普通物理课程教学大纲.docx

普通物理课程教学大纲.docx

《普通物理课程教学大纲.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《普通物理课程教学大纲.docx（11页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

《大学物理B》课程理论课教学大纲

课程编码：

0702002

课程性质：

专业必修课程学 时：

48

学 分：

4学分

适用专业：

教育技术专业一、课程性质、目的和要求

物理学是自然科学的基础。

大学物理课程是为高等学校理科非物理专业开设的，以经典物理、近代物理的基础知识和基本理论及物理学在科学技术上的应用为内容的一门重要的专业必修课。

高等学校中开设大学物理课程的目的是使学生对物理学的内容、方法、工作语言、概念、物理图象、其历史、现状和前沿等方面有全面的了解。

学好大学物理课不仅对学生在校的学习十分重要，而且对学生毕业后的工作和进一步学习相关新理论、新知识、新技术都将发生深远的影响。

在大学物理课的各个教学环节中，教师在传授知识的同时应注重培养学生的能力。

通过本课程的教学，应使学生初步具备以下能力。

1.能够独立地阅读相当于大学物理水平的教材，参考书和文献资料，并能理解其主要内容和写出条理较清晰的笔记、小结或读书心得。

2.了解各种理想物理模型并能够根据物理概念、问题的性质和需要，抓住主要的因素，略去次要要素，对所研究的对象进行合理的简化。

3.会运用物理学的理论、观点和方法、分析、研究、计算或估算一般难度的物理问题、并能根据单位、数量级与已知典型结果的比较，判断结果的合理性。

3．会运用物理学的理论、观点和方法、分析、研究、计算或估算一般难度的物理问题、并能根据单位、数量级与已知典型结果的比较，判断结果的合理性。

二、教学内容、要点和课时安排

第一篇 力学（10学时）第一章 质点运动学 （4学时）

教学目的：

1、掌握位置矢量、位移、速度、加速度等描述质点运动和运动变化的物理量。

能借助于直角坐标系计算质点在平面内运动时的速度、加速度。

能借助于自然坐标计算质点作圆周运动时的角速度、角加速度、切向加速度和法向加速度。

2、理解质点运动的瞬时性、矢量性和相对性。

3、掌握运动学两类问题的求解方法。

运动学的第一类问题：

由运动方程求质点的速度和加速度。

运动学的第二类问题：

由质点的速度或加速度及初始条件，求运动方程。

教学重点和难点：

1、掌握位置矢量、位移、速度、加速度等描述质点运动和运动变化的物理量，以及它们之间的关系。

2、位置矢量、位移、速度、加速度等物理量的矢量性，以及它们之间的微积分关系。

第一节 参考系坐标系质点

一、参考系二、坐标系三、质点

第二节 质点的位矢、位移和速度一、质点的位置坐标和位置矢量二、运动方程和轨道

三、质点的位移四、速度

五、速度的分量形式第三节 质点的加速度一、加速度的定义

二、加速度的分量形式三、圆周运动

第四节 运动描述的相对性伽利略变换一、运动描述的相对性

伽利略变换

思考题：

1、位移和位置矢量有何区别？

2、位移和路程有何区别？

在什么情况下两者的量值相等？

平均速度和平均速率有何区别？

在什么情况下两者的量值相等？

3、匀速圆周运动的速度和加速度是否都恒定不变？

第二章 牛顿运动定律及牛顿力学中的守恒定律 （6学时）

教学目的：

1、掌握牛顿运动三定律及其适用范围。

能求解一维变力情况下质点的动力学问题。

2、掌握功的概念及变力作功的表达式，能计算一维变力的功。

掌握质点的动能定理，理解保守力作功的特点及势能概念。

会计算重力、弹性力和万有引力势能，掌握机械能守恒定律。

3、掌握质点的动量定理及质点系的动量守恒定律，掌握运用守恒定律分析力学问题的思路和方法，能求解简单系统在平面内运动的力学问题。

4、了解什么是刚体，刚体的转动惯量、刚体转动定律，角动量定理及角动量守恒定律。

教学重点和难点：

1、掌握牛顿三定律及其适用条件、牛顿运动定律的应用。

2、牛顿第二定律的微分形式。

3、建立动量、角动量的概念。

掌握力的冲量与动量的变化量的关系。

理解力矩的冲量矩与角动量的变化量的关系。

掌握动量守恒定律以及适用条件。

变力的功的计算。

功与能

量的区别和关系。

动能定理、功能原理及机械能守恒及其应用.

