《大学物理a》教学大纲

《大学物理a》教学大纲

《大学物理A》教学大纲课程名称：中文名称：大学物理A；英文名称：CollegePhysicsA课程编码：081018学分：8分总学时：120学时理论学时:120学时适应专业：非物理类理工科各本科专业先修课程：高等数学执笔人：杨长铭审订人：田永红一、课程的性质、目的与任务物理学是研究物质的基本结构、基本运动形式、相互作用的自然科学。它的基本理论渗透在自然科学的各个领域，应用于生产技术的许多部门，是其他自然科学和工程技术的基础。《大学物理》是高等院校非物理类理工科本科各专业学生一门重要的通识性必修基础课。《大学物理》课程所教授的基本概念、基本理论和基本方法是构成学生科学素养的重要组成部分，是一个科学工作者和工程技术人员所必备的。该课程在培养学生的探索精神和创新意识等方面，具有其他课程不能替代的重要作用。本课程的主要任务是：1、以高中毕业所必须具备的物理知识为起点，系统地向学生讲授物理学的基本概念和基本规律，使学生了解物理学在工程技术与科学研究中的应用，为以后学习专业知识和将来实际工作打下必要的物理基础；2、通过向学生讲授物理学的基本发展过程、物理规律的发现与物理理论的建立，培养学生实事求是的科学态度和辩证唯物主义的世界观；3、通过向学生传授物理学的基本知识，使学生的科学思维能力、应用数学解决物理问题的能力、自学能力等诸多方面得到初步但却是严格的训练，从而提高学生提出问题、分析问题和解决问题的能力。培养学生的探索精神和创新意识，努力实现学生知识、能力、素质的协调发展。二、教学内容与学时分配第一篇力学共16学时(含习题讨论课2学时)第一章运动学（4学时）第一节质点运动的描述一、参考系质点；二、位置矢量运动方程位移；三、速度；四、加速度。第二节加速度为恒矢量时的质点运动一、速度为恒矢量时质点的运动方程；二、斜抛运动。第三节圆周运动一、平面极坐标；二、圆周运动的角速度；三、圆周运动的切向加速度和法向加速度角加速度；四、匀速率圆周运动和匀变速率圆周运动。第四节相对运动一、时间与空间；二、相对运动。第二章牛顿定律（2学时）第一节牛顿定律一、牛顿第一定律；二、牛顿第二定律；三、牛顿第三定律。第二节物理量的单位和量纲\n第三节几种常见的力一、万有引力；二、弹性力；三、摩擦力。第四节惯性参考系力学相对性原理一、惯性参考系；二、力学相对性原理；三、牛顿定律的应用举例。第五节非惯性系惯性力*第三章动量守恒定律和能量守恒定律（4学时）第一节质点和质点系的动量定理一、冲量质点的动量定理；二、质点系的动量定理。第二节动量守恒定律第三节系统内质量移动问题*第四节动能定理一、功；二、质点的动能定理。第五节保守力与非保守力势能一、万有引力、重力、弹性力作功的特点；二、保守力与非保守力保守力作功的数学表达式；三、势能；四、势能曲线。第六节功能原理机械能守恒定律一、质点系的动能定理；二、质点系的功能原理；三、机械能守恒定律；四、宇宙速度。第七节完全弹性碰撞完全非弹性碰撞第八节能量守恒定律第九节质心质心运动定律*一、质心；二、质心运动定律。第四章刚体的转动（4学时）第一节刚体的定轴转动一、刚体定轴转动的角速度和角加速度；二、匀变速转动公式；三、角量与线量的关系。第二节力矩转动定律转动惯量一、力矩；二、转动定律；三、转动惯量；四、平行轴定理。第三节角动量角动量守恒定律一、点的角动量定理和角动量守恒定律；二、刚体定轴转动的角动量定理和角动量守恒定律。第四节力矩作功刚体绕定轴转动的动能定理*一、力矩作功；二、力矩的功率；三、转动动能；四、刚体绕定轴转动的动能定理。