大学物理课程教学大纲

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-- 大学物理课程教学大纲

课程编号：B06111

适用专业：机械工程、电气电子、计算机、土木工程、汽车类各专业

学 时：120学时（其中理论102学时，习题18学时）

一、课程的性质与任务

物理学是研究物质的基本结构、相互作用和物质最基本、最普遍的运动方式及其相互转化规律的学科。物理学的研究对象具有极大的普遍性。它的基本理论渗透在自然科学的一切领域，应用于生产技术的各个部门，它是自然科学的许多领域和工程技术的基础。本课程所教授的基本概念、基本理论、基本方法和实验技能是构成学生科学素养的重要组成部分，是一个科技工作者所必备的物理基础。因此，大学物理课是高等工业学校各专业学生的一门重要的必修基础课。其教学目的与任务是：

1．通过该课程的学习，使学生树立正确的学习态度，对物理学的基本内容有较全面、较系统的认识，初步掌握学习科学的思想方法和研究问题的方法，培养独立获取知识的能力，对于开阔思路、激发探索和创新精神、增强适应能力、提高人文素质具有重要作用。

2．通过本课程的教学，使学生对课程中的基本概念、基本理论、基本方法能够有比较全面和系统的认识和正确的理解，并具有初步应用的能力。

3．培养学生实事求是的科学态度和辩证唯物主义的世界观，培养学生的爱国主义思想。了解各种理想物理模型并能根据物理概念、问题的性质和需要，能够抓住主要因素，略去次要因素，对所研究的对象进行合理的简化。

4．培养学生基本的科学素质，使之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。为学生进一步学习专业知识、掌握工程技术以及今后知识更新打下必要的物理学基础。

5．培养学生科学的思维方法和研究问题的方法，使其学会运用物理学的原理、观点和方法，研究、计算或估算一般难度的物理问题，并能根据单位、数量级和与已知典型结果，判断结果的合理性。

