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大学物理教程(第四版)上册（一）引言概述:本文主要介绍了《大学物理教程(第四版)上册》的内容。
该教材是大学物理入门教材的经典之作，旨在为学生提供理论基础和实践应用方面的知识。
通过对物理学的学习，学生将能够深入了解物质、能量和力的性质，并将这些知识应用到解决实际问题中。
本文将按照教材的章节顺序，以五个大点来介绍教程的内容和教学要点。
正文:一、力学基础1. 运动学a. 位移、速度和加速度的概念b. 直线运动与曲线运动的区别c. 根据速度图和位移图分析运动状态2. 牛顿力学a. 牛顿三定律的表述与应用b. 重力和摩擦力的研究c. 常见力的合成和分解问题3. 力的做功和能量a. 力对物体做功的定义与计算b. 动能与势能的概念与转化c. 机械能守恒定律的适用范围与实例4. 线性动量与碰撞a. 线性动量的定义与计算b. 弹性碰撞与非弹性碰撞的区别与应用c. 动量守恒定律与碰撞分析5. 刚体力学a. 刚体的基本概念与特性b. 平面运动、平衡状态与运动学分析c. 转动力学与动力学分析二、热学基础1. 温度、热量与热量传递a. 温度的定义与测量方法b. 热量的传递方式：传导、对流和辐射c. 热平衡与热力学循环的应用2. 热力学第一定律a. 内能与热量传递的关系b. 等容、等压、等温过程的特点与计算c. 热力学循环与效率的计算3. 理想气体状态方程a. 状态方程的定义与推导b. 理想气体的性质及其物态变化c. 维尔纳定律的应用与理解4. 热力学第二定律a. 热力学不可逆性的概念与表述b. 熵的概念与计算c. 卡诺循环与热力学效率的极限5. 热力学性质的应用a. 热传导的应用与热绝缘材料的设计b. 热力学循环在能源转换中的应用c. 热力学性质的实验测量与数据处理三、波动光学基础1. 机械波动a. 波的基本概念与性质b. 声波与弹性波的特点与应用c. 波的叠加与干涉的原理与应用2. 光的波动性质a. 光的波动学说与希尔伯特原理b. 光的干涉、衍射与偏振c. 光的干涉与衍射现象在实际应用中的意义3. 光的几何光学a. 光的传播路径与光线追迹法b. 透镜与光学仪器的成像原理与应用c. 光的反射与折射定律的应用4. 光的颜色与色散a. 光的频率与波长与颜色的关系b. 化学荧光与光的颜色效应c. 光的色散与光谱的应用5. 光的波动光学实验a. 光的干涉与衍射实验设计与操作b. 光的波长测量与频率测量c. 光的光谱分析与光度法测量四、电磁学基础1. 静电场与电势a. 电荷、电场与库仑定律的关系b. 高斯定理与电场强度的计算c. 电势能与等势面的特点与应用2. 电流与电阻a. 电流的定义与电荷守恒定律b. 欧姆定律与电阻的概念与计算c. 电源、电动势与电功率的应用3. 磁场与电磁感应a. 磁力与磁场的关系与定向b. 电磁感应的法拉第定律与楞次定律c. 电磁感应与发电机、电动机的应用4. 电磁波的特性与传播a. 电磁波的产生与性质b. 光速的定义与电磁波的传播c. 声光电效应与电磁波与物质的相互作用5. 电磁学实验与应用a. 静电场与电势测量实验b. 电路电流与电压测量实验c. 磁场与电磁感应实验五、现代物理基础1. 光的粒子性与能量子化a. 光子概念与光子能量计算b. 斯托克斯定律与波函数的性质c. 光谱线与能级跃迁的解释2. 相对论与狭义相对论a. 狭义相对论基本假设与论证b. 时空观念的变化与洛仑兹变换c. 质量、能量与动量的相对论性表述3. 原子基本结构与核物理a. 经典模型与量子模型的比较b. 电子的波粒二象性与波函数c. 原子核的结构与强相互作用4. 系统的熵与热力学统计a. 系统宏观状态与熵的概念与计算b. 统计力学与微观粒子的行为c. 量子力学与统计力学的关系与应用5. 现代物理实践与应用a. 材料科学与能源技术的应用b. 物理实验技术与仪器设计c. 当代物理研究与前沿领域的概述总结:《大学物理教程(第四版)上册》涵盖了力学基础、热学基础、波动光学基础、电磁学基础和现代物理基础五个大点的知识内容。
生物物理学引入生物类专业大学物理课程体系初探
朱杰;王国栋
【期刊名称】《高等理科教育》
【年(卷),期】2010(000)006
【摘要】将生物物理学的研究成果引入大学物理课程体系,可以让生物类专业学生充分认识到物理学和生物学的紧密联系及其在未来科研工作中的重要地位,从而激
发学生学习物理的兴趣和热情,提高教学质量;另外,这些尝试也能为生物物理学导论、生物物理技术与方法等后续课程的开设打好基础,进而有效地提高物理教学(学科)在大学教育中的地位.
