大学物理教学大纲

大学物理教学大纲

大学物理教学大纲(CollegePhysics)课程编号：总学时数：88[64(理论)+24(实验)]学分数：4.5开课单位：物理科学与电子技术学院课程的性质与任务本课程为高等院校四年制环境科学专业的学科基础必修课程。通过本课程的学习，使该专业的学生了解物理学的研究方法，比较系统地掌握物理学的基础知识和规律，了解本学科的前沿动态；能够应用物理理论分析和解决有关实际问题，为进一步学习后续课程提供必要的基础知识。教学中应注意突出重点、分散难点、理论联系实际；注意本课程与其它课程的联系，使学生更完整地掌握物理学；注意介绍本学科的前沿动态。习题课和课外练习也是理论联系实际的重要方式，应给予足够的重视。大纲中打*号的可视情况选讲。本大纲学时分配为建议数，教师在实际教学中可作适当的调整。本课程分为学期课程。考试形式：理论部分为闭卷考试。大纲内容与基本要求绪论第一章质点运动学第一节时间与空间第二节质点和参考系第三节位置矢量和运动方程第四节质点的速度和加速度第五节质点的平面曲线运动第六节*相对运动教学要求：1.理解质点、参考系、位矢、位移、速度、加速度等概念；2.能在直角坐标系中由运动方程熟练计算质点的速度和加速度，并通过微积分求解质点的位置、速度和加速度之间的关系；3.理解自然坐标中的路程、速率、切向加速度、法向加速度等概念，以及极坐标中的角位置、角速度和角加速度等物理量之间的含意；\n4.能熟练计算质点作圆周运动的角速度、角加速度、切向加速度和法向加速度；5.了解相对运动中位置、速度和加速度的变换。第二章质点动力学第一节牛顿运动定律第二节力学中常见的力第三节牛顿运动定律的应用第四节*非惯性系惯性力第五节功和功率第六节动能和动能定理第七节势能第八节机械能守恒定律第九节动量和动量定理第十节质点系动量定理第十一节动量守恒定律第十二节碰撞第十三节力矩第十四节质点角动量守恒定律第十五节经典力学的适用范围教学要求：1.理解力、质量、惯性参考系等概念；2.掌握牛顿三定律及其适用条件；3.了解自然力与常见力；了解物理量学的量纲；4.熟练应用牛顿第二定律求解力学中的两大类问题；5.理解动量、冲量概念，掌握动量定理和动量守恒定律；6.掌握功的概念，能计算变力的功，理解保守力作功的特点及势能的概念，会计算万有引力、重力和弹性力的势能；7.掌握动能定理、功能原理和机械能守恒定律，掌握运用动量和能量守恒定律分析力学问题的思想和方法；8.理解完全弹性碰撞和完全非弹性碰撞的特点，并能处理较简单的完全弹性碰撞和完全非弹性碰撞的问题。第三章刚体力学第一节刚体的定轴转动第二节刚体的定轴转动定理第三节刚体绕定轴转动的角动量守恒定律第四节刚体绕定轴转动的动能定理\n第五节刚体的平面运动与定点转动教学要求：1.理解描写刚体定轴转动角速度和角加速度的物理意义，并掌握角量与线量的关系；2.理解力矩和转动惯量概念，掌握刚体绕定轴转动的转动定理；3.与质点平动类比学习角动量、角动量定理和角动量守恒；4.与质点平动类比学习转动动能概念，能在有刚体绕定轴转动的问题中正确地应用机械能守恒定律。第四章狭义相对论基础第一节牛顿力学的绝对时空观和相对性原理第二节狭义相对论的基本假设洛仑兹变换第三节狭义相对论的时空观第四节狭义相对论动力学基础教学要求：1.了解伽利略变换及牛顿力学的绝对时空观，了解迈克耳孙－莫雷实验；2.理解狭义相对论的两条基本原理，了解掌握洛伦兹变换式；3.了解同时的相对性，以及长度收缩和时间延缓的概念，了解狭义相对论的时空观；4.初步掌握狭义相对论中质量、动量与速度的关系，以及质量与能量间的关系。第五章静电场第一节电荷和库仑定律第二节电场和电场强度第三节高斯定理第四节电势及其与电场强度的关系第五节静电场中的金属导体第六节电容和电容器第七节静电场中的电介质第八节静电场的能量教学要求：1.