大學物理（理工科）教學大綱

PAGE5PAGE5大學物理（理工科）教學大綱（總學分：8總上課時數(shù)：128上機時數(shù)24）東南大學物理系一、課程的性質與目的大學物理是高等學校中理工科各專業(yè)的一門十分重要的必修基礎課。通過這門課程的學習，將為理工科各專業(yè)課及其技術基礎課打好基礎，傳授必需通用的物理基礎知識，培養(yǎng)科學思維和利用物理規(guī)律解決實際問題的初步能力。由于物理學在自然科學中的基礎地位和與社會科學的聯(lián)系，以及物理科學對人的思維訓練和能力形成有很大的影響，因而它在人才培養(yǎng)中起著十分重要和獨特的作用，對培養(yǎng)跨世紀的、參與國際競爭的高級科學與工程技術人才其至關重要的作用，必須引起充分的重視。二、課程內容的教學要求1、力學（1）掌握位矢、位移、速度、加速度、角速度和角加速度等描述質點運行和運動變化的物理量。能借助于直角坐標系計算質點在平面內運動時的速度、加速度。能計算質點作圓周運動時的角速度、角加速度、切向加速度和法向加速度。并了解與平動有關的相對運動問題。（2）掌握牛頓三定律及其適用條件。能用微積分方法求解一維變力作用下的簡單質點的動力學問題。了解變質量系統(tǒng)——火箭問題的動力學方程。（3）掌握功的概念，能計算直線運動情況下變力的功。理解保守力做功的特點及勢能的概念，會計算重力、彈性力和萬有引力勢能。（4）掌握質點的動能定理和動量定理，通過質點在平面內運動情況理解角動量（動量矩）和角動量守恒定律、動量守恒定律，并能用它們分析、解決質點在平面內運動時的簡單力學問題。掌握機械能守恒定律，動量守恒定律。掌握運用守恒定律分析問題的思想和方法，能分析簡單系統(tǒng)在平面內運動的力學問題。（5）了解轉動慣量概念。理解剛體繞定軸轉動的轉動定律和剛體繞定軸轉動情況下的角動量守恒定律。會計算力矩的功、轉動的動能，掌握剛體定軸轉動中動能定理和功能原理。（6）理解質心和質心運動定律。能解決剛體平行運動的問題。了解旋進。（7）理解伽利略相對性原理，理解伽利略坐標、速度變換的意義及運用。（8）了解非線性動力學內容和概況。2、熱學（1）了解氣體分子熱運動的圖象。理解理想氣體的壓強公式和溫度公式。通過推導氣體壓強公式，了解從提出模型、進行統(tǒng)計平均，建立宏觀量與微觀量的聯(lián)系到闡明宏現(xiàn)量的微觀本質的思想和方法。能從宏觀和統(tǒng)計意義上理解壓強、溫度、內能等概念。了解系統(tǒng)的宏觀性質量微觀運動的統(tǒng)計表現(xiàn)。（2）了解氣體分子平均碰撞頻率、平均自由程及輸運過程。了解真實氣體的一種模型——范德瓦爾斯方程。（3）了解麥克斯韋速率分布律及速率分布函數(shù)分布曲線的物理意義。了解氣體分子熱運動的平均速率、方均根速率。了解玻耳茲曼能量分布律。（4）通過理想氣體的剛性分子模型，理解氣體分子平均能量按自由度均分定理，并會應用該定理計算理想氣體的定壓熱容、定容熱容和內能。（5）掌握功和熱量的概念。理解準靜態(tài)過程。掌握熱力學第一定律。能分析、計算理想氣體等容、等壓、等溫過程和絕熱過程中的功、熱量、內能改變量及卡諾循環(huán)等簡單循環(huán)的效率。（6）了解可逆過程和不可逆過程。了解熱力學第二定律及其統(tǒng)計意義。了解熵的玻耳茲曼表達式以及在自然科學和社會科學中的影響。