第五节刚体的平面平行运动*第六节经典力学的成就和局限性一、经典力学只适用于处理物体的低速运动问题，而不能用于处理高速运动问题；二、确定性与随机性；三、能量的连续性与能量量子化第二篇热学共14学时(含习题讨论课2学时)第五章气体动理论（4学时）第一节物质的微观模型统计规律性一、分子的数密度和线度；二、分子力；三、分子热运动的无序性及统计规律性。第二节理想气体的压强公式一、理想气体的微观模型；二、理想气体的压强公式。第三节理想气体分子的平均平动动能与温度的关系第四节能量均分定理理想气体内能\n一、自由度；二、能量均分定理；三、理想气体的内能和摩尔热容。第五节麦克斯韦气体分子速率分布律一、测定气体分子速率分布的实验；二、麦克斯韦气体分子速率分布律；三、三种统计速率。第六节玻耳兹曼能量分布律等温气压公式*一、玻耳兹曼能量分布律；二、重力场中等温气压公式。第七节分子平均碰撞次数和平均自由程第八节气体的迁移现象*一、粘滞现象；二、热传导现象；三、扩散现象；四、三种迁移系数。第九节实际气体的范德瓦耳斯方程*第十节热力学第二定律的统计意义一、熵与无序；二、无序度与微观状态数；三、熵与热力学概率玻耳兹曼关系式。第六章热力学基础（8学时）第一节气体物态参量平衡态理想气体物态方程一、气体的物态参量；二、P、V、T的单位；三、平衡态；四、理想气体的物态方程。第二节准静态过程功热量一、准静态过程；二、功；三、热量。第三节内能热力学第一定律一、内能；二、热力学第一定律。第四节理想气体的等体过程和等压过程摩尔热容一、等体过程定体摩尔热容；二、等压过程定压摩尔热容；三、比热容。第五节理想气体的等温过程和绝热过程一、等温过程、二、绝热过程；三、绝热线和等温线；四、多方过程*。第六节循环过程卡诺循环一、循环过程；二、热机和致冷机；三、卡诺循环。第七节热力学第二定律的表述卡诺定理一、热力学第二定律的两种表述；二、可逆过程与不可逆过程；三、卡诺定理；四、能量品质。第八节熵熵增加原理一、熵；二、熵变的计算；三、熵增加原理；四、熵增加原理与热力学第二定律。第三篇振动和波共12学时(含习题讨论课2学时)第七章机械振动（5学时）第一节简谐运动第二节简谐运动中的振幅周期频率和相位一、振幅；二、周期；三、相位；四、常数A和的确定。第三节旋转矢量第四节单摆和复摆一、单摆；二、复摆；三、大角度摆*第五节简谐运动的能量第六节简谐运动的合成一、两个同方向同频率简谐运动的合成；二、多个同方向同频率简谐运动的合成；三、两个相互垂直的同频率简谐运动的合成；四、两个相互垂直的不同频率简谐运动的合成*。第七节阻尼振动受迫振动共振*一、阻尼振动；二、受迫振动；三、共振。\n第八章机械波（5学时）第一节机械波的几个概念一、机械波的形成；二、横波与纵波；三、波长波的周期和频率波速；四、波线波面波前第二节平面简谐波的波函数一、平面简谐波的波函数；二、波函数的物理含义；三、波动微分方程*。第三节波的能量一、波动能量的传播；二、能流和能流密度。第四节惠更斯原理波的衍射、反射和折射一、惠更斯原理；二、波的衍射；三、波的反射和折射。第五节波的干涉一、波的叠加原理；二、波的干涉。第六节驻波一、驻波的产生；二、驻波方程；三、相位跃变；四、驻波的能量；五、振动的简正模式。第七节声波超声波次声波一、声波；二、超声波*；三、次声波*。第八节多普勒效应一、波源不动，观察者相对介质以速度0运动；二、观察者不动，波源相对介质以速度0运动；三、波源与观察者同时相对介质运动。