《大学物理88学时》课程教学大纲

《大学物理88学时》课程教学大纲课程名称（中文/英文）：大学物理/University Physics课程类别：通识必修课课程性质：必修课/学位课 适用专业：信息学院（信计除外），机械学院学时数：88 其中，实验/上机学时：0学分数：5.5 考核方式：考试预修课程：高等数学教学参考书：马文蔚改编.物理学.高等教育出版社.出版时间2006年.吴百诗编.大学物理基础.科学出版社.出版时间2007年.赵宴等主编.大学物理学.科学出版社.出版时间2009年.开课单位：信息科学与工程学院大学物理教研室课程简介：以物理学基础为内容的大学物理课程，是理工科各专业的一门重要必修基础课。大学物理课程既为学生打好必要的物理基础，又在培养学生科学的世界观，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、创新意识等方面，具有其他课程不能替代的重要作用。对于学生毕业后的工作和进一步学习新理论、新知识、不断更新知识，都将产生深远的影响；对培养学生辩证唯物主义世界观也起着一定的作用。大学物理课程的内容包括经典力学、热学、电磁学、光学等。经典物理在科学技术领域仍然是应用最广泛的基础理论，而且也是学习近代科学技术新理论、新知识的重要基础理论，在大学物理的学习中对经典物理内容应予以重视。本门课程对学生知识、能力和素质的培养目标：通过该课程的学习，使学生对物理学中的基本概念、基本理论、基本方法能够有比较全面和系统的认识和正确的理解，并具有初步应用的能力。培养学生实事求是的科学态度和辩证唯物主义的世界观。了解各种理想物理模型并能根据物理概念、问题的性质和需要，能够抓住主要因素，略去次要因素，对所研究的对象进行合理的简化。培养学生基本的科学素质，使之能够独立地阅读相当于大学物理水平的教材、参考书和文献资料。为学生进一步学习专业知识、掌握工程技术以及今后知识更新打下必要的物理学基础。培养学生对所学知识的综合及运用能力，并打下在科学研究中或生产实践中运用物理学的原理、方法和手段解决问题的基础，增强学生毕业后对所从事工作的适应能力。教学目的和要求第一章 质点运动学 （5学时）理解质点模型和参照系等概念；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；能借助于直角坐标系熟练地计算质点在平面内运动时的速度和加速度；掌握角位置、角速度、角加速度等描述质点圆周运动的物理量；掌握圆周运动的角量表示及角量与线量之间的关系；能够计算质点作圆周运动时的角速度和角加速度、切向加速度和法向加速度，用自然坐标表示平面曲线运动的加速度速度。教学重点和难点质点位矢、位移、速度、加速度、角位置、角速度、角加速度。教学内容一、质点运动的描述1．质点参考系坐标系位置矢量运动方程位移速度加速度二、用直角坐标表示的位移、速度和加速度三、圆周运动的角量表示角量与线量的关系教学目的和要求第二章 牛顿定律 （2.5学时）理解牛顿运动三定律的物理内容，了解其适用范围；能够使用隔离法分析物理对象，熟练应用牛顿运动定律分析和解决基本力学问题。教学重点和难点牛顿三定律的应用、简单的变力问题。教学内容一、牛顿定律1．牛顿第一定律牛顿第二定律牛顿第三定律二、几种常见的力1．万有引力2．弹性力3．摩擦力三、牛顿定律的应用举例教学目的和要求第三章 动量守恒定律和能量守恒定律 （2.5学时）掌握动量、冲量的概念，明确其物理意义，并熟练应用动量定理、动量守恒定律求解质点在平面内的动力学问题；理解功、动能、势能、保守力和机械能概念，明确其物理意义，并能进行有关的计算；掌握动能定理、机械能守恒定律，理解功能原理、能量守恒定律及其意义。