大学物教学大纲.docx

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大学物教学大纲

**大学

《大学物》课程教学大纲

一、课程名称：

大学物理CollegePhysics

二、课程编码：

三、学时与学分：

96/6.0

四、先修课程：

矢量代数、微积分、概率统计初步知识

五、课程性质：

必修

六、课程教学目标及要求

通过本课程规定教学内容的学习，达到以下目标和要求：

1、了解物质世界的构成和各种运动形式的特点及相互间的联系，牢固树立辩证唯物主义的世界观和思想方法；

2、通过对物理学基本概念形成、基本理论建立过程中“观察与实验”、“分析与综合”、“归纳与演绎”、“类比与抽象”等方法的学习，培养学生发现问题、提出问题的能力；

3、理解物理学的基本概念、基本理论，掌握物理学的基本方法，尤其是学会利用模型化的思想和方法正确认识客观世界，通过定性、半定量或定量的分析方法培养学生分析问题和解决问题的能力；

4、加强基本理论与实际应用的结合，为学生学习专业知识和现代高新技术打下必要的物理学基础；

5、通过对物理学发展简史、物理学重大理论的形成和物理学家成长经历的了解与学习，培养学生严谨治学、求真务实、勇于探索的科学精神和科学素养。

七、适合学科专业

理工科所有本科专业

八、基本教学内容与学时安排

（一）基本教学内容

第一章运动学（6学时）

【内容】

质点运动的描述，质点运动学的两类问题，圆周运动，相对运动。

【基本要求】

（1）理解质点、参考系、坐标系等物理概念，掌握运动方程、轨迹方程的运算；

（2）理解位置矢量、位移、速度和加速度等物理量的概念，掌握其计算方法;

（3）掌握直线运动中的两类问题的求解方法;