會做簡單情況下熵的計算。3、電磁學（1）掌握靜電場的電場強度、電勢的概念以及電場強度的疊加原理和電勢疊加原理。掌握電勢與電場強度的積分關系。能計算一些簡單問題中的電場強度和電勢。（2）理解靜電場的規(guī)律：高斯定理和環(huán)路定理。理解用高斯定理計算電場強度的條件和方法。（3）掌握磁感應強度的概念。掌握畢奧—薩伐爾定律。能計算一些簡單問題中的磁感應強度。（4）理解穩(wěn)恒磁場的規(guī)律：磁場高斯定理和安培環(huán)路定理。理解用安培環(huán)路定理計算磁感應強度的條件和方法。（5）理解安培定律和洛倫茲力公式的意義。了解電偶極矩的磁矩的概念。能計算電偶極子在均勻電場中，簡單幾何形狀載流導體和載流平面線圈在均勻磁場中或在無限長直載流導線產生的非均磁場中所受的力和力矩。能分析運動點電荷在均勻電磁場（包括純電場、純磁場）中的受力和動力。（6）了解介質的極化、磁化現(xiàn)象及其微現(xiàn)解釋。了解鐵磁質的特性。了解各向同性介質中和、和之間的關系和區(qū)別。理解介質中的高斯定理和安培環(huán)路定理。會計算電介質作均勻規(guī)則分布時均強電場和電勢計算。（7）理解電磁速度和電動勢概念。了解歐姆定律和焦耳定律的微分形式。掌握閉合電路和一段不含源電路的歐姆定律。了解基爾霍夫定律和電路中的暫態(tài)過程，理解霍爾效應。了解溫差電現(xiàn)象。（8）掌握法拉第電磁感受應定律。理解動生電動勢及感生電動勢的本質。（9）了解電容、自感系數(shù)和互感系數(shù)。（10）了解電能密度、磁能密度的概念。了解電磁波能量。（11）了解渦旋電場、位移電流的概念以及麥克期韋方程組（積分形式）的物理意義。了解電磁場的物質性。4、振動和波動（1）掌握描述簡諧振動和簡諧波的各物理量（特別是相位）及各量間的關系。（2）掌握旋轉矢量法。（3）掌握簡揩振動的基本特征，能建立一維簡諧振動的微分方程，能根據(jù)給定的初始條件寫出一維簡諧振動的運動方程，并理解其物理意義。能對一維諧振動進行動力學分析，了解阻尼振動，受迫振動和共振。（4）理解同方向、同頻率兩個簡諧振動的合成規(guī)律。了解拍現(xiàn)象，理解垂直振動合成問題。了解振動分解問題。（5）理解機械波產生的條件。掌握由已知質點的簡諧振動方程得出平面簡諧波的波函數(shù)的方法及波函數(shù)的物理意義。理解波形圖線。了解波的能量傳播特征及能流、能流密度概念。（6）了解惠更斯原理和波的疊加原理。理解波的相干條件，能應用相位差和波程差分析、確定相干波疊加后振幅加強和減弱的條件。（7）理解駐波及其形成條件。了解駐波和行波的區(qū)別。（8）了解機械波的多普勒效應及其產生原因。在波源或觀察者單獨相對介質運動，且運動方向沿二者連結情況下，能用多普勒頻移公式計算有關問題。（9）了解電磁波的性質。5、波動光學（1）理解獲得相干光的方法。了解時間相干性和空間相干性。掌握光程的概念以及光程差和相位差的關系。能分析、確定楊氏雙縫干涉條紋及薄膜等厚干涉條紋的位置，了解邁克耳遜干涉儀的工作原理。（2）了解惠更斯——菲涅耳原理。理解分析單縫夫朗禾費衍射暗紋分布規(guī)律的方法。會分析縫寬及波長對衍射條紋分布的影響。了解圓孔衍射和光學儀器分辨本領。（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）理解自然光，理解x射線衍射，線偏振光和橢圓偏振光。