《大学物理A》课程教学大纲

《大学物理A》课程教学大纲课程编号：150110、150111课程性质：学科基础课先修课程：高等数学学分：7.0总学时数：112理论：112实验：上机：课外适合层次：本科适合专业：工科各专业一、课程的目的及任务1、培养学生掌握大学物理的基本概念，基本规律和基本计算技巧，了解物理学在生产技术中的应用。培养学生自学和阅读科技文献资料的能力。2、通过了解理想的物理模型，使学生初步掌握建立物理模型的一般方法，并能利用适当的数学工具分析、简化和解决一般难度的物理问题。3、为学生的专业学习和参加工程实践打下物理基础。4、培养学生实事求是的科学态度和辩证唯物主义的世界观。二、理论教学内容（一）绪论1、物质与运动，物理学的研究对象。2、物理学与哲学的关系。3、物理学与科学技术及现代化的关系。（二）力学1、质点运动学：参照系，质点。△★位置矢量，速度与加速度。圆周运动，曲线运动，相对运动。2、质点动力学：△牛顿运动定律及其应用举例。力学单位制和量纲，惯性系和非惯性系。△动量定理及动量守恒定律，功与能，动能定理，保守力的功，★势能。△★功能原理，机械能守恒定律。能量转化与守恒定律。3、刚体力学基础：刚体的定轴转动及其描述，转动惯量，△转动定律。△角动量，冲量矩，△★角动量定理及角动量守恒定律。△动能定理。机械能守恒定律。4、狭义相对论：伽利略变换及经典力学时空观。△狭义相对论的基本假设。△★洛仑兹变换，狭义相对论时空观。相对论动力学简介。（三）机械振动机械波1、机械振动：△简谐振动，简谐振动的运动方程，简谐振动的速度和加速度。★参考圆与旋转矢量法。简谐振动的能量，阻尼振动，受迫振动，共振。★简谐振动的合成，李萨如图形。2、机械波：机械波的产生与传播，描述波的物理量。△★平面谐波的波动方程。★波的能量和能量密度。惠更斯原理。△波的叠加原理，波的干涉。驻波，波的衍射，多普勒效应。（四）热学1、气体动理论：气体动理论的基本概念，气体的状态参量，平衡态。△理想气体的温度和压强的统计解释。★麦克斯韦速率分布，能量均分定理。分子的平均碰撞频率和平均自由程，气体的输运现象。2、热力学基础：准静态过程。△系统的内能，功和热量，热力学第一定律。△★理想气体的等值过程，循环及卡诺循环与热机效率。热力学第二定律，可逆过程和不可逆过程。★热力学第二定律的统计解释，熵。（五）电磁学1、电荷与真空中的静电场：△库仑定律，电场强度及其迭加原理。△★场强的计算。电力线与电通量，环路定律。△★真空中的高斯定理，电场力的功,电势能，电势。电势差，等势面，电场强度与电势梯度的关系。2、导体和电介质中的静电场：导体的静电平衡及其感应电荷的分布，空腔导体及静电屏蔽，电介质的极化，电位移矢量。△★介质中的高斯定理，孤立导体的电容，电场的能量。3、恒定电流与真空中的恒定磁场：电流密度，欧姆定律及其微分形式。△电动势。金属导电的经典微观解释。磁感应强度，磁感线与磁通量，磁场中的高斯定理。△★毕——萨定律，安培环路定律。运动电荷的磁场。安培定律，“安培”的定义。△★磁场对载流导线、线圈的作用。磁矩，磁力的功，洛仑兹力，带电粒子在磁场中的运动，霍尔效应。4、磁介质中的恒定磁场：磁介质及其磁化，磁场强度。△★磁介质中的高斯定理和安培环路定理。铁磁质，磁滞现象与磁畴。5、电磁场与麦克斯韦方程组：电磁感应现象。△法拉第电磁感应定律。楞次定律。△★动生电动势和感生电动势。涡流。△自感与互感。△磁场能量与能量密度。★位移电流。麦克斯韦电磁场理论，电磁场的辐射与传播。（五）光学1、光的干涉：光波，波的相干性，相干光的获得，光程与光程差。△杨氏双缝干涉，等厚干涉，等倾干涉。迈克尔逊干涉仪。2、光的衍射：光的衍射现象，惠更斯——菲涅耳原理。△★单缝衍射。圆孔衍射，光学仪器的最小分辨角。△★光栅衍射。Ｘ射线的衍射。3、光的偏振：自然光和偏振光，偏振片的起偏和检偏。△马吕斯定律，布儒斯特定律。光的双折射。（六）量子物理基础1、早期量子论：△黑体辐射和普朗克量子假设。