）..........................8

CHAPTER6MAGNETICFIELD（共18学时）................................9

CHAPTER7OSCILLATION&WAVE（共18学时）............................9

CHAPTER9OPTICS（共18学时）......................................10

CHAPTER10SPECIALRELATIVITY（共8学时）............................10

6.2教学重点、难点...............................................10

7.课程实施........................................................14

o

7.1教学单元一...................................................14

7.2教学单元二...................................................15

7.3教学单元三...................................................20

7.4教学单元四...................................................24

7.5教学单元五...................................................31

7.6教学单元六...................................................43

7.7教学单元七..................................................66

7.8教学单元八..................................................68

7.9教学单元九..................................................69

8.课程要求.......................................................71

8.1学生自学要求................................................71

8.2课外阅读要求................................................71

8.3课堂讨论的要求..............................................71

8.4课程实践的要求..............................................71

9.课程考核方式及评分规程.........................................72

9.1出勤（迟到、早退等）、作业、报告等的要求.....................72

9.2成绩的构成与评分规则说明....................................72

9.3考试形式及说明..............................................72

10.学术诚信......................................................72

10.1考试违规与作弊处理.........................................72

10.2杜撰数据、信息处理等.......................................73

10.3学术剽窃处理等.............................................73

11.课堂规范......................................................73

11.1课堂纪律...................................................73

11.2课堂礼仪...................................................73

12.课程资源......................................................74

12.1教材与参考书...............................................74

12.2专业刊物...................................................74

12.3网络课程资源...............................................74

13.教学合约......................................................74

