《大学物理》课程教学大纲

大学物理课程教学大纲英文名称：Physics of University课程编码：B09001、B09002课程类别：必修学分数：8学时数：理论 128 实验 48（另安排）周学时：4，4 实验 2，1课内学时：128授课学期：第二、三学期适用学生：电子科学与技术专业、电子信息工程专业、通信工程专业、电气工程及其自动化专业、自动化专业、机械设计制造及其自动化专业、计算机科学与技术专业先修课程：高等数学（微积分）考核方式：闭卷、笔试一、 课程教学的基本目的和要求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形式及其相互转化规律的学科。物理学的研究对象具有普遍性，它是自然科学和工程技术领域的基础学科。它由力学、热力学、电磁学、光学和近代物理学基础等五个部分组成。通过本课程的教学，可以使学生对物理学的基本概念、基本理论和基本方法有比较系统的认识和正确的理解，为后继课程的学习提供必要的知识准备。并培养学生学习科学知识的思想方法、分析和解决问题的能力，激发探索和创新精神。学好物理学不仅是在校大学生学习知识、提高能力和培养素质的要求，而且对学生毕业后的工作和进一步学习、更新知识和技能都有深远的意义。大学物理的讲课应特别注重从实践（实验）观点出发进行分析和综合物理现象，阐明物理规律。在教学环节上除了课堂教学中应加强课堂讨论外，还应在习题运算方面加强训练和指导。在教学中注意培养学生的学习能力和理解能力，掌握科学的学习方法，培养学生的创新意识，探索精神，努力实现学生知识、能力、素质的协调发展。二、 课程主要内容和基本要求（1）力 学质点运动学质点直线运动、圆周运动、关于坐标系的应用质点动力学牛顿三定律及适用条件、动力学问题的求解、约束运动（圆周运动情形）质点运动定理质点动量定理及其动量守恒定律、质点角动量定理及其守恒定律、功、保守力、势能、动能定理、机械能守恒、功能原理、有心力问题质点组力学质点组的内力、质心、动量定理、角动量定理、运动定理的守恒定律的应用刚体力学定轴转动定理（即角动量定理）及应用、对称重刚体的定点运动（介绍）非惯性系直线平动参考系、平面转动参考系、定轴转动参考系 基本要求1. 理解描述质点运动的位矢、位移、速度、加速度；角位移、角速度和角加速度等的概念及相互间的运算关系，了解相对运动。2. 理解质点动力学基本定律及其适用条件。能熟练地掌握用微积分方法求解质点在一维变力作用下的问题。3. 理解质点的动量定理、动能定理及其相应的守恒律，并能掌握分析、解答相应问题的方法。理解功的概念，保守力与势能的概念。 了解质点的角动量定理及其守恒律，能掌握解答此类简单问题的方法。4. 了解质点组质心的定义一般了解质点组的动量定理、角动量定理、动能定理及其相应的守恒定律。5. 理解刚体绕定轴转动的转动定理（即角动量定理）及角动量守恒定律。能掌握相应的简单问题的求解。6了解非惯性系和惯性力的概念。（2）热学气体动理论状态、过程、理想气体、理想气体状态方程、理想气体的气压公式、理想气体的温度公式、能量均分原理、理想气体的内能、麦克斯韦速率分布律、分子碰撞和平均自由程、气体内的迁移现象、真实气体、范德瓦耳斯方程热力学基础功、热量、内能、热力学第一定律、热力学第一定律的应用（等体、等压、等温和绝热过程）、气体的摩尔热容、循环过程、卡诺循环、热力学第二定律、熵、熵增加原理、热力学第二定律的统计意义基本要求1. 理解平衡态、状态参量、热力学第零定律。理解理想气体的压强公式和温度公式。2 了解气体分子平均碰撞频率及平均自由程。3 了解麦克斯韦速率分布律。了解气体分子热运动的算术平均速率，方均根速率和最概然速率。一般了解玻耳兹曼分布率。4. 理解气体分子平均能量按自由度均分定理。理解理想气体的定体、定压热容和内能的概念。5. 理解功和热量的概念。了解准静态过程。理解热力学第一定律，能掌握计算理想气体等体、等压、等温和绝热过程中的问题。6. 了解卡诺循环、热机效率和致冷系数。7. 理解热力学第二定律及其统计意义。8一般了解熵的概念，熵增加原理，玻耳兹曼熵的表达式。（3）电磁学真空中的静电场库仑定律、电场、电场强度、高斯定理、静电场的环路定理、电势、电场强度与电势梯度的关系、带电粒子在静电场中的运动导体和电介质中的静电场静电场中的导体、空腔导体内外的静电场、电容器的电容、电介质及其极化、电介质中的静电场、有介质时的高斯定理、电位移、电荷间的相互作用能、静电场的能量。