《重力學(xué)》教學(xué)大綱

第頁重力學(xué)一、課程說明課程編號：010319Z10課程名稱：重力學(xué)/GRAVITY課程類別：專業(yè)教育課程（專業(yè)課）學(xué)時(shí)/學(xué)分：32/2先修課程：數(shù)學(xué)物理方程、位場理論、地球物理學(xué)概論等適用專業(yè)：地球物理學(xué)教材、教學(xué)參考書：RichardJ.Blakely,Potentialtheoryingravityandmagneticapplication,CambridgeUniversityPress,1995曾華霖，《重力學(xué)與重力勘探》，地質(zhì)出版社，2005吳慶鵬，《重力學(xué)與固體潮》，地震出版社，1997管澤霖、寧津生，《地球形狀及外部重力場》（上、下冊），測繪出版社，1981王謙身，《重力學(xué)》，地震出版社，2003寧津生，《地球重力場模型理論》，武漢測繪科技大學(xué)出版社，1990二、課程設(shè)置的目的意義重力學(xué)是固體地球物理學(xué)中的組成部分，是研究地球重力場及其所關(guān)聯(lián)的其它物理現(xiàn)象的學(xué)科，所涵蓋的領(lǐng)域包括地球重力場、地球形狀與形變、大地測量、固體潮和衛(wèi)星重力學(xué)等。通過多媒體理論教學(xué)、學(xué)生自學(xué)等各種教學(xué)環(huán)節(jié)，使學(xué)生了解重力學(xué)的定義、體系、研究內(nèi)容，掌握重力學(xué)的基本概念和基本理論，使學(xué)生對重力學(xué)的現(xiàn)代發(fā)展有較深入的了解，以及學(xué)習(xí)如何運(yùn)用重力方法探究科學(xué)問題，并通過實(shí)驗(yàn)使學(xué)生加深對重力學(xué)理論知識的理解。三、課程的基本要求知識：掌握重力學(xué)的原理和方法，了解重力學(xué)的發(fā)展動(dòng)態(tài)，具備寬廣的科技視野和創(chuàng)新意識。能力：具備較強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)能力、科技創(chuàng)新能力；具備重力學(xué)方法及數(shù)據(jù)解釋的基本能力，熟練使用相關(guān)儀器設(shè)備，具備運(yùn)用重力知識和方法探究科學(xué)問題；具有一定的地球物理正反演或數(shù)據(jù)處理軟件編制能力；具有吸納相關(guān)學(xué)科知識和技術(shù)對本領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新性設(shè)計(jì)和實(shí)施的能力。素質(zhì)：通過課程中的分析討論和辯論培養(yǎng)分析溝通交流素質(zhì)，具備獨(dú)立工作，又具有團(tuán)隊(duì)合作精神，適應(yīng)競爭學(xué)會(huì)合作；具有良好的心理承受能力及科學(xué)的工作心態(tài)；遵守地球物理專業(yè)職業(yè)行為準(zhǔn)則；熟悉重力測量領(lǐng)域及相關(guān)領(lǐng)域的政策和法規(guī)。四、教學(xué)內(nèi)容、重點(diǎn)難點(diǎn)及教學(xué)設(shè)計(jì)章節(jié)教學(xué)內(nèi)容總學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)分配教學(xué)重點(diǎn)教學(xué)難點(diǎn)教學(xué)方案設(shè)計(jì)（含教學(xué)方法、教學(xué)手段）講課實(shí)踐第1章序言重力學(xué)的研究領(lǐng)域與研究內(nèi)容，重力學(xué)的發(fā)展歷程，重力學(xué)相關(guān)的基本概念。