大学物理教学大纲(本科112学时)_大学物理课程教学大纲

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《大学物理》课程教学大纲

课程编码：lx2001、lx2002

课程名称：大学物理（College Physics）先修课程：高等数学

总 学 时：授课学时： 112

上机学时：0

实验学时：0

一、课程的性质和任务

物理学是研究物质的基本结构、基本运动形式、相互作用的自然科学。它的基本理论渗透在自然科学的各个领域，应用于生产技术的许多部门，是其他自然科学和工程技术的基础。

大学物理课程是高等学校理工科各专业学生一门重要的通识性必修基础课。该课程所教授的基本概念、基本理论和基本方法是构成学生科学素养的重要组成部分，是一个科学工作者和工程技术人员所必备的。大学物理课程在为学生系统地打好必要的物理基础，培养学生树立科学的世界观，增强学生分析问题和解决问题的能力，培养学生的探索精神和创新意识等方面，具有其他课程不能替代的重要作用。

二、课程教学内容的基本要求、重点和难点及学时分配

1.力学（20学时）

基本要求

（1）掌握位矢、位移、速度、加速度等描述质点运动和运动变化的物理量。掌握质点作圆周运动时的角速度、角加速度、切向加速度和法向加速度。能熟练求解质点运动学的两类问题。理解伽利略坐标、速度变换。

（2）掌握牛顿三定律及其适用条件。能用微积分方法求解一维变力作用下简单的质点动力学问题。

（3）掌握功的概念，能计算直线运动情况下变力的功。理解保守力做功的特点及势能的概念，会计算重力、弹性力和万有引力势能。

（4）掌握质点的动能定理和动量定理，理解质点的角动量（动量矩）和角动量守恒定律，并能用它们分析、解决质点运动时的简单力学问题。掌握机械能守恒定律、动量守恒定律，掌握运用守恒定律分析问题的思想和方法，能分析简单系统在平面内运动的动力学问题。

（5）理解质心的概念和质心运动定律。

（6）理解转动惯量概念。掌握刚体定轴转动定律和刚体的角动量守恒定律，并能用它们分析、解决刚体定轴转动时的简单力学问题。

（7）理解刚体定轴转动中力矩的功和转动动能定理。

重点

（1）描述质点运动的四个基本物理量。注意学习矢量运算、微积分运算等方法在物理学中的应用。

（2）牛顿运动定律及其应用。

（3）质点的动量定理和动量守恒定律。

（4）变力的功、动能定理、保守力的功、势能、机械能守恒定律。（5）刚体定轴转动定律及其应用。

（6）质点和刚体的角动量定理及角动量守恒定律。难点

（2）三个守恒定律的综合应用。

（3）刚体定轴转动定律、刚体的角动量守恒定律及机械能守恒定律的综合应用。（1）用微积分方法求解一维变力作用下简单的质点动力学问题。

2.气体动理论和热力学基础（12学时）

基本要求

（1）理解平衡态、状态参量、热力学第零定律，掌握理想气体状态方程。（2）了解气体分子热运动的统计规律，理解理想气体的压强公式和温度公式，理解气体分子的能量按自由度均分原理和内能的概念，了解系统的宏观性质是微观运动的统计表现。