第四篇光学共16学时(含习题讨论课2学时)第九章几何光学（4学时）第一节几何光学基本定律第二节光在平面上的反射和折射第三节光在球面上的反射和折射第四节薄透镜第五节显微镜、望远镜、照相机*第十章波动光学（10学时）第一节相干光第二节杨氏双缝干涉实验双镜劳埃德镜一、杨氏双缝干涉实验；二、杨氏双缝干涉的光强分布*；三、缝宽对干涉条纹的影响空间相干性*；四、双镜；五、劳埃德镜。第三节光程薄膜干涉一、光程；二、透镜不引起附加的光程差；三、薄膜干涉；四、等倾干涉。第四节劈尖牛顿环一、劈尖；二、牛顿环。第五节迈克耳孙干涉仪时间相干性*一、迈克耳孙干涉仪；二、时间相干性。第六节光的衍射一、光的衍射现象；二、惠更斯-菲涅耳原理；三、菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射。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一、光栅；二、光栅衍射条纹的形成；三、衍射光谱。\n第十节X射线的衍射*第十一节全息照相简介*第十二节光的偏振性马吕斯定律一、自然光偏振光；二、偏振片起偏与检偏；三、马吕斯定律。第十三节反射光和折射光的偏振第十四节双折射偏振棱镜*一、折射的寻常光和非常光；二、尼科耳棱镜；三、惠更斯原理对双折射现象的解释；四、1/4波片和半波片；五、人为双折射现象。第十五节旋光现象*第十六节偏振光的干涉*一、椭圆偏振光和圆偏振光；二、偏振光的干涉。第十七节非线性光学现象*一、倍频现象；二、混频现象；三、自聚焦现象。第五篇电磁学共38学时(含习题讨论课6学时)第十一章静电场（10学时）第一节电荷的量子化电荷守恒定律一、电荷的量子化；二、电荷守恒定律第二节库仑定律第三节电场强度一、静电场；2、电场强度；三、点电荷电场强度；四、电场强度叠加原理；五、电偶极子的电场强度。第四节电场强度通量高斯定理一、电场线；二、电场强度通量；三、高斯定理；四、高斯定理应用举例。第五节密立根测定电子电荷的实验*第六节静电场的环路定理电势能一、静电场力所作的功；二、静电场的环路定理；三、电势能。第七节电势一、电势；二、点电荷电场的电势；三、电势的叠加原理。第八节电场强度与电势梯度一、等势面；二、电场强度与电势梯度第九节静电场中的电偶极子一、外电场对电偶极子的力矩和取向作用；二、电偶极子在电场中的电势能和平衡位置。第十二章静电场中的导体与电介质（6学时）第一节静电场中的导体一、静电感应静电平衡条件；二、静电平衡时导体上电荷的分布；三、静电屏蔽。第二节电容电容器一、孤立导体的电容；二、电容器；三、电容器的并联和串联。第三节静电场中的电介质一、电介质对电容的影响相对电容率；二、电介质的极化*；三、电极化强度*；四、电介质中的电场强度极化电荷与自由电荷的关系*。第四节电位移有电介质时的高斯定理第五节静电场的能量能量密度一、电容器的电能；二、静电场的能量能量密度。\n第四节静电的应用*一、范德格拉夫静电起电机；二、静电除尘；三、静电分离第五节电场的边界条件*。第六节压电效应铁电体驻极体*一、压电效应；二、铁电体；三、驻极体。第十三章稳恒电流（2学时）第一节电流电流密度一、电流；二、电流密度；三、电流的连续性方程恒定电流条件*。第二节电阻率欧姆定律的微分形式一、电阻率；二、超导体；三、欧姆定律的微分形式。第三节电源电动势第四节全电路欧姆定律第五节基尔霍夫定律*一、基尔霍夫第一定律；二、基尔霍夫第二定律。第六节电容器的充放电*一、电容的充电；二、电容的放电。第十四章稳恒磁场（8学时）第一节磁场磁感强度第二节毕奥一萨伐尔定律一、毕奥一萨伐尔定律；二、毕奥一萨伐尔定律应用举例；三、磁偶极矩；四、运动电荷的磁场。