《大学物理》本科教学大纲(80)

《大学物理》课程教学大纲开课单位：数理学院物理系课程负责人：张启义适用于本科理工专业教学时数：80学时一、课程概况《大学物理》课程是本科理工专业的一门公共基础课。本课程的任务是：通过本课程教学，一方面是为学生较系统地打好必要的物理基础，另一方面是使学生初步学习科学的思想方法和研究问题的方法，激发探索和创新精神，提高人才素质。通过《大学物理》课程的教学，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，对大学物理课程中的基本理论和基本知识能够正确地理解并具有初步应用的能力。本课程的先修课程主要有《高等数学》等。本课程的后续课程主要有《工程力学》、《电工电子学》等。二、教学基本要求要求学生必须掌握基本原理、基本运算和基础应用。有意识培养学生提出问题、解决问题的能力。对于物理前沿科技、交叉学科涉及的知识可作为了解，但应增大信息量。三、教学内容及要求1.物理世界教学内容：物理学导论、物理学与工程技术、物质的物理图像、中华人民共和国法定单位。基本要求：了解物理学的研究对象及发展概貌，建立物质与运动的物理图像及一些数量级概念；了解中华人民共和国法定计量单位，了解量纲概念，并逐步学会正确运用它；注意培养学生自己阅读、研究教材和查阅参考书的良好习惯,提高自我获取知识的能力。重点：计量单位；量纲。难点：量纲分析。2.时间、空间与运动学教学内容：质点运动学的基本概念、圆周运动的角量描述、质点运动学的解题思路与方法。教学要求：通过质点模型，初步了解建立物理模型的方法；掌握位矢、位移、速度、加速度等物理量的概念，理解其矢量性、瞬时性、相对性及叠加性；会用类比法理解圆周运动的角量描述方法，并会做简单的计算；学会描述运动的一般方法和正确、规范的解题方法,能求解运动学的两类问题；转变学习观念，重视学习过程，培养良好的学习作风和习惯。重点：运动学基本概念；运动方程、速度、加速度的矢量表示及速度、加速度的计算；圆周运动中角量与线量的关系；切向和法向加速度；质点运动学的解题思路与方法。难点：矢量表示；速度和加速度的计算；切向和法向加速度。3.牛顿运动定律教学内容：物体运动状态变化的原因、牛顿运动定律、质点动力学的两类问题及解题方法。基本要求：了解物体运动状态变化的原因；掌握力的概念，能运用隔离体法正确进行物体的受力分析；掌握牛顿运动定律及其适用条件，能运用正确的方法，规范化求解相关问题，包括用微积分方法求解一维变力作用下的质点动力学问题。重点：牛顿运动定律；三种常见力的性质；牛顿运动定律的应用方法。难点：摩擦力的性质；惯性参考系和相对性原理的理解。4.守恒定律教学内容：力的时间累积效应、质点的动量矩定理和动量矩守恒定律、力的空间累积效应。基本要求：理解物体运动状态的变化是力持续作用的累积效应；掌握质点的动量定理和动能定理，会计算一维情况下变力的冲量和变力的功；理解保守力做功的特性及势能的概念，会正确计算重力势能、引力势能与弹性势能的问题；掌握质点系的动量定理、功能原理及动量守恒定律和机械能守恒定律,了解用守恒定律分析问题的思路方法；理解质点在平面内运动的动量矩定律和动量矩守恒定律。重点：动量定理、动量守恒定律、动能定理；质点的动量矩定理和动量矩守恒定律；功能原理、机械能守恒定律。难点：动量守恒定律的应用；动量矩守恒的条件；功能原理和机械能守恒定律的应用。5.刚体的定轴转动教学内容：刚体运动的基本概念、刚体定轴转动的运动学规律、刚体定轴转动的动力学规律。