《大學(xué)物理》課程教學(xué)大綱

1、PAGE PAGE 8大學(xué)物理課程教學(xué)大綱一、課程基本信息課程編號150200011（150200012）課程名稱大學(xué)物理課程英文名稱University Physics總學(xué)時(shí)數(shù)136講課學(xué)時(shí)102實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)8上機(jī)學(xué)時(shí)習(xí)題討論課學(xué) 時(shí)26周學(xué)時(shí)4學(xué) 分8.5開課單位東北大學(xué) 理學(xué)院 物理系適用專業(yè)理工科專業(yè)（非物理類）先修課程高等數(shù)學(xué)課程性質(zhì)公共基礎(chǔ)課課程類型必修課選用教材物理學(xué)（第五版），東南大學(xué)等七所工科院校編，馬文蔚 解希順 周雨青 改編，高等教育出版社，2006年。主要教學(xué)參考書（1）普通物理學(xué)（第五版），程守洙 江之永 主編，高等教育出版社， 1998年。（2）大學(xué)物理，吳伯詩主編，

2、西安交通大學(xué)出版社，1998年。本課程地位、作用和任務(wù)以物理學(xué)基礎(chǔ)為內(nèi)容的大學(xué)物理課程，是高等學(xué)校理工科各專業(yè)學(xué)生的一門重要的通識性必修基礎(chǔ)課。該課程所教授的基本概念、基本理論和基本方法是構(gòu)成學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分，是一個科學(xué)工作者和工程技術(shù)人員所必備的。大學(xué)物理課程在為學(xué)生打好必要的物理基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生樹立科學(xué)的世界觀，增強(qiáng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新意識等方面，具有其他課程不能替代的重要作用。通過大學(xué)物理課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對物理學(xué)的基本概念、基本理論和基本方法有比較系統(tǒng)的認(rèn)識和正確的理解，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在大學(xué)物理課程的各個教學(xué)環(huán)節(jié)中，都應(yīng)在傳授知識

3、的同時(shí)，注重學(xué)生分析問題和解決問題的能力的培養(yǎng)，注重學(xué)生探索精神和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，努力實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識、能力、素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。二、教學(xué)安排及方式 總學(xué)時(shí) 136 學(xué)時(shí)，講課 102 學(xué)時(shí)，習(xí)題討論課 26 學(xué)時(shí)，演示實(shí)驗(yàn) 8 .教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)時(shí)數(shù)課程內(nèi)容講課實(shí)驗(yàn)習(xí)題課討論課上機(jī)參觀或看錄像小計(jì) 本課程分兩學(xué)期授課，每學(xué)期68學(xué)時(shí)。第一學(xué)期第一單元 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動學(xué)415第二單元 牛頓定律314第三單元 動量守恒和能量守恒415第四單元 剛體力學(xué)基礎(chǔ)415第五單元 靜電場6118第六單元 靜電場中的導(dǎo)體與電介質(zhì)81211第七單元 恒定磁場819第八單元 電磁感應(yīng) 電磁場62210第十四單元 狹義相對論基礎(chǔ)5

4、16第十六單元 天體物理與宇宙學(xué)33機(jī) 動22總 計(jì)5141368第二學(xué)期第九單元 振動415第十單元 波動819第十一單元 波動光學(xué)104317第十二單元 氣體動理論527第十三單元 熱力學(xué)基礎(chǔ)628第十五單元 量子物理基礎(chǔ)18220機(jī) 動22總 計(jì)5141368全課程總計(jì)102826136三、課程教學(xué)的有關(guān)說明 1、本課程課內(nèi)外學(xué)時(shí)比例：1:2 ；平均周學(xué)時(shí)：4。 2、本課程是公共基礎(chǔ)課，分連續(xù)兩個學(xué)期完成。 3、在教學(xué)中注意把傳統(tǒng)教學(xué)手段和現(xiàn)代化教學(xué)手段相結(jié)合，充分利用現(xiàn)代化教學(xué)手段進(jìn)行教學(xué)。四、對于能力培養(yǎng)的基本要求通過大學(xué)物理課程教學(xué),應(yīng)注意培養(yǎng)學(xué)生以下能力：1. 獨(dú)立獲取知識的能力