教学重点和难点冲量与动量守恒、变力功和冲量的计算、势能的计算、守恒定律的应用。教学内容一、质点和质点系的动量定理1．冲量质点的动量定理质点系的动量定理动量守恒定律二、动能定理1．功2．质点和质点系的动能定理三、保守力与非保守力势能重力万有引力和弹性力作功的特点保守力与非保守力保守力作功的数学表达式3．势能四、功能原理机械能守恒定律1．质点系的动能定理2．机械能守恒定理教学目的和要求第四章 刚体的定轴转动 （6学时）了解刚体模型和刚体的基本运动，理解刚体运动与质点运动的区别和联系；理解描述刚体定轴转动的角坐标、角位移、角速度和角加速度等概念及其运动学公式；理解转动惯量的意义及计算方法，能够计算典型几何形体的转动惯量；理解转动定律，能够结合力矩概念构造动力学方程求解定轴转动的问题；理解力矩的功，刚体的转动动能，刚体的重力势能等的计算方法；能够应用动能定理及机械能守恒定律解决刚体定轴转动的问题；理解刚体的动量矩（角动量）概念，能计算刚体或质点对固定轴的动量矩；理解动量矩守恒定律及其适用条件，并能对含有定轴转动刚体在内的系统正确应用角动量定理及角动量守恒定律分析、计算有关问题。教学重点和难点转动定律、角动量守恒定律、转动定律的应用，角动量守恒定律的应用。教学内容一、刚体的定轴转动1．刚体转动的角速度和角加速度匀变速转动公式角量与线量的关系二、力矩转动定律转动惯量1．力矩2．转动定律3．转动惯量平行轴定理三、角动量角动量守恒定律1．质点的角动量定理和角动量守恒定律刚体定轴转动的角动量定理和角动守恒定律四、力矩作功刚体绕定转转动的动能定理1．力矩的功2．转动动能刚体绕定轴转动的动能定理教学目的和要求第五章 静电场 （8学时）理解描述静电场的两个物理量──电场强度和电势的物理意义，理解电场强度是矢量点函数，而电势则是标量点函数；掌握库仑定律，理解带电体的理想模型（如“点”电荷、“无限大”带电平面、“无限长”带电直导线等）的物理意义；理解高斯定理及静电场的环流定律是静电场的两个重要方程，它们表明静电场是有源场和保守场；掌握用点电荷电场强度和场强叠加原理以及高斯定理求解带电系统电场强度的方法；掌握点电荷电势和电势叠加原理以及电势的定义式，求解带电系统电势的方法；理解电场强度与电势的关系。教学重点和难点电场强度和电势的概念、电场叠加原理、电场强度通量、静电场的高斯定理和环路定理、应用叠加原理计算电场强度及电势、应用高斯定理和环路定理解决真空的静电场问题、电场强度与电势梯度。教学内容一、电荷的量子化电荷守恒定律1．电荷的量子化电荷守恒定律二、库仑定律三、电场强度1．静电场2．电场强度点电荷电场强度电场强度的叠加原理四、电场强度通量高斯定理1．电场线2．电场强度通量3．高斯定理4．高斯定理应用举例五、静电场的环流定理 电势能1．静电场力所作的功2．静电场的环路定理3．电势能六、电势1．电势点电荷电场的电势电势的叠加原理七、电场强度与电势梯度1．等势面2．电场强度与电势梯度教学目的和要求第六章 静电场中的导体 （6学时）理解导体的静电平衡条件，理解导体达到静电平衡状态时电荷及电场强度的分布特征；能结合静电平衡条件分析静电感应、静电屏蔽等现象；理解电容的定义及其物理意义，掌握典型电容器电容及电容器储能的计算方法；了解电介质的极化原理和电介质对静电场的影响；了解含电介质时的高斯定理和有电介质存在时静电场中的电位移矢量D和电场强度E的计算方法；了解电介质对电容器性质的影响；理解电容器的储能公式，理解电场能量密度的概念，并能作有关电场能量的简单计算。