《大学物理学》课程教学大纲

1、PAGE 大学物理学课程教学大纲（执笔人：李承祖 梁林梅 审阅学院：理学院）课程编号：英文名称：College Physics预修课程：高等数学学时安排：136学时，其中讲授116学时，实践20学时。学 分：7.5一、课程概述（一）课程性质地位物理学是研究物质结构和物质运动最基本规律的学科。物理学是一切自然科学和工程技术的理论基础。大学物理学是工程技术类各专业本科学员的一门重要基础理论课程。（二）课程基本理念大学物理学教学的基本理念是：通过本课程教学，使学员认识物质世界运动、变化的基本规律；掌握基本物理学语言、概念、基本原理和探索物质世界运动规律的理论和方法；对物理学发展历史、现状和前沿有整体

2、、全面的了解。为学习后续专业课程，将来从事国防高新技术研究和开发应用打下坚实的自然科学物理基础；同时通过本课程教学，培养学员科学世界观、科学思维方法，提高学员的科学素质、分析解决问题的能力；使学员养成严谨求实的科学态度和追求真理的科学精神，具有较强的创新意识和独立获取知识的能力。（三）课程设计思路大学物理学教学内容重点应放在物理图像、物理思想、物理方法的教学，突出教学内容的现代化改革，充分反映以相对论、量子论为核心的20世纪新物理学，介绍量子力学的基本概念、原理和方法。努力在现代物理的基础上，给学员构筑一个合理的、开放的物理知识结构和背景，使他们能以此为基础，去接受、理解当代科技新概念、新技术

3、和最新文献资料；尽可能全面地介绍物理学最基本的原理，给学员描绘出一个包括非线性、量子性、统计的因果性、对称性、时空的物质性和相对性等完整的物质世界图像。在教学内容上采用“三个层次、一个统一、两个突出”的处理方法。“三个层次”就是将传统的大学物理教学内容分为三个不同层次： 第一层次：属于认识论、方法论和科学世界观方面、体现现代物理思想、有助于学生获得完整的物质世界图像、建立科学思想方法和辩证唯物主义世界观的内容。第二层次：描述不同物质层次（机械运动、热运动、辐射场，微观粒子）运动基本规律的内容。第三层次：运用第二层次得到的基本规律，或研究一定范围内不同现象局部的、具体的规律，或解释一些自然现象，

4、或说明物理学在生产实际、科学技术中的具体应用。赋予不同层次教学内容不同的教学目的，采取不同方式处理。“一个统一”就是强调“运动状态”的概念，用“独立状态参量描述运动状态，通过状态参量、状态函数的演化表示运动规律”这一理论框架，用统一的体系处理力、热、电及量子物理。使课程理论线条清晰，达到优化经典物理教学内容，同时降低学习量子物理难度的目的。“两个突出”就是突出军事应用和突出实验教学。二、课程目标（一）知识与技能大学物理学是非物理专业理工科本科学员的公共基础课。通过本课程教学，目的是使学员认识物质世界运动、变化的基本规律；掌握基本物理学语言、概念、基本原理和探索物质世界运动规律的理论和方法；对物

5、理学发展历史、现状和前沿有整体、全面的了解。为学习后续专业课程，将来从事国防高新技术研究和开发应用打下坚实的自然科学物理基础；努力在现代物理的基础上，使学员具有一个合理的、开放的物理知识结构和背景，能以此为基础，去接受、理解当代科技新概念、新技术和最新文献资料。 （二）过程与方法不同层次的教学内容采用不同处理方法，第二层次是第一层次的载体，是教学内容主体和重点。适当地、有选择地处理第三层次，注意通过第二层次教学内容的引深、升华到第一层次。在教学过程中注意：（1）以现代物理思想、观点整合、压缩经典内容，加强近代物理教学；（2）系统地介绍量子力学、相对论的基本概念、原理和方法。努力在现代物理的基础