5、逐步掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，閱讀并理解相當(dāng)于大學(xué)物理水平的物理類教材、參考書和科技文獻(xiàn)，不斷地?cái)U(kuò)展知識面，增強(qiáng)獨(dú)立思考的能力，更新知識結(jié)構(gòu)；能夠?qū)懗鰲l理清晰的讀書筆記、小結(jié)或小論文。2. 科學(xué)觀察和思維的能力運(yùn)用物理學(xué)的基本理論和基本觀點(diǎn)，通過觀察、分析、綜合、演繹、歸納、科學(xué)抽象、類比聯(lián)想、實(shí)驗(yàn)等方法培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題和提出問題的能力，并對所涉問題有一定深度的理解，判斷研究結(jié)果的合理性。3分析問題和解決問題的能力根據(jù)物理問題的特征、性質(zhì)以及實(shí)際情況，抓住主要矛盾，進(jìn)行合理的簡化，建立相應(yīng)的物理模型，并用物理語言和基本數(shù)學(xué)方法進(jìn)行描述，運(yùn)用所學(xué)的物理理論和研究方法進(jìn)行分析、研究。五、對于素質(zhì)培養(yǎng)的基

6、本要求通過大學(xué)物理課程教學(xué),應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生以下素質(zhì)：1. 求實(shí)精神通過大學(xué)物理課程教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生追求真理的勇氣、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度和刻苦鉆研的作風(fēng)。2. 創(chuàng)新意識通過學(xué)習(xí)物理學(xué)的研究方法、物理學(xué)的發(fā)展歷史以及物理學(xué)家的成長經(jīng)歷等，引導(dǎo)學(xué)生樹立科學(xué)的世界觀，激發(fā)學(xué)生的求知熱情、探索精神、創(chuàng)新欲望，以及敢于向舊觀念挑戰(zhàn)的精神。3. 科學(xué)美感引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識物理學(xué)所具有的明快簡潔均衡對稱奇異相對，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)審美觀，使學(xué)生學(xué)會用美學(xué)的觀點(diǎn)欣賞和發(fā)掘科學(xué)的內(nèi)在規(guī)律，逐步增強(qiáng)認(rèn)識和掌握自然科學(xué)規(guī)律的自主能力。六、教學(xué)內(nèi)容及基本要求模塊1 力學(xué): 第一單元 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動學(xué)第一講 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的描述，第二講 圓周運(yùn)動

7、與一般平面曲線運(yùn)動，第三講 相對運(yùn)動基本要求：1、質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的描述(1) 掌握：位矢、位移、速度、加速度等物理量的定義及表達(dá)式，能夠從已知的運(yùn)動方程求導(dǎo)得到速度、加速度；同時(shí)能夠從已知的速度或加速度積分得出運(yùn)動方程。(2) 理解：位矢、位移、速度、加速度的“矢量性”和“瞬時(shí)性”，會計(jì)算位矢、位移、速度、加速度等的各種分矢量。2、圓周運(yùn)動 (1) 掌握：圓周運(yùn)動的角量描述，角速度、角加速度、切向加速度、法向加速度的計(jì)算及角量與線量的關(guān)系。(2) 理解：勻速率圓周運(yùn)動和勻變速率圓周運(yùn)動。(3) 了解：圓周運(yùn)動的位矢、位移、速度、加速度在直角坐標(biāo)、平面極坐標(biāo)、自然坐標(biāo)下的表示。3、相對運(yùn)動(1) 掌握

8、：伽利略速度變換關(guān)系，并能計(jì)算相對運(yùn)動問題。第二單元 牛頓定律第一講 牛頓定律，第二講 常見力 非慣性系 慣性力，第三講 牛頓定律的應(yīng)用舉例基本要求：(1) 掌握：牛頓定律及其適用條件，牛頓定律的應(yīng)用。(2) 理解：慣性、質(zhì)量和力的概念；力的疊加原理；力學(xué)相對性原理；物理量的單位和量綱。(3) 了解：幾種常見的力（萬有引力、彈性力、摩擦力）；非慣性系、慣性力。第三單元 動量守恒定律和能量守恒定律第一講 質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系的動量定理，第二講 動量守恒定律 動能定理，第三講 保守力 勢能 成對力的功，第四講 功能原理 機(jī)械能守恒定律 能量守恒定律，第五講 碰撞 碰撞定律 質(zhì)心運(yùn)動定律基本要求：1、動量守