教学重点和难点静电平衡条件及静电平衡时导体上的电荷分布、静电平衡时导体表面附近的场强、电容器的电容、电容器电容的计算、电介质中的电场、有介质时的高斯定理、电位移矢量、电场能量、电容器储能。教学内容一、静电场中的导体1．静电平衡条件2．静电平衡时导体上电荷的分布3．静电屏蔽二、静电场中的电介质1．电介质对电场的影响相对电容率2．电介质的极化三、电位移有电介质时的高斯定理四、电容电容器1．孤立导体的电容2．电容器3．电容器的串联和并联五、静电场的能量能量密度1．电容器的电能2．静电场的能量能量密度教学目的和要求第七章 恒定磁场 （8学时）掌握磁感应强度的概念及毕奥-萨伐尔定律；能计算一些简单几何形状的载流导体（如载流直导线、圆电流等）产生的恒定磁场分布；理解稳恒磁场的规律：磁场高斯定理和安培环路定理；能够应用安培环路定理计算某些具有对称性载流导体产生磁感应强度的方法。能计算简单非均匀磁场中，某回路包围面积上的磁通量；理解安培定律，能用右手螺旋法则判断安培力方向，能用安培定律计算几何形状简单的载流导体在磁场中所受的安培力；理解载流平面线圈磁矩的概念和计算方法；了解载流平面线圈在匀强磁场中所受磁力矩的计算公式，能够准确地判断磁力矩的方向；理解洛仑兹力的物理意义和判断洛仑兹力方向的方法；能计算运动电荷所受到的磁场力并能分析匀强磁场中电荷运动的规律；了解霍耳效应的机理。教学重点和难点磁场、磁感强度、毕奥-萨伐尔定律、磁通量、磁场的高斯定理、安培环路定理、带电粒子在电场和磁场中的运动、载流导线在磁场中所受的力、磁场对载流线圈的作用教学内容一、电源电动势二、磁场磁感应强度三、毕奥-萨伐尔定律1．毕奥-萨代尔定律2．毕奥-萨代尔定律应用举例四、磁通量磁场高斯定理1．磁感应线2．磁通量磁场的高斯定理五、安培环路定理1．安培环路定理2．安培环路定理的应用举例六、带电粒子在电场和磁场中的运动七、载流导线在磁场中所受的力1．安培力2．磁场作用于载流线圈的磁力矩教学目的和要求第八章 电磁感应电磁场 （10学时）理解法拉第电磁感应定律及其物理意义。能够应用楞次定理准确判断感应电动势的方向，能应用法拉第电磁感应定律计算感应电动势；理解动生电动势；能够用动生电动势的公式计算简单几何形状的导体在匀强磁场或对称分布的非匀强磁场中运动时的动生电动势；了解动生电动势中的非静电力是洛仑兹力；理解从电磁感应现象引出的感生电动势和感生电场概念，了解感生电场的两条基本性质以及它与静电场的区别；能够计算简单的感生电场强度及感应电动势，并会判断感生电场的方向；理解磁场能量及能量密度的概念，了解磁场能量定域于磁场中；掌握一些简单模型的磁场能量的计算方法；理解位移电流，麦克斯韦方程组。教学重点和难点电磁感应定律、动生电动势、感生电动势、磁场的能量、磁场能量密度、位移电流、麦克斯韦方程组。教学内容一、电磁感应定律1．电磁感应现象2．电磁感应定律3．楞次定律二、动生电动势和感生电动势1．动生电动势2．感生电动势三、磁场的能量磁场能量密度四、位移电流电磁场基本方程的积分形式1．位移电流全电流安培环路定理电磁场麦克斯韦电磁场方程的积分形式教学目的和要求第九章 机械振动 （5学时）理解谐振动模型，掌握简谐振动的基本特征及描述简谐振动的基本特征量：频率、相位、振幅的意义及确定方法，能够进行一些简单的计算；掌握旋转矢量法，并能用以分析有关问题（如确定初相、运动时间、写出振动方程）；理解两个同方向、同频率谐振动合成的规律，以及合振动振幅极大和极小的条件。教学重点和难点谐振动、谐振动中的振幅/周期/频率和相位、旋转矢量法、谐振动的能量、谐振动的合成。