6、上，给学员构筑一个合理的、开放的物理知识结构和背景；（3）坚持“从现象引出概念，由实验总结出规律”的普物风格。突出实验教学环节。介绍作为物理学基石的一些典型实验；（4）贯彻以人为本、提高学员科学文化素质的理念，开发物理教学的高品位文化功能，发掘教学内容的人性化品质，使学员受到科学精神、创新意识的熏陶。（5）发挥多媒体现代化教学手段的功能，增加课堂信息量，形象化、直观化教学内容。（三）情感态度与价值观坚持辩证唯物主义的世界观，坚持实事求是的科学态度；忠诚党的教育事业、全身心服务学生；为国防科学技术现代化教书育人。三、内容标准第一专题：力学 （20学时，含引言 1学时）本篇重点把握（1）质点（物体

7、）机械运动状态的描述（即描述机械运动状态参量和状态函数：位矢、速度（动量）、动能、位能、角动量等的概念和计算）；（2）机械运动的规律（即运动状态参量或状态函数变化的规律：Newton 运动定律、动量定理、动能定理、功能原理以及角动量定理等）。注意阐明：物质不灭、运动永恒；运动有规律性，运动规律是客观的、可认识的辩证唯物主义世界观。第1 章 运动学 （4学时）主要内容：运动函数、位置矢量、位移、速度、加速度，质点作曲线运动时切向加速度和法向加速度等概念。教学重难点：位移，切向加速度，法向加速度。教学要求： 1正确理解质点的运动函数、位置矢量、位移、速度、加速度，以及质点作曲线运动时切向加速度和法

8、向加速度等概念；会应用矢量工具，掌握相关计算；2理解Galileo 变换及它反映的绝对时空观。第2 章 质点动力学 （6学时）主要内容：牛顿三条定律，动量定理和动量守恒定律，角动量定理和角动量守恒定律，动能定理，保守力及势能，功能原理和机械能守恒定律。教学重难点：牛顿定律解题，动量定理、角动量定理、功能原理；动量守恒、角动量守恒、机械能守恒条件。教学要求： 1深入理解牛顿定律，了解四种基本自然力；掌握重力、弹性力、摩擦力；2理解冲量的概念，掌握动量定理、动量守恒定律及适用条件；3理解力学相对性原理，会引入惯性力在非惯性系中解题。4理解角动量概念，掌握角动量定理、角动量守恒定律及适用条件；5理解

9、功的概念，掌握功的计算，掌握质点的动能定理及应用；6理解保守力及势能、机械能的概念，掌握功能原理和机械能守恒定律。第 3 章 质点系动力学 （4学时）主要内容：质点系动量定理和动量守恒定律，质点系角动量定理和角动量守恒定律，质点系动能定理，保守力及势能，质点系功能原理和机械能守恒定律。教学重难点：质点系动量定理、质点系角动量定理、质点系功能原理及质点系动量守恒、质点系角动量守恒、质点系机械能守恒条件。教学要求： 1掌握质点系动量定理和质点系动量守恒定律； 2了解火箭推进器原理、火箭速度公式；3了解质心和质心运动定律；4掌握质点系角动量、角动量定理和角动量守恒定律。5掌握质点系的功能原理和机械能

10、守恒定律及应用；6了解三种宇宙速度，地球同步卫星的知识；7了解碰撞的概念和处理方法。第4 章 刚体力学 （5学时）主要内容：刚体运动分类和运动描述；刚体定轴转动定律；刚体定轴转动中的功能原理；角动量定理和角动量守恒定律。教学重难点：刚体定轴转动定律；刚体定轴转动中的功能原理；角动量定理和角动量守恒定律。教学要求： 1了解刚体概念，刚体运动分类和运动描述；2. 理解力矩、转动惯量的概念，掌握刚体定轴转动定律；3. 掌握力矩的功，转动动能，刚体定轴转动中的功能原理；刚体定轴转动过程中角动量定理和角动量守恒定律；4了解刚体的平面运动动力学；5了解进动和惯性导航原理。第二专题 统计物理和热力学 （12