基本要求：理解刚体模型及其运动特征；理解转动惯量的概念和意义,并会查表；掌握刚体定轴转动的转动定律，并能用它求解一些简单问题；掌握在刚体定轴转动中，力矩的功、转动动能、冲量矩、动量矩等概念，用动量矩守恒定律和机械能守恒定律处理一些简单问题；熟练掌握类比法。重点：角速度和角加速度的概念；角量与线量的关系；转动定律；转动惯量的计算；转动动能和角动量的概念；刚体定轴转动定理；角动量定理。难点：转动惯量的计算；刚体定轴转动定理和角动量定理的应用。6.静电场教学内容：电荷及其相互作用、从力的观点描述电场的物质性—电场强度E、静电场的高斯定理、从功能观点描述电场的物质性—电势U。基本要求：了解物质的电结构及有关电荷相互作用的规律；理解场的概念和场的研究方法；掌握静电场的电场强度E和电势U的概念及计算方法；了解电场强度与电势梯度的关系；理解反映静电场性质的高斯定理和环路定理。重点：库仑定律；电场强度的概念；电场强度的计算；高斯定理及其应用方法；电势的概念和电势的计算。难点：电场强度的计算；电场强度通量的理解和高斯定理的应用方法；电势的叠加原理和电势的计算。7.恒定磁场教学内容：磁场、电流激发磁场的基本规律、表述磁场性质的两条定理、磁场对运动电荷和载流导线的作用。基本要求：了解激发磁场的场源，掌握磁感强度的概念和计算方法；理解传导电流、运动电荷激发磁场的规律；理解运动电荷、载流导线在磁场中所受的洛伦兹力、安培力，并作相应的运动分析；理解载流线圈的磁矩以及在磁场中所受的磁力矩；理解反映磁场性质的安培环路定理和高斯定理。重点：磁感强度；毕奥—萨伐尔定律；磁通量的计算；高斯定理；环路定理的应用；安培力和磁力矩的计算。难点：毕奥—萨伐尔定律的应用；磁通量的计算；环路定理的应用；磁力矩的讨论。8.电磁感应及电磁场教学内容：电磁感应的实验研究、电磁感应的基本定律、动生电动势、自感和互感。基本要求：掌握法拉第电磁感应定律和楞次定律，能分析电磁感应的实验现象；理解产生动生电动势的机理，理解计算动生电动势的方法并能判断其方向；理解互感和自感现象及物理机理，能计算简单情况的互感和自感系数。重点：法拉第电磁感应定律和楞次定律；动生电动势和感生电动势的计算方法；自感和互感。难点：楞次定律；动生电动势的计算方法。9.热运动的统计描述教学内容：热现象与热运动、统计规律、理想气体状态方程、压强与温度的微观意义、理想气体的内能、麦克斯韦速率分布率。基本要求：了解气体分子热运动的图像；理解理想气体的压强公式和温度公式，通过推导气体压强公式，了解从提出模型、进行统计平均、建立宏观量与微观量的联系，到阐明宏观量的微观本质的思想和方法；能从宏观和微观两方面理解压强和温度等概念；了解系统的宏观性质是微观运动的统计表现；了解自由度概念，理解能量均分定理，会计算理想气体（刚性分子模型）的定体摩尔热容、定压摩尔热容和内能；了解麦克斯韦速率分布律、速率分布函数和速率分布曲线的物理意义；了解气体分子热运动的三种统计速度；了解气体分子平均碰撞次数和平均自由程。重点：理想气体状态方程；压强与温度的微观意义；理想气体的内能。难点：压强与温度的微观意义；理想气体的内能；麦克斯韦速率分布率。10．热力学教学内容：准静态过程、热力学第一定律、循环过程。基本要求：掌握内能、功和热量等概念；理解准静态过程；掌握热力学第一定律，能分析、计算理想气体在等体、等压、等温和绝热过程中的功、热量和内能的改变量；理解循环的意义和循环过程中的能量转换关系，会计算卡诺循环和其他简单循环的效率。重点：准静态过程；热力学第一定律；循环过程。难点：热力学第一定律；循环过程。11．简谐运动教学内容：简谐运动及其特征、简谐运动中的描述方法、简谐运动的合成。