9、恒定律 (1) 掌握：質(zhì)點(diǎn)系的動量定理；動量守恒定律。 (2) 理解：沖量的概念；質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系的動量。 (3) 了解：系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量移動問題。2、能量守恒定律 (1) 掌握：變力作功的計(jì)算；動能定理；功能原理；機(jī)械能守恒定律；能量守恒定律；質(zhì)心運(yùn)動定律。 (2) 理解：保守力與非保守力；保守力作功；勢能；完全彈性碰撞；完全非彈性碰撞；質(zhì)心。 (3) 了解：勢能曲線。第四單元 剛體的轉(zhuǎn)動第一講 剛體的定軸轉(zhuǎn)動 力矩，第二講 轉(zhuǎn)動慣量 轉(zhuǎn)動定律，第三講 角動量 角動量守恒定律，第四講 力矩作功 剛體定軸轉(zhuǎn)動的動能定理基本要求：(1) 掌握：轉(zhuǎn)動定律；質(zhì)點(diǎn)的角動量定理和角動量守恒定律；剛體定軸轉(zhuǎn)動的角動

10、量定理和角動量守恒定律；剛體繞定軸轉(zhuǎn)動的動能定理。 (2) 理解：剛體定軸轉(zhuǎn)動的角位移、角速度和角加速度；勻變速轉(zhuǎn)動公式；角量與線量的關(guān)系；力矩；轉(zhuǎn)動慣量；平行軸定理；角動量；沖量矩；力矩作功；力矩的功率；轉(zhuǎn)動動能。模塊2 電磁學(xué): 第五單元 靜電場 第一講 電荷量子化 電荷守恒定律 庫侖定律，第二講 電場強(qiáng)度 場強(qiáng)疊加原理，第三講 電場強(qiáng)度通量 高斯定理，第四講 靜電場環(huán)路定理 電勢能 電勢，第五講 電勢疊加原理 電場強(qiáng)度與電勢梯度基本要求：（1）掌握：描述靜電場的兩個基本物理量電場強(qiáng)度和電勢的概念，理解電場強(qiáng)度是矢量點(diǎn)函數(shù)，而電勢V 則是標(biāo)量點(diǎn)函數(shù)。（2）理解：靜電場的兩條基本定理高斯定理

11、和環(huán)路定理，明確認(rèn)識靜電場是有源場和保守場。（3）掌握：用點(diǎn)電荷的電場強(qiáng)度和疊加原理以及高斯定理求解帶電系統(tǒng)電場強(qiáng)度的方法；能用電場強(qiáng)度與電勢梯度的關(guān)系求解較簡單帶電系統(tǒng)的電場強(qiáng)度。（4）了解：電偶極子概念，能計(jì)算電偶極子在均勻電場中的受力和運(yùn)動。第六單元 靜電場的導(dǎo)體和電介質(zhì) 第一講 靜電場中的導(dǎo)體，第二講 靜電場中的電介質(zhì)，第三講 電位移 有介質(zhì)時(shí)的高斯定理，第四講 電容 電容器，第五講 電場的能量 能量密度基本要求：（1）掌握：靜電平衡的條件，導(dǎo)體處于靜電平衡時(shí)的電荷、電勢、電場分布。 （2）掌握：電位移矢量和電場強(qiáng)度的關(guān)系，理解：電介質(zhì)中的高斯定理，并會用它來計(jì)算電介質(zhì)中對稱電場的電場

12、強(qiáng)度，了解：電介質(zhì)的極化機(jī)理。(3) 掌握：電容器的電容，能計(jì)算常見電容器的電容。(4) 理解：電場能量密度的概念，掌握：電場能量的計(jì)算。第七單元 恒定磁場 第一講 恒定電流 磁場，第二講 畢奧-薩伐爾定律，第三講 磁場的高斯定理 安培環(huán)路定理，第四講 帶電粒子在電場和磁場中的運(yùn)動，第五講 載流導(dǎo)線在磁場中所受的力，第六講 磁介質(zhì)及磁化微觀機(jī)制，第七講 介質(zhì)中的安培環(huán)路定理基本要求：（1）理解：恒定電流產(chǎn)生的條件，電流密度和電動勢的概念。（2）掌握：描述磁場的物理量磁感強(qiáng)度的概念，理解：它是矢量點(diǎn)函數(shù)。（3）理解：畢奧薩伐爾定律，能利用它計(jì)算一些簡單問題中的磁感強(qiáng)度。（4）理解：穩(wěn)恒磁場的高斯

