《大学物理Ⅰ》课程教学大纲

《大学物理Ⅰ》课程教学大纲一、课程基本情况课程代码：114112123009/114112123010课程名称（中/英文）：大学物理Ⅰ/CollegePhysicsⅠ课程类别：专业基础课/必修课学分：5学分总学时：80学时理论学时：80学时实验/实践学时：0学时适用专业：金属材料工程适用对象：本科先修课程：高等数学教学环境：普通教室/多媒体教室开课学院：数学与物理教学部二、课程简介1.课程任务与目的(1)使学生通过学习物理学的基本概念、基本规律，了解自然界比较完整的物理结构，对物理学所研究的各种运动形式以及它们之间的联系有较全面、较系统的认识，对物理学的当代发展和成就以及物理学在工程技术中的应用有初步的了解。(2)使学生在逻辑思维能力、抽象思维能力以及分析问题与解决问题的能力方面受到初步训练，培养学生具有利用物理知识解决工程问题的能力。(3)在教学过程中注重激发学生的学习兴趣，培养学生自主学习能力以及积极探索、勇于创新的科学精神。坚持知识传授与价值引领相结合，课程中积极主动融入课程思政元素，不断加强世界观、人生观、价值观教育，激发学生的爱国情、强国志、报国行。引导学生践行社会主义核心价值观，培养学生成为德才兼备、全面发展的社会主义建设者和接班人。(4)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。2.对接培养的岗位能力在大学物理课程的各个教学环节中，都应在传授知识的同时，注重学生分析问题和解决问题能力的培养，注重学生探索精神和创新意识的培养，同时注重渗透人文素质教育，努力实现学生知识、能力、素质的协调发展。三、课程教学目标1.课程对毕业要求的支撑[毕业要求指标点1.1]具有较为系统的数学和自然科学基础知识，基本概念清晰，推导演算熟练，能够灵活应用数学知识对金属材料工程专业领域的复杂工程问题进行识别、建模与推导。[毕业要求指标点2.1]能够运用自然科学和金属材料工程科学的基本原理，识别金属材料领域复杂工程问题。[毕业要求指标点3.2]能够运用工程基础知识，针对金属材料的成分设计、制备加工等复杂工程问题，通过合理选材，或者设计/开发加工技术及工艺流程，满足特定需求。2.课程教学目标对应毕业要求指标点，具体内容如下教学目标1：对于要求掌握的內容(包括定理、定律、原理等的内容、物理意义及适用条件)都应比较透彻明了，并能熟练地用以分析和计算相当于大学物理课程水平的有关问题，对于那些能由基本定律导出的定理要求会推导。（支撑毕业要求指标点1.1）教学目标2：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。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。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。（支撑毕业要求指标点2.1、3.2）四、教学课时安排（一）学时分配主题或知识点教学内容总学时学时完成课程教学目标讲课实验实践质点运动学参考系，坐标系，位置矢量、位移、速度、加速度，曲线运动，运动学两类问题，相对运动881、2质点动力学牛顿运动定律，动量，动量守恒定律，功，动能定理、功能原理、机械能守恒定律881、2刚体力学基础刚体定轴转动的描述，力矩，刚体定轴转动的转动定律，刚体定轴转动的动能定理，刚体定轴转动的角动量定理和角动量守恒定律881、2静电场电场，电场强度，电通量，高斯定理，电场力的功，电势，电场强度与电势的关系，静电场中的导体和电介质，电容，电容器，电场的能量10101、2稳恒磁场磁场，磁感应强度，安培环路定理，磁场对载流导线的作用，磁场对运动电荷的作用，磁介质881、2变化的电磁场电磁感应定律，动生电动势与感生电动势，自感应与互感应，磁场能量661、2机械振动简谐振动的动力学特征，简谐振动的运动学，简谐振动的能量及合成，振动的频谱分析，阻尼振动，受迫振动，共振661、2机械波机械波的形成和传播，平面简谐波的波动方程，波的能量，惠更斯原理，波的叠加和干涉，驻波661、2光的干涉光源，光的相干性，杨氏双缝干涉实验，光程与光程差，薄膜干涉，劈尖干涉，牛顿环，迈克尔逊干涉仪881、2光的衍射光的衍射，惠更斯—菲涅耳原理，单缝夫琅禾费衍射，衍射光栅，圆孔衍射，光学仪器的分辨率，X射线衍射881、2光的偏振自然光，偏振光，起偏和检偏，马吕斯定律，反射与折射时光的偏振，散射光的偏振441、2合计8080五、教学内容及教学设计主题1质点运动学1.