基本要求：理解简谐运动的特征和简谐运动的判断方法；掌握简谐运动方程和相位等物理量的意义；能根据给定的初始条件或振动曲线确定振动的三个特征量,从而建立简谐运动方程；会用旋转矢量法分析简谐运动的相关问题；理解两个同方向、同频率简谐运动的合成规律,以及合振幅极大和极小的条件。重点：简谐运动的各个物理量（特别是相位）的物理意义及各量间的关系；旋转矢量法和图线表示法；简谐运动的基本特征，简谐运动的合成规律。难点：简谐运动的各个物理量（特别是相位）的物理意义及各量间的关系；简谐运动的合成规律。12.波的传播规律教学内容：机械波传播的物理图像、波动的描述方法、波的能量特征、波的干涉、波的衍射。基本要求：理解机械波传播的物理图像；掌握波动方程的建立方法，能根据已知波源方程和波动曲线建立波动方程；理解波的干涉,会分析、确定波干涉加强、减弱条件,理解相位差与波程差的关系。重点：描述简谐波的各物理量及各量间的关系；由已知质点的简谐运动方程得出平面简谐波的波函数的方法；波的相干条件。难点：惠更斯原理和波的叠加原理；用相位差和波程差分析、确定相干波叠加后振幅加强和减弱的条件。13.光的波动性教学内容：光波的物理图像、光的干涉、光的衍射。基本要求：理解光波的物理图像及获得相干光的方法,掌握光程概念和光程差与相位差的关系；分析确定杨氏双缝干涉和各类薄膜干涉条纹的形成及条纹分布特征；会用半波带法分析和确定单缝夫朗禾费衍射条纹的形成和分布特征；理解光栅方程,会分析和确定光栅夫朗禾费衍射条纹的形成和分布特征。重点：光程的概念以及光程差和相位差的关系；杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉条纹的分布；波带法分析单缝的夫琅禾费衍射条纹分布规律；光栅衍射公式。难点：惠更斯－菲涅耳原理；用波带法分析单缝的夫琅禾费衍射条纹分布规律的方法。14.量子物理基础教学内容：普朗克量子论、光的波粒二象性、量子力学引论。基本要求：理解普朗克量子理论的基本思想；理解光的波粒二象性；掌握光电效应和理解康普顿效应的实验规律,以及用光子理论对这两个效应的解释；理解德布罗意的物质波假设。重点：普朗克量子假设；爱因斯坦光子假设，爱因斯坦光电方程；光的波粒二象性；描述物质波动性的物理量和描述粒子性的物理量之间的关系。难点：普朗克量子假设；实物粒子的波粒二象性；不确定关系。四、课时分配表序号章节内容学时分配合计讲课习题机动1物理世界112时间、空间与运动学5413牛顿运动定律4214守恒定律6425刚体的定轴转动85216静电场107217恒定磁场8628电磁感应及电磁场6429热运动的统计描述54110热力学54111简谐运动54112波的传播规律54113光的波动性751114量子物理基础541115总计8058184五、推荐教材、参考资料1．推荐教材唐海燕，《工科物理教程》（本科中学时版，上下册），北京，国防工业出版社，2008年2．推荐参考书马文蔚，《物理学教程》（第一版），北京，高等教育出版社，2004年程守洙，《普通物理学》（123册、第五版），北京，高等教育出版社，2006年赵凯华，《新概念物理教程》（第一版），北京，高等教育出版社，1996年六、执行大纲说明1.启发式，渗透式。力争结合实际，结合专业，结合现代科技并充分运用高等数学工具。2.重点阐述物理概念和物理规律的统一性与连续性，培养学生提出问题和解决问题的能力。3.充分运用多媒体课件等电化教学先进手段，密切配合大学物理实验课，以提高教学效果。4.本大纲是按80学时进行编写的，根据具体学时情况，其内容应有所调整。在《大学物理Ⅰ》和《大学物理Ⅱ》教学中各有2个机动学时，可根据各理工科各专业特点补充部分相关内容。执笔人：审核人：