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天津理工大学

《大学物理C〉课程教学大纲

课程代码：

1590236

开课单位：

理学院

执笔人：

杨帅

制定时间：

2015年7月22日

天津理工大学教务处制

年月曰

、课程简介

课程名称

大学物理C

英文名称

UniversityphysicsC

课程代码

1590236

课程类别

公共基础课

学分

4

总学时

64

开课学期

第二学期、第三学期

修读类别

必修课

开课单位

理学院

适用专业

自动化、经管类、海运、化工、环境安全等各专业

先修课程

高等数学

主讲教师

杨帅/副教授、赵洪英/副教授、王丽艳/讲师、韩丽萍/讲师、段秀丽/讲师、杨杨/讲师、巩雪/讲师、杨玉娜/讲师、王聪/讲师、张玉杰/讲师、王睿/讲师。

考核方式及各环节所占比例

考试课；期末考试占70%，平时成绩占30%

课程概要

物理学是研究物质的基本结构、基本运动形式以及相互作用规律的科学。

物理学作为一门基础理论科学，其重要性随着科学技术的发展而日益明显，许多边缘学科都是以物理规律为基础发展起来的，所以它是自然科学和工程技术的基础，是高等学校工科类各专业的一门主干基础课。

该课程在培养学生的科学素养和实事求是的探索精神以及多方面的思考问题、解决问题等方面有着重要的作用。

课程目标

1.开课目的

培养学生的物理思想和物理方法，通过学习物理学的基本概念，掌握基本原理和基本规律，了解物理学发展的概况及物理原理在生产技术上的应用；

培养学生科学的研究方法和思维方式方面；

培养学生科学的分析问题、解决问题的能力，为学生学习专业知识和参加工程实践奠定必要的物理基础。

2.本课程对学生达成如下毕业要求有贡献：

具有数学与自然科学知识，并能用于解决复杂工程问题。

能够将数学、自然科学和工程科学的基本原理运用于工程问题的识别、表达。

能够从数学、自然科学和工程科学的角度对解决方案进行分析，并试图改进。

能够对工程相关的各类物理现象、材料特性进行研究和实验验证。

对自主学习和终身学习的必要性有正确的认识。

教学要求

完成课程后，学生将具备以下能力：

1、学习物理学的基本概念，掌握基本原理和基本规律，了解物理学发展的概况及物理原理在生产技术上的应用；

2、使学生在研究方法和思维方式方面受到进一步的训练，培养学生科学的分析问题、解决问题的能力，为学生学习专业知识和参加工程实践奠定必要的物理基础。

教材及主要参考书

教材：

[1]渊小春、王詰主编，《大学物理》，同济出版社，第一版。

[2]徐力等编，《物理学同步辅导》，天津大学出版社，2009年11月第一版。

参考书：

[1]刘永胜主编，《物理学》，天津大学出版社，2009年11月第二版。

[2]陈宜生主编，《大学物理学》，天津大学出版社，1999年7月第二版。

[3]马文蔚主编，《物理学》，高等教育出版社，2006年3月第五版。

[4]朱峰主编，《大学物理》，清华大学出版社，2008年11月第二版。

[5]张三慧主编，《大学基础物理学》，清华大学出版社，2007年3月第二版。

二、课程内容及学时分配

第0章绪论（讲课1学时）

物理学的形成与发展（了解本课程研究的对象、内容及其在培养高素质复合型人才中的地位、作用和任务；了解物理学科的发展趋势。

）