13.1教师作出师德师风承诺.......................................74

13.2阅读课程实施大纲，理解其内容...............................75

14.其他说明......................................................75

1.教学理念

1.1培养学生的兴趣爱好

兴趣是最好的老师，我们这些教师都不是。我们的任务就是要让学生找

到这样的好老师，并激发和培养学生学习物理的兴趣。有了兴趣，学生才会

主动而非被动地学习，学习才能深入，要改变物理课枯燥、死板、严肃、难

懂的面貌，使物理课变得亲切、有趣、有吸引力，使学生能主动地、生动活

泼地学习。我们可以从四个方面开始努力：（1）从现象出发把五彩缤纷、美

妙神奇的物理世界展现在学生面前，激发学生的好奇心和求知欲，引导学生

以探索、研究的心态进行学习；（2）要实现基础与前沿、经典与现代、理论

与应用的有机结合。既要强调物理教学的基础性，又要注意它的时代性和前

沿性；既要深入揭示物理规律的内涵和意义，又要适当联系它在高新技术中

的应用。使学生觉得物理学新颖、深刻、有用，从而提高学习物理的兴趣；（3）

讲出物理规律之美，并联系历史，联系人文，贴近生活。物理学的本质是真

一客观规律、真理；物理学的价值是善一能够造福人类；物理学的追求是美

一简洁明快，均衡对称，和谐统一，如，万有引力定律一简洁明快之美。（4）

把计算机引入物理课程的学习，用计算机模拟、计算、显示、研究物理过程,

把学生玩计算机的兴趣引导到学习物理上来。

1.2现象是物理学的根源

杨振宁说过“很多学生在学习中形成一种印象，以为物理学就是一些演

算。演算是物理学的一部分，但不是最重要的部分。物理学最重要的部分是

与现象有关的。绝大部分物理学是从现象中来的。现象是物理学的根源。”观

察现象，研究现象，揭露现象背后的本质和规律，才发展了物理学。基础物

理的教学应当同观察和分析物理现象联系起来，否则就是无源之水、无本之

木。基础物理的大部分内容都应采用从现象一本质，从感性一理性的方法进

行教学。要把观察现象作为物理教学的重要环节。

图片，视频（录像），演示实验在教学中具有十分重要的作用，能培养学

生探索精神和创新精神。演示实验要进课堂，使演示与讲课同步进行，实验

与理论教学紧密配合。

2

1.3科学扎根于讨论

讨论是科学赖以生长、繁荣的土壤。讨论可以使学习深入，讨论能够激

发创新的火花。杨振宁的体会：“我一生中最重要的一年，不是在美国做研究,

而是当时和黄昆同处一舍的日子。正式那些争论，使我找到科研的感觉。”要

向学生反复强调讨论的重要性，鼓励并组织学生开展讨论，形成“勤于思考,

乐于探讨”的学术氛围。小班讨论课是推动学生开展讨论的有效方式。

1.4物理学的精髓在于创新

物理学中最重要的东西不是某个原理、某条定律，而是它所包含的创新

精神。物理学是在不断探索、不断发现、不断创新中发展起来的，没有创新

就没有今天的物理学。物理学研究的是最基本的自然规律，规律的发现、理

论的提出，只有第一，没有第二。中我物理学的精髓，最重要的就是学会创

新。物理教学要把学生的创新精神放在第一位，培养学生创新的意识和勇气,

培养学生创新的想象力并掌握创新的方法。喜欢标新立异，不墨守成规。总

想探索新途径，提出新观念，尝试新方法，导出新结论。没有想到创新的人

绝不会有新创造。不怕名人权威，在新的事实面前敢于怀疑旧理论，提出新

问题。“进步道路上的绊脚石是，也一向是，不容许怀疑的传统”。鼓励学生

成为敢于怀疑、善于提问的、具有批判性和创造性的探索者。

2.课程介绍

2.1课程的性质

大学物理课程以物理学基础知识和物理学在科学技术上的应用为内容，

是高等学校理工科各专业学生的一门重要的通识性必修基础课。通过开设大

学物理课，要求学生掌握描述运动的物理量：位矢、位移、运动方程、速度、

加速度、角速度、角加速度概念；能够运用牛顿定律和转动定律分析计算力

学问题；掌握动量守恒定理、机械能守恒定理和角动量守恒定律；理解磁感

应线、磁通量的概念，能计算磁通量；理解磁场的高斯定理，理解安培环路

定理，掌握应用安培环路定理计算某些具有特殊对称性电流分布的磁场分布。

理解描述振动的物理量及掌握简谐振动运动方程的求解；理解描述波动的物

理量及掌握波函数的求解及其物理意义、能够分析波的干涉现象；掌握光程

概念、能够分析光的干涉、衍射和偏振现象；理解狭义相对论时空观及动力

学关系。。大学物理双语课程在此基础上有了新的创新，让学生在收获物理知

识的同时，掌握了基本的物理专业词汇，更好的与世界接轨。

2.2课程在学科专业结构中的地位、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

方式及其相互转化规律的学科。物理学是众多交叉学科的理论基础，它的基

本理论已渗透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。在物理学研究中注重理性、崇尚实践的

精神尤为突出，是创造性人才必须具备的素质。

学习物理学能使学生掌握自然界的基本规律，学习物理学分析解决问题