11、学时）这一专题重点把握热力学系统状态描述（宏观描述和微观描述，温度的概念），热力学系统状态变化的规律（热力学第一 、第二定律）；重点介绍热力学第二定律的意义、熵的概念。具体要求是： 第1章 气体分子运动论 （4学时）主要内容：平衡态、温度等概念；能量按自由度均分定理；理想气体内能；速度分布函数概念和Maxwell速率分布率以及三种速率；分子平均自由程、碰撞频率。教学重难点：平衡态、温度等概念；速度分布函数概念，Maxwell速率分布率以及三种速率。教学要求：1了解热力学系统概念、热力学系统状态描述方法；理解平衡态、温度等概念，掌握理想气体状态方程；2理解理想气体的微观模型、有关的统计假设以及理

12、想气体压强公式的推导；温度的统计意义；3理解能量按自由度均分定理的意义，掌握理想气体内能公式；4理解速度分布函数概念、Maxwell速率分布率以及三种速率的意义；5了解Boltzmann分布律，粒子在重力场中按高度的分布；6理解分子平均自由程、碰撞频率；7了解实际气体的等温线，Van deer Wails方程。第2 章 热力学第一定律 （4学时）主要内容：准静态过程以及功、热、内能的概念；热力学第一定律；循环过程的概念，卡诺循环和循环过程效率。教学重难点：热力学第一定律在理想气体几种准静态过程和绝热过程中的应用；循环过程效率的计算。教学要求：1理解准静态过程以及功、热、内能的概念，掌握体积功的

13、计算；2理解热力学第一定律，掌握它在理想气体几种准静态过程和绝热过程分析中的应用；3理解循环过程的概念，掌握卡诺循环和循环过程效率的计算。第 3 章 热力学第二定律 （4学时）主要内容：宏观过程的不可逆性，热力学第二定律及其统计意义；Carnot 定理，熵概念及熵计算，理解熵增加原理。教学重难点：不可逆性概念，热力学第二定律及其统计意义；Carnot 定理，熵概念及熵计算。教学要求：1理解实际宏观过程的不可逆性和不可逆性的互相沟通，掌握热力学第二定律及其统计意义；2理解可逆过程的概念，理解Carnot 定理；3掌握Clausius熵公式及熵计算，理解熵增加原理；4了解Boltzmann熵公式和

14、能量退化，了解熵和信息、信息的负熵原理。第 4 章 非平衡态热力学简介不作专门讲解，大概了解 ，主要自己阅读。第三专题：电磁学 （28学时）本篇重点把握电荷守恒定律、Lorentz 力公式；静电场和稳恒磁场性质（即相应的Gauss定理、环量定理其及微分形式散度、旋度方程）；电磁感应定律和Maxwell 方程组。注意突出场作用、场物质的观念，以及物质相互作用，电磁统一的思想。本部分具体要求是：第 1 章 真空中的静电场 （6学时）主要内容：Coulomb定律、电场迭加原理，电场强度的计算；电通量的概念，高斯定理；电场环量定理、电势概念，电势的计算及场强和电势梯度的关系。教学重难点：电场强度的计算

15、；高斯定理的应用；电场环量定理，电势的计算及场强和电势梯度的关系。教学要求：1理解电荷守恒定律和电荷的相对论不变性；2理解Coulomb定律、电场迭加原理，掌握特殊电荷分布电场强度的计算；3理解电通量的概念，掌握高斯定理的应用；4理解静电场环量定理、电势概念，掌握电势的计算及场强和电势梯度的关系。第 2 章 导体、电介质和静电场的相互作用 （5学时） 主要内容： 静电平衡条件，有导体存在时电荷分布和电场分布；介质极化，电位移矢量概念；有介质存在时的高斯定理；静电场能量和静电场对电荷作用力。教学重难点：有导体存在时电荷分布和电场分布；介质极化微观机制；用高斯定理解题；静电场能量和静电场对电荷作用