【总页数】5页(P85-89)
【作者】朱杰;王国栋
【作者单位】西北农林科技大学,理学院,陕西,杨凌,712100;西北农林科技大学,理学院,陕西,杨凌,712100;西北农林科技大学,创新实验学院,陕西,杨凌,712100
【正文语种】中文
【中图分类】G642.0
【相关文献】
1.大学物理课程引入二元教学模式初探 [J], 肖毅
2.生物物理课题引入生物类专业大学物理创新实验体系初探 [J], 朱杰;杨运经;贾根良;吴艳萍;樊彬彬;陈莹莹;王国栋
3.《家畜生态学》课程体系引入LCA思想的初探 [J], 冀德君;张威;顾秀秀;王文强;张少卿
4.研究生助教对农林生物类专业大学物理教学作用之初探 [J], 朱杰;陈莹莹;吴艳萍;胥建卫
5.大学物理教学内容与课程体系改革初探 [J], 张淳民;田东平;张孝林;徐忠锋
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密立根油滴实验中水平调节的重要性任文艺;姜建刚;伍丹;解迎革;杜光源;张社奇;王国栋【摘要】从理论上研究了密立根油滴实验仪水平调节的原因及重要性。
仅有电极板倾斜或油滴仪整体倾斜时，油滴每次上升都有横向移动，5次上升横向漂移大于油滴仪的测量窗口宽度，实验无法完成。
因此在密立根油滴实验中，仪器水平调节不但决定测量结果误差，而且决定实验能否完成。
%Some theoretical study on the importance and necessity of level adjustment operation in Millikan oil‐drop experiment were carried out .The leaning of the plate electrode or the whole instru‐ment would cause lateral movement every time when the oil‐drop rose .The oil‐drop would run out of the window after five times of lateral mov ement ,leading to a failure of the experiment .The level ad‐justment of the instrument not only determined the measurement precision , but also determined w hether the experiment could be completed or not .【期刊名称】《物理实验》【年(卷),期】2016(036)002【总页数】4页(P10-13)【关键词】密立根油滴实验;水平调节;横向漂移;误差【作者】任文艺;姜建刚;伍丹;解迎革;杜光源;张社奇;王国栋【作者单位】西北农林科技大学理学院，陕西杨凌712100; 长江师范学院三峡生态环境监测和灾害防治研究中心，重庆涪陵408100;西北农林科技大学理学院，陕西杨凌712100;西北农林科技大学机械与电子工程学院，陕西杨凌712100;西北农林科技大学理学院，陕西杨凌712100;西北农林科技大学理学院，陕西杨凌712100;西北农林科技大学理学院，陕西杨凌712100;西北农林科技大学理学院，陕西杨凌712100【正文语种】中文【中图分类】O4-33著名的美国物理学家密立根(Robert A. Millikan)在1909年到1917年期间所做的测量微小油滴上所带电荷的工作，即油滴实验，是物理学发展史上具有重要意义的实验. 