“大学物理”课程教学大纲

1、大学物理课程理论课教学大纲 课程编码：课程性质：专业必修课学 时：48学 分：4学分 适用专业：计算机网络专业 动漫软件专业 一、课程性质、目的和要求以物理学基础知识为内容的大学物理课是高等学校理科非物理专业学生的一门重要的必修基础课。物理学是整个自然科学的基础，高等学校中开设物理课的目的是使学生对物理学的内容和方法、工作语言、概念和物理图象、其历史、现状和前沿等方面，从整体上有个全面的了解。学好大学物理课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相关新理论、新知识、新技术，不断更新知识都将发生深远的影响。在大学物理课的各个教学环节中，都必须注意在传授知识的同时着重培养能

2、力，使学生初步学习科学的思想方法和研究问题的方法，通过本课程的教学，应使学生初步具备以下能力。1能够独立地阅读相当于大学物理水平的教材，参考书和文献资料，并能理解其主要内容和写出条理较清晰的笔记、小结或读书心得。2了解各种理想物理模型并能够根据物理概念、问题的性质和需要，抓住主要的因素，略去次要要素，对所研究的对象进行合理的简化。3会运用物理学的理论、观点和方法、分析、研究、计算或估算一般难度的物理问题、并能根据单位、数量级与已知典型结果的比较，判断结果的合理性。二、教学内容、要点和课时安排 绪论（1 学时）教学目的：1、了解物理学科的性质、研究对象、研究方法。第一篇 力学（9 学时）第1章

3、质点运动学 （3学时）教学目的：1、掌握位置适量、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计算质点在平面内运动时的速度、加速度。能借助于极坐标计算质点作圆周运教学重点和难点：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，以及它们之间的关系。1.1 参考系 坐标系 质点1.1.1参考系1.1.2坐标系1.1.3质点1.2 质点的位矢、位移和速度1.2.1质点的位置坐标和位置矢量1.2.2运动方程与轨道1.2.3质点的位移1.2.4速度1.2.5速度的分量形式1.3 质点的加速度1.3.1加速度定义1.3.2加速度的分量形式1.3.3圆周运动2

4、 1.4 运动描述的相对性 伽利略变换1.4.1运动描述的相对性1.4.2伽利略变换思考题：1、位移和位置矢量有何区别？ 2、位移和路程有何区别？3、速度和速率有何区别？ 第2章 牛顿运动定律及牛顿力学中的守恒定律 （6学时）教学目的：1、掌握牛顿运动三定律及其适用范围。能求解一维变力情况下质点的动力学问题。2、理解力学单位制和量纲。3、掌握功的概念及变力作功的变达式，能计算一维变力的功。掌握质点的动能定理，理解保守力作功的特点及势能概念。会计算重力、弹性力和万有引力热能，掌握机械能守恒定律。4、掌握质点的动量定理。掌握运用守恒定律分析力学力学问题的思路和方法，能求解简单系统在平面内运动的力学

5、问题。教学重点和难点：1、掌握运用牛顿运动定律及牛顿力学中的守恒定律分析力学问题的思路和方法，能求解简单系统在平面内运动的力学问题。2.1 牛顿运动定律2.1.1牛顿运动三定律2.1.2自然界中的常见力2.1.3牛顿运动定律的应用2.2 功和动能定理2.2.1力的功2.2.2动能定理2.3 保守力和势能2.3.1保守力与耗散力2.3.2势能2.4 功能原理和机械能守恒定律2.4.1质点系的动能定理2.4.2功能原理2.4.3机械能守恒定律2.5 动量定理与动量守恒定律2.5.1质点的动量定理2.5.2质点系的动量定理2.5.3动量守恒定律2.5.4碰撞问题2.6 角动量与角动量守恒定律2.6.