恒定电流和恒定电场电流、电流密度、电流连续性方程、恒定电流和恒定电场、电动势 欧姆定律、焦耳楞次定律、一段含源电路的欧姆定律、基尔霍夫定律。真空中的恒定磁场磁感应强度、磁场的高斯定理、毕奥-萨伐尔定律及其应用、安培环路定理及其应用、带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用下的运动、 带电粒子在电场和磁场中受电磁力作用时的运动、磁场对载流导线的作用、安培定律、平行载流导线间的相互作用力、电流单位“安培”的定义、磁力钜和磁力的功磁介质中的磁场磁介质、顺磁质和抗磁质的磁化、磁化强度、磁化电流、磁介质中的磁场、磁场强度、铁磁质的磁化性质。电磁感应和暂态过程电磁感应定律、动生电动势、感生电动势、有旋电场、涡电流（介绍）、自感和互感、电感和电容电路的暂态过程、磁场的能量、磁能密度麦克斯韦方程组电磁场、位移电流、麦克斯韦方程组（积分形式和微分形式）、电磁场的物质性基本要求1. 理解静电场的库伦定律、电场强度和电势的概念，电场强度和电势的叠加原理，了解电势与场强的关系，掌握相应简单问题的计算方法。一般了解电偶极子的概念。能分析点电荷在均匀电场中受力和运动的问题。2. 理解表示静电场性质的高斯定理、环路定理，能掌握高斯定理求解电场强度的条件和方法。3. 理解导体的静电平衡条件。4. 了解电介质极化现象和电极化强度P的概念。5、理解电容器的电容这一概念，掌握几种典型电容器的电容量和串联、并联的等效电容计算。6、了解电介质中的高斯定理和环路定理，电位移D的概念，了解各向同性介质中D、E、P之间的关系。并掌握计算方法。7、 了解点电荷间的相互作用能，静电场的能量和静电能体密度的概念，并掌握相应问题的计算方法。8、 了解电动势的概念。9、 了解欧姆定律微分形式，焦耳楞次定律，掌握计算方法。理解一段含源电路的欧姆定律。理解基尔霍夫定律及其应用，掌握计算方法。10、理解磁感应强度的概念，毕奥萨伐尔定律。11、了解稳恒磁场的规律：磁场的高斯定理和安培环路定理。掌握用安培环路定理计算磁感应强度的条件和方法。了解磁介质中的磁化和磁介质中的安培环路定理及其应用。12、 理解洛仑兹力（F=qU*B）和安培定律（Idl*B）。13、 理解法拉第电磁感应定律，动生电动势和感生电动势的产生规律，掌握问题的求解方法。14、了解涡旋电场、位移电流的概念。15、了解自感、互感系数。16、了解磁场密度的概念。17、了解麦克斯韦方程组（积分形式、微分形式）。18、了解电磁场的物质性。（4）振动与波机械振动简谐振动、阻尼振动、受迫振动、共振、同方向的简谐振动的合成、拍现象、相互垂直的谐振动的合成机械波机械波的产生和传播、平面简谐波波函数、波的能量、波的强度、 声波、惠更斯原理、波的衍射、反射和折射、波的叠加原理、 相位突变、波的干涉、驻波、多普勒效应基本要求1、 理解描述简谐振动的各物理量（特别是相位）及各量间的关系。2、 了解谐振动的参考圆法、旋转矢量法。3、理解谐振动的基本特征，能建立一维简谐振动的微分方程，掌握求解方法。4、 了解二个同方向同频率谐振动的合成规律。5、 理解机械波产生的条件，理解平面简谐波的波函数表示，了解波形图线。6、了解波的能量传播特征及能流、能流密度概念。7、理解波的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和确定相干波叠加后振幅加强和减弱的条件。8、 了解驻波及其形成条件。9、 了解机械波的多普勒效应及其产生原因。（5）波动光学光的干涉相干光、双缝干涉、光程与光程差、薄膜干涉-等倾条纹、等厚条纹、迈克耳逊干涉仪光的衍射惠更斯菲涅耳原理、单缝的夫琅禾费衍射、圆孔的夫琅禾费衍射、光栅衍射光的偏振偏振光、马吕斯定律、反射和折射时光的偏振、光的双折射、椭圆偏振光基本要求1、理解光源，光的干涉性，了解获得相干光的方法。2、理解光程的概念及光程差和位相差的关系。3、理解杨氏双缝干涉及薄膜等厚、等倾干涉，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，理解单缝夫琅禾费衍射。