物理学的层次（初步阐明自然界的物质性和运动性，指出物理学的研究对象和它在科学技术中的重要作用，物理学作为重要的基础科学的许多研究成果已应用到许多科技领域中）

物理学的特点（推动社会生产力发展，及其对社会科学深刻影响，使人们对于物理学的认识产生新的飞跃）

物理学的方法和思想（并阐明物理学的研究方法，思维方式对于提高学生的综合能力和素质所发挥的重要作用。

）

几何学与物理学

第1章质点力学（讲课5学时）

参照系和坐标系质点（理解质点模型、坐标系等基本概念）

位置矢量运动方程（掌握位置矢量、运动方程，能用已知的运动方程求速度、加速度和轨道方程）

速度

加速度（了解速度、加速度的瞬时性、矢量性以及运动的相对性、独立性；正确理解切向加速度、法向加速度和位移、速度、加速度间积分关系。

）

牛顿运动定律（自学）

功动能定律（理解功的概念，熟练计算一维情况的变力功问题）

功能原理机械能守恒（了解保守力作功的特点，会应用功能原理解决在平面内运动时的简单力学问题）

冲量动量定律（理解动量、冲量等概念，掌握动量定理和动量守恒定律，会写其矢量式，掌握运用守恒定律分析问题的思想和方法）

重点：

用已知的运动方程求速度、加速度和轨道方程；用角量描述圆周运动。

难点：

位移、速度、加速度之间的积分关系，变力的功。

要点说明：

①强调速度、加速度瞬时性、矢量性、相对性及位移、速度、加速度间的

微积分关系。

②会熟练的计算圆周运动的切向加速度、法向加速度和总加速度。

③会用一

元微积分解较简单的运动学两类问题。

④简要复习矢量运算。

第2章刚体的转动（讲课6学时）刚体的定轴转动

转动动能转动惯量（理解转动惯量的定义及典型刚体转动惯量的计算）力矩转动定律（掌握刚体的定轴转动定律及应用）

力矩的功转动动能定理（理解转动中的动能和力矩的功及相应的动能定理）动量矩和冲量矩（掌握刚体角动量定理和角动量守恒定律）重点：

刚体绕定轴的转动定律和角动量守恒定律。

难点：

转动惯量计算、力矩、角动量和角动量守恒条件。

要点说明：

①加强对力矩（矢量性及叉积表示）、转动惯量、转动动能及力矩的功等概念的讲解。

②注意质点力学、刚体的定轴转动力学对应的物理量、定理、定律的比较。

第3章真空中的静电场（讲课6学时）

电荷库仑定律（了解库仑定律在静电学中的地位、掌握库仑定律的矢量表示；了解电荷的量子化及电荷守恒定律）

电场电场强度（掌握场强的基本概念和电场的迭加原理，掌握简单问题中场强的计算方法）

电通量高斯定理（理解高斯定理的物理意义，并能用它计算某些对称场中的有关问题）静电场的环路定理电势能电势（理解静电场的环路定理，使学生认识到通量和环流是研究场性质的最基本的两个物理量；掌握电势的基本概念和迭加原理，掌握简单问题中电势的计算方法）

等势面场强和电势的微分关系（自学）重点：

场强和电势、静电场高斯定理和环流定理。

难点：

场强和电势的计算。

要点说明：

①讲解中注意总结计算电场强度和电势的两种方法。

②由于学生对矢量的表示和运算掌握的不好，矢量运算用到静电场中来有些困难，针对这个问题，建议教学注意侧重以下问题的讲解：

在直角坐标系中F、E、dE、dq如何表示；用叠加原理求场强时要强调其基本步骤；学生对用高斯定理求场强方法认识上存有片面性，认为静电场中的场强都可以用高斯定理来求，但实际情况并不是这样的，只有球对称、面对称和轴对称分布的场才可以用高斯定理来求。

