《大学物理1》课程教学大纲

《大学物理1》课程教学大纲课程名称：大学物理(1)课程编号：F098091511英文名称：CollegePhysics(1)学时：48学时 学分：3学分开课学期：第1学期适用专业：光电信息科学与工程课程类别：理论课课程性质：专业基础课先修课程：高等数学一、课程的性质及任务本课程是光电信息科学与工程专业的基础课程。本课程的任务是通过讲授和讨论力学、相对论、振动与波和热学部分的知识，使学生掌握力学和热学的基本规律、基本概念和原理，了解经典时空观和相对论时空观的区别，能运用宏观热力学方法和从微观出发的统计方法来处理热现象问题，提高其分析思维能力与综合计算能力，为后续课程的学习奠定坚实的基础。依据河北工程大学光电信息科学与工程专业培养计划，本课程需要培养学生的能力是：1.具备对光电信息科学与工程领域相关问题的建模和求解的能力。（毕业要求指标1.1，）2.具备对光电信息科学与工程领域相关问题进行识别和分析的能力。（毕业要求指标2.1）3.掌握光电信息科学与工程领域所需的专业基础知识和基本原理（毕业要求指标2.2）二、课程目标与要求2.1课程目标1.熟练掌握由运动学方程求速度、加速度和由速度、加速度求运动学方程的方法。2.掌握牛顿三定律及适用条件，掌握运用微积分方法求解一维变力作用下质点的动力学问题。3.理解质点的动量、质点组的动量、冲量的概念；掌握质点的动量定理，质点组的动量定理；掌握质点组的动量定理和动量守恒定律。4.理解功、功率的概念，掌握功和功率的计算，理解质点和质点组的动能定理，掌握动能定理的应用，理解保守力与势能的概念，掌握功能原理及机械守恒定律。5.熟练掌握角动量定理，理解平面内运动质点的角动量和角动量守恒定律。6.理解刚体对一定轴的转动惯量的概念，会用转动惯量的定义求规则形状刚体的转动惯量，掌握刚体定轴转动的运动规律，掌握刚体定轴转动的动能定理，理解刚体对固定轴的角动定理及角动量守恒定律。7.掌握简谐振动的运动学及动力学方程的基本特征，熟练掌握简谐振动的微分方程及周期、频率、圆频率、位相、初位相的概念；能建立一维简谐振动的微分方程，并能根据给定的初始条件写出一维简谐振动的运动方程。8.掌握建立平面简谐波方程的方法以及波动方程的物理意义，掌握波动方程与其振动图线、波形图线之间的关系；了解波的能量传播特征及能量、能流、能流密度的概念；理解波的相干条件，理解驻波及其形成条件。9.理解运用经典统计理论处理气体动力学方法。10.掌握从能量的观点出发讨论宏观热力学规律及热、功转换条件。

大学物理(1)课程教学大纲数理科学与工程学院本科课程教学大纲.3课程目标与培养环节对应矩阵序号课程目标理论教学课后作业1熟练掌握由运动学方程求速度、加速度和由速度、加速度求运动学方程的方法。HM2掌握牛顿三定律及适用条件，掌握运用微积分方法求解一维变力作用下质点的动力学问题。HM3理解质点的动量、质点组的动量、冲量的概念；掌握质点的动量定理，质点组的动量定理；掌握质点组的动量定理和动量守恒定律。HM4理解功、功率的概念，掌握功和功率的计算，理解质点和质点组的动能定理，掌握动能定理的应用，理解保守力与势能的概念，掌握功能原理及机械守恒定律。HM5熟练掌握角动量定理，理解平面内运动质点的角动量和角动量守恒定律。H6理解刚体对一定轴的转动惯量的概念，会用转动惯量的定义求规则形状刚体的转动惯量，掌握刚体定轴转动的运动规律，掌握刚体定轴转动的动能定理，理解刚体对固定轴的角动定理及角动量守恒定律。HM7掌握简谐振动的运动学及动力学方程的基本特征，熟练掌握简谐振动的微分方程及周期、频率、圆频率、位相、初位相的概念；能建立一维简谐振动的微分方程，并能根据给定的初始条件写出一维简谐振动的运动方程HM8掌握建立平面简谐波方程的方法以及波动方程的物理意义，掌握波动方程与其振动图像之间的关系；了解波的能量传播特征及能量、能流、能流密度的概念；理解波的相干条件，理解驻波及其形成条件。HM9理解运用经典统计理论处理气体动力学方法。H10掌握从能量的观点出发讨论宏观热力学规律及热、功转换条件。HM注：H表示该能力的在此环节重点培养；M表示该能力在此环节有应用要求2.4目标达成度的评价1.