的方法和科学态度，培养在学习和工作中发现、提出、思考和解决问题的能

力和独立获取知识的能力。通过对物理现象实质的探讨及实验手段，培养学

生解决问题的创新精神和实验技能，提高学生的科学观察和科学思维方法及

科学研究能力。大学物理双语为同学们学习专业的英语词汇提供了良好的平

台，让他们提前接触这些词语，能为以后的专业学习打好基础。

2.3课程的历史与文化传统

进入WTO以后，中国与各国的经济领域、科学领域的合作日益频繁。如

何让学生接触最新的前沿科技，如何培养适合全球化的人才？教育部鼓励在

高等教育中分批、分层次地实行双语教学，培养出直接与世界接轨、自主性

和创造性强的复合型人才。作为二类本科院校，我们学校开展多层次、有特

色的课程满足不同学生的需求。双语教学培养出的学生可以直接学习国外最

前沿的科技，利用国际名校的远程教育资源，更好地掌握学科知识，胸怀全

球化精神，具备国际化视野，拥有更强的国际合作能力及核心竞争力。双语

教学是人才培养国际化的必经路，也是我们积极响应教育部号召，对新的教

育模式的探索。双语教学有利于学生接触中西两种教育方式和不同的思维习

惯。我们学校自2003年合校以来，一直追求着教学质量，并时刻紧跟名校步

伐，在2007年，通过学校督学专家的考察，争取到大学物理双语课程的开展,

并由向裕民教授一手撑起了这门课程，包括练习题，教学大纲，课件，PPT,

备课资料，精品课程，等等，为了就是能给学生们提供良好的学习平台，并

一直传承下来。

2.4课程的前沿及发展趋势

面临经济全球化的高速发展，科学教育要适应与国际接轨的要求，我们

需要培养高素质人才和复合型人才，物理学科作为自然科学的一门基础型学

科，对于社会新人才的培养有着艰巨而深远的重任。大学物理双语教学的开

展体现了社会发展的要求，大学物理中开展双语教学使得自然科学的入门教

育从根本与国际社会衔接更紧密，也为师生从事科学研究提供了与国际交流

和学习的知识平台。

大学物理包括经典物理和前沿物理两部分，在高校推广大学物理前沿内

容教学，有利于培养大学生的物理思想、物理思维，激发对自然科学的兴趣,

提高科学素养，是当代大学生素质教育不可或缺的一环。大学物理前沿内容

涉及的很多重大前沿课题与实验技术和应用都有密切的关系。

2.5课程与经济社会发展的关系

随着经济全球化进程的加快和加快和我国改革开放的继续深化，国际间

的政治、文化、科技、经济交往日益密切，中国将面临着一个竞争更加激烈

的国际环境，这从客观上扩大了对既懂专业技能，又能直接使用外语进行对

外交流的复合型双语人才的市场需求。全球经济一体化同时也推动了教育的

国际化进程，树立了教育的国际化概念，形成了教育国际化的培养目标，寻

求国际合作已是国内外许多大学的共同见识和最新发展思路。为了培养高素

质复合型人才，实现我国高等教育的可持续发展，很多高校都制定了有关双

语教学的政策和相应的激励措施，双语教学成为了我国高等教育课程教学改

革的一个热门话题，我们学校积极响应，大学物理双语课程应运而生，并对

国际化经济的接轨起到了推进作用，为学生们将来进入国际化的企业奠定了

好的基础。

2.6课程内容可能涉及到的伦理与道德问题

大学物理双语课程内容都是经典的基础物理学知识，都是大家公认过的

熟知的理论，没有涉及到违背人与人，人与社会相互关系时应遵循的道理和

准则。

2.7学习本课程的必要性

大学物理是一门自然科学，研究自然界物质的运动形式和运动规律，有

一套完整的研究认识规律，和使用的语言无关，语言只是研究物理和描述自

然的工具，不能替代科学的思维。但是由于社会和历史的原因，近几百年来

科学技术的成果大多是用英文发表的，不论是科学技术专业杂志，还是各种

国际学术会议，大都将英语作为交流语言。从这个意义上可以说“现代科学

技术的研究主要是用英语思考”。从一个狭义的层面看，我国理工科硕士生、

博士生的培养中，英语是必不可少的获取课程背景的重要工具。然而国内大

学的英语教学与专业课程脱钩的现象，造成我们多数硕士生和少量博士生还

不能熟练运用英语开展科学研究。因此，学生在本科学习阶段就接触专业课

程的双语教学非常必要。现代科学技术大多是物理学的研究成果或者相关分

支学科，因此大学物理课程采用双语教学尤为重要。但是课程内容本身的难

度以及授课对象是一、二年级学生的现实，使大学物理的双语教学面临更大

的挑战。

3.教师简介

4.先修课程

高等数学，线性代数，概率论与数理统计，大学英语

5.课程目标

5.1知识与技能方面

本课程的作用，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思想方法和研究问题方法。这些都起着开阔思路、

激发探索和创新精神、增强适应能力，提高人才素质的重要作用。学好本课

程，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、新知识、新技术，不断更新知识，都将发生深远的影响。

5.2过程与方法方面

本课程是在大学一、二年级开设的，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，为培养具有较强工程实践能力和工程创新意识的应用型高级工程技术