油滴实验的设计思想简明巧妙、方法简单，而结论却具有不容置疑的说服力，因此该实验堪称物理实验的精华和典范[1-3].在密立根油滴实验中，水平调节是至关重要的步骤，以ZKY-MLG-6-CCD显微密立根油滴仪为例，水平调节的具体操作为：调整实验仪底部的旋钮(顺时针仪器升高，逆时针仪器下降)，通过水准仪将实验平台调平，使平衡电场方向与重力方向平行，以免引起实验误差[4-7]. 极板平面是否水平决定了油滴在下落或提升过程中是否发生前后、左右的漂移[8-10].将实验平台调节到理想水平，电场方向和重力方向一致，如图1所示. 在图1中，电场方向竖直向上，当油滴向上运动时，受到电场力Fe、黏滞力Fv和重力G，油滴在竖直向上的合力作用下竖直向上运动；当油滴向下运动时，不受电场力Fe，受到大小相等、方向相反的黏滞力Fv和重力G的作用，匀速竖直下降. 可以看出，在理想情况下，在上升和下降的过程中油滴始终在一条直线上，不会产生漂移和误差.通常情况下，实验平台很难调节到完全水平状态，即实验平台会有一定的倾斜. 倾斜可以分为仅有电极板倾斜和密立根油滴仪整体倾斜2种情况.如图2所示，当电极板倾斜θ角时，上、下电极板均会倾θ斜角，则电场方向会与竖直方向成夹角θ. 此时，电场力Fe沿着电场方向，与竖直方向成夹角θ；在油滴上升过程中有其中，Kf=6πrη，r为油滴半径，空气黏度η=1.83×10-3Pa·s. 将式(1)写成分量形式为当t=0时，v=0，则可以依据这一初始条件求解微分方程得到当t=0时，x=0，y=0. 同样通过求解微分方程可以得到依据式(4)可以得到油滴上升的轨迹方程为其中，在实验环境确定、油滴选定情况下，电量q、电场强度E、倾斜角θ、油滴质量m、重力加速度g都是常量. 由式(5)可以看出，油滴运动轨迹为斜线，其斜率为从图2可以看出，下降过程中，油滴仍然只受竖直方向的重力和黏滞力，电极板倾斜对油滴下降的运动轨迹不会产生影响.如图3所示，当密立根油滴仪倾斜θ角时，上、下电极板均会倾斜θ角，同时显微镜目镜分划板也会倾斜θ. 对比2.1部分仅有电极板倾斜的情况，最大的区别在于引入了显微镜目镜分划板的倾斜. 在2.1中显微镜目镜分划板相当于建立了油滴运动的坐标系，竖直方向为y轴，水平方向为x轴. 当显微镜目镜分划板发生倾斜时，等价于油滴的运动坐标系发生了倾斜. 因此油滴的运动方程可由2.1部分中的坐标进行旋转θ得到，也即密立根油滴实验中，有2种方法可以对油滴的带电量进行测量：动态法和静态法. 动态测量法测量过程包括油滴上升过程和下降过程，力学分析和操作比较复杂，在高校中通常为选做实验. 静态测量法由寻找平衡电压和测量下降时间2部分构成，力学分析和操作简单易行，是通常采取的实现方案. 通过对非理想情况下油滴实验仪工作过程的分析可知，在非理想情况下，对于油滴上升过程的影响比较明显，也即此时对于动态法测量的影响要比静态法测量严重. 下面进一步讨论静态测量法仪器非理想情况的影响.在仅有电极板倾斜的情况下，当找到平衡电压以后，油滴受力如图4所示. 可知，在水平方向，此时油滴会在电场力水平分力和黏滞力的作用下匀速运动；在竖直方向，油滴在电场力竖直方向分力和重力的作用下，保持静止. 则有其中，U′为电极板倾斜情况下的平衡电压，d为上下两电极板之间的距离. 理想情况下平衡电压U=Ed=mgd/q，则由式(8)可以看出，电极板倾斜情况下得到的平衡电压总是大于理想状态的平衡电压. 理想情况下，油滴的带电量为[4]则电极板倾斜情况下的油滴带电量为则相对偏差为当密立根油滴仪整体倾斜情况下，平衡电压仍然满足式(8)的关系U′=U/cosθ. 除此之外，由图3可知，此时下落的距离d′≠d，而是满足综合式(9)可知密立根油滴仪倾斜油滴带电量为则相对偏差为式(11)和(14)给出了不同情况下倾斜角和测量相对偏差的关系，为了更为直观，图5中给出了倾斜角和相对偏差曲线,由图5可以看出，随着倾斜角度的增大相对偏差绝对值不断增大.