会分析缝宽及波长对衍射条纹分布的影响。6、了解光栅衍射。会分析光栅常量及波长对光栅衍射谱线分布的影响。7、了解自然光和线偏振光。8、了解布儒斯特定律及马吕斯定律。9、一般了解双折射现象。10、一般了解线偏振光的获得方法和检验方法。（6）狭义相对论力学基础伽利略变换与经典时空观、洛仑兹变换、狭义相对论时空观、狭义相对论动力学、质速关系、质能关系、能量和动量关系基本要求1、理解伽利略变换、洛仑兹变换。2、理解狭义相对论时空观的主要结论，并能掌握分析、解答相应问题。3、了解狭义相对论动力学中的质速关系、基本方程、质能关系、能量和动量关系。（7）量子物理早期量子论与量子力学基础热辐射、普朗克量子假设、光电效应和爱因斯坦的光子理论、康普顿效应、氢原子光谱、玻尔的氢原子理论、德布罗意波 波粒二象性、不确定度关系、波函数、薛定谔方程基本要求1、了解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论。2、了解黑体辐射、光电效应和康普顿效应的实验规律以及爱因斯坦的光子理论，理解光的波粒二象性。3、了解德布罗意的物质波假设、了解实物粒子的波粒二象性。4、了解描述物质波动性的物理量（波长、频率）和粒子性的物理量（动量、能量）间的关系。5、了解波函数及其统计解释。6、了解一维坐标动量不确定关系。7、了解一维定态薛定谔方程及其在一维无限深势阱中的应用。三、课程主要环节及时数分配（见下表）：教学环节学时篇目讲课实验实习课程设计现代教育手段作业量（次数）习题课课堂讨论学年论文考核力学18611期中考试热学14311电磁学361022期终考试振动与波14311期中考试波动光学14311狭义相对论力学基础41量子物理14211期终考试总计1142877四、教学的深度与广度教学内容的深度适合于民办本科（三本）层次的学生，并且考虑到“电子科学与技术”专业比其他理工类专业需要有更厚一些的物理基础。在广度上包括了大学物理的各个方面的基础内容，以使学生有较宽的物理知识面。五、对知识、能力结构、综合素质的要求通过本课程的教学，学生较系统的学习物理学的基本知识，掌握物理学的基本概念、基本理论和基本方法，具备必要的物理知识，为以后的学习打下基础。同时培养起学生分析、解决问题的能力，获得新知识的学习能力，激发探索新知识的兴趣和创新精神。 对于每一个章节的具体教学要求见内容二六、与相关课程的衔接与配合“大学物理”是第二、三学期开设的课程，高等数学是第一学期开始的课程，有了先修高数微积分的知识基础，再学“大学物理”是一种较好的安排。在第三学期与“大学物理”同时开设的还有“电路分析基础”，其中有关电路的部分内容虽有重复，但在“大学物理”中只是从物理方面来讲电路知识，学生先学这部分内容可以为他们后学“电路分析基础”作好准备，打下必要的基础，所以这两门课程也是衔接较好的。七、主要教学方法本课程以课堂教学为主，但要求学生课前预习、课后复习和按质按量按时完成作业。课堂教学中安排了适当次数的习题课和课堂讨论，可以复习、巩固并加深课堂教学的效果，培养学生分析和解决问题的能力。有关物理实验教学由物理实验课来实施。八、CAI课件、多媒体等现代教育技术手段的应用本课程以讲授课程，结合板书为主，并适当应用多媒体进行教学。九、培养学生创新意识和能力的主要措施在教学内容方面增加应用性题材和结合科技进步的新成就，把有关知识渗透到其他领域，形成现代化知识，布置、指导学生阅读有关课外参考书和科技书，有利于学生拓宽知识面，开阔视野。教学中尽量使用启发式，注意训练学生的独立思考和培养创新能力。十、检查教学效果和评价学生学习质量的方式与方法通过邀请同行，相互听课，期中教学检查，开座谈会等形式，了解课堂教学效果，通过答疑（或质疑）、作业、平时考查，期中测试、期终考试等方式方法来了解学生的学习质量。 本课程的总评成绩按平时成绩40%50%、期末考试成绩60%50% 评定。十一、教科书及主要教学参考书教科书：普通物理学程守洙、江之永高教出版社2006.12第6版教学参考书：物理学教程 马文蔚 高教出版社 2002.7第1版物理学 上下卷刘克哲高教出版社1999.9第2版大学物理导论 向义和清华大学出版社1999第1版力学 史可信科学出版社2003.8第1版注：各专业教学计划中的物理课学时数不同，需按实际情况执行大纲的要求。