人才服务等方面所起的作用也是十分重要的。

5.3情感、态度与价值观方面

科学精神是个人科学情感态度与价值观的集中体现，在教学中注重培养

学生具有求真、求实，尊重客观事实的精神；民主、平等、自由、合作的团

队精神；科学与人类命运、社会进步相结合的人文精神；谦虚谨慎、不断进

取的求知精神；孜孜不倦、敢于超越前人的探索精神；不人云亦云、不受各

种因素影响和压制的独立精神；超越功利、不计较个人得失的牺牲精神；以

及顽强执着、锲而不舍的奋斗精神等等。

6.课程内容

6.1课程的内容概要

Chapter1Introduction（共1学时）

（-）内容概要：

§1物理学的研究对象和方法；在科学技术中的重要地位。

§2物理学是一门重要的知识性、基础性很强的学科。

§3理工科物理教学的地位和作用；物理学的学习。

§4双语物理教学的重要意义，学习双语物理的信心、毅力和方法。

（二）学时安排：1学时

Chapter2Kinematics（共8学时）

（一）内容概要：

§1机械运动，参照系和坐标系，质点。

§2位置矢量，位移，速度，加速度，运动方程。

§3切向加速度和法向加速度。

§4角位置、角位移、角速度，角加速度，圆周运动中线量和角量的关

系。

§5平动和相对运动，伽利略坐标变换和速度变换。

（二）学时安排：

§1-----3,4学时。§4------5,4学时。

Chapter3Dynamics（共11学时）

（一）内容概要：

§1牛顿三个定律及适用条件，牛顿力学中常见的几种力，力学中的单

位制和量纲，惯性参考系，力学相对性原理。

§2功，保守力做功的特点，势能。

§3功能原理，动能原理，机械能守恒定律及适用条件，能量守恒定律。

§4动量，冲量。

§5动量定理，动量守恒定律及适用条件，碰撞。

（~）学时安排：

§1,3学时。§2,2学时。§3,3学时。§4——5,3学时。

Chapter4Rigidbody（共12学时）

（一）内容概要：

§1刚体，刚体的定轴转动，角速度矢量和角加速度矢量。

§2力矩，转动惯量，刚体绕定轴转动的转动定律。

§3力矩的功，转动动能，刚体定轴转动中的动能定理。

§4质点的动量矩和刚体的动量矩，动量矩定理，动量矩守恒定律及适

用条件。

（二）学时安排：

§1-----2,6学时。§3------4,6学时。

Chapter5Electrostaticfield（共20学时）

（一）内容概要：

§1点电荷，静电场，电场强度，场强迭加原理，场强的计算，电偶极

子的电偶极矩。

§2电力线，电通量，真空中的高斯定理。

§3电场力的功，场强的环流，环流定理，电势能，电势，电势迭加原

理，电势与场强积分关系，电势的计算，等势面。

（二）学时安排：

§1,8学时。§2,6学时。§3,6学时。

Chapter6Magneticfield（共18学时）

§1电流强度和电流密度矢量，恒定电流的条件，磁场，磁感应强度，

平面载流线圈的磁矩。

§2磁力线，磁通量，磁场中的高斯定理。

§3毕奥一一萨伐尔定律，磁场迭加原理，简单情况下6的计算，运

动电荷的磁场，安培环路定理。

§4安培定律，洛伦兹力公式，磁场对载流线圈的力矩，带电粒子在

电场和磁场中的运动，霍耳效应。

（二）学时安排：

§1-2,6学时。§3,6学时。§3,6学时。

Chapter7Oscillation&wave（共18学时）

（一）内容提要：

§1机械振动和电磁振荡，弹簧振子，单摆与LC振荡电路。

§2谐振动的特征，谐振动的运动微分方程和谐振动方程

§3谐振动的圆频率、频率、周期以及它们之间的关系，振幅、相位、

谐振动的旋转矢量表示法，振动频率、振幅、初位相的确定。

§4谐振动的能量，两个同方向同频率谐振动的合成。

§5机械波产生的条件，纵波与横波，电磁波的产生与传播，振荡电偶

极子。

§6描述简谐波动过程的物理量，波速，频率和波长的关系，平面波与

球面波，电磁波的性质，电磁波谱

§7平面简谐波方程，波形图线，波的能量密度，能流和能流密度，坡

印亭矢量。

§8惠更斯原理，波的相干条件，驻波。

（二）学时安排：

§1-2,4学时。§3-4,4学时。§5-6,4学时。§7,2学时。

§8,4学时。

Chapter9Optics（共18学时）

（一）内容提要：

§1普通光源发出特点，光矢量，光的单色性，获得相干光的方法。

§2光程，光程差与位相的关系，薄透镜的等光程性。

§3杨氏双缝干涉，等倾干涉（平行平面膜），等厚干涉（劈尖和牛顿

环），迈克尔逊干涉仪。

§4光的衍射现象，惠更斯一菲涅耳原理，夫琅和费单缝衍射，光学仪

器分辨本领，衍射光栅，光栅衍射谱线位置的确定。

§5自然光与偏振光，马吕斯定律，偏振光的获得方法，反射与折射时

光的偏振，布鲁斯特定律，

（二）学时安排：

§1—2,4学时。§3,4学时。§4,6学时。§5,4学时。

Chapter10Specialrelativity（共8学时）

（一）内容概要：

§1狭义相对论基本假设，洛伦兹变换（坐标、速度）。

§2狭义相对论时空观（“同时”的相对性、长度收缩、时间膨胀）。

§3狭义相对论动力学基本方程，质速关系，质能关系，动量与能量的

关系。

（二）学时安排：

§1,2学时。§2,4学时。§3,2学时。

本课程一共112学时，每个学期留4个学时进行作业例题的讲解和答疑,

期中考试由学校统一安排。

6.2教学重点、难点

主讲教师在授课中应突出重点、分散突破难点，使学生对于主要的内容

有清晰、深刻的印象，牢固掌握所学的知识。

主讲教师在授课中应注意物理内容的英语表述，以英语讲授为主，从简

约开始，循序渐进，使学生习惯英语在物理中的表达方式，提高用英语掌握

物理知识的能力。

Chapter1Introduction

重点：物理学的研究对象、研究方法；物理学的知识性、基础性；双语

物理的重要性及学习方法

难点：双语物理学习方法

结合物理学在现代科学技术和大学教育中的重要地位，结合开展双语教

学使得大学物理课程与国际教接更紧密接轨，鼓励学生面对新改革、迎接新

挑战，坚持学好双语物理课程。

Chapter2Kinematics、

重点：位置矢量、位移、速度、加速度；切向加速度、法向加速度；角

速度、角加速度；运动方程。

难点：相对运动、运动方程。

结合图例讲清位置矢量、位移、速度和加速度的定义及相互关系，强调

矢量概念；讲清运动方程的含义及表达式。讲清根据运动方程如何求速度和

加速度以及根据初始条件如何积分出运动方程的方法。讲清绝对运动与相对

运动和牵连运动的关系，通过实例分析，让学生掌握矢量的合成法则和微积

分方法的应用。

Chapter3Dynamics

重点：牛顿三个定律及适用条件；动量定理、动量守恒定律及适用条件;