4、动量、动量定理、动量守恒定律的矢量性，变力的功的计算，任意保守力场势能的计算。

第一节 牛顿运动定律一、牛顿运动三定律二、自然界中常见的力三、牛顿定律的应用第二节功和动能定理一、力和功

二、变力的功

第三节保守力和势能一、保守力与耗散力二、势能

第四节功能原理和机械能守恒定律一、质点系的动能定理

二、功能原理

三、机械能守恒定律

第五节动量定理及动量守恒定律一、质点的动量定理

二、质点的动量定理三、动量守恒定律

第六节角动量与角动量守恒定律第七节刚体力学基础

思考题：

1、物体在恒力作用下是否一定做匀变速直线运动？

2、一物体以初速v0沿倾角a的斜面上滑，物体与斜面间的滑动摩擦系数为m，设物

下

体上滑到某位置后又下滑，问a与a 哪个大？

上

3、两质量相等的物体，动能相等则动量一定相等，对吗？

4、一对作用力与反作用力必大小相等，方向相反。

因而推知这对作用力的功与反作用力的功之和一定等于零，对吗？

第二篇 振动和波动 （6学时）第三章 振动和波动 （6学时）

教学目的：

1、掌握简谐振动的基本特征，根据受力分析能建立简谐振动振动的微分方程。

2、掌握简谐振动的运动学方程。

根据振动系统特征及初始条件，能确定振动方程中的三个特征量：

振幅、初位相和圆频率。

3、理解旋转矢量法

4、理解同方向、同频率的两个生产率振动的合成规律。

5、了解两个同频率相互垂直简谐振动的合成。

6、理解机械波产生的条件，了解波动与振动的联系与区别。

7、掌握平面简谐波的波动方程，能根据波线上某一点的振动方程，写出波动方程。

8、理解波动的能量传播特征及波的能量密度能流和能流密度等概念。

9、了解波的惠更斯原理，理解角波的叠加原理，掌握波的干涉现象和相干波条件。

10、了解多普勒效应。

教学重点和难点：

1、描述简谐振动的各物理量，旋转矢量法，弹簧振子，由初始条件写出一维谐振动的运动方程，谐振动的合成。

2、波动方程的建立；波能量及能流、能流密度；惠更斯原理和波的叠加原理；波的相干条件；驻波。

第一节 简谐运动一、简谐振动的特征

二、简谐振动的频率、振幅和位相

三、简谐振动旋转矢量的旋转矢量法方程四、简谐振动的能量

第二节 简谐振动的合成

第三节 机械波的产生和传播一、机械波的形成

二、周期性机械波横波与纵波三、球面波和平面波

第四节 平面简谐波波的能量和强度一、波长、频率和波速

一、平面简谐波的波形式二、波的能量 波的强度

第五节 惠更斯原理波的衍射第六节 波的叠加原理波的干涉第七节 多普勒效应

思考题：

1、某质点在一个使它返回平衡位置的力作用下，它是否一定作简谐振动？

2、在什么情况下，简谐振动质点的速度和加速度是同号？

什么情况下又是异号的？

加速度为正值时，振动质点一定是加快运动吗？

反之，加速度为负值时，一定是减慢运动吗？

3、波动和振动有什么区别和联系？

4、形成机械波要具备什么条件？

5、机械波从一种媒质进入另第一种媒质时，波长、波的周期和频率、波速等物理量中，哪个不变，哪个要变？

第三篇 热学 （8学时）第四章 气体动理论 （4学时）

教学目的：

1、掌握理想气体的物态方程及热力学第零定律。

2、了解统计物理的几个概念：

统计规律、概率和统计平均值。

3、理解理想气体的状态方程，理解理想气体的宏观定义、微观模型和统计假设。

4、理解理想气体的压强公式和温度公式，以及宏观量压强和温度的微观本质。

5、理解能量按自由度均分定理及内能的概念，并能应用该定量计算理想气体的定压热容、定体热容和内能。

6、了解麦克斯韦速率分布律及速率分布函数和分布曲线的物理意义。

了解气体分子热运动的三种速率；平均速率、方均根速率及最概然速率。

了解气体分子的平均碰撞频率和平均自由程。

教学重点和难点：

1、理想气体状态方程；压强公式和温度公式；能均分定理；内能；麦克斯韦速率分布律；算术平均速率、均方根速率、最可几速率；平均碰撞频率及平均自由程。

2、能均分定理；内能；麦克斯韦速率分布律。

第一节 热力学平衡态

一、平衡态二、状态参量

第二节 热力学第零定律 温度第三节 理想气体的物态方程第四节 温度和压强的统计意义

一、理想气体的微观模型及统计假设二、压强公式

三、温度公式

第五节 分子热运动的速率统计分布规律一、分子的速率分布函数

二、麦克斯韦速率分布律和分布曲线

第六节 能量按自由度均分定理、理想气体内能

思考题：

1、试解释物体为什么能够被压缩，但又不能无限地被压缩？

2、一定质量的理想气体，当温度恒定时，其压强随体积的减小而增大，当体积保持恒定时，其压强随温度升高而增大。