课程目标1、2、3、4、5、6、7主要通过理论教学环节进行培养，在课后作业中有所涉及。主要通过课堂测试、课后作业和期末考试中概念性、原理性题目进行考核。目标达成综合以上内容进行评价。2.课程目标8主要通过理论教学环节、课后作业进行培养。主要通过课堂测试，课后作业和期末考试对学生的综合应用能力进行考核。目标达成综合以上内容进行评价。3.课程目标9主要通过理论教学环节进行培养和在课后作业中有应用要求。主要通过课堂测试、课后作业和期末考试对运用经典统计理论处理气体动力学方法进行考核。目标达成综合以上内容进行评价。4.课程目标10主要通过理论教学环节进行培养，在课后作业有应用要求。主要通过期末考试对从能量的观点出发讨论宏观热力学规律及热、功转换条件进行考核。三、教学方法及手段1.理论教学以课堂讲授为主，面向基础知识的准确、扎实掌握，突出对原理的分析、对方法的总结以及理论体系的完整建立；2.理论教学强调将一般的力学和热学问题与工程实现的实际情况紧密联系，面向知识的实际应用；3.理论教学注重高等数学在本课程中的应用，还注重与光学、热力学与统计物理、量子力学等后续课程的联系，针对性加强一些物理概念的讲解和物理练习，为这些后续课程的学习打好基础。4.课程强调学生的自主学习，强调通过自学的方式消化、吸收课程的庞大知识量，并在此基础上举一反三。四、课程的基本内容与教学要求第1章质点运动学(含绪论)[教学目的与要求]：明确机械运动的描述，理解质点模型，参考系、坐标系的选取方法。理解描述质点运动及运动变化的基本物理量(位置矢量、位移、速度、加速度)的定义和性质。明确运动方程的意义和作用，熟练掌握运用运动方程求解描述运动的各物理量的方法，掌握由加速度(或速度)、初始条件确定运动方程的方法。明确圆周运动的描述方法，掌握描述圆周运动的角量与线量的关系。[本章主要内容]：1.1参照系、坐标系、物理模型1.2位置矢量、位移、速度、加速度的定义及计算1.3质点的运动方程1.4质点的平面曲线运动的角、线量描述1.5由加速度求运动方程1.6相对运动[本章重点]：已知运动方程，求速度、加速度。已知速度、加速度，求运动方程。[本章难点]：利用微积分知识求运动方程。第2章质点动力学[教学目的与要求]：理解牛顿运动三定律的内容和意义，明确牛顿运动定律的适用范围。掌握对物体的受力分析方法和应用牛顿定律处理问题的方法。理解动量、冲量概念，明确它们的区别与联系。掌握动量定理和动量守恒定律并能熟练应用。理解功的概念，掌握功的计算方法。理解能量的概念，明确功与能量的联系与区别。掌握动能定理，功能原理和机械能守恒定律的意义和适用条件，并能熟练应用[本章主要内容]：2.1牛顿运动定律及应用、用微积分方法求解一维变力作用下的质点动力学问题2.2质点的动量、冲量、动量定理、动量守恒定律2.3功、动能、动能定理、势能、机械能守恒定律[本章重点]：了解牛顿运动定律的微分形式。用微积分方法求解一维变力作用下的质点动力学问题。理解动量、冲量、动量定理和动量守恒定律的微积分形式及应用。理解功、动能、动能定理、势能、机械能守恒定律的微积分形式及应用。[本章难点]：用微积分方法求解质点动力学问题。动量守恒和机械能守恒的条件。保守力的概念及保守力做功。第3章刚体力学基础[教学目的与要求]：理解刚体的平动和定轴转动的概念，掌握描述刚体定轴转动的物理量。了解线量与角量的矢量关系。理解力矩、转动惯量的概念，了解简单对称形状刚体对固定轴转动惯量的计算方法，掌握转动定律并能熟练应用。理解刚体转动动能的概念，会计算定轴转动过程中力矩做功，掌握定轴转动的动能定理和机械能守恒定律，并能熟练应用。理解刚体角动量的概念，掌握刚体定轴转动的角动量定理和角动量守恒定律，并能熟练应用。[本章主要内容]：3.1刚体、刚体定轴转动的描述3.2力矩、刚体的定轴转动定理、转动惯量3.3刚体定轴转动的动能定理3.4刚体定轴转动的角动量定理和角动量守恒定理[本章重点]：刚体的概念。力矩的概念。刚体定轴转动定理。转动惯量的概念。刚体定轴转动的动能定理。刚体定轴转动的角动量定理及应用。刚体定轴转动的角动量守恒定理及应用。[本章难点]：力矩的概念（矢量形式）。