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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。
《大学物理》教学大纲(总6页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--前言物理学是自然科学中的基础学科，是支撑先现代科学技术的重要支柱。
物理学的基本理论和研究方法以逐步渗透到化学、电子信息和生命科学等学科的前沿领域，并极大地影响了这些学科的发展方向。
因此，为大学本科学生系统讲授物理学的基本理论和最新发展，提高他们的科学素养，是大学物理教学的主要任务。
本大纲于2002年2月制定，它适用于同济大学网络学院建筑工程、交通工程、环境工程和信息工程等本科专业的大学物理教学。
在教学过程中，大纲要求在系统讲授物理学经典理论的同时，着重培养学生的科学世界观和科学方法论。
本大纲也适当提高了对量子力学的教学要求，因为它是学生将来从事生命科学和信息科学等领域的科研工作所必要的自然科学基础。
理论教学内容及基本要求教学内容包括力学基础、机械振动与机械波、分子动理论与热力学、电磁学、波动光学、近代物理，共六个部分。
各知识点相应的基本要求分为三级：掌握、理解和了解。
凡属了解的内容不要求定量计算。
第一篇力学的物理基础（一）质点运动学1.理解运动的绝对性和描述运动的相对性。
2.掌握描述质点运动的物理量：位置矢量、位移、速度和加速度。
3.掌握由运动方程求运动质点的位置、位移、速度和加速度，由速度或加速度和初始条件建立运动方程。
4.掌握运动的叠加原理。
5.掌握法向加速度和切向加速度的概念，并用来处理质点的圆周运动。
6.理解角位置、角位移、角速度的概念及角量和线量之间的关系。
掌握匀速率和匀变速率圆周运动的角量描述及计算。
（二）质点动力学的基本定律1.掌握牛顿运动定律的物理内容。
2.掌握力的概念和力学中常见的三种力，掌握运用隔离体法分析物体受力情况。
3.掌握运用牛顿定律解题的思路和方法。
（三）机械能守恒定律1.掌握功和功率的定义，并会计算恒力和变力的功。
2.理解动能的概念，掌握质点动能定理及其应用。
大学物理近代物理知识点归纳总结近代物理是物理学中的一个重要分支，涵盖了许多原子、分子、核物理以及相对论等领域的知识。
本文将对大学物理中的近代物理知识点进行归纳总结，以帮助读者更好地掌握这一领域的核心概念。
1. 光电效应光电效应是指当光线照射到金属等材料表面时，会引起光电子的发射现象。
其中，光子是光的量子，具有一定能量和动量。
光电效应的重要特点是光电子的发射速度与入射光的频率有关，与光的强度无关。
这一现象为量子论的出现提供了重要的实验依据。
2. 波粒二象性波粒二象性是指微观粒子既具有粒子的粒状特性，同时又具有波动的波状特性。
根据德布罗意波动假设，物质粒子的波动性质与其动量有关。
波粒二象性的实验表现包括电子衍射、中子干涉等现象，揭示了微观世界的奇特性质。
3. 原子结构近代物理学对原子结构的研究深入揭示了原子的组成和性质。
根据玻尔模型，原子可以视为由中心核和绕核运动的电子构成。
电子在不同能级上的运动状态决定了元素的化学性质。
原子结构的研究为量子力学的发展奠定了基础。
4. 相对论相对论是爱因斯坦于20世纪初提出的一种新的物理理论，揭示了物质与能量之间的等价关系。
狭义相对论说明了在高速运动和强引力场中的物理规律，涵盖了时间膨胀、长度收缩、质能关系等知识点。
广义相对论进一步将引力解释为时空弯曲的结果，提出了引力波等概念。
5. 核物理核物理研究原子核的结构、稳定性以及核反应等现象。
其中，核衰变是指核自发发出辐射粒子转变为另一种核的过程。
核裂变是指重核分裂为两个或更多的核片，释放出大量能量。
核聚变是指轻核融合成重核，也伴随着巨大的能量释放。
核物理的研究对于能源的开发和利用具有重要意义。
6. 量子力学量子力学是近代物理学的重要理论基础，揭示了微观世界的奇特现象。
薛定谔方程是量子力学的基本方程，描述了粒子的波函数演化规律。
量子力学的概念包括波函数、测量、不确定性原理等，通过数学形式描述了微观粒子的性质。
7. 统计物理统计物理研究大量粒子的集体行为，并从统计角度解释了宏观系统的性质。
第六篇 近代物理基础 第十七章 狭义相对论基础在第一册中讲过的牛顿力学，只适用于宏观物体低速运动，高速运动的物体则使用相对论力学。
相对论内的理论）般参照系包括引力场在广义相对论（推广到一性参照系的理论）狭义相对论（局限于惯本章只介绍狭义相对论§17—1伽利略变换 经典力学时空观 力学相对论原理一、伽利略变换 概念介绍：事件：是在空间某一点和时间某一时刻发生的某一现象（例如：两粒子相撞）。