6、1力对参考点的力矩2.6.2质点对于参考点的角动量和角动量定理2.6.3角动量守恒定律2.7 刚体力学基础2.7.1刚体运动的基本形式2.7.2刚体定轴转动的运动学描述2.7.3刚体定轴转动定律2.7.4刚体定轴转动的角动量定理和角动量守恒定律思考题：1、有人说：人推动了车是因为推车的力大于车反推人的力？这句话对吗？为什么？ 2、摩擦力是否一定阻碍物体的运动？3、在门窗都关好的开着的汽车内，漂浮着一个氢气球，当汽车向左转弯时，氢气球在车内向左运动还是向右运动？ 4、你自己身体内的质心是固定在身体内的某一点吗？你能将质心移至身体外吗？5、动量守恒时，角动量一定守恒吗？角动量守恒时，动量一定守恒吗

7、？ 6、有一个固定轴的刚体，受到两个力的作用，当合力为零时，对转轴的合力矩一定为零吗？当合力矩为零时，合力一定为零吗？第二篇 电磁学（26学时）第6章 静电场 （10学时）教学目的：1、理解库仑定律和电学单位制。2、掌握电场强度的概念和电场的叠加原理。根据电荷的分布能计算电场强度的分布，理解电偶极子和电偶极矩的概念，能计算电偶极子在均匀电场中的力矩。3、理解静电场的高斯定理。理解用高斯定理计算电场强度的条件和方法。 4、理解静电场力作功的特点及静电场的环路定理，掌握电势能和电势的概念及电场强度和电势的关系。由电荷的分布，根据电势叠加原理会计算空间电势的分布。教学重点和难点：1、理解本章关于电场

8、强度、电势差、电容等的定义及基本概念；场强迭加原理、高斯定理等基本定律极其应用；场强与电势梯度的关系；掌握电场强度和电势的条件和方法以及电场强度和电势的关系。6.1 电荷 库仑定律6.1.1电荷6.1.2库仑定律6.1.3电力叠加原理6.2 电场强度6.2.1电场6.2.2电场强度6.2.3电场强度的计算6.3 高斯定理6.3.1电场线6.3.2电通量6.3.3高斯定理6.3.4高斯定理的应用6.4 环路定理 电势6.4.1环路定理6.4.2电势差和电势6.4.3电势的计算6.4.4等势面6.5 静电场中的导体6.5.1导体的静电平衡6.5.2电容和电容器6.5.3传导电流 电动势6.6电介质

9、中的静电场6.7静电场能6.7.1电容器储存的静电能6.7.2静电场能 电场能量密度思考题：1、点电荷的电场强度公式中，当考察点距离点电荷的距离趋于零时，电场强度趋于无穷大，这是没有物理意义的，怎样解释？2、电场线、电通量和电场强度的关系如何？电通量的正负表示什么意义？ 3、如果在闭合的曲面上的电通量为零时，面上任一点的场强都等于零吗？面内没有电荷？面内没有净电荷？4、电场线能否在没有电荷的地方中断？为什么？ 5、电势为零的点，电场强度一定为零吗？场强为零的点，电势一定为零吗？第7章 稳恒磁场 （10学时）教学目的：1、掌握磁感应强度的概念。掌握毕奥-萨伐尔定律，能由电流的分布计算空间磁感应强

10、度的分布。2、理解稳恒磁场的高斯定理。3、理解稳恒磁场的安培环路定理，理解用安培环路定理计算磁感应强度的条件和方法。 4、理解安培定律和洛仑兹力公式。理解平面载流回路的磁矩的概念。能计算载流导线在磁场中所受的安培力；能计算载流回路在均匀磁场中所受的磁力矩；能分析运动电荷在均匀电场和均匀磁场中所受的力和运动。教学重点和难点：1、理解本章关于电通量的计算；磁感应强度的定义；毕奥萨伐定律、安培环路定理、安培定律；掌握磁感应强度的计算方法以及载流导线及运动电荷在磁场中的受力和运动问题。7.1 磁场 磁感应强度7.1.1基本磁现象7.1.2磁感应强度及洛仑兹力公式7.2 毕奥-萨伐尔定律7.2.1毕奥-

