《大学物理》课程教案

《大学物理》课程教案

《大学物理》课程教学设计方案一、课程的地位和任务物理学是研究物质最基本、最普遍的运动形式及其相互转化规律的科学。物理学的研究对象具有极大的普遍性，它的基本理论渗透在自然科学的一切领域中，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。因此，中央广播电视大学将“大学物理”列为高等工程专科各类、各专业的一门必修的统设公共基础课。“大学物理”课程包含实验课。实验课是高等工程专科物理学课程中的重要实践环节，是培养学生科学实验基本技能的必修的基础课，是学生进入广播电视大学后，受到较系统的实验方法和实验技能训练的一门实验课。它为学生以后学习专业实验和进行工程实验打下必要的基础。课程的教学目的和任务是:1.使学生对物理学的基本内容有较全面、较系统的认识。即学生通过学习物理学的基本概念、基本规律和实验课教学，了解自然界比较完整的物理图象，对物理学所研究的各种运动形式以及它们之间的联系有较全面、较系统的认识，对物理学的当代发展和成就以及物理学在工程技术中的应用有初步的了解。2.使学生在逻辑思维能力、抽象思维能力以及分析问题与解决问题的能力方面受到初步训练；使学生掌握基本物理实验技能；使学生对科学实验在物理学研究和发展中的作用有正确的认识。3.提高学生的科学素养，帮助学生增强爱国主义观念并建立辩证唯物主义世界观。4.为学生进一步学习专业知识、掌握工程技术以及今后知识更新打下必要的物理学基础。二、课程的特点和教学要求本课程是一门公共基础课。根据广播电视大学高等工程专科培养应用型高级工程技术人员的培养目标，并参照近年来国际上物理学课程教学改革的趋势，本课程应具有以下的特点:1.保持物理学的核心内容系统、完整；在讲授经典物理学的有关概念、规律时尽早介绍相应的近代物理学的观点；注意增强对当代发展较活跃的物理学领域的成果和进展的介绍。2.以中学物理为起点，注意知识衔接，避免简单重复。3.本课程应安排在高等数学讲授完微商和不定积分的有关内容之后开始。应注意训练学生使用已掌握的高等数学知识来表达物理规律、分析和处理物理问题。对学生计算能力的要求应适当。4.实验课教学应与理论课教学安排在同一学期进行。作为公共基础课，教学内容的共性是主要的。因此，对于高等工程专科各类的所有不同专业，均应达到本大纲所规定的基本要求，以免出现知识脱节或知识结构缺陷。对本课程教学内容的基本要求分为以下三级:1.深入理解、熟练掌握(属较高要求)：规定为深入理解或熟练掌握的内容，要求学生在学习后能准确、完整地理解有关物理概念、规律的表达及其依据的现象、实验，能运用这些概念和规律，熟练地分析和解决一些问题，包括某些带有综合性的问题。第7页\n2.理解、掌握(属一般要求)：规定为理解或掌握的内容，要求学生在学习后能依据这些概念和规律进行简单的分析、判断，能应用所学的公式进行计算。能正确地调整和操作有关的常用物理实验仪器，能应用处理实验数据的有关方法。3.了解(属较低要求)：规定为了解的内容，要求学生学习后知道其所涉及的物理现象、概念和规律，能识别其主要特征、方法和结论。对当代物理前沿专题部分标明的有关概念的定义能够识记。三、学时、学分与作业本课程课内学时126，其中理论课102学时，实验课24学时，共7学分。本课程分两个学期开设，第一学期56课时，学习《大学物理理论核心部分》第一章至第十章；第二学期70课时，学习的内容包括三部分：（1）《大学物理理论核心部分》的第十一章至第十六章；（2）《大学物理当代物理前沿专题部分》；（3）《大学物理实验部分》；的基础知识和至少完成六个必做实验。