功及保守力做功的特点；动能、势能、动能定理、势能定理；机械能守恒定

律及适用条件。

难点：牛顿第二定律的应用、动量定理及动量守恒定律的应用、变力做

功的计算及机械能守恒定律的应用。

以训练隔离法分析物体受力为重点，让学生掌握应用牛顿第二定律建立

质点的坐标分量方程的方法。从区别质点组的内力和外力出发，准确找出外

力的冲量，写出相应动量定理的分量式。结合实例讲清动量守恒定律的内容、

守恒条件、数学表达式及分量式。引导学生正确理解变力功算式的导出过程,

理解元动的表达式并学会处理有限功的积分式。从内力、非保守内力与保守

内力做功的角度，讨论机械能守恒的条件，让学生掌握分析问题的思想和方

法。

Chapter4Rigidbody

重点：刚体绕定轴转动的转动定律。

难点：转动定律、动量矩守恒定律的应用及适用条件。

通过与牛顿第二定律的比较，讲清刚体绕定轴动的转动定律所描述的定

轴刚体的动力学行为及转动惯量的物理意义，结合实例讲清动量矩概念及计

算方法，用例题巩固动量矩守恒定律的应用及适用条件。

Chapter5Electrostaticfield

重点：电场强度及场强迭加原理、电势及电势迭加原理，电势与场强的

积分关系。

难点：电场计算、电势计算、高斯定理的应用。带电导体静电平衡时的

电荷分布，电容的计算。

结合物理意义讲清电场强度和电势的概念及场强的迭加原理，培养学生

熟练使用矢量、微积分等数学工具的能力，应用迭加原理计算一些简单问题

中的场强和电势。通过无限大带电平面及带电球等实例，讲清用高斯定理计

算场强的条件和方法。

Chapter6Magneticfield

重点：磁感应强度及磁场迭加原理，毕奥一萨伐尔定律，安培环路定理,

安培力与洛伦兹力。难点：毕奥一萨伐尔定律的应用，安培环路定理的应用。

把载流导线看成是由许许多多电流元组成，讲清电流元在空间产生的磁

感应强度d》由毕奥一一萨伐尔定律求出，如何进一步用磁场迭加原理求出整

个线电流的磁感应强度。对比静电场中高斯定理的应用条件和方法讨论磁场

中安培环路定理的应用条件和方法。

Chapter!Oscillation&wave

重点：谐振动的特征、谐振动的运动微分方程和谐振动方程，描述谐振

动的物理量一一圆频率、频率，周期、振幅、相位，谐振动的旋转矢量表示

法，两个同方向、同频率的谐振动合成时振幅极大和极小的条件。波速、波

长和波频及它们间的关系，平面简谐波方程，波的相干条件，电磁波的基本

性质，电磁波的能流密度。

难点：相位及相位差，平面简谐波波动方程的建立，波的干涉。

结合实例讲清相位是描述振动状态的重要物理量，相位概念的引入给振

动的描述带来很多方便。用例题分析和讨论的方式，让学生掌握相位的变化

与运动状态变化之间的关系。注意说明初相位的取值与时间零点的选择和坐

标的建立有关，注意强调对两个振动进行比较时，它们之间的位相差显得十

分重要。通过推导平面简谐波的波动方程的过程，使学生掌握推导的逻辑思

路并掌握从已知质点的谐振动方程建立平面简谐波的波动方程的步骤和方

法，通过推导和例题分析，让学生掌握应用相位差和波程差概念分析和确定

相干波迭加后加强和减弱的条件。通过对电磁波产生和辐射条件的认识，明

确电磁波的4点性质；明确电场强度、磁场强度、电磁波传播方向的右手螺

旋关系。

ChaptersOptics

重点：光程与光程差、光程差与位相差的关系；杨氏双逢干涉、等厚干

涉（劈尖、牛顿环）；夫琅和费单缝衍射。

难点：光程差及相位差的关系，薄膜干涉。

从前面讲过的用相位差来表示振动的迭加条件，通过系列变化，引出用

光程差来表示光的迭加条件。在此过程中，让学生理解光程的物理意义，及

用光程差处理相干光的迭加问题的思路。对于薄膜干涉问题，其关键也是正

确地找出相干光的光程差（注意对半波损失的考虑），由干涉条件求解相应问

题。

Chapter9Specialrelativity

重点：狭义相对论的基本假设，洛伦兹变换，质速关系式，质能关系式,