教学内容(1)掌握位置矢量、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计算质点在平面内运动时的速度、加速度。能借助于极坐标计算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。(2)理解质点运动的瞬时性、矢量性和相对性。(3)掌握运动学两类问题的求解方法。2.教学重点位置矢量、位移、速度、加速度、圆周运动、运动学中的两类问题。3.教学难点运动学中的两类问题求解方法。4.教学方案设计（含教学方法、教学手段）创设情境，引导启发，分析讨论，归纳延伸。理论讲授为主，多媒体及参与式讨论学习为辅，探索混合式教学。主题2质点动力学1.教学内容(1)掌握牛顿运动三定律及其适用范围，能求解一维变力情况下质点的动力学问题。(2)掌握功的概念及变力作功的表达式，能计算一维变力的功；掌握质点的动能定理，理解保守力作功的特点及势能概念；会计算重力、弹性力和万有引力势能，掌握机械能守恒定律。(3)掌握质点的动量定理及质点系的动量守恒定律，理解质点的角动量和角动量守恒定律，掌握运用守恒定律分析力学问题的思路和方法，能求解简单系统在平面内运动的力学问题。2.教学重点牛顿第二定律、牛顿定律的应用、动量守恒定律、动能定理、功能原理、机械能守恒定律。3.教学难点牛顿定律的应用，动能定理、功能原理和机械能守恒定律应用时的区别。4.教学方案设计（含教学方法、教学手段）创设情境，引导启发，分析讨论，归纳延伸。理论讲授为主，多媒体及参与式讨论学习为辅，探索混合式教学。主题3刚体力学基础1.教学内容(1)理解描述转动的角量(角位移、角速度和角加速度)与线量的关系。(2)理解力矩、力矩的功、转动惯量、刚体的角动量和转动动能等物理量。(3)掌握转动定律和角动量守恒定律，会分析处理包括质点和刚体、平动和转动的简单系统的力学问题。2.教学重点转动定理、刚体定轴转动的动能定理、刚体的角动量定理及其守恒定律。3.教学难点质点和刚体组成的系统对转动定理和牛顿定理的应用，角动量守恒定律应用。4.教学方案设计(含教学方法和教学手段)创设情境，引导启发，分析讨论，归纳延伸。理论讲授为主，多媒体及参与式讨论学习为辅，探索混合式教学。主题4静电场1.教学内容(1)理解库仑定律和电学单位制，了解电场的规律。(2)掌握电场强度和电势的概念，电场的叠加原理和电势的叠加原理。掌握计算简单问题中电场强度和电势的方法。(3)理解电通量概念，掌握表征静电场性质的两条基本定理：高斯定理和环路定理。理解用高斯定理计算电场强度的条件和方法。必须明确：两条定理各自反映了静电场的一个侧面，只有两者结合起来，才能全面地反映静电场的性质。(4)理解静电场力作功的特点及静电场的环路定理，掌握电势能和电势的概念及电场强度和电势的关系。由电荷的分布，根据电势叠加原理会计算空间电势的分布。(5)掌握导体静电平衡条件和静电平衡时导体的电特性。(6)理解孤立导体的电容和电容器的电容。会计算平行板电容器、圆柱面电容器和球形电容器的电容。(7)了解电场能量和能量密度概念。2.教学重点电场强度的叠加原理、静电场的高斯定理及其应用、电场强度和电势的计算及关系、静电场中导体的电场强度、电势和电荷的分布。3.教学难点电场强度和电势的计算，电场强度和电势的关系。4.教学方案设计(含教学方法和教学手段)创设情境，引导启发，分析讨论，归纳延伸。理论讲授为主，多媒体及参与式讨论学习为辅，探索混合式教学。主题5稳恒磁场1.教学内容(1)掌握磁感应强度的概念，明确磁感应强度的矢量性和迭加性。掌握毕奥-萨伐尔定律，并能熟地运用该定律来计算几何形状比较规则的载流导线所产生磁场的磁感应强度。(2)理解稳恒磁场的高斯定理和安培环路定理，掌握用安培环路定理计算磁感应强度的条件和方法。(3)掌握安培定律和洛仑兹力公式，并能做简单计算。能计算载流导线在磁场中所受的安培力；能分析运动电荷在均匀电场和均匀磁场中所受的力和运动。(4)了解磁介质的磁化机理及铁磁质的磁化规律和特性，了解各向同性磁介质中磁感应强度和磁场强度的关系和区别，了解磁介质中的安培环路定理和高斯定理。2.教学重点稳恒磁场的高斯定理、毕奥-萨伐尔定律及其应用、稳恒磁场的安培环路定理及其应用、安培定律、磁场对载流导线所做的功、磁场对运动电荷的作用。3.教学难点毕奥-萨伐尔定律及其应用、安培定律。4.教学方案设计(含教学方法和教学手段)创设情境，引导启发，分析讨论，归纳延伸。理论讲授为主，多媒体及参与式讨论学习为辅，探索混合式教学。