13、定理和安培環(huán)路定理，理解：用安培環(huán)路定理計(jì)算磁感強(qiáng)度的條件和方法。（5）理解：洛倫茲力和安培力的公式，能分析電荷在均勻電場和磁場中的受力和運(yùn)動；了解：磁矩的概念。 第八單元 電磁感應(yīng) 電磁場 第一講 電磁感應(yīng)定律，第二講 動生電動勢和感生電動勢，第三講 自感和互感，第四講 磁場的能量 磁場能量密度，第五講 位移電流 電磁場基本方程的積分形式基本要求：（1）掌握：并能熟練應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律來計(jì)算感應(yīng)電動勢，并判明其方向。（2）理解：動生電動勢和感生電動勢的本質(zhì)；了解：有旋電場的概念。（3）了解：自感和互感的現(xiàn)象，會計(jì)算幾何形狀簡單的導(dǎo)體的自感和互感。（4）了解：磁場具有能量和磁能密

14、度的概念，會計(jì)算均勻磁場和對稱磁場的能量。（5）了解：位移電流和麥克斯韋電場的基本概念以及麥克斯韋方程組（積分形式）的物理意義。模塊3 振動與波動： 第九單元 振動 第一講 簡諧振動 旋轉(zhuǎn)矢量，第二講 單擺和復(fù)擺 簡諧運(yùn)動的能量，第三講 簡諧運(yùn)動的合成基本要求：（1）掌握：描述簡諧運(yùn)動的各個物理量（特別是相位）的物理意義及各量間的關(guān)系。（2）掌握：描述簡諧運(yùn)動的旋轉(zhuǎn)矢量法和圖線表示法，并會用于簡諧運(yùn)動規(guī)律的討論和分析。（3）掌握：簡諧運(yùn)動的基本特征，能建立一維簡諧運(yùn)動的微分方程，能根據(jù)給定的初始條件寫出一維簡諧運(yùn)動的運(yùn)動方程，并理解其物理意義。（4）理解：同方向、同頻率簡諧運(yùn)動的合成規(guī)律，了解

15、拍和相互垂直簡諧運(yùn)動合成的特點(diǎn)。（5）了解：阻尼振動、受迫振動和共振的發(fā)生條件及規(guī)律。第十單元 波動 第一講 機(jī)械波的幾個概念，第二講 平面簡諧波的波函數(shù)，第三講 波動能量的傳播，第四講 惠更斯原理 波的衍射 干涉，第五講 駐波，第六講 多普勒效應(yīng)，第七講 平面電磁波基本要求：（1）理解：描述簡諧波的各物理量的意義及各量間的關(guān)系。（2）理解：機(jī)械波產(chǎn)生的條件；掌握：由已知質(zhì)點(diǎn)的簡諧運(yùn)動方程得出平面簡諧波的波函數(shù)的方法；理解波函數(shù)的物理意義；理解波的能量傳播特征及能流、能流密度概念。（3）了解：惠更斯原理和波的疊加原理.理解波的相干條件，能應(yīng)用相位差和波程差分析、確定相干波疊加后振幅加強(qiáng)和減弱的

16、條件。（4）理解：駐波及其形成，了解駐波和行波的區(qū)別。（5）了解：機(jī)械波的多普勒效應(yīng)及其產(chǎn)生的原因。模塊4 波動光學(xué)：第十一單元 光學(xué) 第一講 光源 光的相干性 光程差，第二講 楊氏雙縫干涉 勞埃德鏡，第三講 波膜干涉等傾干涉，第四講 薄膜干涉等厚干涉，第五講 邁克爾遜干涉儀 時(shí)間相干性，第六講 單縫夫瑯禾費(fèi)衍射，第七講 圓孔衍射 光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)，第八講 光柵方程，第九講 晶體對X射線的衍射，第十講 光的偏振性 馬呂斯定律，第十一講 反射和折射光的偏振性 布儒斯特定律，第十二講 雙折射現(xiàn)象基本要求：1、光的干涉（1）理解：相干光的條件及獲得相干光的方法。（2）掌握：光程的概念以及光程差和相