掌握描述静电场的两个基本物理量——电场强度和电势的概念，理解电场强度是矢量函数，而电势V则是标量函数；2.理解静电场的两条基本定理——高斯定理和环路定理，明确认识静电场是有源场和保守场；3.掌握用点电荷的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；能用电场强度与电势梯度的关系求解较简单带电系统的电场强度；4.了解电偶极子概念。5.掌握静电平衡的条件，掌握导体处于静电平衡时的电荷、电势、电场分布；\n6.了解电介质的极化机理，7.掌握电容器的电容，能计算平行板电容器的电容；8.了解电场能量密度的概念，了解电场能量的计算。第六章恒定磁场第一节恒定电流和导电规律第二节磁场和磁感应强度第三节毕奥-萨伐尔定律第四节磁场的高斯定理和安培环路定理第五节磁场对电流的作用第六节带电粒子在磁场中的运动第七节磁介质的磁化第八节铁磁性教学要求：1.理解恒定电流产生的条件，理解电流密度和电动势的概念；2.掌握描述磁场的物理量——磁感强度的概念，理解它是矢量点函数；3.理解毕奥－萨伐尔定律，能利用它计算一些简单问题中的磁感强度；4.理解稳恒磁场的高斯定理和安培环路定理，理解用安培环路定理计算磁感强度的条件和方法；5.理解洛伦兹力和安培力的公式，能分析电荷在均匀电场和磁场中的受力和运动.了解磁矩的概念；6.了解磁介质的磁化现象及其微观解释；了解磁场强度的概念以及在各向同性介质中H和B的关系，了解磁介质中的安培环路定理。第七章电磁感应与电磁场第一节电磁感应定律第二节动生电动势和感生电动势第三节自感和互感第四节*RL电路第五节磁场的能量第六节*位移电流、电磁场基本方程的积分形式教学要求：1.掌握并能熟练应用法拉第电磁感应定律和楞次定律来计算感应电动势，并判明其方向；2.理解动生电动势和感生电动势的本质。了解有旋电场的概念；3.了解自感和互感的现象，会计算几何形状简单的导体的自感和互感；4.了解磁场具有能量和磁能密度的概念，会计算均匀磁场和对称磁场的能量；\n5.了解位移电流和麦克斯韦电场的基本概念以及麦克斯韦方程组（积分形式）的物理意义。第八章气体动理论第一节气体动理论和理想气体模型第二节理想气体的压强和温度第三节理想气体的内能第四节麦克斯韦速率分布律第五节*范德瓦耳斯方程第六节*气体内的输运过程教学要求：1.了解气体分子热运动的图像。理解平衡态、平衡过程、理想气体等概念；2.理解理想气体的压强公式和温度公式，能从宏观和微观两方面理解压强和温度的统计意义；3.了解自由度概念，理解能量均分定理，会计算理想气体的内能；4.理解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。会计算气体分子热运动的三种统计速度；5.理解气体分子平均碰撞次数和平均自由程的概念和公式。第九章热力学第一节热力学第一定律第二节理想气体的热力学过程第三节卡诺循环第四节热力学第二定律第五节卡诺定理第六节*熵增加原理教学要求：1.掌握内能、功和热量等概念，理解准静态过程；2.掌握热力学第一定律，理解理想气体的摩尔定体热容、摩尔定压热容，能分析计算理想气体在等体、等压、等温和绝热过程中的功、热量和内能的改变量；3.理解循环的意义和循环过程中的能量转换关系，会计算卡诺循环和其它简单循环的效率；4.了解可逆过程和不可逆过程，理解热力学第二定律和熵增加原理。第十章振动和波动第一节简谐振动第二节简谐振动的合成第三节阻尼振动受迫振动共振\n第四节机械波的几个概念第五节简谐波第六节波的能量第七节波的叠加（包括干涉、衍射）第八节*多普勒效应第九节*声波、超声波和次声波第十节*电磁波教学要求：1.