16、力的计算。教学要求：1掌握导体静电平衡条件，有导体存在时电荷分布和电场分布；理解静电屏蔽现象；2理解介质极化的微观机制，电位移矢量概念；掌握有介质存在时的高斯定理；3理解电容的概念，掌握电容器电容的计算；4理解静电场能量和静电场对电荷作用力公式。第 3 章 稳恒电场 （1学时）主要内容：电流密度矢量、稳恒电流、稳恒电场、电动势等概念；稳恒电流条件。教学重难点：电流密度矢量、稳恒电场、电动势概念；稳恒电流条件。教学要求：1理解电流密度矢量、稳恒电流、稳恒电场、电动势等概念；2掌握微分形式的欧姆定律、电流功和功率，微分形式的焦耳一愣次定律；3了解电容器的充、放电过程。第 4 章 真空中的磁场 （6

17、学时）主要内容：磁力、磁感应强度等概念；Biot-Savart定律及电流磁场的计算；安培环路定理；磁场高斯定理；Lorentz 力公式。教学重难点：Biot-Savart定律及电流磁场的计算；安培环路定理和应用；磁场高斯定理及意义；Lorentz 力公式及其应用。教学要求：1理解磁力、磁感应强度等概念；Biot-Savart定律及电流磁场的计算；2掌握安培环路定理和应用；理解磁场高斯定理及意义；3掌握Lorentz 力公式，理解带电粒子在电磁场中的运动分析，磁场对载流导线作用力分析，了解磁镜、磁约束以及质谱仪原理和霍尔效应；4了解磁电式仪表原理。第 5 章 磁介质和磁场的相互作用 （2学时）主

18、要内容：分子电流圈模型和介质磁化的微观机制，磁化强度矢量和磁化电流；磁场强度H环路定理及应用；铁磁介质种类及在技术的应用。教学重难点：磁化强度矢量和磁化电流；磁场强度H环路定理及应用。教学要求：1理解物质磁性分子电流圈模型和介质磁化的微观机制，理解磁化强度矢量的物理意义和磁化电流的概念；2理解磁场强度H，掌握H环路定理及应用；3了解铁磁介质的磁化机制、铁磁介质种类及其在技术的应用，了解磁路定律。第 6 章 电磁感应定律 （6学时）主要内容：Faraday电磁感应定律，动生电动势和感生电动势；自感和互感，磁场能量。教学重难点：Faraday电磁感应定律，动生电动势和感生电动势的计算；自感和互感的

19、计算；磁场能量的计算。教学要求：1理解Faraday电磁感应定律，掌握动生电动势和感生电动势的计算，了解涡电流；2理解自感和互感的概念，了解简单情况下自感和互感的计算；3掌握磁场能量的计算。第 7 章 Maxwell 方程组 电磁波 （2学时）主要内容：位移电流；Maxwell方程组，电磁场的能流、能量和动量，电磁场的物质性，电磁波的产生与基本性质，电磁波谱。教学重难点：位移电流的概念；Maxwell方程组和Maxwell 方程组的积分、微分形式; 变化电磁场的能流、能量和动量，电磁场的物质本质，电磁波的产生与基本性质。教学要求：1了解Maxwell 方程组蕴含电磁波波动方程 ，了解验证电磁波

20、赫兹实验；2了解天线概念，了解电偶极辐射的电磁场、能流和角分布；3掌握平面单色电磁波的横波性、极化状态等特点；4了解电磁波在介质分界面上的反射和折射；5掌握电磁波干涉和衍射；6了解电磁波谱。教学要求：1理解位移电流的概念；2理解Maxwell方程组，Maxwell 方程组的积分和微分形式; 3了解变化电磁场的能流、能量和动量，电磁场的物质性；4电磁波的产生与基本性质；5了解电磁波谱。第四专题：振动 波动和波动光学 （26学时）本篇通过机械振动和机械波，阐明振动和波的概念以及描述方法，重点是波相位和波相干叠加的概念。根据光的电磁波本质，应用波动理论阐明光干涉、光衍射、光偏振和光应用。第 1 章