（3）了解麦克斯韦速率分布律及速率分布函数和速率分布曲线的物理意义。理解气体分子热运动的三种统计速率。

（4）理解气体分子平均碰撞次数及平均自由程。

（5）理解准静态过程、功和热量的概念。掌握热力学第一定律及其在理想气体等值过程、绝热过程中的应用。能熟练计算理想气体在典型热力学过程中的功、热量、内能改变量。

（6）理解循环过程，理解卡诺循环，能计算简单循环的效率。

（7）了解热力学第二定律，了解熵和熵增加原理。重点

（1）理想气体的压强公式和温度公式，能量按自由度均分原理，并会应用该原理计算理想气体的内能。

（2）热力学第一定律及其在理想气体等值过程、绝热过程中的应用。熟练计算理想气体在典型热力学过程中的功、热量、内能改变量。

（3）能计算卡诺循环等简单循环的效率。难点

（1）麦克斯韦速率分布律。（2）绝热过程及循环过程。（3）熵和熵增加原理。

3.电磁学（38学时）

基本要求

（1）掌握库仑定律。掌握静电场的电场强度和电势的概念、电场强度叠加原理和电势叠加原理。能计算一些简单问题中的电场强度和电势。

（2）掌握静电场的高斯定理及简单应用。理解静电场的环路定理、电场强度和电势的关系。

（3）理解导体的静电平衡条件及其性质。了解电解电解质的极化现象。理解有电介质存在时的高斯定理。掌握电容和电容器的概念及其简单计算。

（4）掌握磁感应强度的概念，理解毕奥—萨伐尔定律及磁场叠加原理，能计算一些简单问题中的磁感应强度。

（5）理解恒定磁场的高斯定理。掌握安培环路定理及其简单应用。（6）理解安培环路定律和洛伦兹力公式。了解电偶极矩和磁矩的概念。能计算电偶极子、简单几何形状载流导体和截流平面线圈在均匀磁场中或在无限长直线载流导线产生的非均匀磁场中所受的力和力矩。能分析点电荷在均匀电、磁场中的受力和运动。

（7）了解介质的磁化现象及其微观解释。了解各向同性介质中H和B之间的关系和区别。理解磁介质中的高斯定理和安培环路定理。

（8）理解电动势的概念。掌握法拉第电磁感应定律。理解动生电动势、感生电动势，并能熟练进行简单计算。理解自感和互感，自感电动势和互感电动势。

（9）理解电场和磁场的能量。

（10）了解涡旋电场、位移电流和全电流安培环路定理。了解麦克斯韦方程组的积分形式。

重点

（1）库仑定律、静电场的电场强度及电场强度的叠加原理，注意其矢量性；静电场的高斯定理及其应用。电势及电势叠加原理。能应用微积分解决电场强度、电势的有关计算。

（2）导体的静电平衡条件及其性质。有电介质存在时的高斯定理及其应用。电容和电容器的概念及其简单计算。

（3）磁感应强度及磁感应强度的叠加原理，注意其矢量性；毕奥—萨伐尔定律及其应用。磁场高斯定理和安培环路定理及其应用。（4）洛伦兹力、安培力、磁矩的概念。能分析点电荷在均匀电、磁场中的受力和运动。能应用微积分计算简单几何形状载流导体和截流平面线圈在均匀磁场中或在无限长直线载流导线产生的非均匀磁场中所受的力和力矩。