学时分配见下表：教学内容学时思考题习题绪论物理学与我们周围的世界1(1)第一章运动和力7(6)1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,161,2,3,4,5,7,9,10,11,12,14,16第二章动量守恒4(3)1,2,3,41,2,5,6第三章角动量守恒3(2)1,2,3,4,51,2,3第四章能量守恒8(6)1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,143,4,5,7,9,10,11,13,14第五章分子的热运动7(6)1,3,8,9,12,13,15,17,18,21,24,25,26,27,282,4,6,8,9,10,12,15,16,17第六章宏观过程的方向性3(3)1,2,3,7,9,10,125,11第七章静电场8(7)1,2,3,6,7,8,9,11,12,13,14,15,161,2,3,5,6,7,9,11,12,13,15,16第八章稳恒磁场6(6)1,2,3,4,5,6,8,9,10,11,13,14,151,2,4,6,7,8,9,10,11,13,15,17第九章电磁感应6(4)1,5,8,9,10,11,122,3,4,5,6,7,8,9第十章电磁场3(3)1,2,3,4,5,6,71,2,5第十一章波动7(6)1,3,5,6,7,8,12,16,18,19,20,23,24,251,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,15,16,17,18第十二章光波11(10)1,3,4,5,7,8,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,242,4,7,9,10,11,12,13,16,18,20,22,25,26,27第十三章波和粒子5(5)1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,171,2,8,9,13,14,19,20第十四章经典力学1(1)第十五章狭义相对论3(2)第7页\n第十六章狭义相对论的实验检验1(1)大学物理专题讲座18(18)大学物理实验24总学时126说明：括号内的学时数为电视播出的主讲课的学时数。学生一定要完成以上的作业，凡是未完成以上作业的学生，不能参加期末的“大学物理”课程考试。四、大学物理理论课的教学内容及基本要求1．理论核心部分教学内容教学的基本要求绪论物理学与我们周围的世界周围世界中形形色色、绚丽多彩的物理现象物理学的研究对象物理学对提高科学素养和学习专业知识以及对现代化建设的作用第一章运动和力1.1质点运动的描述（质点、参考系和坐标系、位置矢量和运动方程、速度、加速度）1.2牛顿运动定律（牛顿第一定律、牛顿第二定律、牛顿第三定律）1.3力与质点的运动（万有引力和重力、电磁力、弹性力、摩擦力、应用牛顿定律的基本方法）1．理解运动方程的概念。2．深入理解速度、加速度的矢量性和瞬时性。3．掌握根据运动学方程求解质点运动的位移、速度、加速度的方法（一维和二维）。4．理解法向加速度和切向加速度的概念。5．理解牛顿运动定律及其适用条件。6．理解万有引力、重力、弹性力和摩擦力的基本作用规律，并掌握在这些力作用下典型运动的特征。第二章动量守恒2.1质点动量定理（质点的动量、力的冲量、质点动量定理）2.2质点系动量定理和动量守恒定律（质点系动量定理、动量守恒定律、质点系动量守恒定律的应用、火箭飞行原理）1．理解动量和冲量的概念。2．理解质点和质点系动量定理。