普通物理教学大纲.docx
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普通物理教学大纲
一、课程的地位与作用
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形式及其相互转化规律的学科。
它的基本理论渗透到自然科学的许多领域,它是工程技术的基础。
大学物理课是高等院校理工科各专业学生的一门重要的必修基础课。
开设大学物理课,一方面是为学生系统的学习研究打好必要的物理基础,另一方面也是让学生学习科学的思想方法和研究问题的方法。
学好大学物理课对学生以后的工作以及对新理论、新知识、新技术的进一步学习有着重大的影响。
二、课程的教学目标与基本要求
1.教学目标
通过本课程的课堂教学、辅导答疑、批改作业等教学环节的实施,让学生在以下方面得到培养:
(1)树立实事求是的科学态度和辩证唯物主义的世界观。
(2)抽象思维能力。
学会模型、抽象的思维方法,会根据具体条件,抓住主要矛盾,忽略次要因素,对研究对象作出合理的简化。
(3)自学能力。
能独立地阅读教材、参考书及有关文献资料,并能在理解主要内容的基础上写出条理比较清楚的阅读笔记及小结。
(4)分析问题和解决问题的能力。
学生在碰到问题后,能较深入细致地分析问题的条件和实质,运用所学过的物理概念和规律,寻找解决问题的思路和合适的方案。
(5)运算能力和判断正误的方法。
会运用已掌握的数学工具,计算并估算一般难度的物理问题。
并能把典型数据结果在量级上加以比较,对结果的合理性作出判断。
(6)必须获得作为一个高级工程技术人员所必不可少的物理基础知识。
2.基本要求
(1)本课程大纲内容要求在144学时内实施完成,适用于应用物理专业、光信息科学与技术专业。
(2)本课程分别在第二和第三学期实施。
(3)要求学生课前要预习,认真听课,积极思考和参与讨论,课后复习,独立完成作业。
△表示重点,★表示难点。
三、课程内容
第一篇力学基础
1.质点运动学
1.1参照系质点运动方程
参照系;坐标系;质点;矢径;运动方程;轨道方程
1.2位移速度和加速度△
位移;平均速度;瞬时速度;平均加速度;瞬时加速度;速率
1.3平面曲线运动
切向加速度△;法向加速度△;角位移;角速度;角加速度
1.4相对运动
位移的相对性;速度的相对性
2.质点动力学
2.1牛顿运动定律(自学)
惯性参照系;牛顿第一运动定律;牛顿第二运动定律;牛顿第三运动定律
2.2力学中的单位制和量纲
2.3机械功和功率
功;瞬时功率;
2.4动能动能定理
质点动能定理;质点系动能定理
2.5势能机械能守恒定律△
重力势能;弹性势能;保守力;功能原理;机械能守恒与转化定律;能量守恒与转化定律
2.6动量冲量动量定理
2.6动量守恒定律△火箭飞行原理
2.7质心质心运动定理
2.8质点的角动量角动量守恒定律
2.9质点系的角动量守恒定律(阅读)
3.刚体的转动
3.1刚体的平动转动和定轴转动
刚体;平动;转动;定轴转动;角速度矢量
3.2转动动能转动惯量
转动动能;转动惯量★;平行轴定理和垂直轴定理(阅读)
3.3力矩转动定律△
3.4矩的功转动动能定律
力矩;力矩的功;定轴转动中的转动动能定律△
3.5角动量和冲量矩角动量守恒定律
质点的角动量;质点的角动量定理;刚体的角动量;冲量矩;角动量定理;角动量守恒定律★
第二篇机械振动和波
4.机械振动
4.1简谐振动
简谐振动运动学特征;简谐振动动力学分析;简谐振动方程△;简谐振动过程中的位移、速度、加速度,简谐振动过程中的振幅、角频率、频率、位相(相位、周相)、初位相。