相对论时空观。

难点：相对论时空观。

通过介绍狭义相对论产生的历史背景及时空坐标系的建立，逐步转变学

生经典的时空观。通过“爱因斯坦火车”模型，讲清同时的相对性，加深学

生对“光速不变原理”的理解。

7.课程实施

7.1教学单元一

7.1.1教学日期

2017年3月1日

7.1.2教学目标

1.理解物理学的研究对象和方法；

2.了解物理学在科学技术中的重要地位；

3.理解并掌握物理学的学习方法

7.1.3教学内容（含重点、难点）

教学内容是：物理学的研究对象和方法；在科学技术中的重要地位。物

理学是一门重要的知识性、基础性很强的学科。理工科物理教学的地位和作

用；物理学的学习。双语物理教学的重要意义，学习双语物理的信心、毅力

和方法基本要求的高低用下列三级词汇区分，从高到低，概念分“理解”、“了

解”、“知道”三级，难点就是如何才能把学生们引导从汉语到双语的转变，

并做到融会贯通。

7.1.4教学过程

1.提出什么是大学物理双语课程

2.强调大学物理双语课程是一门双赢课程，让学生们提高好奇心和兴趣

3.大学物理双语课程的注意事项和难易程度

4.交代清楚大学物理双语课程的要求和评分标准

7.1.5教学方法

主要采取PPT教学和感同身受的教导

7.1.6作业安排及课后反思

课后，可以思考，为什么选择了这门课程，如何学好大学物理双语这门

课程。

7.1.7课前准备情况及其他相关特殊要求

需要同学们预习下一章节的内容《Kinematics》

7.1.8参考资料（具体到哪一章节或页码）

PhysicsforScientistsandEngineeringwithModernPhysics（thirdEdition）,

作者DouglasC.Giancoli,高等教育出版社.2005.07,第1页到第14页

大学物理双语这个学期的教学主要包括kinematics和Dynamics.

7.2教学单元二

7.2.1教学日期

2017年3月3日，2017年3月8日，2017年3月10H,2017年3月15

日

7.2.2教学目标

1.会根据质点运动方程求位移、速度和加速度；

2.会根据加速度和初始条件求可积的运动方程；

3.熟练掌握质点作圆周运动时的角速度、角加速度、切向加速度和法向

加速度的计算方法；

4.理解平动、相对运动；

5.初步会使用矢量、微积分等数学工具解题

723教学内容（含重点、难点）

1.Rectilinearmotion

Physicsdealswithmatter,motionandtheirinteraction.

Inphysics,weexploretheverysmalltotheverylarge.

Theverysmallisasmallfractionofaprotonandtheverylargeistheuniverseitself.

Theyspan45ordersofmagnitude-a1with45zeroes.

A。（

MxmEcCTHTANICsS]KRinaemmaietiscs

Chapter2&3

MotioninOne,TwoandThreeDimensions

2-1Descriptionofmotion

Particle:anidealizedmodel

ReferenceFrame:shouldbechosen

Acoordinatesystem:isbuiltonit.

[Relativityofdescriptionofmotion

IAbsolutenessofmotion

2-2.PositionandDisplacement

1.PositionVector一一Thepositionvectorextendsfromtheoriginofacoordinate

systemtotheparticle.

Inrectangularcoordinatesystem:r=x?+yf-

尸—广(?)