为了更为直观地对非理想状况下的油滴实验进行了解和认识，对特定条件下的油滴运动轨迹进行了模拟. 模拟中参量设置如下：油滴半径r=1 μm，油滴上升或者下降的垂直距离l=1.6 mm，油滴密度ρ=981 kg·m-3，重力加速度g=9.8 m·s-2，空气黏度η=1.83×10-3Pa·s，平行极板距离d=5 mm，油滴带电量q=1.602×10-19C，倾斜角θ=6°，平衡电压U=400 V. 经过计算机模拟，得到了如图6所示的非理想状况下油滴的运动轨迹.可以看出，在仅有电极板倾斜的情况下，每次提升过程中，油滴都会沿横向(x轴方向)移动一段距离，经测量移动距离为0.456 9 mm. 实验中，假定需要重复测量5次油滴的下降时间，那么至少需要提升油滴5次，其横向移动距离约为2.48 mm. 通常密立根油滴仪测量的窗口宽度为2 mm左右，在这种情况下，则无法完成5次的重复测量.当密立根油滴仪整体倾斜时，显微镜目镜分划板为参考系，油滴的上升和下降过程中均会引入水平和竖直方向的移动，分别为0.471 3 mm和0.015 mm. 提升和下落5次以后，水平横移2.356 5 mm，竖直方向上移0.075 mm. 在这种情况下，同样无法完成5次的重复测量.综上所述，在密立根油滴实验中，水平调节不但决定着测量结果误差的大小，而且决定了实验能否完成.【相关文献】[1] Millikan R A. On the elementary electric charge and the avogadro constant [J]. Physical Review, 1913,2(2):109-143.[2] 王国栋. 大学物理实验[M]. 北京: 高等教育出版社,2008:215-222.[3] 郑立军. 密立根实验中油滴选取原则的理论依据分析[J]. 长春大学学报,2003,13(4):19-20,23.[4] 李波欣. 密立根油滴实验数据处理的新方法[J]. 渤海大学学报(自然科学版),2005,26(4):355-356.[5] 刘宇，谢琬琰，郑艺,等. 利用最小二乘法处理密立根油滴实验数据[J]. 物理实验,2010,30(5):43-46.[6] 陈森，刘昳，付硕，等. 一种密立根油滴实验数据处理的新方法[J]. 大学物理,2014,23(9):32-34.[7] 刘智新,李慧娟,穆秀家. 密立根油滴实验人为操作引起的误差探析[J]. 大学物理，2008,27(4):33-36.[8] 陈西园,徐铁军. 密立根油滴实验测量结果的不确定度评价[J]. 大学物理，1999,18(1):34-35，48.[9] 穆松梅,张家生. 密立根油滴的横向漂移对测量结果的影响[J]. 齐齐哈尔大学学报,2003,19(2):68-70.[10] 吴卫锋. 密立根油滴实验中的横向漂移问题[J]. 安庆师范学院学报(自然科学版),2005,11(1):104-105.[11] 何雨华，方恺，倪晨，等. 数字化密立根油滴实验仪[J]. 物理实验,2014,34(11):30-33.。
理论力学（B类）Theoretical Mechanics (B)课程编号：学 时：64+8 学 分：4.5课程性质：必修选课对象：材料、能源、化工、环境等类专业内容概要：理论力学主要讲授经典力学中的牛顿-欧拉体系及分析力学基础。
它是各门力学课程的基础，同时是一门对工程对象进行静力学、运动学与动力学分析的技术基础课，在诸多工程技术领域有着广泛的应用。