教学内容一、简谐振动1．简谐振动2．振幅周期和频率4．相位5．振幅和初相的确定二、旋转矢量三、弹簧振子和单摆1．弹簧振子2．单摆四、简谐振动的能量五、同方向同频率简谐振动的合成教学目的和要求第十章 机械波 （5学时）理解描述波动的各物理量的物理意义及各量之间的相互关系；理解机械波产生的条件；掌握根据已知质元的振动表达式建立平面简谐波的波函数的方法以及波函数的物理意义，理解波形图线；了解波的能量传播特征及能流、能流密度等概念；理解惠更斯原理和波的叠加原理；掌握波的相干条件，能应用位相差和波程差的概念分析和确定相干波叠加后振幅加强和减弱的条件。教学重点和难点机械波的几个概念、平面简谐波的波函数、波的能量、惠更斯原理、波的衍射、波的干涉、平面电磁波。教学内容一、机械波的几个概念1．机械波的形成横波与纵波波线波面波前波长波的周期和频率波速二、平面简谐波的波函数1．平面简谐波的波函数2．波函数的物理意义三、波的能量能流密度1．波动能量的传播2．能流和能流密度四、惠更斯原理波的衍射和干涉1．惠更斯原理2．波的衍射3．波的干涉五、平面电磁波电磁波的产生和传播平面电磁波的特性电磁波的能量4．电磁波谱教学目的和要求第十一章波动光学 （18学时）了解原子发光的特点，理解光的相干条件及获得相干光的基本原理和一般方法；掌握光程概念以及光程差与相位差的关系，了解反射时产生半波损失的条件；能正确计算两束相干光之间的光程差和相位差，并写出产生明条纹和暗条纹的相应条件；掌握杨氏双缝干涉的基本装置和实验规律，了解干涉条纹的分布特点及其应用，并能做相应的计算；掌握薄膜等厚干涉的规律及干涉位置的计算，理解等倾干涉条纹产生的原理，了解薄膜干涉原理在实际中的应用；了解迈克尔逊干涉仪的结构、原理及其应用；理解惠更斯-菲涅耳原理及其对光衍射现象的定性解释；了解分析单缝夫琅和费衍射的半波带法，能够根据衍射公式确定明、暗条纹分布；了解光栅衍射条纹的成因和特点；掌握光栅公式，了解确定谱线位置的方法。了解自然光、偏振光和部分偏振光的意义，理解偏振器起偏和检偏的方法和原理；掌握马吕斯定理，并能正确运用它来计算有关问题。了解光在各向同性介质界面上反射和折射时偏振状态的变化，掌握布儒斯特定理，并能作相应计算。教学重点和难点相干光源、杨氏双缝实验、光程差、薄膜干涉、劈尖、牛顿环、迈克尔孙干涉仪、光的衍射、单缝衍射、衍射光栅、光的偏振性、马吕斯定律、反射光和折射光的偏振教学内容一、相干光光程1．相干光光程及光程差透镜不引起附加光程差二、杨氏双缝干涉三、薄膜干涉四、劈尖牛顿环五、迈克耳孙干涉仪六、光的衍射1．光的衍射现象2．惠更斯-菲涅耳原理七、单缝衍射八、衍射光栅1．光栅2．光栅衍射条纹的形成3．衍射光谱九、光的偏振性马吕斯定律1．自然光偏振光偏振片起偏与检偏马吕斯定律十、反射光和折射光的偏振教学目的和要求第十二章 气体动理论 （5学时）了解理想气体的微观模型和宏观模型，理解理想气体的状态方程及其应用；理解理想气体压强和温度的统计意义，了解从微观的分子动理论推导宏观压强公式的方法；理解气体分子速率分布函数及速率分布曲线的意义，了解麦克斯韦速率分布律，了解三种统计速率的意义及计算方法；了解自由度概念，理解能量均分定理及理想气体的内能公式；了解分子的平均碰撞频率和平均自由程概念。教学重点和难点物质的微观模型、统计规律性、理想气体的压强公式、理想气体分子的平均平动动能与温度的关系、能量均分定理、理想气体内能、麦克斯韦气体分子速率分布律、分子平均碰撞次数和平均自由程。教学内容一、平衡态理想气体物态方程1．平衡态气体的物态方程理想气体物态方程二、物质的微观模型统计假设