（5）法拉第电磁感应定律和动生电动势的一般公式，能熟练计算简单问题中的动生电动势、感生电动势、自感电动势和互感电动势。

（6）麦克斯韦关于涡旋电场和位移电流的基本假设，麦克斯韦方程组的物理意义，电磁场的物质性、相对性和统一性。

难点

（1）电场强度及电势的叠加，应用微积分解决电场强度、电势的有关计算。（2）毕奥—萨伐尔定律及其应用。

（3）动生电动势一般公式的应用和感生电场。（4）位移电流。

4.振动和波（14学时）

基本要求：

（1）掌握简谐振动的基本特征和表述、振动的相位、简谐振动运动方程。旋转矢量法。

（2）理解简谐运动的动力学方程，会证明物体做简谐振动，并能计算一维简谐振动的角频率和周期。

（3）掌握简谐运动的能量。

（4）掌握同方向、同频率的两个简谐振动的合成；了解两个相互垂直、频率相同或为整数比的简谐运动合成规律。

（5）理解机械波的基本特征。掌握平面简谐波波函数及其物理意义，能建立一维简谐波波动方程。

（6）了解波的能量传播特征及能流、能流密度概念。

（7）了解惠更斯原理和波的叠加原理。理解波的相干条件及相干波叠加后振幅加强和减弱的条件。

（8）理解驻波及其特征。

（9）理解机械波的多普勒效应及其应用。（10）理解电磁波的性质。重点

（1）简谐振动的基本特征和表述、振动的相位，能建立一维简谐运动方程。（2）会证明物体做简谐振动，并能计算一维简谐振动的角频率和周期，简谐运动的能量。

（3）同方向、同频率的两个简谐振动的合成。（4）平面简谐波波函数及其物理意义，能建立一维简谐波波动方程。（5）波的叠加原理、波的相干条件及相干波叠加后振幅加强和减弱的条件。（6）驻波及其特征。（7）机械波的多普勒效应。（8）电磁波的性质。难点

（1）证明物体做简谐振动。

（2）理解平面简谐波波函数的物理意义，建立一维简谐波波动方程。（3）驻波的有关计算。（4）电磁波的性质。

5.波动光学（14学时）

基本要求

（1）理解用分波阵面和分振幅获得相干光的方法。掌握光程的概念以及光程差和相位差的关系。

（2）掌握杨氏双缝干涉的规律，并能熟练地进行有关计算。明确洛埃镜干涉产生的相位突变。掌握薄膜干涉的规律，理解增透膜、增反膜的工作原理和应用。掌握等厚干涉、牛顿环干涉规律，会分析、确定其干涉条纹的位置。了解迈克耳逊干涉仪的工作原理。

（3）了解惠更斯一菲涅耳原理及它对光的衍射现象的定性解释。理解用半波带法分析单缝夫琅禾费衍射条纹的分布规律，理解中央明纹的半角宽度、线宽度的概念；能熟练地应用单缝衍射明、暗纹的条件，计算波长、条纹位置等衍射现象中的有关问题。了解圆孔衍射及光学仪器的分辨本领。