4.2谐振动的旋转矢量表示法
相位差;同相和反相;旋转矢量表示法
4.3谐振动的能量△
4.4谐振动的合成
同方向同频率谐振动的合成;同方向不同频率谐振动的合成;拍及拍频
4.5阻尼振动受迫振动共振
4.6谐振分析
5.机械波
5.1机械波的产生与传播
机械波;纵波和横波;波阵面;波线;平面波和球面波;波长;波的周期和频率;波速
5.2平面简谐波的波动方程
平面简谐波;平面简谐波波动方程△
5.3波的能量能流密度
波的能量;能量密度;能流;能流密度(波的强度);波的吸收
5.4惠更斯原理及其应用
5.5波的叠加原理波的干涉△
波的叠加原理;波的干涉现象;波的干涉条件;
5.6驻波
驻波;波节;波腹;驻波方程;半波损失
5.7多普勒效应
5.8声波
第三篇热学
6.气体动理学理论
6.1理想气体的状态方程
热力学系统;平衡态;状态参量;温度;理想气体的状态方程
6.2理想气体的压强和温度公式
理想气体的微观模型;理想气体的压强公式;理想气体分子的平均平动动能;理想气体的温度公式;方均根速率
6.3能量均分定理理想气体的内能△
自由度;理想气体分子的自由度;能量按自由度均分定理△
6.4麦克斯韦分子速率分布定律
速率分布;速率分布函数★;归一化条件;麦克斯韦速率分布函数;麦克斯韦速率分布律;最概然速率△;平均速率△;方均根速率△;分子速率分布的实验测定
6.5玻耳兹曼分布律
6.6气体分子的平均碰撞频率和平均自由程
6.7气体内的迁移现象
6.8范德瓦耳斯方程徳
7.热力学基础
7.1热力学第一定律
准静态过程;准静态过程的功△;热量;内能;热力学第一定律
7.2气体的摩尔热容
摩尔热容量;气体定容摩尔热容量;气体定压摩尔热容量;
7.3热力学第一定律的应用△
等容过程;等压过程;等温过程中功、热量交换、内能变化的计算
7.4绝热过程
绝热过程及过程方程★;绝热过程的功和内能变化
7.5循环过程卡诺循环
循环过程;循环效率;卡诺循环△;卡诺循环效率;卡诺逆循环及制冷系数
7.6热力学第二定律★
热力学第二定律的开尔文表述;热力学第二定律的克劳修斯表述;两种表述的等价性
7.7可逆过程与不可逆过程
7.8卡诺定理
7.9热力学第二定律的统计意义
热力学第二定律的统计意义★;熵的概念★;熵增加原理;热力学第二定律的适用范围
第四篇电磁学
8.真空中的静电场
8.1库仑定律
点荷;点荷守恒定律;库仑定律;电力迭加原理
8.2电场电场强度
电场;电场强度;点电荷的电场;任意带电体的场强计算公式★;场强迭加原理;带电直线、圆环、圆盘及带电大平面的场强公式
8.3静电场的高斯定理
电场线;电通量;高斯定理;高斯定理的应用△;均匀带电球面、球体,均匀带电长圆柱、圆筒,均匀带电平面
8.4静电场的环流定理电势
电场力的功;静电场的环路定理△;电势能;电势△;电势差△;电势迭加原理;点电荷的电势;任意带电体的电势计算公式;
8.5场强与电势的关系
电势梯度矢量;场强与电势的微分公式
8.6运动电荷的电场(阅读)
9.静电场中的导体和电介质
9.1静电场中的导体
静电感应;静电平衡;静电平衡条件△;静电平衡时导体上电荷分布;静电平衡时导体表面场强△;导体表面电荷密度与曲率半径的关系;静电屏蔽★
9.2静电场中的电介质
9.2导体的电容电容器
孤立导体的电容;电容器及电容;平行平板电容器,圆柱形电容器和球形电容器的电容;电容器的串并联
9.3电场的能量
电容器的能量公式;电场的能量密度;电场的能量△
10.稳恒磁场磁场对电流的作用
10.1稳恒电流的基本概念