（4）掌握运动的叠加原理及其在圆周运动运动中的应用；

（5）理解圆周运动的角量表示以及角量与线量的关系；

（6）了解简单的相对运动。

【重点与难点】

重点：

位置矢量、位移、加速度及其相互关系，运动学的两类问题的求解；

难点：

用积分法求解运动学的第二类问题。

第二章牛顿运动定律（0学时、自学）

【内容】

牛顿运动定律，常见的几种力，牛顿运动定律的应用，惯性力。

【基本要求】

（1）理解力、惯性、惯性系的概念以及力的叠加原理；

（2）理解牛顿运动三定律的基本内容及其适用条件；

（3）掌握隔离体受力分析方法以及运用牛顿运动定律分析问题的思路和解题一般步骤；

（4）掌握一维情形下质点动力学两类问题的求解方法；

（5）理解万有引力、重力、弹性力、（最大静、动）摩擦力、正压力等力的表现形式，掌握其计算方法；

（6）了解非惯性系与惯性力。

【重点与难点】

重点：

惯性、惯性系的概念，牛顿运动三定律的基本内容及其适用条件，动力学两类问题的求解；

难点：

用微积分法求解变力条件下动力学的两类问题。

第三章动量与能量（4学时）

【内容】

质点与质点系的动量定理，动量守恒定律，动能定理，保守力的功，势能，功能原理，机械能守恒定律。

【基本要求】

（1）理解动量、冲量的概念，掌握一维变力的冲量计算；

（2）理解质点的动能定理、功的定义，掌握动能定理的应用以及变力做功的计算；

（3）理解保守力做功的特点及势能的概念，掌握万有引力势能、重力势能和弹性势能的计算，掌握机械能守恒定律的运用。

【重点与难点】

重点：

功和势能的计算，动能定理和机械能守恒定律的应用；

难点：

变力做功的计算。

第四章刚体力学（8学时）

【内容】

刚体的基本运动，刚体定轴转动的运动学规律，刚体定轴转动定律，刚体定轴转动的角动量定理，角动量守恒定律，刚体定轴转动的动能定理。

【基本要求】

（1）了解刚体模型，了解平动和定轴转动是刚体运动的基本运动形式；

（2）理解描述刚体定轴转动的角位置、角位移、角速度及角加速度等概念，掌握刚体定轴转动中的匀变速转动问题求解方法；

（3）理解力矩和转动惯量的概念，掌握简单形状的刚体转动惯量的计算，了解平行轴定理；

（4）理解刚体定轴转动中的转动定律，掌握转动定律的应用方法和步骤；

（5）理解刚体定轴转动的角动量定理及角动量守恒定律，理解角动量守恒定律的适用条件，掌握角动量定理及角动量守恒定律应用的方法和步骤；

（6）理解转动动能概念，了解力矩的功的概念、转动动能定理。

【重点与难点】

重点：

转动惯量、角动量、力矩的计算，转动定律、角动量定理和角动量守恒定律的应用方法和步骤；

难点：

定轴转动转动定律和角动量定理应用。

第五章狭义相对论（4学时）

【内容】

伽利略变换，牛顿的绝对时空观，迈克尔逊—莫雷实验，狭义相对性原理，洛伦兹变换，狭义相对论的时空观，狭义相对论中的质量、动量和能量。

【基本要求】

（1）了解经典时观以及伽利略变换，狭义相对论的相对性原理和光速不变性原理；

（2）理解洛伦兹时空坐标正反变换；

（3）理解同时的相对性、长度收缩和时间延缓概念；

（4）掌握质速关系、质能关系、动量能量关系这三个关系式及其运算。

【重点与难点】

重点：

狭义相对论原理的理解，洛伦兹时空坐标正反变换及其运算，狭义相对论时空观的运用，质速关系、质能关系、动量能量关系；

难点：

光速不变性原理的理解，狭义相对论时空观的理解与运用。

第六章机械振动（6学时）

【内容】

简谐振动，描述简谐振动的特征量，简谐振动的旋转矢量表示，单摆，简谐振动的能量，简谐振动的合成，阻尼振动，受迫振动，共振。

【基本要求】

（1）了解机械振动的概念、产生条件；

（2）理解简谐振动的动力学特征和运动学特征，理解简谐振动中的特征量-振幅、角频率、周期、频率、初相位、相位的概念以及它们之间的相互关系，掌握简谐振动的位移、速度、加速度变化特点及规律；

（3）理解相位、初相、相位差概念，掌握初相、相位差的计算方法；

（4）理解旋转矢量及其与简谐振动方程之间的关系。

掌握用旋转矢量表示简谐振动的方法，掌握简谐振动方程及其求解方法；

（5）了解单摆的简谐振动规律，理解简谐振动的能量特征；

（6）掌握两个同方向、同频率简谐振动合成的规律，了解两个垂直方向简谐振动合成的结论；

（7）了解阻尼振动、受迫振动及共振现象。

【重点与难点】

重点：

简谐振动描述的动力学特征和运动学特征，简谐振动的特征量的意义及计算，简谐振动方程的求解，简谐振动的能量特征，简谐振动的合成；

难点：

简谐振动方程，尤其是初相的求解。

垂直方向简谐振动合成的理解。

第七章机械波（6学时）

【内容】

关于波动的基本概念，平面简谐波的波函数，波的能量，波的干涉，驻波，波的衍射，声波、超声波、次声波，多普勒效应。

【基本要求】

（1）了解机械波产生的条件、形成的过程和传播的形式；

（2）理解描述波动特征的物理量波长、频率、周期、波速，理解波动特征量与波源振动特征量之间的关系；

（3）理解平面简谐波波函数及波形曲线的物理意义，掌握求解面简谐波波函数的方法；

（4）理解平面简谐波的能量变化特征；

（5）理解波干涉的概念，掌握机械波干涉中产生极大极小的条件，了解机械波的半波损失，了解波的叠加原理、驻波的特点；

（6）理解惠更斯原理，了解惠更斯原理在波的衍射理论中的应用；

（7）了解声波、超声波、次声波的基本特性，机械波的多普勒效应及其应用。

【重点与难点】

重点：

平面简谐波的波动方程的物理意义及其求解，波动特征量的计算、波的干涉条件及应用；

难点：

波动方程的意义及推导，驻波的能量特征。

第八章气体动理论（6学时）

【内容】

物体的微观模型，平衡态与理想气体的状态方程，理想气体的压强公式、温度公式，能量均分定理，理想气体的内能，麦克斯韦气体分子速率分布律，玻尔兹曼分布律，气体内的迁移现象。