3．深入理解动量守恒定律，掌握处理动量守恒问题的方法（一维和二维）。4．了解火箭飞行原理。第三章角动量守恒3.1质点角动量定理及角动量守恒定律（质点的角动量、力矩、质点的角动量定理和质点角动量守恒定律）3.2质点系角动量定理及角动量守恒定律（质点系角动量定理、质点系角动量守恒定律）1．理解质点的角动量和力矩的概念。掌握质点的角动量的计算。2．理解质点角动量定理和角动量守恒定律。理解质点在有心力作用下的角动量守恒。3．了解质点系角动量定理和角动量守恒定律。第四章能量守恒4.1功和功率（恒力做的功、变力做的功、功率）4.2动能定理（质点动能定理、质点系动能定理）4.3势能（保守力和非保守力、势能和势能曲线）4.41．理解功、动能、势能的概念。2．掌握计算变力的功的方法（限一维）3．理解质点动能定理和质点系动能定理。4．深入理解功能原理和机械能守恒定律，并掌握有关计算方法。第7页\n功能原理和机械能守恒定律（质点系的功能原理、机械能守恒定律）4.5能量守恒定律（热力学第一定律、能量守恒定律）5．理解内能、热量的概念。深入理解热力学第一定律。第五章气体动理论5.1气体动理论的基本概念5.2理想气体的物态方程5.3理想气体的压强和温度（理想气体的微观模型、压强公式、温度与分子平均平动能的关系）5.4气体分子的速率分布律（葛正全实验、统计规律、麦克斯韦速率分布律）5.5能量按自由度均分定理（分子运动的自由度数、能量按自由度均分定理、理想气体的内能）1．理解热运动、理想气体、平衡态等概念。2．理解气体分子动理论的基本思想。3．深入理解气体压强的微观实质和压强公式。4．理解温度的微观实质，掌握温度与气体分子平均平动能的关系式。5．了解气体分子热运动速率分布的统计规律，了解速率分布曲线的物理意义。6．理解能均分定理。掌握理想气体内能的计算方法。第六章宏观过程的方向性6.1宏观过程的方向性6.2热力学第二定律6.3热力学第二定律的微观实质6.4熵熵增加原理1．了解宏观过程的方向性。2．理解热力学第二定律及其微观实质。3．了解熵及熵增加原理。第七章静电场7.1电荷7.2库仑定律（点电荷、库仑定律、静电力叠加原理）7.3电场和电场强度矢量（电场、电场强度矢量、场强叠加原理、场强的计算、电场线）7.4静电场力的功电势（静电场力的功与路径无关、电势能、电势差和电势、电势叠加原理、电势的计算、等势面）7.5高斯定理和环路定理（电通量、高斯定理、高斯定理应用举例、静电场的环量和环路定理）7.6电容器静电场的能量（电容器、电容器储能、静电场能）1．深入理解静电场、电场强度的概念和电场强度叠加原理。2．理解电场力的功。理解电势能的概念。深入理解静电场中两点间的电势差及静电场中某一点的电势的概念。掌握简单情况下根据电场强度分布，用线积分计算电势差和电势分布的方法。3．理解真空中静电场的高斯定理。掌握电荷分布具有对称性时应用高斯定理求解电场强度的基本方法。4．理解静电场的环路定理。5．理解电容的概念。掌握电容器的储能公式。理解真空中的电场能量密度公式。第八章稳恒磁场8.1磁现象的电本质（早期发现的磁现象、电流的磁效应、磁现象的电本质）8.2磁场磁感应强度矢量（磁场、磁感应强度矢量、磁感应线）8.3毕奥—萨伐尔定律（毕奥—萨伐尔定律、应用举例）8.4磁场的高斯定理和安培环路定理（磁场的高斯定理、安培环路定理）8.5磁场对运动电荷及通电导线的作用（磁场对运动电荷的作用、带电粒子在均匀磁场中的运动、磁场对通电导线的作用、磁场作用于通电线圈的力矩）1．了解磁现象的电本质。2．理解磁场和磁感应强度的概念。3．掌握毕奥—萨伐尔定律，能应用该定律求解通电长直导线周围和通电圆线圈轴线上的磁感应强度分布。