事件描述：发生地点和发生时刻来描述，即一个事件用四个坐标来表示 ）（t ,z ,y ,x 如图所示，有两个惯性系S ,'S ，相应坐标轴平行，'S 相对S 以v沿'x 正向匀速运动，0=='t t 时，O 与'O 重合。
现在考虑p 点发生的一个事件：⎩⎨⎧）时空坐标为（系观察者测出这一事件）时空坐标为（系观察者测出这一事件'''''t ,z ,y ,x S t ,z ,y ,x S 按经典力学观点，可得到两组坐标关系为⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧===-=t t z z y y vt x x '''' 或 ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧===+=''''t t z z yy vt x x （17-1） 式（17-1）是伽利略变换及逆变换公式。
二、经典力学时空观 1、时间间隔的绝对性设有二事件1P ，2P ，在S 系中测得发生时刻分别为1t ，2t ；在'S 系中测得发生时刻分别为't 1，'t 2。
在S 系中测得两事件发生时间间隔为12t t t -=∆，在'S 系测得两事件发生的时间间隔为 '''t t t 12-=∆。
11t t '=，22t t '=，∴t t '∆∆=。
此结果表示在经典力学中无论从哪个惯性系来测量两个事件的时间间隔，所得结果是相同得，即时间间隔是绝对得，与参照系无关。
2、空间间隔的绝对性设一棒，静止在'S 系上，沿'x 轴放置，在'S 系中测得棒两端得坐标为'x 1，'x 2（12x x '>'），棒长为'''x x l 12-=，在S 系中同时测得棒两端坐标分别为1x ,2x （12x x >），则棒长为''''x x )vt x ()vt x (x x l 121212-=---=-= 即l l '=。
此结果表示在不同惯性系中测量同一物体长度，所得长度相同，即空间间隔是绝对的，与参照系无关。
上述结论是经典时空观（绝对时空观）的必然结果，它认为时间和空间是彼此独立的，互不相关的、并且独立于物质和运动之外的（不受物质或运动影响的）某种东西。
三、力学相对性原理力学中讲过，牛顿定律适用的参照系称为惯性系，凡是相对惯性系作匀速直线运动的参照系都是惯性系。
即是说，牛顿定律对所有这些惯性系都适用，或者说牛顿定律在一切惯性系中都具有相同的形式，这可以表述如下：力学现象对一切惯性系来说，都遵从同样的规律，或者说，在研究力学规律时一切惯性系都是等价的。
这就是力学相对性原理。
这一原理在实验基础上总结出来的。
下面我们可以看到物体的加速度对伽利略变换时是不变的。
由伽利略变换，对等式二边求关于对时间的导数，可得：⎪⎩⎪⎨⎧==-=z 'z y 'y x 'x v v v v v v v 及 ⎪⎩⎪⎨⎧==+='z z 'y y 'x x v v v v v v v （17-2）（注意t t '=，dt dt '=）式（17-2）是伽利略变换下速度变换公式。
对（2）两边再对时间求导数，有 ⎪⎩⎪⎨⎧===z 'zy 'y x 'x aa a a a a （17-3） 式（17-3）表明：从不同得惯性系所观察到的同一质点的加速度是相同的，或说成：物体的加速度对伽利略变换是不变的。
进一步可知，牛顿第二定律对伽利略变换是不变的。
§17—2迈克耳逊—莫雷实验由于经典力学认为时间和空间都是与观测者的相对运动无关，是绝对不变的，所以可以设想，在所有惯性系中，一定存在一个与绝对空间相对静止的参照系，即绝对参照系。
但是，力学的相对性原理指明，所有的惯性系对力学现象都是等价的，因此不可能用力学方法来判断不同惯性系中哪一个是绝对静止的。
那么能不能用其他方法（如：电磁方法）来判断呢？1856年迈克斯韦提出电磁场理论时，曾预言了电磁波的存在，并认为电磁波将以18s m 103-⋅⨯的速度在真空中传播，由于这个速度与光的传播速度相同，所以人们认为光是电磁波。
当1888年赫兹在实验室中产生电磁波以后，光作为电磁波的一部分，在理论上和实验上就完全确定了。
传播机械波要介质，因此，在光的电磁理论发展初期，人们认为光和电磁波也需要一种弹性介质。
十九世纪的物理学家们称这种介质为以太，他们认为以太充满整个空间，即使真空也不例外，他们并认为在远离天体范围内，这种以太是绝对静止的，因而可用它来作绝对参照系。
根据这种看法，如果能借助某种方法测出地球相对于以太的速度，作为绝对参照系的以太也就被确定了。
在历史上，确曾有许多物理学家做了很多实验来寻求绝对参照系，但都没得出预期的结果。
其中最著名的实验是1881年迈克耳逊探测地球在以太 中运动速度的实验，以及后来迈克耳逊和 莫雷在1887年所做的更为精确的实验。
实验装置如图所示，它就是对光波 进行精密测量的迈克耳逊干涉仪。
整个 装置可绕垂直于图面的轴线转动，并保持L PM PM ==21固定不变。