【基本要求】

（1）了解理想气体的微观模型及其微观量的统计意义。

（2）理解平衡态、状态参量等概念，掌握理想气体状态方程及其应用；

（3）理解理想气体的压强公式、温度公式以及温度、压强的统计意义；

（4）理解自由度、内能概念和能量均分定理，掌握能量均分定理的应用和内能的计算；

（5）了解麦克斯韦速率分布律，理解三种统计速率的概念；

（6）了解玻尔兹曼分布律、气体分子的平均碰撞频率和平均自由程概念，了解气体内的迁移现象。

【重点与难点】

重点：

理想气体状态方程及应用，理想气体的压强、温度公式及统计意义，理想气体内能的计算，理想气体三种统计速率的理解；

难点：

理想气体温度、压强的统计意义及麦克斯韦速率分布律的理解。

第九章热力学基础（8学时）

【内容】

热力学系统的准静态过程，热力学第一定律，理想气体的等值过程，循环过程，卡诺循环，热力学第二定律，熵、熵增加原理。

【基本要求】

（1）了解孤立、开放、封闭三系统的概念及热力学系统准静态过程的概念；

（2）理解功、热量、内能以及热容、比热容、定体摩尔热容、定压摩尔热容等概念；

（3）理解等体、等压、等温、绝热四个热力学过程的过程特征以及在p-V图上的表示；

（4）理解热力学第一定律，掌握热力学第一定律在理想气体等值过程及绝热过程中的应用，掌握体积功，热量，内能的计算；

（5）理解循环过程、卡诺循环，掌握热机效率、制冷系数的计算；

（6）了解可逆过程与不可逆过程的概念，了解热力学第二定律的开尔文表述与克劳修斯表述；

（7）了解热力学第二定律的统计意义，了解熵与熵增加原理。

【重点与难点】

重点：

功、热量、热容、内能的概念及计算，热力学第一定律的意义及在等值过程和绝热过程中的应用，循环过程、卡诺循环的概念和热机效率、制冷系数的计算。

难点：

可逆和不可逆过程的概念，热力学第二定律的意义。

第十章真空中的静电场（8学时）

【内容】

电荷、电荷守恒定律，库仑定律，电场、电场强度，电通量、高斯定理，静电场的环路定理，电势，电场强度和电势的微分关系。

【基本要求】

（1）理解点电荷的概念、电荷守恒定律和库仑定律，掌握库仑定律的简单应用；

（2）理解电场的概念、电场强度的定义和场强叠加原理，掌握点电荷系、简单连续带电体的场强的计算；

（3）理解电通量的概念、高斯定理及其物理意义，掌握运用高斯定理求场强的方法；

（4）理解静电场的环路定理、电势能、电势、电势差的概念，掌握运用电势叠加原理和电势的定义求电势的方法；

（5）理解等势面的概念、等势面与电场线之间的关系，了解电势梯度的概念、电场强度与电势梯度之间的关系。

【重点与难点】

重点：

电场强度、电势的概念与计算，高斯定理的应用；

难点：

电场强度、电势的微元法计算，高斯定理的理解及对称性分析法求场强的问题。

第十一章静电场中的导体和电介质（2学时）

【内容】

静电场中的导体。

【基本要求】

（1）理解导体静电平衡的条件及其性质，掌握利用静电平衡的条件及性质分析导体的电荷分布，了解带电导体表面附近的场强与电荷面密度的关系以及静电知识的应用。

【重点与难点】

重点：

导体静电平衡的特征及其电荷分布规律，；

难点：

静电场中导体性质（特点）的应用。

第十二章稳恒磁场（7学时）

【内容】

稳恒电流，基本磁现象，磁场、磁感应强度，毕奥－萨伐尔定律，磁场的高斯定理，安培环路定理，磁场对运动电荷的作用，磁场对载流导线的作用，磁场对载流线圈的作用。