220重力學(xué)的概念、基本內(nèi)容和作用，重力單位關(guān)系。重力學(xué)的概念用典型歷史事件和數(shù)據(jù)結(jié)合現(xiàn)狀和發(fā)展講解重力學(xué)研究內(nèi)容和基本概念。第2章重力場理論位場的邊值問題、地球重力的組成、引力及慣性離心力分布特征、重力位及其特征；位場積分與微分方程、斯托克司積分、球諧級數(shù)；直角坐標(biāo)系和球坐標(biāo)系的地球重力位表達(dá)式。440地球重力場的概念；大地位的球函數(shù)展開。直角坐標(biāo)系和球坐標(biāo)系的地球重力位表達(dá)式；大地位的球函數(shù)展開教學(xué)思路：位場邊值問題引入重力場的表達(dá)式。對比推導(dǎo)不同坐標(biāo)系下的地球重力場公式。教學(xué)模式：課前導(dǎo)學(xué)、課堂講授、課堂討論、文獻(xiàn)查閱，課中提問搶答。第3章地球正常重力場主要介紹正常重力位、擾動(dòng)位、重力場模型；正常重力位的積分表達(dá)式和球諧表達(dá)式、斯托克斯定理的積分表達(dá)、索米揚(yáng)那公式、正常重力公式、布容斯公式等基本關(guān)系。440地球正常重力場的概念，重力位的球函數(shù)展開式，正常重力公式，拉普拉斯方法表示正常重力位的概念及方法。地球的正常重力場的解析分析教學(xué)思路：以位場理論和數(shù)理知識為基礎(chǔ)，推導(dǎo)引入地球正常重力場的表達(dá)式。教學(xué)模式：課外自學(xué)和課上提問搶答相結(jié)合，課前導(dǎo)學(xué)和課堂作業(yè)相結(jié)合，一般歸納和重點(diǎn)解析相結(jié)合。第4章大地水準(zhǔn)面水準(zhǔn)面、大地水準(zhǔn)面的概念，垂線偏差的概念，大地水準(zhǔn)面高度、求取大地水準(zhǔn)面上擾動(dòng)位的基本思路，引出泊松積分公式、布容斯公式的球諧展開式等基本關(guān)系，引導(dǎo)學(xué)生思考大地水準(zhǔn)面的形狀與標(biāo)準(zhǔn)橢球面之間的關(guān)系等問題。440位理論邊值問題的概念，理解斯托克司問題和斯托克司定理；擾動(dòng)位、大地水準(zhǔn)面高度、垂線偏差、重力異常的概念及其關(guān)系，熟悉并掌握泊松積分公式、布容斯公式、重力測量基本微分方程。位理論邊值問題；求取大地水準(zhǔn)面上擾動(dòng)位的基本思路教學(xué)思路：結(jié)合地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)和重力學(xué)基本知識，引入泊松積分公式、布容斯公式的球諧展開式等基本關(guān)系。教學(xué)模式：課堂講授、課外自學(xué)和課上提問搶答相結(jié)合;課前導(dǎo)學(xué)和課堂作業(yè)相結(jié)合；一般歸納和重點(diǎn)解析相結(jié)合。第5章衛(wèi)星重力學(xué)開普勒定律及軌道根數(shù)、測定衛(wèi)星軌道根數(shù)的概念、內(nèi)比公式、拉格朗日攝動(dòng)方程；引導(dǎo)學(xué)生思考如何利用衛(wèi)星軌道攝動(dòng)確定引力位系數(shù)等問題。440衛(wèi)星軌道名詞；利用衛(wèi)星軌道攝動(dòng)確定地球引力場的基本思路利用衛(wèi)星軌道攝動(dòng)確定引力位系數(shù)教學(xué)思路：通過典型衛(wèi)星實(shí)例分析衛(wèi)星重力學(xué)相關(guān)概念和引力位系數(shù)確定方法等。