主题6变化的电磁场1.教学内容(1)掌握法拉第电磁感应定律，会计算闭合回路中所产生的感应电动势；(2)理解产生动生电动势的原因，能计算动生电动势并判断其方向；(3)理解感生电场的意义，能计算简单情况下的感生电动势和感生电场并判定其方向；(4)理解自感现象和互感现象及自感系数和互感系数；(5)了解磁场能量和磁场能量密度。2.教学重点法拉第电磁感应定律、动生电动势、感生电动势、自感现象和自感系数、互感现象和互感系数。3.教学难点动生电动势、感生电动势、感生电场。4.教学方案设计(含教学方法和教学手段)：创设情境，引导启发，分析讨论，归纳延伸。理论讲授为主，多媒体及参与式讨论学习为辅，探索混合式教学。主题7机械振动1.教学内容(1)掌握描述简谐振动的特征量及各量之间的关系，简谐振动的运动学及动力学方程的基本特征，能确定振动方程中的三个特征量：振幅、初位相和圆频率，建立一维简谐振动的微分方程，能用解析法、图形法及旋转矢量法解物体简谐振动运动状态的方法；(2)理解位相及位相差的意义、谐振动的能量特征，同方向、同频率的谐振动的合成规律；(3)了解了解李萨如图形、阻尼振动、受迫振动和共振。2.教学重点简谐振动中的三个重要参量(振幅、周期、位相和初位相)、简谐振动的旋转矢量表示法、同方向同频率简谐振动的合成。3.教学难点由已知条件利用解析法或旋转矢量法求出简谐振动方程。4.教学方案设计(含教学方法和教学手段)创设情境，引导启发，分析讨论，归纳延伸。理论讲授为主，多媒体及参与式讨论学习为辅，探索混合式教学。主题8机械波教学内容(1)理解机械波产生的条件，了解波动与振动的联系与区别，了解波动过程的几何表示；(2)掌握平面简谐波的波动方程，能根据波线上某一点的振动方程，写出波函数；(3)理解波的能量传播特征及波的能流和能流密度等概念；(4)理解波的惠更斯原理，波的叠加原理，波的干涉现象和相干波条件，掌握波的干涉条件；(5)理解驻波的形成条件，驻波的特征及驻波与行波的区别，了解半波损失。2.教学重点平面简谐波的波动方程、惠更斯原理、波的叠加和波的干涉。3.教学难点平面简谐波波动方程的几个物理量(波速、波动周期、波长)，波函数的物理意义。4.教学方案设计(含教学方法和教学手段)创设情境，引导启发，分析讨论，归纳延伸。理论讲授为主，多媒体及参与式讨论学习为辅，探索混合式教学。主题9光的干涉1.教学内容(1)理解光的相干性、相干条件及获得相干光的两种方法-------分波阵面法和分振幅法；(2)掌握光程、光程差、半波损失及光的干涉条件，掌握光程的计算方法及干涉条纹的性质与光程差或位相差的关系；(3)掌握杨氏双缝干涉和薄膜等厚干涉，能分析计算杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉条纹的位置。了解薄膜的等倾干涉；(4)了解迈克耳逊干涉仪的基本结构与工作原理。2.教学重点杨氏双缝干涉原理、公式及应用、等厚干涉及增透膜和增反膜、等厚干涉的劈尖干涉和牛顿环。3.教学难点杨氏双缝干涉原理、公式及应用、等厚干涉。4.教学方案设计(含教学方法和教学手段)创设情境，引导启发，分析讨论，归纳延伸。理论讲授为主，多媒体及参与式讨论学习为辅，探索混合式教学。主题10光的衍射1.教学内容(1)理解惠更斯—菲涅耳原理，掌握用半波带法分析单缝夫琅和费衍射条纹的产生及其暗纹位置的计算，掌握单缝衍射公式，会分析、确定单缝衍射条纹的位置，理解缝宽和波长对衍射条纹分布的影响，能大致画出单缝衍射的光强分布曲线；(2)理解光栅衍射条纹的特点及产生这些特点的原因，掌握用光栅方程确定光栅衍射谱线的位置的方法，光栅常数和波长对其影响和光栅的缺级；(3)了解光栅光谱的特点及其在科学技术和生产中的应用；(4)了解圆孔衍射和光学仪器的分辩本领。2.教学重点单缝夫琅禾费衍射、光栅衍射的分析和计算。3.教学难点确定单缝衍射条纹的位置和光栅的缺级。4.教学方案设计(含教学方法和教学手段)创设情境，引导启发，分析讨论，归纳延伸。理论讲授为主，多媒体及参与式讨论学习为辅，探索混合式教学。主题11光的偏振1.教学内容(1)理解三种光，即自然光、线偏振光、部分偏振光的特性及检验方法；(2)掌握马吕斯定律和布儒斯特定律；(3)了解线偏振光的获得方法及检验方法；(4)了解偏振光在科学技术和生产中的应用。2.教学重点起偏和检偏、马吕斯定律、反射与折射时光的偏振、布儒斯特定律。3.教学难点反射与折射时光的偏振、布儒斯特定律。4.教学方案设计(含教学方法和教学手段)创设情境，引导启发，分析讨论，归纳延伸。