【基本要求】

（1）理解电流强度、电源电动势的概念，了解电流密度、欧姆定律的微分形式；

（2）理解磁现象的本质和稳恒磁场的概念；

（3）理解磁感应强度的概念及其定义式；

（4）掌握毕奥-萨伐尔定律及其应用；

（5）理解磁感应线、磁通量的概念和磁场的高斯定理，掌握磁通量的计算；

（6）理解安培环路定理，掌握安培环路定理的一般形式、意义及在磁感应强度计算中的应用；

（7）理解洛仑兹力，了解带电粒子在均匀磁场中的运动，了解磁聚焦、霍尔效应等及其应用；

（8）理解安培力和安培定律，理解磁偶极子与磁矩的概念，掌握载流导线在均匀磁场中所受的磁力、平面线圈在均匀磁场中所受的磁力矩的计算。

【重点与难点】

重点：

磁感应强度的定义、毕奥－萨伐尔定律和安培环路定理的理解及其应用；

难点：

用微元法和矢量分析知识计算直线、环形电流等特殊电流的磁场分布，应用安培环路定理计算磁感应强度。

第十三章磁场中的磁介质（2学时）

【内容】

三类磁介质，弱磁性物质的磁化，磁介质中的安培环路定理，磁场强度，铁磁质。

【基本要求】

（1）了解磁介质的分类、顺磁质和抗磁质磁化的微观机制；

（2）理解磁场强度的概念，理解磁介质中的安培环路定理并掌握其应用；

（3）了解铁磁质的磁化过程、磁滞回线的形成、磁畴概念以及居里点，了解软磁、硬磁、矩磁材料的特点及应用。

【重点与难点】

重点：

磁场强度的概念、磁介质中的安培环路定理及其应用。

难点：

顺磁质和抗磁质磁化的微观机制。

第十四章电磁感应电磁场（7学时）

【内容】

电磁感应定律，动生电动势和感生电动势，自感、互感，磁场的能量，麦克斯韦电磁理论，电磁振荡与电磁波。

【基本要求】

（1）了解电磁感应现象、感应电动势、感应电流、磁链的概念，掌握法拉第电磁感应定律、楞次定律，掌握计算感应电动势大小、判定感应电动势方向的方法；

（2）理解动生电动势的概念，掌握简单几何形状的导体在匀强磁场或对称性非匀强磁场中运动时的动生电动势的计算方法；

（3）理解感生电动势的概念，掌握简单情形感生电动势的计算方法；

（4）理解自感、互感的概念，掌握简单回路自感、互感的计算方法，了解自感、互感的应用；

（5）了解磁场的能量和能量密度，了解磁场能量的计算；

（6）了解麦克斯韦电磁理论，理解位移电流和全电流的概念，理解全电流安培环路定理，掌握麦克斯韦电磁场方程组的积分形式；

（7）了解电磁波产生、发射、传播过程、电磁波谱，了解平面电磁波的基本性质。

【重点与难点】

重点：

法拉第电磁感应定律，动生电动势的计算，自感和互感系数的计算，麦克斯韦电磁场方程组的积分形式;

难点：

感生电场的概念及计算，位移电流的概念。

第十五章光的干涉（6学时）

【内容】

相干光的获得,光程差,分波阵面法干涉,分振幅法干涉.

【基本要求】

（1）了解原子发光的特点、相干光及相干光获取的方法；

（2）理解光程的概念以及光程差与相位差的关系，理解半波损失，掌握光程差、相位差的计算；

（3）理解分波振面法干涉，掌握杨氏双缝干涉的条纹特征和条纹变化的规律及条纹位置、条纹间距的计算，了解双面镜干涉、劳埃德镜干涉；

（4）理解分振幅法干涉，理解薄膜干涉中产生明暗条纹的机理，掌握等倾干涉（等厚度膜干涉）和等厚干涉（劈尖干涉和牛顿环）中干涉条纹的特征、变化规律及条纹位置、条纹间距的计算；