11、萨伐尔定律7.2.2毕奥-萨伐尔定律的应用7.3 磁高斯定理 安培环路定理7.3.1磁通量7.3.2磁高斯定理7.3.3安培环路定理7.3.4安培环路定理的应用7.4 磁场对载流导线的作用7.4.1安培力公式7.4.2载流线圈在磁场中受到的力矩7.4.3磁场的功7.5 带电粒子在匀强磁场中的运动7.6 介质中的磁场思考题：1、能否利用磁场对带电粒子的作用力来增大粒子的动能？2、如果让一个质子在地磁场中一直沿着赤道运动，是向东还是向西发射它呢？ 3、在磁场方向和电流方向一定的条件下，导体所受的安培力的方向和载流子的种类有无关系？4、磁场是不是保守场？ 5、一块永久磁铁落到地板上就有可能部分退磁？

12、为什么？ 第8章 变化的电磁场 （6学时）教学目的：1、掌握法拉第电磁感应定律，会计算回路中所产生的感应电动热。理解动生电动势和感生电动势。2、了解自感现象和互感现象及自感系数和互感系数。3、理解电流系统的磁场和磁场能量密度，会计算简单电流系统的磁场能量。4、了解涡电流电场和位移电流的概念以及静电场与涡旋电场的区别和传导电流与位移电流的区别。5、了解麦克斯韦方程组的积分形式及各方程的物理意义。了解电磁场的物质性。教学重点和难点：1、掌握法拉第电磁感应定律及其应用；自感和互感现象；电场、磁场的能量和场能密度；位移电流的概念；麦克斯韦方程组的积分形式。8.1 电磁感应定律8.1.1电磁感应现象8.

13、1.2法拉第电磁感应定律8.1.3牛顿运动定律的应用8.2 动生电动势8.2.1动生电动势的产生8.2.2动生电动势的计算8.3 感生电动势8.3.1感生电动势和感生电场8.3.2感生电场的性质8.3.3感生电场的计算8.4 自感和互感 磁场能量8.4.1自感8.4.2互感8.4.3磁场能量8.5 位移电流8.5.1位移电流假设8.5.2全电流定律8.6 麦克斯韦电磁场方程组8.7 电磁波的性质思考题：1、当电路中通有强电流，当突然打开刀闸断电时，就有一大火花跳过刀闸，试解释这一现象？2、用楞次定律说明为什么一个小的条形磁铁能悬浮在用超导材料做成的盘上？ 3、将形状完全相同的铁环和吕环适当放置

14、，使通过两环的磁通量的变化率相同，这两个环的感应电流和感应电场是否相同？第二篇振动和波动（4学时）第三章振动和波动（4学时）教学目的：1、掌握简谐振动的基本特征，根据受力分析能建立简谐振动振动的微分方程。 2、掌握简谐振动的运动学方程。根据振动系统特征及初始条件，能确定振动方程中的三个特征量：振幅、初位相和圆频率。 3、理解旋转矢量法 4、理解同方向、同频率的两个生产率振动的合成规律。 5、了解两个同频率相互垂直简谐振动的合成。6、理解机械波产生的条件，了解波动与振动的联系与区别。 7、掌握平面简谐波的波动方程，能根据波线上某一点的振动方程，写出波动方程。 8、理解波动的能量传播特征及波的能量

15、密度能流和能流密度等概念。 9、了解波的惠更斯原理，理解角波的叠加原理，掌握波的干涉现象和相干波条件。 10、了解多普勒效应。教学重点和难点：1、描述简谐振动的各物理量，旋转矢量法，弹簧振子，由初始条件写出一维谐振动的运动方程，谐振动的合成。2、波动方程的建立；波能量及能流、能流密度；惠更斯原理和波的叠加原理；波的相干条件；驻波。3.1 简谐运动3.1.1简谐振动的特征3.1.2简谐振动的频率、振幅和位相3.1.3简谐振动旋转矢量的旋转矢量法方程3.1.4简谐振动的能量3.2 简谐振动的合成3.3 机械波的产生和传播3.3.1机械波的形成3.3.2周期性机械波 横波与纵波3.3.3球面波和平面