从微观角度看，这两种压强增大的过程又何区别？

3、气体处在非平衡态时，能量按自由度均分定理能否成立？

4、从麦克斯韦速率分布律得出的三个典型速率各有何不同？

第四章 热力学定律 （4学时）

教学目的：

1、掌握功和热量的概念，理解准静态过程，掌握热力学第一定律，能根据热力学第一定律分析、计算理想气体等体、等压、等温和绝热过程中的功、热量和内能的改变量。

2、理解循环过程的特征及热机效率和致冷机的致冷系数。

理解卡诺循环以及卡诺热机的效率和卡诺致冷机的致冷系数。

3、了解热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯表述。

4、了解可逆过程和不可逆过程。

5、了解热力学第二定律的统计意义。

教学重点和难点：

1、热力学第一定律及应用；绝热过程；卡诺循环及效率；热力学第二定律；可逆过程和不可逆过程。

2、热力学第一定律及应用；绝热过程。

第一节 内能、功、热量准静态过程一、内能、功、热量

二、准静态过程

第二节 热力学第一定律 热容量一、热力学第一定律

二、热力学第一定律对理想气体的应用第三节 循环过程

一、循环过程二、卡诺循环

第四节 热力学第二定律

一、热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯表述二、可逆过程和不可逆过程

三、热力学第二定律的核心内容和统计意义

思考题：

1、理想气体的内能是温度的单值函数，对理想气体内能的意义作下面几种理解是否正确？

（1）气体处于一定的状态，就具有一定的内能。

（2）对应于某一状态，内能只具有一个值，不可能有两个或两个以上的值。

（3）当理想气体的状态改变时，内能一定跟着改变。

2、两个容器内分别盛有不同的理想气体，已知它们的内能相等，它们的温度相同吗？

为什么？

3、理想气体由一定的初状态压缩至一定体积，一次是缓慢地压缩，一次是很快地压缩，如果其它条件都相同，问温度变化是否相同？

外界所作的功是否相同？

第三篇 电磁学 （14学时）第六章 静电场 （6学时）

教学目的：

1、理解库仑定律和电学单位制。

2、掌握电场强度的概念和电场的叠加原理。

根据电荷的分布能计算电场强度的分布理解电偶极子和电偶极矩的概念。

3、理解静电场的高斯定理。

理解用高斯定理计算电场强度的条件和方法。

4、理解静电场力作功的特点及静电场的环路定理，掌握电势能和电势的概念及电场强度和电势的关系。

由电荷的分布，根据电势叠加原理会计算空间电势的分布。

教学重点和难点：

1、掌握电场强度、电势的概念。

掌握电场强度和电势的叠加原理。

掌握静电场的特点：

电场线的有源性和无旋性；静电场的高斯定理和环流定理。

了解电势与场强的积分关系。

2、掌握场强叠加的矢量性，场强和电势的叠加原理计算的微积分方法，使用高斯定理计算场强的条件和方法，使用场强积分计算电势和电势差。

第一节 电荷库仑定律一、电荷

二、库仑定律

三、电力叠加原理

第二节 电场强度一、电场

二、电场强度

三、电场强度的计算第三节 高斯定理一、电场线

二、电通量三、高斯定理

四、高斯定理的应用

第四节 环流定理与电势一、环流定理

二、电势差和电势三、电势的计算四、等势面

思考题：

1、金属球内有一个球形空腔，金属球整体不带电。

在球形空腔的中心放一点电荷Q，球形空腔内、外表面上电荷分布是否均匀？

如果Q偏离球心，情况如何？

2、电位移矢量与电场强度有什么不同？

两者能否比较大小？

3、高斯定理的适用条件是什么？

4、如何建立高斯面？

第七章 稳恒磁场 （4学时）

教学目的：

1、理解稳恒电流的几个基础概念：

电流强度、电流密度；电流的连续性方程；电流的稳恒条件。

2、理解欧姆定律的微分形式、电源和电动势。

3、掌握磁感应强度的概念。

掌握毕奥-萨伐尔定律，能由电流的分布计算空间磁感应强度的分布。

4、理解稳恒磁场的高斯定理。

5、理解稳恒磁场的安培环路定理，会用安培环路定理计算磁感应强度的条件和方法。

6、理解安培定律和洛仑兹力公式。

了解平面载流回路的磁矩的概念。

教学重点和难点：

1、电流密度；电流的连续性方程。

2、电动势的理解。

3、磁场叠加原理、毕奥——萨伐尔定律、安培环路定理的意义及应用。

安培定律的意义、磁力的计算。

4、矢量的叉积关系、矢量和的计算，磁感应强度、磁力、磁力矩等物理量的方向的确定。

安培环路定理的意义,磁场对称性的分析.