17、位差的關(guān)系，在什么情況下的反射光有相位躍變。（3）能夠分析楊氏雙縫干涉條紋及薄膜等厚干涉條紋的位置。（4）了解：邁克耳孫干涉儀的工作原理。2、光的衍射（1）了解：惠更斯菲涅耳原理及它對光的衍射現(xiàn)象的定性解釋。（2）了解：用波帶法來分析單縫的夫瑯禾費(fèi)衍射條紋分布規(guī)律的方法，會分析縫寬及波長對衍射條紋分布的影響。（3）理解：光柵衍射公式 , 會確定光柵衍射譜線的位置，會分析光柵常數(shù)及波長對光柵衍射譜線分布的影響。（4）了解：衍射對光學(xué)儀器分辨率的影響。（5）了解：X 射線的衍射現(xiàn)象和布拉格公式的物理意義。3、光的偏振（1）理解：自然光與偏振光的區(qū)別。（2）理解：布儒斯特定律和馬呂斯定律。（3）了解

18、：雙折射現(xiàn)象。（4）了解：線偏振光的獲得方法和檢驗(yàn)方法。模塊5 熱學(xué)：第十二單元 氣體動理論 第一講 平衡態(tài) 理想氣體物態(tài)方程，第二講 微觀模型及統(tǒng)計(jì)規(guī)律，第三講 理想氣體壓強(qiáng)公式和溫度公式，第四講 能量均分定理 理想氣體內(nèi)能，第五講 Maxwell 氣體分子速率分布率，第六講 分子平均碰撞次數(shù)和平均自由程基本要求：（1）了解：氣體分子熱運(yùn)動的圖像，理解平衡態(tài)、平衡過程、理想氣體等概念。（2）理解：理想氣體的壓強(qiáng)公式和溫度公式，能從宏觀和微觀兩方面理解壓強(qiáng)和溫度的統(tǒng)計(jì)意義。（3）了解：自由度概念，能量均分定理，會計(jì)算理想氣體的內(nèi)能。（4）理解：麥克斯韋速率分布律、速率分布函數(shù)和速率分布曲線的物

19、理意義。會計(jì)算氣體分子熱運(yùn)動的三種統(tǒng)計(jì)速度。（5）理解：氣體分子平均碰撞次數(shù)和平均自由程的概念和公式。第十三單元 熱力學(xué)基礎(chǔ) 第一講 熱力學(xué)第一定律，第二講 熱力學(xué)第一定律在等值過程中應(yīng)用，第三講 絕熱過程，第四講循環(huán)過程，第五講 熱力學(xué)第二定律，第六講 克勞修斯熵和玻爾茲曼熵基本要求：（1）掌握：內(nèi)能、功和熱量等概念，理解準(zhǔn)靜態(tài)過程。（2）掌握：熱力學(xué)第一定律，理解理想氣體的摩爾定體熱容、摩爾定壓熱容，能分析計(jì)算理想氣體在等體、等壓、等溫和絕熱過程中的功、熱量和內(nèi)能的改變量。（3）理解：循環(huán)的意義和循環(huán)過程中的能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，會計(jì)算卡諾循環(huán)和其它簡單循環(huán)的效率。（4）了解：可逆過程和不可逆過程，了解熱力學(xué)第二定律和熵增加原理。模塊6 近代物理基礎(chǔ)：第十四單元 相對論 第一講 伽利略變換式 牛頓的絕對時(shí)空觀，第二講 狹義相對論基本原理 洛倫茲變換，第三講 狹義相對論的時(shí)空觀，第四講 狹義相對論的動力學(xué)基本要求：（1）理解伽利略變換及牛頓力學(xué)的絕對時(shí)空觀。（2）了解邁克耳孫莫雷實(shí)驗(yàn)。（3）理解狹義相對論的兩條基本原理，掌握洛倫茲變換式。（4）理解同時(shí)的相對性，以及長度收縮和時(shí)間延緩的概念，掌握狹義相對論的時(shí)空觀。（5）掌握狹義相對論中質(zhì)量、動量與速度的關(guān)系，以及質(zhì)量與能量間的關(guān)系。第十五單元