理论讲授为主，多媒体及参与式讨论学习为辅，探索混合式教学。六、学生成绩评定根据课程类型、课程性质、课程内容及特点，确定适合的考核方式及成绩比例，重点考核学生获取知识的能力、应用所学知识分析问题和解决问题能力等；本课程考核方式采用平时成绩(出勤、作业、课堂表现、单元测验等)、期末考试等全过程考核，其中平时成绩占30%，期末考试占70%。1.课程考核方式及比例本课程考核学生获取知识的能力、应用所学知识分析问题和解决问题能力等；本课程考核方式采用平时成绩(出勤、作业、课堂表现、单元测验等)、期末考试等全过程考核，使学生成绩评定更加合理多样，优化课程评价体系，进一步提升本课程教学效果。学生成绩评定表考核方式平时成绩期中考试期末考试出勤作业课堂表现阶段测验答辩项目小论文实验√√√√成绩比例%510105701.过程考核包括平时成绩，根据本课程要求在所采取的考核方式下方打“√”；2.期末考试为必修选，且占总成绩的比例不低于30%；3.采用“其他”考核的要写明具体形式；4.课程教学目标的考核内容2.课程考核方式评价权重本课程教学目标与考核方式评价权重如表所示：课程教学目标支撑毕业要求指标点考核评价方式权重（%）过程性考核期末考试合计出勤及课堂表现作业及阶段测验教学目标1指标点1.151015~3027~42教学目标2指标点2.1、3.210515~2024~29合计1515701003.课程成绩评价标准平时成绩评定及考核标准考核环节考核结果及标准评估项目及权重优秀（90~100分）良好（80~89分）中等（70~79分）及格（60~69分）不及格（<60分）出勤及课堂表现（10%）无迟到、早退、旷课现象。积极参加课堂讨论，并有自己独到的见解，能够准确回答问题，并有自己独到的见解偶尔有迟到、早退现象。较为积极参加课堂讨论，能够准确回答问题，并提出自己的见解有迟到、早退现象。能够主动参加课堂讨论，能够回答问题有迟到、早退、偶尔有旷课现象。参与课堂讨论，基本能回答相关问题迟到、早退、旷课较多。不能有效参加课堂讨论，回答不出所有问题作业（10%）能够独立完成作业，作业完成质量优秀，能够灵活运用所学知识和理论解决问题，并获得正确结论能够独立完成作业，完成质量较高，能够运用所学知识和理论解决问题，并获得正确结论能够独立完成作业，完成质量符合要求，能够运用所学知识和理论解决问题，并获得有效结论基本能够独立完成作业，部分题目解答存在抄袭现象，运用所学知识和理论解决问题的能力基本符合要求不能独立完成作业，存在明显抄袭现象，不具备运用所学知识和理论解决问题的能力阶段测验（10%）完成所有阶段测验，根据参考答案评分，总评成绩为优秀完成所有阶段测验，根据参考答案评定分，总评成绩为优良完成所有阶段测验，根据参考答案评分，总评成绩为中等完成所有阶段测验，根据参考答案评分，总评成绩为及格没有完成阶段测试，根据参考答案评分，总评成绩不及格课程教学目标评价标准考核环节考核结果及标准评估项目及权重优秀（90~100分）良好（80~89分）中等（70~79分）及格（60~69分）不及格（<60分）教学目标1熟练掌握大学物理的基本概念、基本理论和基本方法，并能熟练地用以分析和计算相当于大学物理课程水平的有关问题，对于那些能由基本定律导出的定理要求会推导。准确掌握大学物理的基本概念、基本理论和基本方法，并能熟练地用以分析和计算相当于大学物理课程水平的有关问题，对于那些能由基本定律导出的定理要求会推导。掌握大学物理的基本概念、基本理论和基本方法，并能熟练地用以分析和计算相当于大学物理课程水平的有关问题，对于那些能由基本定律导出的定理要求会推导。基本掌握大学物理的基本概念、基本理论和基本方法，并能熟练地用以分析和计算相当于大学物理课程水平的有关问题，对于那些能由基本定律导出的定理要求会推导。不能掌握大学物理的基本概念、基本理论和基本方法，并能熟练地用以分析和计算相当于大学物理课程水平的有关问题，对于那些能由基本定律导出的定理要求会推导。教学目标2熟练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，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、研究和解决实际问题。准确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，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