第三节磁通量磁场的高斯定理一、磁感线；二、磁通量磁场的高斯定理。第四节安培环路定理一、安培环路定理；二、安培环路定理的应用举例。第五节带电粒子在电场和磁场中的运动一、带电粒子在电场和磁场中所受的力；二、带电粒子在磁场中运动举例；三、带电粒子在电场和磁场中运动举例。第六节载流导线在磁场中所受的力一、安培力；二、电流的单位两无限长平行载流直导线间的相互作用。第七节磁场对载流线圈的作用一、磁场作用于载流线圈的磁力矩；二、磁电式电流计原理。第十五章磁场中的磁介质（2学时）第一节磁介质磁化强度一、磁介质；二、磁化强度*。第二节磁介质中的安培环路定理磁场强度第三节铁磁质*一、磁畴；二、磁化曲线；三、磁化回线；四、铁磁性材料；五、磁屏蔽。第十六章电磁感应电磁场（8学时）第一节电磁感应定律一、电磁感应现象；二、电磁感应定律；三、楞次定律。第二节动生电动势和感生电动势\n一、动生电动势；二、感生电动势；三、电子感应加速*；四、涡电流。第三节自感和互感一、自感电动势自感；二、互感电动势互感。第四节RL电路*第五节磁场的能量磁场能量密度第六节位移电流电磁场基本方程的积分形式一、位移电流全电流安培环路定理；二、电磁场麦克斯韦电磁场方程的积分形式。第十七章电磁振荡和电磁波（2学时）第一节电磁振荡一、振荡电路无阻尼自由电磁振荡；二、无阻尼电磁振荡的振荡方程；三、无阻尼自由电磁振荡的能量。第一节电磁波一、电磁波的产生与传播；二、电磁波的特性；三、电磁波的能量；四、电磁波谱；五、从麦克斯韦电磁场方程导出平面电磁波的波动微分方程*。第六篇近代物理共20学时(含习题讨论课2学时)第十八章狭义相对论基础（4学时）第一节伽利略变换式牛顿的绝对时空观一、伽利略变换式经典力学的相对性原理；二、经典力学的绝对时空观。第二节迈克耳孙–莫雷实验第三节狭义相对论的基本原理洛伦兹变换式一、狭义相对论的基本原理；二、洛伦兹变换式；三、洛伦兹速度变换式。第四节狭义相对论的时空观一、同时的相对性；二、长度的收缩；三、时间的延缓；四、关于时间延缓和长度收缩的实验证明*。第四节光的多普勒效应*第五节相对论性动量和能量一、动量与速度的关系；二、狭义相对论力学的基本方程；三、质量与能量的关系；四、质能公式在原子核裂变和聚变中的应用；五、动量与能量的关系。第六节广义相对论简介*一、广义相对论的等效原理；二、广义相对论时空特性的几个例子。第十九章量子物理（10学时）第一节黑体辐射普朗克能假设一、黑体黑体辐射；二、斯特藩–玻耳兹曼定律维恩位移定律；三、黑体辐射的瑞利—金斯公式经典物理的困难；四、普朗克假设普朗克黑体辐射公式。第二节光电效应光的波粒二象性一、光电效应实验的规律；二、光子爱因斯坦方程；三、光电效应在近代技术中的应用；四、光的波粒二象性。第三节康普顿效应第四节氢原子的玻尔理论*一、氢原子光谱的规律性；二、卢瑟福的原子有核模型；三、氢原子的玻尔理论；四、氢原子玻尔理论的困难。第五节弗兰克–赫兹实验\n第一节德布罗意波实物粒子的二象性一、德布罗意假设；二、德布罗意波的实验证明；三、应用举例；四、德布罗意波的统计解释。第二节不确定关系第三节量子力学简介一、波函数概率密度；二、薛定谔方程；三、一维势阱问题；四、对应原理*；五、一维方势垒隧道效应。第九节氢原子的量子理论简介一、氢原子的薛定谔方程；二、三个量子数；三、氢原子在基态时的径向波函数和电子的分布概率。第十节多电子原子中的电子分布*一、电子自旋自旋磁量子数；二、多电子原子中的电子分布。第十一节激光*一、自发辐射受激辐射；二、激光原理；三、激光器；四、激光的特性和应用。