第4章静电场中的导体和电介质（讲课4学时）

静电场中的导体（理解导体的静电感应和静电平衡性质，掌握导体的静电平衡条件和电荷分布特点，了解静电屏蔽及其物理本质和尖端放电现象）

静电场中的电介质（了解电介质的极化现象，理解介质中高斯定理）

电容电容器（掌握典型电容器的电容的计算）

电场的能量（掌握静电场的能量，了解静电场的能量密度）

静电的一些应用（自学）重点：

导体的静电平衡条件和平衡性质，导体上的电荷分布，电介质的极化，介质中的高斯定理

难点：

有导体时的场强、电势的计算，极化电荷和极化强度，电位移矢量。

要点说明：

①讲解注意强调处理导体的静电平衡问题的思路，主要是两点：

电荷守恒定律和导体的静电平衡条件。

②注意电容的基本概念的理解，电介质对电容器电容的影响。

第5章电流与磁场（讲课4学时）

稳恒电流的基本概念

磁场磁感应强度（掌握磁感应强度的概念和磁场的迭加原理）

磁通量磁场中的高斯定理（掌握磁通量概念并会计算，了解稳恒磁场的高斯定理）毕奥-萨伐尔定律及其应用（掌握毕奥一萨伐尔定律，并能计算一些简单问题的磁感应强度）

安培环路定理（理解并掌握用安培环路定理，求解电流具有对称性的磁场的磁感应强度）

运动电荷的磁场（自学）

重点：

磁感应强度；毕-萨定律、安培定律和安培环路定理。

难点：

利用毕-萨定律求解磁感应强度。

要点说明：

①注意稳恒磁场和静电场的对比讲解，了解它们的异同。

②应用安培环路定理计算B时注意强调使用条件和方法。

③加强对回路所围面积上磁通量的概念与计算的讲解，为法拉第定律做准备。

第6章磁场对电流的作用（讲课2学时）磁场对载流导线的作用力（理解安培定律，并能计算简单几何形状的载流导体在磁场中受力问题）

磁场对载流线圈的作用（理解磁矩的概念并能计算载流平面线圈在匀强磁场中受力矩问题）

磁力所做的功磁场对运动电荷的作用力（理解洛仑兹力的矢量表示）带电粒子在电场和磁场中的运动（自学）磁介质对磁场的影响（了解磁介质的磁化现象及其微观解释。

了解磁场强度的定义。

了解各向同性介质中H和B的关系，了解介质中的安培环路定理。

了解磁介质的磁化现象及微观解释。

）

重点：

安培定律

难点：

安培力的计算，磁矩及磁力矩

第7章电磁感应与电磁场（讲课4学时）电磁感应的基本规律（理解法拉第电磁感应定律，掌握利用楞次定律判断电动势方向的方法）

动生电动势和感生电动势（理解动生电动势和感生电动势的概念和计算方法；理解感生电场及其性质，并理解静电场性质的区别）

自感和互感（理解自感系数、互感系数的定义及物理意义，并能对简单问题进行计算）磁场能量（了解磁场能量和磁能密度的概念，能计算简单对称情况下的磁场能量）麦克斯韦电磁场理论简介（了解位移电流的概念及麦克斯韦方程组（积分形式）的物理意义）

重点：

法拉第电磁感应定律、动生电动势和感生电动势。

难点：

感生电场及感生电动势。

要点说明：

①注重动生电动势和感生电动势的讲解；注重感生电场与静电场异同的讲解。

②注重麦克斯韦方程组物理意义的讲解。

第8章气体分子运动理论（讲课4学时）

平衡态理想气体状态方程（了解用统计平均方法研究系统宏观性质的实质，掌握理想气体状态方程以及简单应用）

理想气体的压强公式（理解理想气体的压强公式和温度公式并通过推导气体的压强公式，了解理想气体的微观模型和利用统计平均的方法建立宏观量与微观量平均值关系的思想方法）

气体分子的平均平动动能与温度的关系（理解温度的微观本质）理想气体的内能（理解能均分原理并能应用其计算理想气体的定压摩尔热容、定容摩尔热容、内能）

麦克斯韦分子速率分布律（了解麦克斯韦速率分布、玻尔兹曼能量分布；理解麦克斯韦速率分布曲线的物理意义）

分子碰撞和平均自由程（了解气体分子平均碰撞频率及平均自由程）重点：

理想气体的压强公式和温度公式；能均分原理和麦克斯韦速率分布律。

难点：

对两个统计规律—能均分原理和麦克斯韦速率分布律的正确理解及其相关计算。

要点说明：

①不要求推导，但要求熟练应用压强公式、温度公式及其与分子平均平动动能的关系。

②讲麦克斯韦速率分布函数时要注意讲解曲线下面积的意义和它随m、T两

参数的变化。

第9章热力学（讲课4学时）

功热量内能热力学第一定律（掌握热力学第一定律的内容及数学表示）准静态过程中的功和热量的计算（理解准静态过程的概念并会在P-V图上表示平衡态、准静态过程，掌握准静态过程中功的计算方法）

理想气体的摩尔热容热力学第一定律对于理想气体的等值过程中的应用（掌握功和热量的概念并能熟练分析、计算理想气体在等值过程和绝热过程中的功、热量、内能改变量）

绝热过程

循环过程卡诺循环（会计算卡诺循环和简单循环过程的热机效率和致冷系数）热力学第二定律（了解热力学第二定律两种说法及其等价性和第二定律的统计意义）可逆过程和不可逆过程（了解可逆过程、不可逆过程的概念和卡诺定理）卡诺定理热力学第二定律的统计意义和适用范围（了解玻尔兹曼熵和克劳修斯熵的基本概念）重点：

热力学第一定律及其有关的概念和应用。

难点：

理想气体在等值过程和绝热过程有关物理量的计算；热力学第二定律及其有关概念的理解。

要点说明：

①区分状态函数（内能）与过程函数（功、热量）②能熟练掌握热力学第一定律在理想气体几种典型过程的应用。

③熟练应用P-V图，会应用P-T、V-T图进行简单循环效率的计算。

④熟练掌握摩尔热容的概念及它们之间的关系。

第10章机械振动（讲课3学时）简谐振动（掌握简谐振动的一般特征，会建立一维简谐振动系统的动力学方程，并根据初始条件求出振动方程；理解描述简谐振动的各个物理量；掌握旋转矢量法并会用其分析与简谐振动相关的问题）