16、波3.4 平面简谐波 波的能量和强度3.4.1波长、频率和波速3.4.2平面简谐波的波形式3.4.3波的能量 波的强度3.5 惠更斯原理 波的衍射3.6 波的叠加原理 波的干涉3.7 多普勒效应3.7.1波源不动，观察者运动3.7.2观察者不动，波源运动3.7.3波源和观察者同时相对于介质运动思考题：1、某质点在一个使它返回平衡位置的力作用下，它是否一定作简谐振动？ 2、在什么情况下，简谐振动质点的速度和加速度是同号？什么情况下又是异号的？加速度为正值时，振动质点一定是加快运动吗？反之，加速度为负值时，一定是减慢运动吗？3、一个柱形木块浮于静水中，其侵入部分的高度为a,今用手指沿竖直方向将其慢

17、慢压下，使其侵入部分高度为b,然后放手使其振动。若不计水对木块的粘滞阻力，试证明木块的运动是简谐振动，并求出振动方程。思考题：1、波动和振动有什么区别和联系？2、形成机械波要具备什么条件？3、机械波从一种媒质进入另第一种媒质时，波长、波的周期和频率、波速等物理量中，哪个不变，哪个要变？4、为了描述一波动，写它的波动方程时，所选取坐标系的原点是否一定要放在波源处？计时的零点是否一定要选取波源开始振动的时刻？第四篇 光学（2学时）第十五章波动光学（2学时）教学目的：1、理解光的相干性、相干条件及获得相干光的方法，掌握光程、光程差、半波损失及光的干涉条件。 2、理解杨氏双缝干涉，能确定干涉条纹在屏上

18、的位置，理解薄膜干涉的等倾干涉以及增透膜和增反膜。 3、掌握劈尖干涉，能确定条纹的间距，相邻明（或暗）纹对应的膜的原度差等，了解牛顿环、了解迈克耳逊干涉仪的工作原理。 4、了解惠更斯菲涅耳原理及处理单缝的夫琅和费衍射的半波带法。理解单缝衍射公式，会分析、确定单缝衍射条纹的位置及缝宽和波长对衍射条纹分布的影响，了解光学仪器的分辩本领。 5、理解光栅衍射公式，会确定光衍射各级明纹的位置，会分析斜入射的情况及光栅衍射的缺级现象。教学重点和难点：1、光程概念；2、劈尖干涉，薄膜干涉；3、单缝弗朗和费衍射，半波带法；4、熟练掌握光栅公式的应用；5、理解天然光和偏振光的概念，起偏和检偏的基本方法；6、灵活

19、运用布儒斯特定律和马占斯定律。15.1 光的相干性 15.1.1光源的放光机制与特点15.1.2光的相干性15.1.3光程和光程差15.2 双缝实验15.2.1杨氏双缝实验15.2.2应用分波振面方法的其他实验15.3 薄膜干涉15.3.1等倾干涉条纹15.3.2等厚干涉条纹15.4 光的衍射现象 15.5 圆孔衍射和光学仪器的分辨本领15.6 衍射光栅 15.7 光的偏振思考题：1、杨氏双缝实验中，如有一条狭缝稍微加宽一些，问屏幕上的干涉条纹有什么变化？如果把一条狭缝遮住，在光屏上原中央亮纹所在处的光强将如何变化？2、以白光垂直照射单缝，中央亮纹边缘有彩色出现，为什么？边缘的彩色中，红色在外

20、或是紫色在外？3、偏振光通过偏振片后，强度减小一半。求偏振光振动方向与偏振片的偏振化方向之间的夹角？ 第三篇热学（4学时）第四章 气体动理论 （2学时）教学目的：1、掌握理想气体的物态方程及热力学第零定律。2、了解统计物理的几个概念：统计规律、概率和统计平均值。3、理解理想气体的状态方程，理解理想气体的宏观定义、微观模型和统计假设。4、理解理想气体的压强公式和温度公式，以及宏观量压强和温度的微观本质。5、理解能量按自由度均分定理及内能的概念，并能应用该定量计算理想气体的定压热容、定体热容和内能。6、了解麦克斯韦速率分布律及速率分布函数和分布曲线的物理意义。了解气体分子热运动的三种速率；平均速率