21、振动 （5学时）主要内容：简谐振动的概念和描述方法；简谐振动的动力学方程、简谐振动能量、受迫振动和共振；振动的合成和分解。教学重难点：简谐振动的概念，简谐振动的动力学方程、简谐振动能量、受迫振动和共振；振动的合成和分解。教学要求：1理解简谐振动的概念、振动的三个特征量的意义，掌握表示简谐振动的旋转矢量法；2理解简谐振动的动力学方程、简谐振动能量，了解受迫振动和共振；3掌握振动的合成和分解；4了解非线性振动，非线性现象和混沌的概念。第 2 章 波动 （6学时）主要内容：机械波的产生和传播，波的传播速度、波长、周期和频率；简谐波的波函数、能量密度、能流密度和波强度；Huygens原理，波在介质交界

22、面上的反射和折射；波叠加原理，波相干条件；驻波及驻波形成条件；Doppler效应；声波、声压、和声强级。教学重难点：简谐波的波函数、能量密度、能流密度和波强度；Huygens原理，波在介质交界面上的反射和折射； 波叠加原理，波相干条件；Doppler效应。教学要求：1理解机械波的产生和传播条件及波的传播速度、波长、周期和频率等概念；2掌握简谐波的波函数，理解波的能量密度，能流密度和波强度等概念；3掌握Huygens原理，波的衍射和波在介质交界面上的反射和折射； 4掌握波叠加原理，波相干条件；驻波与行波的区别，理解驻波及形成条件；5理解Doppler效应；6了解声波、声压、声强和声强级概念，了解

23、超声波的特性和应用、声纳。第 3 章 波动光学（）（光的干涉 ） （6学时）主要内容：原子发光的图像，光相干条件、获得相干光的方法，Young双缝干涉；光的时间相干性、空间相关性；等厚干涉、等倾干涉；Michelson干涉仪。教学重难点：光相干条件，Young双缝干涉分析；等厚干涉、等倾干涉原理和分析；Michelson干涉仪原理和应用。教学要求：1了解原子发光的图象，理解相干光条件、获得相干光的方法，掌握Young双缝干涉分析；2了解光的非单色性对干涉条纹的影响，了解光的时间相干性、空间相关性的概念；3理解光程的概念、等厚干涉、等倾干涉原理；了解Michelson干涉仪原理。第 4 章 波动

24、光学（II）（光的衍射 ） （6学时）主要内容：Huygens-Fresnel原理，单缝夫琅和费衍射，光栅衍射和光栅光谱；光学仪器分辨本领；X 射线在晶体上的衍射。教学重难点：Huygens-Fresnel原理，单缝夫琅和费衍射光强分布，光栅衍射和光栅光谱的分析。 教学要求：1理解Huygens-Fresnel原理，掌握单缝夫琅和费衍射光强分布；2掌握解光栅衍射和光栅光谱的分析；了解相控阵雷达原理；3了解光学仪器分辨本领的意义，了解X 射线在晶体上的衍射。第6 章 波动光学（III）（光的偏振 ） （3学时）主要内容：光偏振和光的偏振态；反射光和折射光的偏振态，布儒斯特定律；晶体双折射现象；波

25、片，椭圆偏振和圆偏振光。教学重难点：光偏振概念；反射光和折射光的偏振态，布儒斯特定律；正晶体、负晶体、光轴等概念；晶体双折射现象分析；波片的概念，椭圆偏振和园偏振光的获得和检测。教学要求：1理解光的偏振概念，光的偏振态；了解反射光和折射光的偏振态，掌握布儒斯特定律；2了解正晶体、负晶体、光轴等概念；理解晶体双折射现象；3理解波片的概念，掌握椭圆偏振和圆偏振光的获得和检测；4了解偏振光的干涉，色偏振。第五专题：相对论 物理学中的对称性 （10学时）本篇把握物质、运动和时空不可分割的联系。重点是阐明相对论的基本原理、相对论的时空观以及符合狭义相对论要求的物理规律的数学形式；质-能关系；电磁场的统一