本课程的任务是使学生掌握质点、质点系、刚体和刚体系机械运动（包括平衡）的基本规律和研究方法，为学习相关的后续课程、以及将来学习和掌握新的科学技术打好必要的基础；使学生初步学会应用理论力学的理论和方法分析、解决一些简单的工程实际问题；结合本课程的特点，培养学生科学的思维方式和正确的世界观，培养学生的相关能力。
建议选用教材：《理论力学》，洪嘉振、杨长俊编著，高等教育出版社《理论力学多媒体课件》，王左辉、洪嘉振编制，高等教育出版社主要参考书目：《理论力学》，哈尔滨工业大学理论力学教研组编，高等教育出版社《理论力学》，贾书惠、李万琼编著，高等教育出版社《静力学》，谢传锋编，高等教育出版社《动力学》，谢传锋主编，王琦、程耀、王士敏编，高等教育出版社《理论力学》，武清玺、冯奇主编，高等教育出版社《Engineering Mechanics-Statics》，R.C. Hibbeler，Pearson Education《Engineering Mechanics-Dynamics》，R.C. Hibbeler，Pearson Education《理论力学》（B类）教学大纲学时：64+8 学分：4.5教学大纲说明一、课程的目的与任务理论力学是各门力学课程的基础，同时是一门对工程对象进行静力学、运动学与动力学分析的技术基础课，在诸多工程技术领域有着广泛的应用。
本课程的任务是使学生掌握质点、质点系、刚体和刚体系机械运动（包括平衡）的基本规律和研究方法，为学习相关的后续课程、以及将来学习和掌握新的科学技术打好必要的基础；使学生初步学会应用理论力学的理论和方法分析、解决一些简单的工程实际问题；结合本课程的特点，培养学生科学的思维方式和正确的世界观，培养学生的相关能力。
《大学物理（甲）》课程教学大纲课程编号：1250020001英文名称：Physics一、课程说明：1．课程类别：学科基础课程2．适应专业及课程性质工科类各专业3．课程目的用物理学的工作语言、概念和图象，叙述自然界物质的结构层次及其运动形式和规律，介绍物理学的历史、现状和前沿，并了解、熟悉现代物理的边缘学科和新兴技术。
4．学分与学时学分为6.0，学时为965．建议先修课程高等数学6．推荐教材或参考书目推荐教材：吴百诗主编的《大学物理》，西安交大出版社，2004.5。
参考书目：（1）王国栋主编的《大学物理》，高等教育出版社，2008.6（2）赵凯华等编《新概念物理教程》，高等教育出版社，2001.17．教学方法与手段理论课讲授与辅导相结合。
8．考核及成绩评定平时作业占20％，期中考试占30％，全校工科物理统一考试占50％。
9．课外自学要求熟悉高等数学有关知识，及时独立完成课程作业。
二、课程教学基本内容及要求（具体要求分掌握、理解和了解三个等级）第一部分绪论（2学时）1.主要内容：物质世界的结构层次、物质的基本形态及存在形式、物质世界的基本作用。
2.基本要求：了解物质世界的层次结构、存在形式、基本作用，对物理学的研究对象有个宏观的理解。
第二部分质点力学（10学时）1.主要内容：物质的运动属性与描述、牛顿运动定理、功和能、动量守恒定律。
2.基本要求：掌握位置矢量、位移、速度、加速度等概念，能写出运动方程并求解几种特殊的曲线运动；能应用牛顿定理求解变力情况下物体的运动规律，能掌握动量定理、动能定理、动量守恒定律的简单应用。
第三部分刚体力学（6学时）1.主要内容：刚体运动学、刚体动力学、角动量守恒定律。
2.基本要求：理解角位移、角速度、角加速度等概念，掌握角量和线量的关系；理解转动惯量的概念，能计算规则刚体的转动惯量，并掌握转动定理及其应用；理解转动动能、角动量的概念，掌握角动量守恒定律。
第四部分机械振动和机械波（ 6学时）1.主要内容：谐振动及其合成、阻尼振动与受迫振动、机械波、机械波的干涉与衍射。