（5）了解迈克尔逊干涉仪的结构、原理，理解光的干涉现象的主要应用。

【重点与难点】

重点：

相干光获取的方法，光程差的计算，双缝干涉、等倾干涉和等厚干涉的条纹分布特征与计算；

难点：

干涉条纹分布位置的计算，附加光程差的判定。

第十六章光的衍射（6学时）

【内容】

光的衍射现象，惠更斯-菲涅耳原理，单缝衍射，光栅衍射，圆孔衍射，光学仪器的分辨率，x射线衍射。

【基本要求】

（1）了解衍射现象、衍射的分类、惠更斯-菲涅耳原理；

（2）理解半波带法、单缝衍射的条纹条件、影响条纹的因素，掌握单缝夫琅禾费衍射条纹的分布规律及单缝衍射公式的运用；

（3）理解光栅衍射条纹的成因和特点，掌握运用光栅方程计算光栅光谱（主极大）的位置以及缺级条件；

（4）理解圆孔夫琅禾费衍射的特征及爱里斑直径公式，理解光学仪器的分辨本领，掌握提高光学仪器分辨率的方法、措施；

（5）了解晶格衍射，了解布喇格公式的应用。

【重点与难点】

重点：

惠更斯-菲涅耳原理，菲涅半波带法，单缝夫琅禾费衍射的条纹特征及计算，光栅衍射条纹的成因和特点，运用光栅方程计算光栅光谱（主极大）的位置以及缺级条件；

难点：

对菲涅半波带法的理解，光栅衍射中的缺级条件的讨论。

第十七章光的偏振（2学时）

【内容】

自然光与偏振光，起偏与检偏，马吕斯定律，反射光与折射光的偏振，布儒斯特定律，双折射现象，旋光现象。

【基本要求】

（1）理解自然光的特点，理解光的偏振性，理解由自然光得到偏振光的机理；

（2）理解光的偏振态：

（完全）偏振光，部分偏振光，理解偏振片起偏和检偏的作用；

（3）掌握马吕斯定律及其应用；

（4）掌握布儒斯特定律及其应用；

（5）了解光的双折射现象及旋光效应。

【重点与难点】

重点：

光的偏振性、起偏器、检偏器，马吕斯特定律、布儒斯特定律；

难点：

反射和折射时光的偏振特点，光的双折射现象。

第十八章量子物理（8学时）

【内容】

黑体辐射，普朗克能量子假设，光电效应，光的波粒二象性，康普顿效应，玻尔氢原子理论，德布罗意物质波，实物粒子的二象性，海森伯不确定关系式，量子力学简介，激光。

【基本要求】

（1）了解热辐射、黑体辐射，了解黑体辐射的实验规律及其与经典理论的矛盾；

（2）了解普朗克能量子理论，了解普朗克公式并理解其物理意义；

（3）理解光电效应现象，掌握光电效应的实验规律，理解爱因斯坦光子假设及其对光电效应的解释，掌握运用爱因斯坦光电方程求解相关物理量的方法；

（4）理解光的波粒二象性及爱因斯坦光子方程；

（5）理解氢原子光谱的实验规律及玻尔氢原子理论；

（6）理解德布罗意物质波的假设以及实物粒子波粒二象性的方程；

（7）理解海森伯不确定关系式及其物理意义；

（8）理解波函数及其统计解释，了解薛定谔方程及其在一维势场和氢原子中的应用。

【重点与难点】

重点：

普朗克能量子理论，光电效应的实验规律，爱因斯坦光子假设及爱因斯坦光电方程，光的波粒二象性及爱因斯坦光子方程，实物粒子波粒二象性的方程，海森伯不确定关系式及其物理意义；

难点：

海森伯不确定关系式及其物理意义，波函数及其统计解释。

九、使用教材与参考资料

教材：

参考资料：

《大学基础物理学》（上册）张三慧清华大学出版社2003年8月第1版

《大学基础物理学》（下册）张三慧清华大学出版社2003年8月第1版

《大学基础物理学学习辅导与习题解答》张三慧清华大学出版社2003年8月第1版

《物理学》（上、下册）严导淦高等教育出版社2004年1月第1版

《物理学阅读与解题指导》严导淦彭德应编高等教育出版社2004年1月第1版

十一、课程考试

考核方式：

笔试（闭卷）

评分方式：

平时成绩占40%，考试占60%

制定人：

**审定人：

**

二○二○年九月