电流密度;稳恒电场;电动势;非静电力;欧姆定律的微分形式
10.2磁场磁感应强度
磁的基本现象;磁场;磁感应强度△;磁矩
10.3磁场的高斯定理
磁感应线;磁通量△;磁场的高斯定理△
10.4毕奥—萨伐尔定律
电流元;毕奥—萨伐尔定律★;直线电流的磁场的磁感应强度公式;圆电流轴线上磁场公式;载流螺线管内的磁场公式;运动电荷的磁场公式
10.5安培环路定理
真空中的安培环路定理;安培环路定理的应用△
10.6安培力安培定律
安培力;安培定律△;安培定律的应用;平行长直线电流间的相互作用;安培的定义
10.7磁场对载流线圈的作用
均匀磁场中载流线圈的磁力矩
10.8磁力的功△
磁场对运动载流导线的功;磁场对运动载流线圈的功
10.9磁场对运动电荷的作用力
洛仑兹力△;霍耳效应;霍耳电势差
10.10带电粒子在电场或磁场中的运动
11.磁场中的磁介质
11.1磁介质的磁化磁化强度
顺磁质;逆磁质;磁化机制;磁化强度
11.2磁介质中的安培环路定理磁场强度
11.3铁磁质
铁磁质的磁化机制;磁滞回线;简单磁路;磁畴
12.电磁感应
12.1电磁感应定律
电磁感应的基本现象;感应电动势;法拉第电磁感应定律△;楞次
定律△
12.2动生电动势△
12.3感生电动势
感生电场(涡旋电场)★;感生电场场方程;感生电动势
12.4电磁感应现象的应用
12.5自感和互感
自感现象;自感系数;自感电动势;互感现象;互感系数;互感电动势
12.6磁场的能量
自感磁能公式;磁场的能量密度;磁场的能量公式
13.电磁场理论的基本概念电磁振荡
13.1位移电流
位移电流★;位移电流密度;位移电流的磁场
13.2麦克斯韦方程组
麦克斯韦方程组的积分形式★;麦克斯韦方程组的微分形式
13.3电磁振荡电磁波
电磁振荡;振荡的周期和频率;电磁波的产生和传播;振荡电偶极子模型;平面电磁波及性质△;电磁波速度;电磁波的能量蜜度△
第五篇光学
14.光的干涉
14.1相干光及获得光程差
光矢量;原子发光机制;相干光条件;相干光叠加;非相干光叠加光程;光程差△;相长与相消干涉条件△;透镜的等光程性(自学)
14.2杨氏双缝干涉
杨氏双缝干涉实验△(装置、结果);分波面法干涉;菲涅耳双面镜(阅读)实验;洛埃镜实验;半波损失浬
14.3薄膜干涉劈尖干涉牛顿环
分振幅法干涉;薄膜干涉;等倾干涉;劈尖干涉△;牛顿环△;等厚干涉
14.4迈克尔逊干涉仪
14.5空间相干性与时间相干性
15.光的衍射
15.1光的衍射现象惠更斯—菲涅耳原理
光的衍射现象;惠更斯—菲涅耳原理;衍射分类
15.2夫琅和费单缝衍射
半波带法;单缝衍射明纹和暗纹公式△;中央明纹宽度△
15.3光栅衍射
光栅;光栅常数;光栅主极大方程△;缺级现象★;光栅衍射光谱
15.4圆孔衍射光学仪器的分辨率
圆孔夫琅和费衍射;爱里光斑;瑞利判据★;最小分辨角;光学仪器的分辨率
15.5X射线的衍射
16光的偏振
16.1自然光和偏振光
自然光;偏振光;部分偏振光;
16.2马吕斯定律
二向色性;偏振片;马吕斯定律△
16.3布儒斯特定律
布儒斯特角;布儒斯特定律
16.4光的双折射现象
16.5椭圆偏振光和圆偏振光偏振光的干涉偏振光
第六篇近代物理基础
17.狭义相对论基础
17.1伽利略变换经典力学的时空观
17.2迈克尔逊莫雷实验
17.3爱因斯坦的两条假设洛仑兹变换
狭义相对论的相对性原理;光速不变原理;洛仑兹坐标变换△;洛仑兹速度变换
17.4狭义相对论的时空观△★
长度收缩;时间膨胀;同时性的相对性;狭义相对论的时空观
17.5狭义相对论的动力学基础