刚体定轴转动定理。刚体定轴转动的动能定理。刚体定轴转动的角动量定理及应用。刚体定轴转动的角动量定理及应用。第4章狭义相对论[教学目的与要求]：理解爱因斯坦狭义相对论的相对性原理和光速不变原理。理解洛伦兹时空坐标变换式并能正确应用，了解洛伦兹速度变换式。理解相对论中同时性的相对性、长度收缩和时间膨胀概念。理解狭义相对论的质速关系、质能关系、能量与动量关系及其动量守恒定律、能量守恒定律，并能用来分析计算有关问题。[本章主要内容]：4.1伽利略变换和经典力学时空观、迈克尔逊一莫雷实验4.2爱因斯坦狭义相对论基本假设4.3洛仑兹坐标变换、速度变换4.4同时性的相对性以及长度收缩和时间膨胀概念4.5相对论动力学的质速关系、质能关系、动量和能量的关系[本章重点]：洛仑兹坐标变换、速度变换。长度收缩概念。时间膨胀概念。[本章难点]：洛仑兹坐标变换、速度变换。第5章机械振动[教学目的与要求]：明确机械振动的产生条件，掌握简谐振动的特征和规律。确切理解简谐振动方程的物理意义，能熟练地确定振动特征量，从而建立简谐振动方程。掌握描述简谐振动的旋转矢量方法及应用。掌握同振动方向、同频率的谐振动合成的特点和规律，了解拍和相互垂直的同频率谐振动的合成。了解阻尼振动、强迫振动和共振的基本特点。[本章主要内容]：5.1简谐振动的运动学特征和动力学特征5.2简谐振动的旋转矢量表示，位相概念5.3简谐振动的能量及计算5.4同方向同频率谐振动的合成5.5拍现象、阻尼振动、受迫振动、共振[本章重点]：简谐振动的判据。简谐振动运动学方程的特征物理量。简谐振动的旋转矢量表示方法。简谐振动的能量及计算。同方向同频率谐振动的合成。[本章难点]：简谐振动的旋转矢量表示方法。同方向同频率谐振动的合成。第6章机械波[教学目的与要求]：确切理解描述波动的物理量(周期、频率、波长、波速、波线和波面)的物理意义，并能熟练地确定这些量。深刻理解平面简谐波波动方程的物理意义，能根据给定条件建立波动方程，能熟练应用波动方程分析波动问题。了解惠更斯原理和波的叠加原理。掌握波的干涉条件和干涉强弱的条件。了解驻波形成条件和特点，了解半波损失的概念。[本章主要内容]：6.1机械波的产生与传播6.2平面简谐波的波动方程6.3波的能量特征及能流密度概念6.4惠更斯原理、波的叠加和干涉6.5驻波的形成及位相、能量特征、半波损失6.6多普勒效应[本章重点]：已知简谐振动运动学方程，求平面简谐波的波动方程。平面简谐波的波动方程的各种形式。波的能量特征。波的叠加原理和干涉条件。驻波的形成条件及特征。[本章难点]：已知简谐振动运动学方程，求平面简谐波的波动方程。波的干涉。驻波。第7章气体动理论基础[教学目的与要求]：熟练掌握理想气体状态方程及其应用；明确平衡态的概念和性质。明确分子运动论的基本观点，着重理解两个统计假设和统计方法，建立起分子无规则运动的基本图像。掌握理想气体的压强和温度公式，理解压强和温度的统计意义及微观本质。理解气体分子的能量均分原理，能够准确计算气体分子热运动的平均动能。理解麦克斯韦速率分布律的统计意义，能熟练计算分子的平均速率、最概然速率和方均根速率。了解气体分子的碰撞情况，会计算平均自由程和平均碰撞频率。[本章主要内容]：6.1平衡态、热力学第零定律、温度概念6.2压强、温度的统计解释6.3能量均分定理、理想气体的内能6.4麦克斯韦速率分布律6.5三种统计速率6.6玻尔兹曼分布律6.7气体分子的平均碰撞频率和平均自由程[本章重点]：平衡态的概念。压强、温度的公式。能量均分定理。理想气体的内能的计算。气体分子的平均碰撞频率。气体分子的平均自由程[本章难点]：能量均分定理。理想气体的内能。第8章热力学基础[教学目的与要求]：理解内能、功、热量等概念，明确状态量与过程量的特性。掌握理想气体系统内能、功和热量的计算方法。掌握热力学第一定律及其在应用。能够对理想气体的各个等值过程分析和计算。掌握循环过程中能量转化关系，能对简单循环过程进行计算或处理。理解热力学第二定律的意义，了解卡诺定理。理解熵的概念和熵增加原理。