21、、方均根速率及最概然速率。了解气体分子的平均碰撞频率和平均自由程。教学重点和难点：1、理想气体状态方程；压强公式和温度公式；能均分定理；内能；麦克斯韦速率分布律；算术平均速率、均方根速率、最可几速率；平均碰撞频率及平均自由程。2、能均分定理；内能；麦克斯韦速率分布律。4.1 热力学平衡态4.1.1平衡态4.1.2状态参量4.2 热力学第零定律 温度4.3 理想气体的物态方程4.4 温度和压强的统计意义 4.4.1理想气体的微观模型及统计假设4.4.2压强公式4.4.3温度公式4.5 分子热运动的速率统计分布规律 4.5.1分子的速率分布函数4.5.2麦克斯韦速率分布律和分布曲线4.6 能量按自

22、由度均分定理、理想气体内能思考题：1、试解释物体为什么能够被压缩，但又不能无限地被压缩？ 2、一定质量的理想气体，当温度恒定时，其压强随体积的减小而增大，当体积保持恒定时，其压强随温度升高而增大。从微观角度看，这两种压强增大的过程又何区别？ 3、气体处在非平衡态时，能量按自由度均分定理能否成立？ 4、从麦克斯韦速率分布律得出的三个典型速率各有何不同？5、一定质量的气体，保持容积不变，当温度增加时，分子运动得更加剧烈，碰撞得更加频繁。问其平均自由程是否会因此而减小？第五章 热力学定律 （2学时）教学目的：1、掌握功和热量的概念，理解准静态过程，掌握热力学第一定律，能根据热力学第一定律分析、计算理

23、想气体等体、等压、等温和绝热过程中的功、热量和内能的改变量。2、理解循环过程的特征及热机效率和致冷机的致冷系数。理解卡诺循环以及卡诺热机的效率和卡诺致冷机的致冷系数。3、了解热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯表述。4、了解可逆过程和不可逆过程。5、了解热力学第二定律的统计意义，了解熵的玻尔兹曼表棕式和熵增加原理。教学重点和难点：1、热力学第一定律及应用；绝热过程；卡诺循环及效率；热力学第二定律；可逆过程和不可逆过程。2、热力学第一定律及应用；绝热过程。5.1 内能、功、热量 准静态过程5.1.1内能、功、热量 5.1.2准静态过程5.2 热力学第一定律 热容量5.2.1热力学第一定律5.2.

24、2热力学第一定律对理想气体的应用5.3 循环过程5.3.1循环过程5.3.2卡诺循环5.4 热力学第二定律5.4.1热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯表述5.4.2可逆过程和不可逆过程5.4.3热力学第二定律的核心内容和统计意义5.5 熵 熵增加原理5.5.1卡诺定理5.5.2克劳修斯等式与不等式5.5.3态函数熵5.5.4熵差的计算5.5.5熵增加原理5.5.6熵和熵增加原理的统计意义思考题：1、理想气体的内能是温度的单值函数，对理想气体内能的意义作下面几种理解是否正确？（1）气体处于一定的状态，就具有一定的内能。（2）对应于某一状态，内能只具有一个值，不可能有两个或两个以上的值。（3）当

25、理想气体的状态改变时，内能一定跟着改变。2、两个容器内分别盛有不同的理想气体，已知它们的内能相等，它们的温度相同吗？为什么？3、理想气体由一定的初状态压缩至一定体积，一次是缓慢地压缩，一次是很快地压缩，如果其它条件都相同，问温度变化是否相同？外界所作的功是否相同？第六篇近代物理（2学时）第十章狭义相对论基础（1学时）教学目的：1、理解伽里略变换，伽里略相对性原理和经典时空观。 2、理解爱因斯坦狭义相对论的两个基础假设，理解洛仑兹坐标变换，了解洛仑兹速度变换。3、理解狭义相对论中同时性的相对性以及长度收缩和时间膨胀概念。理解牛顿力学中的进空观和狭义相对论中时空观以及二者的差异。 4、了解相对论动力学的几个重要结论：动力学基本方程、质量和速度的关系、能量和质量的关系以及能量和动量的关系。 教学重点和难点： 狭义相对论中同时性的相对性以及长度收缩和时间膨胀概念；10.1牛顿时空观和力学相对性原理10.2 狭义相对论的基本与假设与洛仑兹变换式10.3 狭义相对论的时空观10.4 相对性动量和能量思考题：1、物体的长度在不同的惯性系中是不同的，而且在运动方向上的长度将缩