光电效应，爱因斯坦方程。康普顿效应，波粒二象性。原子的有核模型。△玻尔的氢原子理论，能级。2、量子力学简介：△★实物粒子的波粒二象性。电子的衍射实验。△★波函数及其统计解释，测不准关系。★薛定谔方程。一维势阱，氢原子，泡利原理，原子的壳层模型。斯特恩——革拉赫实验，电子的自旋。（说明：前标有符号“△”的内容为重点，标有符号“★”的为难点。）三、实践教学内容1、物理实验作为一门独立的课程，按《物理实验》教学大纲进行。2、演示实验目录另列。四、学时分配序号课程内容学时分配讲课实验上机课外小计1绪论112第1章质点运动学333第2章质点动力学14144第3章刚体力学基础665第4章狭义相对论666第5章机械振动447第6章机械波668第7章气体动理论669第8章热力学8810大学物理A1期末复习2211第9章电荷与真空中的静电场8812第10章导体和电介质中的静电场4413第11章恒定电流与真空中的恒定磁场8814第12章磁介质中的恒定磁场4415第13章电磁场与麦克斯韦方程组8816第15章波动光学141417第16章早期量子论4418第17章量子力学简介4419大学物理A2期末复习22总计112112五、课程有关说明1、学习本课程以前，学生应系统地学习过高中物理，并具有一元函数微积分的基本知识和基本的计算技能。因此本课程应在学生入学后第二学期开设为宜。2、教学以课堂讲授为主，可视学生情况可使用多媒体教学。本课程为考试课程，采用教考分离，考试形式为闭卷。3、加强近代物理基础及技术物理专题，要视专业而定。六、建议使用教材及参考书1、使用教材王少杰顾牡.科学出版社，2009，(1).2、参考书[1]马文蔚.物理学.高等教育出版社，1999，(4).[2]程守洙.普通物理学.高等教育出版社，1980，(3).[3]陈宜生，李增智.大学物理.天津大学出版社,1999，(1).[4]徐绪笃.物理学教程.高教出版社,1989，(2).[5]赵凯华新概念物理.高等教育出版社,2000,(2).[6]张三慧.大学物理学.清华大学出版社,2000,(2).[7]《大学物理》电子教案清华大学出版社.教学大纲附录（一）大学物理课程教学的基本要求教学内容的基本要求分为三级，对于概念分为：理解、了解、知道。对于方法分为：熟练掌握、掌握、会。理解或熟练掌握属较高要求。对于要求理解或熟练掌握的概念或方法，都应有比较透彻的理解，并能熟练地用其分析和计算工科物理水平的有关问题。对于那些由基本定律导出的公式，要求能熟练地运用并会推导。了解或掌握属一般要求。对于要求了解或掌握的概念或方法，都应理解，并能分析和计算工科大学物理水平的有关问题。对于那些由基本定律导出的公式，要求会运用但不要求会推导。知道或会属较低要求。对于要求知道或会的内容，应知道所涉及问题的现象和有关实验，并能对它们进行定性的解释，还应知道与问题直接有关的物理量和公式的意义。一、力学1、理解位矢、位移、速度、加速度等描绘物体运动的物理量。能熟练掌握利用直角坐标系计算质点在平面内运动时的位移、速度、加速度。了解曲线运动（平面）的法向加速度和切向加速度。2、理解牛顿运动定律及其适用条件，能熟练掌握用微积分求解在一维变力作用下，简单的质点动力学问题。了解力学单位制和量纲以及惯性系和非惯性系。3、理解功、保守力作功的特点及势能的概念，熟练掌握直线运动情况下变力的功的计算。掌握计算重力、弹力和万有引力势能的方法。4、理解质点的动量定理和动能定理。了解质点系的动量定理和动能定理。掌握机械能守恒，动量守恒定律，掌握运用守恒定律分析问题的思想和方法，会分析简单系统在平面内运动的力学问题。5、理解刚体定轴转动的转动定律。理解转动惯量的概念，了解刚体定轴转动时线量和角量的关系。了解角动量的概念及角动量定律和角动量守恒定律。掌握角动量定律、角动量守恒定律的有关计算。6、理解狭义相对论的两个基本假设及洛仑兹变换。了解狭义相对论的时空观。掌握长度收缩、钟慢效应等有关问题的基本计算。