26、性和相对性。对称性支配相互作用、对称性导致守恒定律。第 1 章 狭义相对论 （5学时）主要内容：狭义相对论产生的历史背景，狭义相对论基本原理和Lorentz变换；狭义相对论的时空理论。教学重难点：狭义相对论基本原理；Lorentz变换的意义；狭义相对论的时空特性。教学要求：1了解狭义相对论产生的历史背景，理解狭义相对论基本原理和Lorentz变换；2理解狭义相对论的时空理论；3了解四维时空*。第 2 章 相对论质点力学 电磁场的相对性 （4学时）主要内容：Lorentz 协变式的数学形式；相对论质点力学方程；质量能量关系、动量能量关系；相对论的Doppler效应，电磁现象的统一性和电磁场的相对

27、性。教学重难点：Lorentz 协变式和符合狭义相对论要求的物理规律的关系；相对论质点力学方程；质量能量关系的意义；相对论的Doppler效应；电磁现象的统一性和电磁场的相对性。教学要求：1理解Lorentz 协变式的数学形式；2掌握相对论质点力学方程；3掌握质量能量关系 动量能量关系；了解核能及应用，相对论的Doppler效应；4了解电磁现象的统一性和电磁场的相对性。第 3 章 广义相对论简介* 不作专门讲授，自己阅读，大概了解。第 4 章 物理学和对称性 （1学时）主要内容：对称的概念和对称性的数学描写方法；时空对称性和物理规律的数学形式及物理量；对称性支配相互作用，对称性和物理定律、对称

28、性和守恒定律；动力学对称性其应用。教学重难点：时空对称性和物理规律的数学形式 物理量；对称性支配相互作用，对称性和物理定律、对称性和守恒定律。教学要求：1了解对称的概念和对称性的数学描写方法；2了解时空对称性和物理规律的数学形式 物理量；3了解对称性支配相互作用，对称性和物理定律、对称性和守恒定律的联系；4了解动力学对称性其应用。第六专题 量子物理基础 （20学时）本篇把握由微观粒子的波粒二象性不确定关系经典方法描述微观粒子失效，引入波函数（几率幅）描述微观粒子运动状态，状态演化规律Schrodinger 方程以及力学量算子、量子测量等量子力学的基本理论。通过处理势阱、势垒、谐振子等几个简单系

29、统，揭示典型量子现象。通过用量子力学方法处理氢原子、解释元素周期律等原子结构问题，阐明量子力学的应用。注意在这一部分引申突出物质世界的统一性、量子性、因果关系的统计性。第 1 章 波粒二象性 （4学时）主要内容：黑体辐射，Planck能量子假设；光电效应的实验规律和Einstein光量子解释，Compton散射实验及解释；光子的概念与光的粒子性；实物粒子波粒二象性和de Broglie波。教学重难点：Planck能量子假设；光的波粒二象性；实物粒子波粒二象性；de Broglie波的理解。教学要求：1了解黑体辐射的规律，Planck能量子假设，光电效应的实验规律和Einstein光量子解释，Compton散射实验及解释。理解光子的概念与光的波粒二象性；2理解de Broglie关于实物粒子波粒二象性的假设，了解实物粒子波动性的实验事实；理解波粒二象性是物质世界的根本属性。第 2，3，4 章 量子力学的基本原理 （10学时）主要内容：描述量子态的波函数；量子态叠加原理；Schrdinger方程；特征量子现象：力学量的算子表示；量子力学测量理论，量子力学的非局域性和