MotionFunction:

=x(t)i+y(t)j+z(t)k

Itsthreecomponentsarewrittenbythefollowingscalarfunctions:

x=x(t);y=y(t);z=z(t)

TheTrajectoryequationcanbeobtainedbyeliminatingtfromtheseequations

2.Displacement

△产二一一%):

5r=(%2+(y2-y1)j+(z2-z1)k=+Ay/+AzC

(i).Themagnitudeofvectorshouldbethelengthofthisvector,i.e.

*2322

lArl=V(x2-xj+(y2-yx)+(z2-Zj)

(ii).Differentfromthepath

Displacementdependsonlyonthepositionofinitialpointandfinalpoint,Pathisthe

totallengthofthetrajectorycurve.

InthelimitasAt->0,卜―卜ds

2-3.AverageVelocityandInstantaneousVelocity(emphasis)

l.Averagevelocity-Ar

v=——

Ar

2.Instantaneousvelocity

—Ardrd一——•

v-limv=lim——=——=—[x(t)i+y(/^)j4--vi+vj+v.k=v(t)

4fo加->oxdtdt-v

3.AverageandInstantaneousSpeed

_AS

AverageSpeed:v=-----

△t

ASdS

InstantaneousSpeed:

dt

Themagnitudeofvelocityequalsspeed:|v|=|^|=黑=^=第=v

dSdr

Note:Speed:v=——.vW——

dtdt

2-4.AverageandInstantaneousAcceleration(difficultpoint)

一Av

AverageAcceleration:a=——

加

——2

Avdvdr

InstantaneousAcceleration:a=a=lim——=—=--

加->oAr->oARdfdr

Accelerationisthetimederivativeofvelocity.

Itisthesecondderivativeofpositionvectorwithrespecttotime

ThecomponentforminCartesiancoordinateis:a=axi+ayj+a_k

2

dvrdx

dvd2y

4.=—=T

'dtdt2

dv.d2z

a,=-=~~-

zdtdt2

MagnitudeofWQ==Ja；+a；+a；

Directionofacosa=—,coSy0=—,cos/=—

aaa

Example1:Themotionfunctionforaparticleis

7=2-+(2-力](si)

Find:

(1)itsrealdistanceduringf=0to2s

(2)Istvandaatt=2s

Solution:

(1)RealDistancePQ=『dS

dS=J(dx)2+(dy)2=yl(2dt)2+(-2tdtV=2y[u^dt

PQ=£2,1+42=2«J1+/+arcsinhr)^=5.9l(m)(>国)

-or♦一

⑵v=-=2i-2tj

dr

22

v\t=2=2i-4j;|v|=72+4=2V5(nVs)

Qv=—=271+^=2氐nVs)

dr

-*du二o

a=—=-2)(nYs~)—Itisaconstantandalong-ydirection

dt

2-6.CircularMotion(emphasis)

n:unitvectorinnormal(centripetal)direction

t:unitvectorintangentialdirection

-*一-一一dr

r=—rn;v=vr；v=——

dt

-J(rn)dn

VT=-----------=-r——

dtdt

dnv-

---=----T

dtr

UniformCircularMotion

v=vrseedvisaconstant;directionofr(v)changes

一dvd(vv)dr-u--

a=—=------=v—a=—n=

dtdtdtr

normalacceleration:centripetalacceleration:direction:radiallyinwardmagnitude:

v2

a=—

r

2.NonuniformCircularMotion(difficultpoint)

Bothmagnitudeanddirectionofvelocitychange

-dvd(vr)drdv一一dv-

a=—=----=v-----1----Ta=—n----r

dtdtdtdtrdt

-y2_Jv-*

a〃=—na,=~r一一一

r

dt...Q=+a(

a„NormalAcceleration

v2

an=—innormaldirection

r

Itonlyreflectsthechangeindirectionofvelocity

atTangentialAcceleration:

dv

at=—intangentialdirectionItonlyindicatesthechangeinmagnitudeofvelocity

dr

(p=arctan(a,/an)(p=arctan/a”)

3.GeneralCurvilinearMotion(difficultpoint)

NaturalCoordinate

2

—vA-du：--*—

an--nat=—Ta=atT+cinn

pdt

Example1Astoneisshotwithspeedandinhorizontaldirection.Finditsaccelerationin

tangentandnormaldirectionattimet.八

GivenVo；g[K

Question:〃”=?%=?§

Solution:Qv(/)=%，+g/jv=\v\=y]v^+(gt)2

._=包g2t

一「力一扃就

an=荷-a；=Jg2一片=

W+3)

2-7.RelativeMotion(P64)

Thedescriptionofmotionisrelatedtothechoice

ofreferenceframe

rPE—fPT+E

PE:PersonrelativetoEarth

PT:PersonrelativetoTrain

TE:TrainrelativetoEarth

VPE—VPT+VTEClPE=aPT+CITE

Example2:

Aparticlemovesalongthedirectionofxaxis,a=2t.Att=0,x0=0,v0=0.Whatareitsvelocity

andpositionatt=2s?