设地球相 对于绝对参照系的运动自左向右，速度 为v ，（1）光1M P →再P M →1所有时间为)c v (c L c v c v c L cv c L v c Lc v c L v c L t 224422222211212122+=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+++≈-=-=++-=)c v (<< （2）光2M P →再从P M →2所用时间设光从2M P →时，对仪器速度1v ，对以太速度为1c，设光从P M →2时，对仪器速度为2v ，对以太速度2c，⇒2221v c v v -==。
∴光从P M P 2→→所用时间为)c v (c L c v c Lv L v L v L t 22221211212122+≈-==+= （对2211c v -做级数展开） 从'S 系来看（地球上或仪器上），P 点发出的光到达望远镜时间差为3222222121212cLv )c v (c L )c v (c L t t t =+-+=-=∆。
于是，两束光光程差为22cLv t c ==∆δ。
若把仪器旋转o 90，则前、后两次的光程差2222cLv =δ。
在此过程中，T 中应有2222c Lv N λλδ∆==条条纹移过某参考线。
式中λ、c 均为已知，如能测出条纹移动的条数N ∆，即可由上式算出地球相对以太的绝对速度v ，从而就可以把以太做为绝对参照系了。
在迈克耳逊—莫雷实验中，L 约为10m ，光波波长为5000A ,再把地球公转速度14s m 103.4-⋅⨯代入，则得40.N =∆。
因为迈克耳逊干涉仪式非常精细得，它可以观察到1001的条纹移动，因此，迈克耳逊和莫雷应当毫无困难地观察到有0.4条条纹移动。
但是，他们没有观察到这个现象，迈克耳逊的实验结果，对企图寻求作为绝对参照系的以图17-3v1v 1c 2M P →v 2v 2c 图17--4PM 2→太，结果十分令人失望。
结论：（1）迈克耳逊实验否定了以太的存在。
（2）迈克耳逊实验说明了地球上光速沿各个方向都是相同的（此时0=δ，所以无条纹移动）。
（3）迈克耳逊实验就其初衷来说是一次失败的实验。
§17—3 爱因斯坦狭义相对论基本假设 洛伦兹变换一、爱因斯坦假设1905年爱因斯坦发表一篇关于狭义相对论的假设的论文，提出了二个基本假设。
1、相对性原理：物理学规律在所有惯性系中都是相同的，或物理学定律与惯性系的选择无关，所有的惯性系都是等价的。
此假设肯定了一切物理规律（包括力、电、光等）都应遵从同样的相对性原理，可以看出，它是力学相对性原理的推广。
它也间接地指明了，无论用什么物理实验方法都找不到绝对参照系。
2、光速不变原理：在所有惯性系中，测得真空中光速均有相同的量值c 。
它与经典结果恰恰相反，用它能解释迈克耳逊—莫雷实验。
二、洛伦兹变换根据狭义相对论二条基本原理，导 出新时空关系（爱因斯坦的假设否定了 伽利略变换，所以要导出新的时空关系）。
设有一静止惯性参照系S ，另一惯性系'S 沿'x 轴正向相对S 以v匀速运动，0=='t t 时，相应坐标轴重合。
一事件P 在S 、'S 上时空坐标)t ,z ,y ,x (与)t ,z ,y ,x (''''变换关系如何？1、用相对性原理求出变换关系式S 原点的坐标为⎩⎨⎧-==)S (vt x )S (x '''上测上测0 即 ⎩⎨⎧=+=00''vt x x x 与''vt x +同时为零， ∴ 可写成：m '')vt x (k x +=。
两组时空坐标是对一事件而言的，∴它们应有一一对应关系，即要求它们之间为线性变换，∴m=1，即)vt x (k x ''+= （17-4）同理：)vt x (k x +=’‘(17-5)根据相对性原理，对等价的惯性系而言，（4）、(5)二式除'v v →外，它们应有相同形式，即要求k k '=，⇒⎩⎨⎧-=+=)vt x (k x )vt x (k x ''' (17-6)解（6）有 x kvk kt t '21-+= （17-7）⇒ ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧===-=tt z z yy )vt x (k x '''' （17-8） 2、用光速不变原理求k=？0=='t t 时，一光信号从原点沿OX 轴前进，信号到达坐标为： ⎩⎨⎧==系上测）（系上测'''S ctx )S (ct x （c 不变） (17-9) (17-9)代(17-6)中⎩⎨⎧-=-=+=+=t )v c (k )vt ct (k ct t )v c (k )vt ct (k ct '''' 上述二式两边相乘有：''tt )v c (k tt c 2222-=⇒ 2222221111β-=-=-=c v v c c k （cv=β） k 代(17-8)中，有或（17-10） 讨论：（1）时间与空间是相联系的，这与经典情况截然不同。