第十二节半导体*一、固体的能带；二、本征半导体和杂质半导体；三、pn结；四、超导的应用前景。第二十章根据各不同专业增加的相关内容和专题讲座（4+4学时）根据各不同专业需要选择相关内容：如半导体、激光、原子核物理、粒子物理、分子与固体、红外技术、超导电、非线性物理、混沌、核磁共振、天体物理与宇宙学、物理学在工业中的应用等。三、教学基本要求课堂教学力求使学生弄清基本概念，熟练掌握基本内容。在了解基本概念的基础上，结合各专业特点，理论联系实际，引导学生学会分析问题和解决问题的能力。教学方法上应贯彻少而精、启发式和形象化等原则，通过幻灯、录像、课堂演示、动画、多种媒体及课外参加演示实验等各种途径加深学生的印象，提高教学效果。授课教师除应吃透教材内容外，还应广泛阅读有关参考材料，注意本学科的发展，增加教材中没有的几何光学内容，并适当介绍一些重要的新进展。详细教学基本要求见教育部《非物理类理工学科大学物理课程教学基本要求》。四、大纲说明1、本课程为独立开设的必修基础课程,共120学时(少于教育部《非物理类理工学科大学物理课程教学基本要求》126学时)。按上、下两个学期安排(二年级上学期和二年级下学期)。其中，上学期为62学时，讲授力学、热学、振动和波、光学前四篇，4学分；下学期为58学时，讲授后两篇电磁学和近代物理，4学分。2、关于课堂教学：应切实保证本课程的系统性与基本内容的完整性，不应过分强调专业；本课程应着重讲授《大学物理》的基本知识；课堂讲授中应保证有适当数量的例题，并注意讲练结合。由于学时极度紧张，在保证物理学知识必要的系统性及完整性的前提下:(1)尽量避免和中学内容的重复，中学已经讲授的内容一带而过；(2)将可以组合在一起的内容组合在一起讲授节省学时；(3)课堂讲授采用多媒体及动画以增加课堂容量，并容许学生考盘；(4)课堂上应尽可能多的采用多媒体及动画进行课堂演示；(5)课堂上难以进行演示的，安排在课下集体参加大学物理开放演示实验，并安排教师讲解。3、关于练习：课外作业以活页习题的方式进行。每次课10道题：选择题5道，填空题3道，计算题、或证明题、或问答题2道。选择题与填空题以让学生巩固物理概念为主。力求在不增加学生负担的情况下以帮助学生复习所学知识。将全学期的习题分课次编印成册，学生课后用统一的练习答题纸顺次往下做。\n4、关于习题课和讨论课：《大学物理》专门开设习题课和讨论课。习题课和讨论课占总学时15％，约16学时。力学、热学、振动和波、光学、静电学、稳恒磁场、电磁感应、近代物理各2学时。尽量分小班进行，以便于学生讨论和上台演算。每次习题讨论课前发给习题课资料，习题课资料包含教学基本要求、内容提要、相应单元的练习解答、课堂例题及解答等。习题课资料根据教育部《大学物理》的基本要求及课程单元的教研活动编写。5、关于*号内容：带*号内容属于B类要求内容，不属于教学最低基本要求(A类)内容。教师可以不讲授,也可根据专业特点适当讲授。6、为了加强近代物理的教学，在第六篇近代物理中增加了根据各不同专业增加的相关内容和专题讲座8学时，教师可以根据各自的业务特长分头分学期开设，每学期4学时，学生可以依据自己的专业兴趣选几个课题听课。五、教学参考书1、东南大学等七所工科院校编，马文蔚改编，物理学（第四版），高等教育出版社，1999年。2、赵近芳主编，大学物理学，北京邮电大学出版社，2002年。3、程守洙、江之永编，朱永春修订，普通物理学，高等教育出版社，1982年。4、汪晓元，赵明等编，大学物理教程，北京邮电出版社，2005年。