[本章主要内容]：6.1功、热量、内能的区别与联系，准静态过程的概念6.2热力学第一定律及其在等值过程和绝热过程中的应用6.3气体的摩尔热容量6.4卡诺循环、热机的效率、致冷系数6.5可逆过程与不可逆过程、热力学第二定律及其统计意义6.6玻尔兹曼熵、克劳修斯熵、熵增加原理6.7卡诺定理[本章重点]：准静态过程的概念。热力学第一定律及应用。气体的摩尔热容量。卡诺循环及热机效率。可逆过程与不可逆过程的概念。熵增加原理。卡诺定理。[本章难点]：热力学第一定律及应用。熵增加原理。五、课程学时分配教学课次教学内容教学环节与计划时数教学环节计划时数1绪论；参照系、坐标系、物理模型；理论课22位置矢量、位移、速度、加速度的定义及计算；质点的运动方程；理论课23质点的平面曲线运动的角、线量描述；由加速度求运动方程；相对运动；牛顿运动定律及应用、用微积分方法求解一维变力作用下的质点动力学问题理论课2４质点的动量、冲量、动量定理、动量守恒定律；功、动能、动能定理、势能、机械能守恒定律理论课25习题讲解理论课26刚体、刚体定轴转动的描述；力矩、刚体的定轴转动定理、转动惯量理论课27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理；习题讲解理论课28伽利略变换和经典力学时空观、迈克尔逊一莫雷实验；爱因斯坦狭义相对论基本假设；洛仑兹坐标变换、速度变换理论课29同时性的相对性以及长度收缩和时间膨胀概念；相对论动力学的质速关系、质能关系、动量和能量的关系理论课210简谐振动的运动学特征和动力学特征；简谐振动的旋转矢量表示，位相概念；简谐振动的能量及计算理论课211同方向同频率谐振动的合成；拍现象、阻尼振动、受迫振动、共振理论课212机械波的产生与传播；平面简谐波的波动方程理论课213波的能量特征及能流密度概念；惠更斯原理、波的叠加和干涉理论课214驻波的形成及位相、能量特征、半波损失；多普勒效应理论课215习题讲解理论课216平衡态、热力学第零定律、温度概念；压强、温度的统计解释理论课217能量均分定理、理想气体的内能理论课218麦克斯韦速率分布律；三种统计速率；玻尔兹曼分布律理论课219气体分子的平均碰撞频率和平均自由程理论课220功、热量、内能的区别与联系，准静态过程的概念；理论课221热力学第一定律及其在等值过程和绝热过程中的应用；气体的摩尔热容量理论课222卡诺循环、热机的效率、致冷系数；可逆过程与不可逆过程、热力学第二定律及其统计意义理论课223玻尔兹曼熵、克劳修斯熵、熵增加原理；卡诺定理理论课224习题讲解；总复习理论课2注：实验课由实验教师负责协调安排时间，原则上安排在课堂教学结束后、考试之前一周以上完成。六、课程考核与成绩评定6.1考核方式考核环节包括课程学习过程考核和期末考试，其中课程过程考核占总成绩的20%，分别由课堂表现、课后作业进行评定；期末考试成绩占总成绩的80%。各环节的比重如下。考核环节比重合计过程考核（平时成绩）课堂表现10%20%作业10%期末成绩期末测试80%80%总计100%100%6.2考核内容及要求本课程为考试课。考核内容及分值分配如下。考核方式考核内容分值课程目标总分值期末考试80%位置矢量、位移、速度、加速度的定义及计算3～6目标1100分牛顿运动定律及应用3～10目标2、7动量、冲量、动量定理、动量守恒定律3～10目标5、6、7功、动能、动能定理、势能、机械能守恒定律3～10目标3刚体定轴转动的动能定理、角动量定理和角动量守恒定理3～10目标5、6简谐振动的运动学、同方向同频率谐振动的合成3～10目标4、5、6平面简谐波的波动方程3～10目标4、5、6能量均分定理、理想气体的内能3～10目标4、5、6热力学第一定律及应用3～10过程考核20%课堂表现课堂测试、出勤情况10目标1、2、3、4、5、6、710分课后作业作业完成情况10目标2、3、4、6、710分6.3成绩评定1.课堂表现课堂表现总分10分，由课堂测试与课堂出勤情况评定。其中，课堂测试满分5分，以客观题（填空、选择、判断）为主，每学期随堂测试15~20次，每次测试1~2道题目，每答错一道题目扣0.5分（直到扣满5分为止）；课堂出勤满分5分，缺勤一次扣1分，迟到或请假扣0.5分。2.课后作业课后作业总分10分，由作业