第一节 磁场磁感应强度一、基本磁现象

二、磁感应强度及洛伦兹公式第二节 毕奥—萨伐尔定律一、毕奥—萨伐尔定律

二、毕奥—萨伐尔定律的应用

第三节 磁高斯定理安培环路定理第一节 恒定电流一、磁通量

二、磁高斯定理三、安培环路定理

四、安培环路定理的应用

第四节 磁场对载流导线的作用一、安培力公式

二、载流线圈在磁场中受到的力矩三、磁力的功

第五节 带电粒子在匀强磁场中的运动

思考题：

1、一个电池内的电流是否会超过其短路电流？

电池的路端电压是否可以超过电动势？

2、两根截面不相同而材料相同的金属导体串联在一起，两端加一定电压，问通过这两根导体的电流密度是否相同？

3、有两根无限长的平行载流直导线，电流的流向相同。

如果取一平面垂直这两根导线，此平面上的磁感线分布是怎样的？

4、在同一磁感应线上各点处，磁感应强度的大小是否恒定？

5、试说明稳恒磁场和均匀磁场的含义。

在下述情况中，能否用安培环路定理求磁感应强度，为什么

（1）有限长载流直导线产生的磁场；

（2）截面为正方形的无限长载流直导线产生的磁场；

（3）圆电流产生的磁场。

6、安培环路定理的适用条件是什么？

7、如何建立安培环路？

第八章变化的电磁场 （4学时）

教学目的：

1、掌握法拉第电磁感应定律，会计算回路中所产生的感应电动势。

理解动生电动势和感生电动势。

2、了解自感现象和互感现象及自感系数和互感系数。

3、了解电流系统的磁场和磁场能量密度。

4、了解涡电流电场和位移电流的概念以及静电场与涡旋电场的区别和传导电流与位移电流的区别。

5、了解麦克斯韦方程组的积分形式及各方程的物理意义。

了解电磁场的物质性。

教学重点和难点：

1、法拉第电磁感应定律及其应用，动生电动势、感生电动势的概念和规律，自感系数、互感系数的定义即物理意义。

2、动生电动势及感生电动势的计算，自感系数及互感系数的计算。

第一节电磁感应定律

一、电磁感应现象

二、法拉第电磁感应定律第二节动生电动势

一、动生电动势的产生

二、动生电动势的计算第三节感应电动势

一、感生电动势和感应电场二、感应电场的性质

三、感生电动势的计算

第四节自感和互感磁场能量一、自感

二、互感

三、磁场能量

第五节位移电流一、位移电流假说二、全电流定律

第六节麦克斯韦电磁场方程组第七节电磁波的性质

第四篇 光学（8学时）第十五章 波动光学 （8学时）

教学目的：

1、理解光的相干性、相干条件及获得相干光的方法，掌握光程、光程差、半波损失及光的干涉条件。

2、理解杨氏双缝干涉，能确定干涉条纹在屏上的位置，理解薄膜干涉的等倾干涉以及增透膜和增反膜。

3、掌握劈尖干涉，能确定条纹的间距，相邻明（或暗）纹对应的膜的原度差等，了解牛顿环、了解迈克耳逊干涉仪的工作原理。

4、了解惠更斯—菲涅耳原理及处理单缝的夫琅和费衍射的半波带法。

理解单缝衍射公式，会分析、确定单缝衍射条纹的位置及缝宽和波长对衍射条纹分布的影响，了解光学仪器的分辩本领。

5、理解光栅衍射公式，会确定光衍射各级明纹的位置，会分析斜入射的情况及光栅衍射的缺级现象。

教学重点和难点：

1、光程概念；

2、劈尖干涉，薄膜干涉；

3、单缝弗朗和费衍射，半波带法；

4、熟练掌握光栅公式的应用；

5、理解天然光和偏振光的概念，起偏和检偏的基本方法；

6、灵活运用布儒斯特定律和马占斯定律。