掌握描述简谐运动的各个物理量（特别是相位）的物理意义及各量间的关系；2.掌握描述简谐运动的旋转矢量法和图线表示法，并会用于简谐运动规律的讨论和分析；3.掌握简谐运动的基本特征，能建立一维简谐运动的微分方程，能根据给定的初始条件写出一维简谐运动的运动方程，并理解其物理意义；4.理解同方向、同频率简谐运动的合成规律，了解拍和相互垂直简谐运动合成的特点；5.了解阻尼振动、受迫振动和共振的发生条件及规律。6.理解描述简谐波的各物理量的意义及各量间的关系；7.理解机械波产生的条件．掌握由已知质点的简谐运动方程得出平面简谐波的波函数的方法．理解波函数的物理意义。理解波的能量传播特征及能流、能流密度概念；8.了解惠更斯原理和波的叠加原理.理解波的相干条件，能应用相位差和波程差分析、确定相干波叠加后振幅加强和减弱的条件；9.了解驻波及其形成，了解驻波和行波的区别；10.了解机械波的多普勒效应及其产生的原因。第十一章光学第一节*几何光学简介第二节相干光第三节分波面干涉第四节分振幅干涉第五节干涉现象的应用第六节光的衍射现象第七节单缝衍射第八节圆孔衍射光学仪器的分辨率第九节衍射光栅第十节光的偏振性马吕斯定律第十一节反射光和折射光的偏振\n第十二节*双折射偏振棱镜第十三节*偏振光的干涉教学要求：1.理解相干光的条件及获得相干光的方法。2.了解光程的概念以及光程差和相位差的关系。3.能分析杨氏双缝干涉条纹。4.了解迈克耳孙干涉仪的工作原理。5.了解惠更斯－菲涅耳原理及它对光的衍射现象的定性解释。6.了解用波带法来分析单缝的夫琅禾费衍射条纹分布规律的方法，会分析缝宽及波长对衍射条纹分布的影响。7．理解光栅衍射公式，会分析光栅常数及波长对光栅衍射谱线分布的影响。8.了解衍射对光学仪器分辨率的影响，了解X射线的衍射现象和布拉格公式的物理意义。9.理解自然光与偏振光的区别，理解布儒斯特定律和马吕斯定律。10.了解双折射现象，了解线偏振光的获得方法和检验方法。第十二章量子物理基础第一节黑体辐射、普朗克能量子假设第二节光电效应、光子第三节康普顿效应第四节氢原子的玻耳理论第五节德布罗意波第六节不确定关系第七节波函数薛定谔方程第八节一维势阱和势垒第九节氢原子的量子理论简介第十节原子的电子壳层结构教学要求：1.了解黑体辐射现象和普朗克量子假设。2.了解经典物理理论在说明光电效应的实验规律时所遇到的困难，理解爱因斯坦光量子假设，掌握爱因斯坦光电效应方程。3.理解康普顿效应的实验规律，以及光子理论对这个效应的解释。理解光的波粒二象性。4.了解德布罗意假设及电子衍射实验。了解实物粒子的波粒二象性。5.了解氢原子光谱的实验规律，掌握玻尔氢原子理论。6.了解不确定关系和量子力学的基本知识。\n第十三章近代物理专题第一节激光第二节半导体第三节超导电性第四节原子核物理简介第五节基本粒子简介教学要求：1.了解激光、半导体、超导体、纳米材料等现代物理知识。2.掌握原子与原子核物理。学时分配建议章教学内容学时分配绪论1课时一质点运动学4课时二质点动力学6课时三刚体力学2课时四狭义相对论基础2课时五静电场6课时六恒定磁场6课时七电磁感应与电磁场4课时八气体动理论6课时九热力学6课时十振动和波动5课时十一光学（简介）5课时十二量子物理基础6课时十三近代物理专题4课时机动1课时理论64课时实验24课时\n合计88课时教材及参考书目：[1]刘成林.大学物理.第一版.南京:南京大学出版社,2011年[2]马文蔚.物理学(上、下).第五版.北京:高等教育出版社,2006年[3]刘克哲,张承琚.物理学(上、下册).第三版.北京:高等教育出版社,2004年[4]程守洙.普通物理学(1、2、3册).第五版.北京:高等教育出版社,1998年