4．理解磁场的高斯定理和安培环路定理。5．理解洛伦兹公式。掌握带电粒子垂直射入均匀磁场时作圆周运动的特点。了解霍耳效应的原理。掌握安培公式及计算磁场对通电直导线的作用力和对通电线圈的作用力矩的方法。第7页\n第九章电磁感应9.1电磁感应现象9.2电磁感应的基本规律（感应电动势的方向、楞次定律、感应电动势的大小、法拉第电磁感应定律）9.3电磁感应的本质（电动势、动生电动势、感生电动势）9.4电磁感应的应用（互感、自感、涡电流、电子感应加速器）9.5磁场的能量（通电线圈储能、磁场的能量）1．理解感应电动势的概念。深入理解楞次定律和法拉第电磁感应定律，熟练掌握其应用。2．理解电动势、动生电动势和感生电动势的概念。3．了解互感、自感和涡电流的概念。4．了解磁能密度公式。第十章电磁场10.1电磁场麦克斯韦方程组（涡旋电场和位移电流、电磁场、麦克斯韦方程组）10.2电磁波（电磁波的传播、电磁波的产生、赫兹实验、电磁波的基本性质、电磁波的能流密度—坡印亭矢量、电磁波谱）1．了解麦克斯韦位移电流假设。2．了解电磁场的概念。3．了解真空中麦克斯韦方程组的积分形式。4．理解平面电磁波的基本性质。5．了解坡印亭矢量的意义。6．了解电磁波谱。第十一章波动11.1简谐振动（简谐振动及其特征量、简谐振动的旋转矢量描述法、简谐振动的能量）11.2同一直线上简谐振动的合成（同一直线上同频率简谐振动的合成、同一直线上不同频率简谐振动的合成、拍）11.3简谐波波的传播（简谐波的形成与传播、简谐波的特征、平面简谐波的表达式、波动微分方程、波的能量和能流、惠更斯原理、波的反射和折射）11.4波的叠加（波的叠加原理、波的干涉、驻波）11.5多普勒效应1．理解简谐振动的概念和角频率、振幅及相位的物理意义。2．了解简谐振动的旋转矢量描述法。3．了解简谐振动过程中系统的机械能的性质。4．理解同一直线上同频率简谐振动合成的基本规律。了解同一直线上不同频率简谐振动合成的基本规律及拍的现象。5．理解简谐波、波形曲线、横波和纵波的概念。理解简谐波的特征量的意义。理解平面简谐波的表达式。6．了解惠更斯原理。7．理解波的叠加原理。8．理解波的干涉的条件和干涉极大和极小的条件。9．了解驻波现象及其特征。10．了解多普勒效应。第十二章光波12.1光波（光源与光的传播、光程与光程差、光的非相干叠加与相干叠加）12.2光的干涉（杨氏干涉实验、薄膜干涉、迈克耳孙干涉仪）12.3光的衍射（衍射现象、惠更斯—菲涅耳原理、单缝夫琅禾费衍射、光学成像仪器的分辨本领、光栅衍射与光栅光谱）12.41．了解光振动和光强的概念。理解折射率的概念。2．深入理解光程和光程差的概念。掌握相位差与光程差的关系式。3．掌握双缝干涉实验中明纹中心与暗纹中心的条件公式。掌握干涉条纹间距公式。理解双缝干涉实验中光强曲线的意义。4．第7页\n光的偏振（自然光与偏振光、起偏与检偏、反射与折射光的偏振、双折射现象）理解薄膜干涉的基本原理，掌握计算增透膜最小厚度的方法。理解形成等厚干涉条纹的原理，掌握光线正入射时计算劈尖干涉条纹的简单问题的方法。5．了解惠更斯—菲涅耳原理。6．理解单缝夫琅禾费衍射现象，理解暗纹中心位置公式及光强分布曲线的意义。7．了解艾里斑的概念。了解瑞利判据及望远镜最小分辨角的概念。8．掌握应用光栅公式进行计算的基本方法。9．了解光的偏振现象，理解自然光、线偏振光和部分偏振光的概念。10．了解用偏振片获得和判断线偏振光的基本方法。理解马吕斯定律。11．了解布儒斯特定律。12．了解双折射现象。第十三章波和粒子13.1光的波粒二象性（光电效应、爱因斯坦光子理论、光的波粒二象性）13.2实物粒子的波粒二象性（德布罗意物质波假说、电子衍射实验、海森伯不确定关系、波函数）1．