第一节 光的相干性

一、光源的放光机制与特点二、光的相干性

三、光程和光程差第二节双缝实验一、杨氏双缝实验

二、应用分波振面方法的其他实验第三节 薄膜干涉

一、等倾干涉条纹二、等厚干涉条纹

第四节 光的衍射现象

第五节 圆孔衍射和光学仪器的分辨本领第六节 衍射光栅

第七节 光的偏振

思考题：

1、杨氏双缝实验中，如有一条狭缝稍微加宽一些，问屏幕上的干涉条纹有什么变化？

如果把一条狭缝遮住，在光屏上原中央亮纹所在处的光强将如何变化？

2、以白光垂直照射单缝，中央亮纹边缘有彩色出现，为什么？

边缘的彩色中，红色在外或是紫色在外？

3、偏振光通过偏振片后，强度减小一半。

求偏振光振动方向与偏振片的偏振化方向之间的夹角？

第六篇 近代物理 （2学时）

第十章 狭义相对论基础 （1学时）

教学目的：

1、理解伽里略变换，伽里略相对性原理和经典时空观。

2、理解爱因斯坦狭义相对论的两个基础假设，了解洛仑兹坐标变换和速度变换。

3、了解狭义相对论中同时性的相对性以及长度收缩和时间膨胀概念。

了解牛顿力学中的进空观和狭义相对论中时空观以及二者的差异。

4、了解相对论动力学的几个重要结论：

动力学基本方程、质量和速度的关系、能量和质量的关系以及能量和动量的关系。

教学重点和难点：

狭义相对论中同时性的相对性以及长度收缩和时间膨胀概念；第一节 牛顿时空观和力学相对性原理

第二节 狭义相对论的基本与假设与洛仑兹变换式第三节 狭义相对论的时空观

第四节 相对性动量和能量

思考题：

1、物体的长度在不同的惯性系中是不同的，而且在运动方向上的长度将缩短。

这是否是由于物体本身发生了某种改变引起的？

物体的“真正”长度究竟是多少？

应如何认识？

第十一章 量子光学基础 （1学时）

教学目的：

1、理解普朗克能量量子论的假设。

2、理解光电效应的实验规律以及爱因斯坦的光子理论对这两个效应的解释。

3、了解氢原子光谱的实验规律及波尔的氢原子理论。

4、了解光的波粒二象性和实物粒子的波粒二象性。

了解德布罗意物质波假设及其正确性的实验证实。

教学重点和难点：

量子力学对客观事物的描述方法,量子力学基本方程。

第一节 黑体辐射 普朗克能量子假设

一、黑体 黑体辐射

二、S-B定律维恩位移定律

三、黑体辐射的R-J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、光电效应实验规律

二、几点无力遇到的困难

第三节 氢原子光谱玻尔理论

思考题：

1、某种金属在一束绿光的照射下有电子逸出，在下述两种情况下逸出的电子会发生怎样的变化？

（1）再多用一束绿光照射；

（2）用一束强度相同的紫光代替之。

2、在气体电离过程中，为什么伴有气体发光的现象？

三、考核方式及评价结构比例

教师根据学生实际情况，可采取闭卷考试和全过程考核两种考核方式。

其中，期末闭卷考试，卷面100分。

总成绩采取结构分，平时成绩占40％，期末考试占60％。

全过程考核包括考勤、课堂表现、作业、测验等考核项目。

四、使用教材及主要参考书目

1、上海交通大学物理教研室《大学物理教程》上海交通大学出版社2010

2、马文蔚《物理学教程》（上下册）高等教育出版社2004

3、程守洙江之永《普通物理学》高等教育出版社1982

4、赵凯华《新概念物理教程》高等教育出版社1996