Solution:Acceleration,a=2t,isnotconstant.

a=—=2tdu=2rdrfdv=f2tdtv=—=r2(1)

dtJ。J。dt

dx=t2dt;£dr=£/2dz;x=(2)

Sov=4m/s;x=%=2.67mEliminatingtfrom(1)and(2),wecanalso

getv=(3x)2"

7.2.4教学过程

1.VectorsandScalars

2.VectorsKinematics

3.ProjectileMotionandSolvingProblemsinvolvingProjectileMotion

4.UniformCircularMotion

5.RelativeVelocity

7.2.5教学方法

采用原理性教学方法，解决教学规律、教学思想、新教学理论观念与学

校教学实践直接的联系问题，是教学意识在教学实践中方法化的结果。采用

启发式、发现式、设计教学法、注入式方法等

7.2.6作业安排及课后反思

思考：1-3,6习题：1-3,4,5,7,思考1-1,1-4练习1T4,19,21

7.2.7课前准备情况及其他相关特殊要求

提前预习describingmotiomKinematicsinonedimension,KinematicsinTwo

Dimensions;Vectors

728参考资料(具体到哪一章节或页码)

PhysicsforScientistsandEngineeringwithModernPhysics(thirdEdition)；

作者DouglasC.Giancoli,高等教育出版社.2005.07第17页到第74页

7.3教学单元三

7.3.1教学日期

2017年3月17日，2017年3月22日，2017年3月24日，2017年3月

29日，2017年3月31日

732教学目标

1.会熟练使用矢量和微积分工具，应用牛顿运动定律处理一般难度的力

学问题；

2.掌握牛顿三个定律及适用条件；

3.了解牛顿力学中几种常见的力，掌握受力分析的基本方法；

4.了解力学中的单位制和量纲；

5.理解惯性参考系；

6.理解力学相对性原理；

7.熟练掌握直线运动情况下变力做功的计算方法；

8.会计算势能；

9.会用动能定理和动量定理分析处理质点平面运动的简单力学问题；

10.掌握用动量和机械能守恒定律分析问题的思路和方法，会分析简单系

统在平面内运动的力学问题；

11.熟练掌握矢量和微积分工具解题。

733教学内容（含重点、难点）

Dynamics

3-1.Newton飞LawsofMotion（P78-）

1.Newton'sFirstLaw—InertialLaw

Ifnonetforceactsonabody,thebody'svelocitycannotchange.

SupplementaryExplanation

①.Masscharacterizes（表征）theinertia（惯性）ofabodyltisameasurementoftheinertia.

②.Forceisnotthereasonkeepingthevelocityofabody.Itisthereasonchangingthe

velocityofthebody.

（3）.InertialReferenceFrames（IRF）（惯性参考系）：inwhichNewton'sfirstlawholds.

2.Newton'sSecondLaw

Theaccelerationofabodyisdirectlyproportional（成正比）totheresultantofallexternal

forces（合夕卜力）exertedonthebody,andinverselyproportional（成反比）tothemassofthe

body,andisinthesamedirectionastheresultantforce.

F=ma

Discussion:

①.Itisaninstantaneouslaw

（2）.ItisonlysuitableforIRF.

③・Fisthevectorsumofallexternalforces（resultantforce,netforce）

示不一dvd~r

（4）.Thecomponentforms:r—ma==m—f

2

_dvxdx

Inrectangularcoordinaterx=nuix=m-----=m——

dtdt

InnaturalcoordinateF,=—m—Ft—ma,—m—

pdt

3.Newton'sThirdLaw

Whateverabodyexertsaforceonanotherbody,thelatterexertsaforceofequalmagnitude

andoppositedirectionontheformer.

rr

FAB=—FBAaction—reactionlaw

Supplementaryexplanation:

①.Simultaneous;

②.Sametypeofforce;

③.Actingondifferentbodies;（Theydonotcanceleachother.）

4-4.ApplyingNewton'sLaws

1.Twokindsofproblems

"vv-*_*一

Motionfunctionr-r（z）v.aF-ma

I——Fvvv

Force:F—>Q=----->v,r=r（Z）

、m

2.Crux

（力场中:重力场、电场、磁场

Forceanalysis）f形变一弹力

（技侬1相对运动（趋势）-摩擦力

受力分析

隔离法：先分后合

3