7、理解狭义相对论中质量和速度的关系、质量和能量的关系。掌握其有关计算。二、机械振动机械波1、理解描述谐振动和机械波的各物理量及其之间的关系。熟练掌握旋转矢量法。掌握简谐振动的基本特征。掌握建立一维谐振动微分方程的基本方法。知道谐振动的能量及其特征。2、理解机械波产生的条件。掌握由已知质点的谐振动方程求解平面谐波的波函数的方法。理解波函数的物理意义及波形曲线。3、了解波的能量传播的特征及能流密度的概念，了解惠更斯原理和波的迭加原理。了解机械波的多普勒效应及其产生的原因。理解波的相干条件，熟练掌握应用相位差和波程差分析、确定相干波迭加加强和减弱的条件。理解驻波及其特征。了解驻波和行波的区别。三、热学1、了解气体分子热运动的图象。理解理想气体的压强公式和温度公式。通过推导气体的压强公式，掌握从提出模型、进行统计平均、建立宏观量与微观量的联系、以及到阐明宏观量的微观本质的基本方法。会从宏观和统计意义上解释压强、温度、内能等概念。了解系统的宏观性质和微观运动的关系。2、知道麦克斯韦速率分布函数及分布曲线的物理意义，理解三种统计速率并熟练掌握其计算。3、了解能量均分定理和分子的平均碰撞频率和平均自由程。掌握其有关计算。4、理解功和热量的概念。了解准静态过程和热力学第一定律。熟练掌握理想气体在等值过程中的功、热量、内能的增量的有关计算。掌握卡诺循环和简单循环效率的基本计算方法。5、了解热力学第二定律。知道可逆过程和不可逆过程。了解熵的玻尔兹曼表达式及热力学第二定律的统计解释。四、电磁学1、理解静电场的电场强度和电势的概念以及迭加原理。了解电势与电场强度的关系。熟练掌握计算一些简单问题中的场强和电势的基本方法。2、理解高斯定理和环路定理。熟练掌握用高斯定理计算场强的条件和方法。3、理解导体静电平衡的条件及导体电容器的概念，了解介质的极化及其微观解释，了解电场能量和能量密度的概念。掌握电场能量的基本计算。4、理解磁感应强度的概念。理解毕——萨定律。熟练掌握一些简单问题中磁感应强度的基本计算。5、理解磁场的高斯定理和安培环路定理。熟练掌握利用安培环路定理计算磁感应强度的条件和方法。6、理解安培定律和洛仑兹力公式。了解电偶极矩和磁矩的概念。熟练掌握计算简单形状载流导体和载流平面线圈在均匀磁场或特殊磁场中所受的力和力矩的基本方法。会分析计算点电荷在匀强电、磁场中的受力和运动。7、了解介质的磁化现象及微观解释。了解铁磁质的性质。了解各向同性介质中H和B之间的关系和区别。理解介质中的高斯定理和环路定理。熟练掌握利用安培环路定理计算介质中磁场强度的条件和方法。8、理解法拉第电磁感应定律和电动势的概念，熟练掌握动生电动势和感生电动势的有关计算。9、理解自感和互感现象。熟练掌握计算自感和互感系数的基本方法。10、了解磁能和磁能密度的概念。掌握其有关计算。11、了解涡旋电场、位移电流的概念以及麦克斯韦方程组（积分形式）的物理意义。了解电磁场的物质性及电磁波的传播特性。五、光学1、理解相干光、光程、光程差、相位差、等倾干涉、等厚干涉等有关概念。熟练掌握杨氏双缝干涉、等倾干涉、等厚干涉的有关计算。了解迈克尔逊干涉仪的工作原理。2、了解惠更斯——菲涅尔原理。理解单缝衍射条纹的分布规律，了解半波带法。掌握单缝衍射的有关计算。3、理解光栅衍射公式。会确定光栅衍射谱线的位置，会分析光栅常数及波长对光栅衍射谱线分布的影响。掌握光栅衍射的有关计算。4、理解圆孔夫朗和费衍射和光学仪器的分辨率，掌握其有关计算。知道X射线的衍射。5、理解自然光和线偏振光。理解布儒斯特定律和马吕斯定律。掌握其有关计算。了解双折射现象。了解线偏振光的获得方法和检验方法。六、量子物理基础1、了解黑体辐射现象及普朗克假设。了解光电效应和康普顿效应的实验规律，理解爱因斯坦的光量子理论及其简单应用，理解波粒二象性。2、理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论。3、理解实物粒子的波粒二象性，了解电子衍射实验。4、理解波函数及其统计解释。了解测不准