（4）掌握光栅方程，理解光栅光谱的特征。会确定光栅衍射谱线的位置及光强分布规律，会分析光栅常数及波长对光栅衍射谱线分布的影响。理解光栅缺级现象及缺级条件。

（5）理解自然光和偏振光的概念及获得和检验偏振光的方法。掌握布儒斯特定律和马吕斯定律及其应用。了解双折射现象。

重点

（1）光程的概念以及光程差和相位差的关系。

（2）杨氏双缝干涉的规律及其有关计算。等倾干涉、等厚干涉、牛顿环光程差的计算，干涉规律及其应用。

（3）用半波带法分析单缝夫琅禾费衍射明、暗纹分布规律，能熟练地应用单缝衍射明、暗纹的条件，计算波长、条纹位置等衍射现象中的有关问题。

（4）光栅方程及其应用。会计算光栅常数、条纹位置、缺级级数等衍射现象中的有关问题。

难点

（1）干涉、衍射现象中典型问题的光程差计算。

（2）用半波带法分析单缝夫琅禾费衍射明、暗纹分布规律及衍射明、暗条纹的条件。

（3）光栅衍射光强分布曲线的特点。（4）双折射现象。

6.狭义相对论（6学时）

基本要求

（1）了解爱因斯坦狭义相对论的两条基本原理，掌握洛伦兹坐标变换式及其简单应用。

（2）了解狭义相对论速度变换公式。

（3）理解狭义相对论时空观——即同时的相对性、时空量度的相对性。理解长度收缩和时间延缓的概念。了解狭义相对论时空观与经典力学的绝对时空观的区别。

（4）理解狭义相对论中质量、动量与速度的关系，狭义相对论力学基本方程，质能关系，动量和能量关系。

重点

（1）洛伦兹坐标变换及其应用。

（2）狭义相对论时空观，同时的相对性、长度收缩和时间延缓的概念及其应用。

（3）狭义相对论动力学的几个主要结论及其应用。难点

（1）狭义相对论速度变换公式的应用。（2）狭义相对论动力学的几个主要结论的应用。

7.量子物理基础（8学时）(选讲)基本要求

（1）了解黑体模型、单色辐出度、辐出度的概念，了解经典物理理论在说明热辐射时所遇到的困难。理解普朗克量子假设的内容和意义。

（2）理解光电效应和康普顿效应的实验规律以及爱因斯坦的光子理论对这两个效应的解释，理解光的波粒二象性及联系波粒二象性的基本公式。

（3）理解氢原子光谱的实验规律及波尔的氢原子理论。用玻尔理论计算简单的氢原子光谱问题。

（4）理解德布罗意的物质波假设，了解电子衍射实验，理解德布罗意公式及其应用。理解实物粒子的波粒二象性。

（5）理解一维坐标和动量的不确定关系及其应用。

（6）理解波函数及其统计解释。了解一维定态薛定谔方程及薛定谔方程处理一维无限深势阱等微观物理问题的方法。

（7）了解氢原子的能量量子化、角动量量子化和角动量的空间量子化。（8）了解施特恩一格拉赫实验及微观粒子的自旋。

（9）了解泡利不相容原理、原子的电子壳层结构及原子中电子状态按四个量子数的分布规律、元素周期表。

重点

（1）光电效应和康普顿效应的实验规律及爱因斯坦的光子理论对这两个效应的解释。能用爱因斯坦方程进行简单计算，理解光的波粒二象性及联系波粒二象性的基本公式。

（2）氢原子光谱的实验规律及波尔的氢原子理论，用玻尔理论计算简单的氢原子光谱问题。

（3）德布罗意的物质波假设，德布罗意公式及其应用。（4）理解一维坐标和动量的不确定关系及其应用。

（5）波函数及其统计解释。一维定态薛定谔方程及薛定谔方程处理一维无限深势阱等微观物理问题的方法。

（6）氢原子的能量量子化、角动量量子化和角动量的空间量子化。（7）泡利不相容原理，原子的电子壳层结构及原子中电子状态按四个量子数的分布规律。

难点

（1）单色辐出度、辐出度的概念。

（2）理解波函数及其统计解释。了解一维定态薛定谔方程及薛定谔方程处理一维无限深势阱等微观物理问题的方法。

（3）氢原子的量子理论。

8．代工程技术的物理基础专题（另定）

三、能力培养的要求

通过大学物理课程教学, 应使学生初步具备以下能力：

1.独立获取知识的能力——逐步掌握科学的学习方法，阅读并理解相当于大学物理水平的物理类教材、参考书和科技文献，不断地扩展知识面，增强独立思考的能力，更新知识结构；能够写出条理清晰的读书笔记、小结或小论文。

2.科学观察和思维的能力——运用物理学的基本理论和基本观点，通过观察、分析、综合、演绎、归纳、科学抽象、类比联想、实验等方法培养学生发现问题和提出问题的能力，并对所涉问题有一定深度的理解，判断研究结果的合理性。

3．分析问题和解决问题的能力——根据物理问题的特征、性质以及实际情况，抓住主要矛盾，进行合理的简化，建立相应的物理模型，并用物理语言和基本数学方法进行描述，运用所学的物理理论和研究方法进行分析、研究。

4．素质培养

（1）求实精神——通过大学物理课程教学，培养学生追求真理的勇气、严谨求实的科学态度和刻苦钻研的作风。

（2）创新意识——通过学习物理学的研究方法、物理学的发展历史以及物理学家的成长经历等，引导学生树立科学的世界观，激发学生的求知热情、探索精神、创新欲望，以及敢于向旧观念挑战的精神。

（3）科学美感——引导学生认识物理学所具有的明快简洁、均衡对称、奇异相对、和谐统一等美学特征，培养学生的科学审美观，使学生学会用美学的观点欣赏和发掘科学的内在规律，逐步增强认识和掌握自然科学规律的自主能力。