理解光电效应的实验规律。2．深入理解爱因斯坦的光子理论及爱因斯坦光电效应方程。3．理解光的波粒二象性。4．了解德布罗意物质波假说。5．了解电子衍射实验的意义。6．了解海森伯不确定关系。7．了解波函数的概念及波函数的统计诠释。第十四章经典力学14.1经典力学简介（坐标系和同时性定义、惯性定律和伽利略坐标系、伽利略相对性原理和牛顿第二定律、伽利略坐标变换、牛顿绝对时空观）14.2经典物理学的困难1．了解经典力学中的同时性的概念。2．了解伽利略的相对性原理。3．了解伽利略变换表达的绝对时空观。4．了解经典物理学的困难。第十五章狭义相对论15.1狭义相对论的两个基本假设15.2惯性坐标系与爱因斯坦同时性定义15.3洛伦兹变换和相对性原理15.4洛伦兹变换与伽利略变换的差别15.5运动学效应（极限速度、爱因斯坦速度相加定理、同时性的相对性和因果律、长度收缩、时间延缓）15.7相对论力学（相对论力学定律、质速关系、质能关系、物体运动的极限速度和光子的静质量）1．理解爱因斯坦狭义相对性原理和光速不变原理。2．了解爱因斯坦同时性定义。3．了解洛伦兹变换。4．理解极限速度的概念。了解狭义相对论的时空观。5．了解相对论力学的主要结论。第十六章狭义相对论的实验检验16.1狭义相对性原理和光速不变原理的检验16.2时钟变慢的实验检验16.3相对论力学实验16.4缓慢运动介质的电磁实验1．了解迈克耳孙—莫雷实验。2．了解质速关系实验。第7页\n2．大学物理专题讲座大学物理专题讲座以物理学核心内容为基础。通过学习，要求学生对在当代获得重大发展的物理学的主要领域有所了解，对其中的重大成就的理论意义和应用有所了解。大学物理专题讲座以定性介绍的内容为主，不强调教学推导。讲授中应将相应的研究、应用和发展和各种科技文献以及物理学史的有关内容有机地结合在一起。大学物理专题讲座包含的内容非常生动和丰富。因此，各教学班应认真组织学生收看电视课。五、大学物理实验课的教学基本要求1．物理实验的基础知识（1）了解物理实验课的作用和任务。理解并遵守物理实验课的基本程序（实验课前的预习→实验操作→写出完整的实验报告）和实验室规则。（2）理解两种测量方法。理解测量误差的概念。理解绝对误差和相对误差、系统误差和随机误差的概念。掌握测量结果的正确表示方法。理解有效数字的概念。掌握列表、制图、曲线改直等实验处理方法。（3）了解物理实验中的基本实验方法和测量方法。例如：比较法；放大法；补偿法；干涉法以及用实验直接检验或间接检验理论的方法和用实验寻求有关物理量的关系的方法等。（4）理解实验条件的概念。例如：某些物理现象或规律的存在条件；实验所依据的理论公式所要求的理论条件；实验所采用的实验方法所要求的限制条件；测量仪器所要求的工作条件以及实验的环境条件等。2．常用仪器、仪表了解常用仪器、仪表的基本原理和性能，初步掌握仪器的调整和操作中的基本技术以及正确的读数方法。例如水平和铅直调整；零位校准和零位调节；消除视差；电学实验的故障分析与排除以及逐次逼近的调节方法等。3．在实验操作中应做到：（1）能安全、合理、有效的调整、配置和使用仪器装置。（2）读数正确。（3）采集数据的密度合理，记录真实准确。4．实验小组与实验报告（1）每个小组的学生人数不应超过二人，争取实现每组一人。（2）每个学生应独立采集实验数据，按时独立完成实验报告。5．实验题目必做实验(6个)实验一长度和固体密度测量实验二单摆实验实验三刚体的转动惯量实验实验六用惠斯登电桥测电阻实验七学生式电位差计实验十用牛顿环测量曲率半径二〇〇五年二月二十六日第7页