教學(xué)模式：課外文獻(xiàn)資料、課堂講授結(jié)合課堂討論第6章重力異常重力異常、自由空間重力異常、布格重力異常、地殼均衡、均衡重力異常等基本概念；自由空間校正、中間層校正及地形校正的意義、各種重力異常的物理含義；剩余密度與剩余質(zhì)量、密度界面、異常正反演；規(guī)則形體正演表達(dá)式和單一密度界面正、反演線性公式。圓滑、平均場、趨勢分析、空間延拓、導(dǎo)數(shù)換算等數(shù)據(jù)處理方法。422重力異常概念、要求及基本方法，重力校正與重力異常，各種重力校正的地球物理意義，重點(diǎn)掌握規(guī)則形狀異常密度體的正反演問題。各種重力校正的地球物理意義；規(guī)則形狀異常密度體的正反演問題教學(xué)思路：以簡單模型的重力值引入重力異常相關(guān)校正和處理方法，以簡單形體為實(shí)例定性說明重力場的正反演問題。教學(xué)模式：結(jié)合課前導(dǎo)學(xué)、課程講授、專題討論和大型作業(yè)展示。第7章重力測量絕對重力測量及儀器工作原理、相對重力測量及儀器工作原理、重力基點(diǎn)網(wǎng)、重力儀零點(diǎn)漂移；相對重力測量儀器靈敏度表達(dá)式、單次觀測、往返觀測和三重小循環(huán)觀測的零點(diǎn)漂移校正公式；使學(xué)生掌握重力儀的基本操作步驟、重力數(shù)據(jù)校正。介紹國際重力測量網(wǎng)和國家重力測量網(wǎng)。422重力測量基本方法與技術(shù)；絕對重力測量及儀器工作原理、相對重力測量及儀器工作原理。重力測量的基本方法與技術(shù)、重力儀的操作。教學(xué)思路：以經(jīng)典的重力測量儀器和測量方法，介紹重力測量的相關(guān)內(nèi)容，通過野外觀摩和實(shí)踐掌握重力儀的測量方法和操作。教學(xué)模式：課前導(dǎo)學(xué)、課堂分析、野外現(xiàn)場觀摩、自主儀器操作。第8章固體潮和重力學(xué)應(yīng)用簡單介紹固體潮起潮力位及其調(diào)和展開等；大地水準(zhǔn)面潮汐、地傾斜、剛體地球的理論固體潮和理論重力固體潮計(jì)算等概念和方法。介紹最新的重力學(xué)研究領(lǐng)域和成果；了解重力學(xué)在大地測量、地球內(nèi)部問題、地質(zhì)勘探和全球變化等方面的應(yīng)用和研究范例。642重力固體潮理論推導(dǎo)和重力學(xué)在大地測量、地球內(nèi)部問題、地質(zhì)勘探和全球變化等方面的應(yīng)用。重力固體潮理論推導(dǎo)和重力學(xué)的運(yùn)用教學(xué)思路：以最新重力學(xué)研究成果引入固體潮的原理；以歸納的方法介紹重力學(xué)的應(yīng)用。教學(xué)模式：課外自學(xué)和課上提問搶答相結(jié)合;課前導(dǎo)學(xué)和課堂作業(yè)相結(jié)合；一般歸納和重點(diǎn)解析相結(jié)合。五、實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容和基本要求實(shí)驗(yàn)名稱實(shí)驗(yàn)內(nèi)容學(xué)時(shí)基本要求重力正反演布格重力異常基本處理與正反演2掌握布格重力異?；咎幚砼c正反演重力測量重力儀的基本操作和相對重力測量2掌握重力儀的基本操作和相對重力測量運(yùn)用重力方法利用球諧函數(shù)計(jì)算衛(wèi)星重力異常和重力學(xué)運(yùn)用實(shí)例2了解和運(yùn)用重力方法探究科學(xué)問題六、考核方式及成績評定教學(xué)過程中采取講授、討論、分析、大型作業(yè)、課前導(dǎo)學(xué)的方式進(jìn)行，注重過程考核，考核方式包括：筆試、作業(yè)、討論、辯論、課內(nèi)互動(dòng)，課外閱讀等；過程考核占總評成績的50%，期末考試點(diǎn)