运动质量;狭义相对论中动量、能量、动能;相对论动力学方程;质能关系式△;能量与动量的关系△
18.量子光学基础
18.1热辐射基尔霍夫定律
热辐射;辐射出射度(辐出度);单色辐出度;吸收比与反射比;绝对黑体;平衡热辐射;基尔霍夫定律
18.2绝对黑体的辐射定律
绝对黑体的实验曲线;斯特藩玻尔兹曼定律;维恩位移定律
18.3普朗克公式
普朗克假设;普朗克公式;能量量子化△
18.4光电效应爱因斯坦方程
光电效应现象;爱因斯坦光子假说;爱因斯坦光电效应方程△
18.5康普顿效应
19.原子的量子理论
19.1玻尔的氢原子理论
氢原子光谱及巴尔末经验公式;玻尔的基本假设△(定态、跃迁、角动量量子化三假设);玻尔半径;氢原子能级;基态与激发态;电离能
19.2实物粒子的波粒二象性
德布罗意物质波假设;实物粒子的波粒二象性★;戴维孙革末电子衍射实验;德布罗意物质波的统计解释★
19.3测不准关系★
19.4波函数薛定方程
自由电子的波函数;波函数的统计解释△;波函数的归一化条件与标准条件;薛定谔方程;定态薛定谔方程
19.5一维无限深势阱
一维无限深势阱;势阱中粒子能量的本征值;势阱中粒子本征波函数和概率蜜度;势垒,隧道效应,谐振子
19.6氢原子的量子力学处理介绍
氢原子;电子的自旋;泡利不相容原理;
19.7激光
20.固体中的电子
20.1自由电子按能量的分布
20.2金属导电的量子论解释
20.3固体的能带结构
20.4半导体
20.5PN结
20.6半导体器件
21.核物理
21.1核力核的结合能事务所
21.2放射性和衰变定律
α衰变;β衰变
21.3核反应
四、时间分配
课程分
段标识
序号
教学内容
教学环节(学时)
讲
课
习
题
实
验
上
机
课
外
小
计
1
质点运动学
4
2
质点动力学
6
3
刚体的转动
6
4
机械振动
8
5
机械波
8
6
气体动理学理论
8
7
热力学基础
8
8
真空中的静电场
8
9
静电场中的导体和电介质
8
机动(习题课)
4
10
稳恒磁场磁场对电流的作用
10
11
磁场中的磁介质
2
12
电磁感应
8
13
电磁场理论的基本概念电磁振荡
4
14
光的干涉
6
15
光的衍射
6
16
光的偏振
6
17
狭义相对论基础
6
18
量子光学基础
6
19
原子的量子理论
12
20
固体中的电子
4
21
核物理
2
机动(习题课)
4
总计
144
五、课程说明
课程英文名称
GeneralPhysics
主要先修课程
高等数学
适用专业类别
理工科各专业
主要教材(作者、教材名称、出版社)
教材:
《大学物理学》(1-5册),张三慧主编,清华大学出版社。
参考书:
《普通物理学》(1-3册)(第五版),程守洙、江之永主编,高等教育出版社;《大学物理》(1-4册),潘国顺等编,宇航出版社
考核方式
闭卷,笔试
课程简介
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形式及其相互转化规律的学科。
它的基本理论渗透到自然科学的许多领域,它是工程技术的基础。
大学物理课是高等院校理工科各专业学生的一门重要的必修基础课。
大学物理课程内容包括质点运动学、质点动力学、刚体的定轴转动、机械振动、机械波、气体动理论、热力学基础、静电场、稳恒磁场、电磁感应、光的干涉、衍射、偏振、狭义相对论、量子光学基础、量子力学基础以及固体能带理论基础和激光介绍等。
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- 关 键 词:
- 普通 物理 教学大纲