谐振动的合成（理解两个同方向、同频率简谐振动的合成规律，了解不同频率简谐振动的合成，能利用旋转矢量法讨论谐振动的合成问题）

重点：

简谐振动方程的建立，旋转矢量法及其应用。

难点：

初相位的确定。

要点说明：

①注意强调F=-kx中“-”号的物理意义。

②突出相位概念的讲解。

③讲解例题时要反复应用旋转矢量法，使学生熟练掌握。

第11章机械波（讲课3学时）

机械波的产生和传播（了解机械波产生的条件和传播过程；掌握描述简谐波的各个物理量（波长、波速、周期、频率）的概念和它们之间的关系）

平面简谐波（掌握由已知点（介质中任意点）的振动方程导出平面简谐波的波动方程的方法，理解波方程的物理意义以及各个量的物理含义）

波的能量（了解波的能量特征及能流、能流密度等概念）

惠更斯原理

波的干涉（理解波的叠加原理和波的相干条件，会用相位差或波程差分析、确定相干波叠加后振幅加强和减弱的条件）

驻波（理解驻波及其形成条件；理解驻波的相位特征及能量特征）半波损失（了解半波损失的形成条件）重点：

平面简谐波的波动方程的建立、波的干涉。

难点：

驻波的形成及其特点的理解。

要点说明：

①注意波形曲线与介质中某点振动曲线之间的区别与联系。

②注意波速与介质中质点振动速度之间的区别。

③注意波的能量与振动系统能量的区别。

第12章波动光学（讲课10学时）

光的干涉（理解光的相干条件和获得相干光的方法；掌握光程的概念及光程差与相位差的关系；能分析确定杨氏双缝干涉及薄膜干涉、劈尖、牛顿环实验的条纹分布及影响条纹分布的因素；理解迈克尔逊干涉仪的工作原理；了解增透膜及增反膜的应用。

）

光的衍射（了解惠更斯—菲涅尔原理；理解用半波带法分析单缝夫朗禾费衍射加强减弱的条件；会分析有关参量（缝宽、波长等）对衍射条纹的影响；了解夫朗禾费圆孔衍射的图样和光学仪器的分辨本领；理解光栅衍射主极大公式，会分析有关参量（光栅常数、波长等）

对光栅主极大分布的影响；了解光栅光谱的缺级现象；了解X射线的衍射规律。

）

光的偏振（了解光的横波特性及自然光与偏振光的特性；理解偏振光的获得、起偏、检偏；掌握马吕斯定律和布儒斯特定律。

）

双折射现象（了解双折射现象）重点：

光程差、干涉条件及有关公式，光栅方程，马吕斯定律。

难点：

用光程差分析干涉条纹的分布、半波带法。

要点说明：

①干涉、衍射、偏振分别展示光的波动特性的不同层面，建议分三部分讲解。

②从分析波的叠加入手，阐述光的相干条件及获得相干光的方法，建立光程的概念及光程差的分析方法是本章的重点，要求掌握。

而几种有关干涉、衍射的实验均围绕光程差的分析来确定条纹的分布，故要求理解其分析方法。

③偏振现象展示光的横波特性，应在了解偏振光的基础上，理解偏振光的获得、检测方法以及所遵从的规律。

第13章狭义相对论基础（讲课4学时）

力学相对性原理伽利略坐标变换式（了解牛顿相对性原理和伽利略变换）爱因斯坦狭义相对论基本假设洛伦兹变换（理解爱因斯坦相对性原理和光速不变原理；理解洛仑兹坐标变换并熟练应用之解决问题）