理解布儒斯特定律及馬呂斯定律。了解雙折射理現(xiàn)象。了解線偏振光和圓偏振光和獲得方法和檢驗方法。*了解偏振光干涉現(xiàn)象。6、近代物理（1）了解愛因斯坦狹義相對論的兩個基本假設。（2）了解洛倫茲坐標變換。了解狹義相對論中同時性的相對性，以及長度收縮和時間膨脹的概念。了解牛頓力學中的時空觀和狹義相對論中的時空觀以及二者的差異。（3）理解狹義相對論中質量和速度的關系系。（4）了解廣義相對論的含義。（5）理解氫原子光譜的實驗規(guī)律及玻爾氫原子理論。（6）理解康普頓效應的實驗規(guī)律，以及愛因期坦的光子理論對這個效應的解釋。理解光的波粒二象性。（7）了解德布羅意的物質波假設及電子衍射實驗。了解實物粒子的波粒二象性。（8）理解描述物質波動性的物理量（波長、頻率）和粒子性的物理量（動量、能量）間的關系。（9）理解波函數(shù)及其統(tǒng)計解釋。了解一維坐標、動量不確定關系。理解一維定態(tài)的薛定諤方程。會求解一維無限深勢阱問題。了解一維方勢壘和隧道效應。（10）了解如何用駐波觀點說明能量量子化。了解角動量量子化及空間量子化。了解斯忒恩——蓋拉赫實驗及微觀粒子的自旋。（11）了解描述原于中電子運動狀態(tài)的四個量子數(shù)。了解泡利不相容原理和原子的電子殼層結構。7、專業(yè)選物理教學內容（三選一）1．現(xiàn)代物理專題了解混沌、超導、液晶、光纖、分形、等離子體、激光、納米材料等。2．固體與半導體物理基礎理解固體能帶的形成及其理論概況。理解半導體的能帶結構。了解固體新材料情況。了解半導體材料與器件。3．物理學原理在現(xiàn)代工程技術中的應用了解STM技術、超聲技術、光柵技術、多普勒技術、減震技術、偏振技術、靜電技術以及航天技術。三、上機實習要求通過PCAI（大學物理輔助學習軟件系統(tǒng)）和大學物理網(wǎng)絡課程，對大學物理課程進行課前預習、課后復習和自學，以提高課堂學習效率、有效壓縮課堂教學內容、培養(yǎng)學生自主學習和探究能力。四、能力培養(yǎng)的要求1、分析能力的培養(yǎng)培養(yǎng)學生能針對具體問題分析物理狀態(tài)，弄清物理過程及其本質，建立適當?shù)奈锢砟Ｐ?。能把一些較為復雜的物理過程分解為若干個較為簡單的問題并進行正確的求解。2、自學能力的培養(yǎng)通過本課程的學習，要培養(yǎng)和提高學生對所學知識和規(guī)律進行整理、歸納、總結和消化吸收的能力；能圍繞教學內容，閱讀參考書籍和資料，自我擴充知識的能力。3、表達能力的培養(yǎng)主要通過作業(yè)和課堂討論，培養(yǎng)簡明扼要的表達自己解決問題的思路和步驟的能力。4、自主創(chuàng)新能力的培養(yǎng)培養(yǎng)學生學會獨立思考，深入鉆研問題的習慣。讓學生通過教學各個環(huán)節(jié)以及課外實踐（開放演示實驗，自主研究性實驗，省、校級物理及實驗科技作品創(chuàng)新競賽）培養(yǎng)學生動手能力和探究能力。五、建議學時分配課程內容講課習題課或課堂討論自主研學（上網(wǎng)學習）備注力學2026氣體動理論及熱力學1222電磁學1646振動和波動1224波動光學1224近代物理1022專題或固體或工程應用83選1六、考核方式總評成績=平時成績（包括作業(yè)