6．培养学生对所学知识的综合及运用能力，并打下在生命科学研究中或生产实践中运用物理学的原理、方法和手段解决问题的基础，增强学生毕业后对所从事工作的适应能力。

二、课程教学基本内容 --

-- （一）力学部分

1．质点运动学

（1）质点、参照系、坐标系。

（2）描述质点运动的基本物理量：位置矢量、运动方程、位移、速度、加速度。

（3）直线和平面曲线运动：角速度、角加速度、切向加速度和法向加速度。

（4）相对运动：时间与空间、相对运动、相对速度。

2．质点动力学

（1）牛顿运动定律：牛顿第一定律、牛顿第二定律、牛顿第三定律、惯性系、非惯性系、惯性力。

（2）力对时间的积累作用---冲量、动量；质点动量定理、质点系动量定理；动量守恒定律。

（3）力对空间的积累作用---功、功率；质点动能定理、质点系动能定理；保守力与势能；功能原理、机械能守恒定律、能量守恒定律、碰撞。

3. 刚体动力学

（1）角位移、角速度、角加速度、角量与线量的关系。

（2）力矩、转动惯量、刚体定轴转动的转动定律。

（3）刚体定轴转动动能定理和功能原理

（4）质点角动量、质点系角动量、刚体角动量、角动量定理、角动量守恒定律，刚体转动中的能量守恒

（5）*进动。

（二）热学部分

1．热力学基础

（1）平衡态、准静态过程、理想气体状态方程、内能、功和热量

（2）热力学第一定律，

（3）绝热过程、循环过程与卡诺循环

（4）热力学第二定律，

（5）可逆及不可逆过程，

2．气体分子运动论

（1）麦克斯韦气体分子速率分布律，玻尔兹曼分布率

（2）理想气体的微观模型、理想气体的压强和温度的微观和统计意义。

（3）能量按自由度均分定理、理想气体的内能

（4）气体分子的平均碰撞次数与平均自由程，

（5）熵和熵增加原理，热力学第二定律的统计意义。 --

-- （三）电磁学部分

1．静电场

（1）基本电现象和库仑定律

（2）电场、电场强度

（3）电通量、静电场中高斯定理

（4）静电力所做的功、电势能。

（5）电势、电势差、等势面。电场强度与电势梯度的关系。

2．静电场中的导体和电介质

（1）静电场中的导体的静电平衡条件。

（2）电容和电容器。

（3）静电场中的电介质及其极化。

（4）极化强度矢量，束缚电荷面密度。

（5）电介质中高斯定理，电位移矢量。

（6）静电场的能量。

3．稳恒电流

（1）电流强度和电流密度

（2）稳恒电流和稳恒电场。

（3）*欧姆定律的微分形式

（4）电源和电源电动势。

（5）*一段含元电路的欧姆定律，基尔霍夫定律。

4．稳恒磁场

（1）磁场与磁感应强度

（2）磁通量、稳恒磁场的高斯定理

（3）毕奥 - 萨伐尔定律及其应用

（4）稳恒磁场的安培环路定理及其应用。

（5）磁场对运动电荷的作用力---洛仑兹力，霍尔效应。

（6）磁场对载流导线的作用力---安培力，磁力的功。

（7）磁介质、磁化强度矢量。

（8）磁场强度、磁介质中高斯定理和安培环路定理及其应用。

（9）电磁质。

5．电磁感应

（1）法拉第电磁感应定律和楞次定律。

（2）动生电动势和感生电动势。 --

-- （3）自感现象、自感系数、自感电动势。

（4）互感现象、互感系数、互感电动势。

（5）磁场能量和能量密度

6．电磁场理论与电磁波基础

（1）位移电流、全电流安培环路定律

（2）麦克斯韦电磁场方程的积分形式。

（3）电磁振荡、电磁波产生和传播、电磁波谱。

（四）振动和波

1．振动

（1）简谐振动的基本特征。

（2）简谐振动的动力学特征。

（3）简谐振动的合成。

（4）阻尼振动、受迫振动、共振、电磁振荡。

2．波动

（1）机械波产生与传播

（2）简谐波的波函数、波动方程和特征量。

（3）波的能量、能流密度

（4）惠更斯原理。

（5）波的迭加原理、波的干涉、驻波。

（6）*多普勒效应。

（7）*电磁波。

（五）波动光学

1．光的干涉

（1）扬氏双缝干涉

（2）其它分波阵面的干涉。

（3）光程和光程差。

（4）薄膜干涉

（5）劈尖和牛顿环。

（6）迈克耳孙干涉仪

2．光的衍射

（1）光的衍射、惠更斯—菲涅耳原理

（2）夫琅禾费单缝衍射

（3）衍射光栅、光栅衍射光强分布、光栅光谱。 --

-- （4）光学仪器的分辩率、瑞利判据、最小分辩角。

（5）X射线的衍射。

3．光的偏振

（1）光的偏振现象：自然光与偏振光、起偏与检偏、马吕定律。

（2）*反射与折射的偏振、布儒斯特定律。

（3）*光的双析射现象及其解释。

（4）*椭圆偏振光与圆偏振光

（5）*偏振光的干涉

（6）*人工双折射

（7）*旋光现象

（六）近代物理基础

1．狭义相对论基础

（1）狭义相对论的基本原理：伽利略变换与经典相对性原理

（2）爱因斯坦相对性原理与光速不变原理、洛仑兹变换。

（3）* 洛仑兹速度变换。

（4）狭义相对论的时空观：同时性的相对性、时间延缓、长度收缩。

（5）相对论的动力学基础：质速关系、相对论力学基本方程、质能关系、能量与动量关系。

2．物质的波粒二象性

（1）光电效应与爱因斯坦光子理论。

（2）康普顿效应。

（3）物质的波粒二象性

3．原子的量子理论基础

（1）氢原子光谱与玻尔氢原子理论

（2）德布罗意波假设与电子衍射实验。

（3）不确定性关系。

（4）波函数的统计解释

（5）薛定谔方程。

（6）一维无限深方势阱问题的求解

（7）*激光。

三、实践教学环节

实验 单独开设《大学物理实验》课

四、学时分配表 --

-- 序号 课 程 主 要 内 容 学 时

讲授 实验 上机

1 第一章 质点运动学 6

2 第二章 质点动力学 8

3 第三章 刚体力学基础 8

4 第四章 狭义相对论 8

5 第五章 电荷与电场 14

6 第六章 电流与磁场 16

7 第七章 电磁场与麦克斯韦方程组 10

8 第八章 热力学基础 8

9 第九章 气体分子动力论 8

10 第十章 振动学基础 6

11 第十一章 波动学基础 8

12 第十二章 波动光学 10

13 第十三章 量子物理 10

合 计 120

五、课程教学基本要求

通过大学物理课的学习，应使学生对物理学所研究的各种运动形式以及它们之间的联系有比较全面和系统的认识，要求学生对课程中的基本概念、基本理论、基本方法能够有比较正确的理解，并具有初步应用的能力。在大学物理的各个教学环节中，要注意对学生进行严肃的科学态度，严格的科学作风和科学的思维方式的培养和训练；要重视对学生能力的培养，使学生在学习物理知识的同时，初步获得应用所学知识分析与解决问题的能力和独立获取知识的能力。要求学生在学习的过程中注意培养分析、综合、演绎、归纳、类比、联想、试探等科学研究方法，培养如何发现和提出问题、建立概念、利用已有的知识提出正确可行的解决方案，培养创新意识和创新能力，培养辩证唯物主义世界观。在大学物理课的各个教学环节中，都必须注意在传授知识的同时着重培养独立分析和解决问题的能力。

六、课程设置说明

绪论：了解本课程的学习内容和学习方法，了解物理学的发展过程和特点。

（一）力学部分

1．质点运动学

（1）理解理想模型：质点、参照系概念。