狭义相对论的时空观（理解狭义相对论的时空观；掌握同时的相对性、长度收缩、时间延缓）

相对论动力学的主要结论（理解相对论质量和相对论能量的概念及相对论动量一质量的关系）

重点：

爱因斯坦相对性原理和光速不变原理；洛仑兹坐标变换；狭义相对论的时空观难点：

对同时的相对性、时空量度相对性的正确理解和应用。

要点说明：

①强调时空的测量和时间的本质。

②讲解时一定要明确洛仑兹变换和伽利略变换的区别。

③强调质能关系的深刻意义。

第14章量子物理基础（讲课2学时）

光电效应（理解光电效应现象，理解爱因斯坦光子理论及光的波粒二象性）

微观粒子的波粒二象性不确定关系（了解微观粒子的波粒二象性及测不准关系式）重点：

光电效应。

难点：

物质波、不确定关系

要点说明：

注意强调微观粒子的波粒二象性。

期末总复习（讲课2学时）

系统回顾和总结大学物理的主要概念、原理、定义、定理和主要计算方法等。

通过系统复习使学生学会对于所学知识的归纳总结方法，从而建立起大学物理知识网络。

几点说明

1大学物理课的教学过程中，要注意各部分内容之间的相互联系，使学生学的活一些，还要注意扩大知识面，使学生学的广一些。

2教学过程中，可根据具体情况，充分利用演示、幻灯、录像、微机等形象化教学手段，以提高教学效果。

3教师可根据各个专业后续课程的需要适当调整各部分的学时。

4在每部分内容结束后要安排适当的习题课。

三、教学过程

各教学环节的安排、要求：

A.课堂讲授

本课程的教学环节有：

讲课、习题课、答疑辅导、考试等。

CAI

1•教学方法：

大学物理是以实验为基础的学科，所以本课程讲授应加强启发式教学,要尽量使用演示实验。

在讲授过程中，应注意在传授知识的同时，加强对学生分析和解决问题能力的培养，有意识地培养学生用辩证唯物主义世界观和方法论，去认识和解决物理问题；并结合讲授内容使物理原理与科学技术、自然现象、环境保护、人文科学等领域有机地结合，以增强学生的科技素质意识、工程素质意识和环保素质意识，从而全面提高学生的综合素质。

2•教学手段：

在教学中采用幻灯和插播教学录像片等手段。

并逐渐采用电子教案、

课件及多媒体教学系统等先进教学手段

3．计算机的应用：

适适当安排学生在计算机上使用仿真物理实验软件巩固和加深其对于物理概念的理解，尽量鼓励学生利用已掌握的计算机的知识编程设计物理动画并能建立模型来解决物理中一些难题。

4．对外语的要求：

结合基本概念和基本定理、定律，给出相关的英语词汇。

通过大学物理课的学习，引导学生可接触英文版的物理专业的书籍，通过本门课程学习，可接触到如下专业名词的英语单词：

质点（particle）,参考系（refereneesystem）,运动方程（equationofmotion）,时间

（time）,位置矢量（positionvector），位移（displaeementvector）,速度（velocity）,力卩速度

（acceleration）角位移（angulardisplacement）角速度（angularvelocity）角加速度（angularacceleration）力（force）保守力（conservativeforce）重力（gravity）弹性力（elasticforce），摩擦力（frictionforce），牛顿运动定律（Newton'slawofmotion），动量（momentum），动量定理（theoremofmomentum）动能（kineticenergy）势能（potentialenergy）冲量

（impulse）,功（work），功率（power），功能原理（work-energytheorem），冈H体（rigidbody），转动定律（lawofrotation）,角动量守恒定律（Lawofconservationofangularmomentum），转动动能（rotationalkineticenergy），气体（gas），分子运动论（kinetictheory），平衡态

（equilibriumstate），准静态过程（quasi-staticprocess*，温度（temperature），理想气体方程（equationofstateofidealgas），平均自由程（meanfreepath），热力学第一定律（Thefirstlawofthermodynamics），等压过程（isobaricprocess*，等体过程（isochoric

process），等温过程（isothermalprocess），绝热过程（adiabaticprocess，热力学第二定律（Thesecondlawofthermodynamics）电（electricity），电场（electricfield），电场强度（electricfieldintensity），电场线（electricfieldline），静电场（electrostaticfield），电势（electricpotential），电荷（electriccharge）,电容（capacitanee），电量（electricquantity），电介质（dielectric），磁场（magneticfield），安培力（Ampereforce），洛仑兹力（Lorentzforce），磁场（magneticfield），电磁感应（electromagneticinduction），动生电动势（motionalelectromotiveforce），感生电动势（inducedelectromotiveforce），感生电场（inducedelectricfield），自感现象

（phenomenonofself-induction），互感现象（phenomenonofmutualinduction），电磁波

（electromagneticwave），机械振动（mechanicalvibration），简谐振动（simpleharmonicvibration），振幅（amplitude），频率（frequency），单摆（simplependulum），简谐振动的合成（compositionofsimpleharmonicvibration），阻尼振动（dampedvibration），波（wave）,简谐波（simpleharmonicwave）,波长（wavelength）,波速（wavevelocity）,波源（wavesource）,驻波（standingwave）,光速（velocityoflight）,自然光（naturallight）,干涉（interferenee），衍射（diffraction）,衍射光栅（diffractiongrating）,偏振片（polarizer）,布儒斯特角（Brewster'san）e布儒斯特定律（Brewster'slaw双折射（birefringence）,狭义相对论（specialrelativity）,相对论时空观（space-timeviewofrelativity）,长度收缩（lengthcontraction）,时间延缓（timedilation）,相对论性质量（relativisticmass）,康普