《近代物理導(dǎo)論》課程教學(xué)大綱

《近代物理導(dǎo)論》課程教學(xué)大綱課程編號：ABCL0307課程名稱：近代物理導(dǎo)論英文名稱：Introductiontomodernphysics課程類型：選修總學(xué)時：32其中講課學(xué)時：32實驗學(xué)時：0學(xué)分：1.5適用專業(yè)：材料物理開設(shè)學(xué)期：4先修課程：《高等數(shù)學(xué)》、《線性代數(shù)》、《大學(xué)物理》一、課程簡介本課程是在修完《高等數(shù)學(xué)》、《線性代數(shù)》、《大學(xué)物理》等課程后開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，目的是如何讓材料專業(yè)的學(xué)生如何了解和掌握近代物理發(fā)展特征及其變化規(guī)律，并且在后續(xù)學(xué)習(xí)工作中運用這些規(guī)律去解決問題。本課程的主要目標(biāo)和任務(wù)是：以原子結(jié)構(gòu)為中心，以實驗事實為線索，了解原子和原子核層次的物質(zhì)結(jié)構(gòu)及運動和變化規(guī)律，揭示宏觀現(xiàn)象與規(guī)律的本質(zhì)。介紹有關(guān)問題所需要的量子力學(xué)基本概念，闡述物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)三個層次的物理過程、研究方法，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。使學(xué)生對物質(zhì)世界有更深入的認(rèn)識，獲得在本課程領(lǐng)域內(nèi)分析和處理一些最基本問題的初步能力。通過本課程的講授，使學(xué)生了解近代物理的發(fā)展歷程，了解在近代物理中的一些偉大科學(xué)家是如何思考問題發(fā)現(xiàn)問題的，激發(fā)學(xué)生對自然科學(xué)深入探索的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力。針對開課對象為材料專業(yè)，因此突出近代物理中的一些發(fā)現(xiàn)在材料研究中發(fā)揮的巨大作用，讓學(xué)生了解如何運用這些規(guī)律去解決后續(xù)學(xué)習(xí)和工作中遇到的問題。使學(xué)生了解近代物理的兩部分內(nèi)容，相對論和量子理論，為后續(xù)課程《固體物理》、《半導(dǎo)體物理》、《材料物理》打下基礎(chǔ)。二、課程基本內(nèi)容及要求近代物理主要包含相對論和量子理論兩方面的內(nèi)容。相對論部分主要學(xué)習(xí)狹義相對論時空觀，狹義相對論運動學(xué)以及狹義相對論動力學(xué)，通過學(xué)習(xí)深刻理解狹義相對論中的經(jīng)典時空理論和邁克爾遜-莫雷實驗；熟記狹義相對論基本原理、洛侖茲變換；理解同時的相對性、時鐘延緩效應(yīng)以及長度縮短效應(yīng)。掌握相對論力學(xué)的基本理論并解決實際問題。量子理論部分主要講授量子理論提出的背景，量子力學(xué)中的基本概念，并利用這些概念和理論解決原子分子等微觀結(jié)構(gòu)層次中的問題，通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解量子理論產(chǎn)生的背景，掌握量子力學(xué)五大基本假設(shè)，掌握薛定諤方程及其在一維無限深勢阱和一維諧振子方面的應(yīng)用。以下分章節(jié)介紹：第一章狹義相對論課程教學(xué)內(nèi)容：伽利略變換，力學(xué)的相對性原理，絕對時空觀；.狹義相對論的兩個基本假設(shè)，洛倫茲變換，狹義相對論產(chǎn)生的歷史背景；狹義相對論的兩個基本假設(shè)，相對論速度變換式；狹義相對論的時空觀，同時的相對性，長度收縮效應(yīng)，時間膨脹效應(yīng)；相對論質(zhì)點動力學(xué)方程，極限速度，相對論質(zhì)量，相對論動力學(xué)的基本方程；.相對論能量，相對論動能，相對論能量，動量與能量的關(guān)系。課程重點、難點：本章重點：經(jīng)典時空理論和邁克爾遜實驗；狹義相對論基本原理、洛侖茲變換；難點：同時的相對性和尺縮、鐘慢效應(yīng)，利用洛侖茲速度變換解決具體問題；課程教學(xué)要求：掌握狹義相對論基本原理；了解洛倫茲坐標(biāo)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概念。了解牛頓力學(xué)中的時空觀和狹義相對論中的時空觀以及兩者的差異。理解狹義相對論時空觀，理解狹義相對論中質(zhì)量和速度的關(guān)系、質(zhì)量和能量的關(guān)系。掌握相對論力學(xué)的基本理論并解決實際問題。第二章量子力學(xué)簡介課程教學(xué)內(nèi)容：波粒二相性；量子力學(xué)的基本理論及數(shù)學(xué)表示。課程重點、難點：本章重點：波粒二象性物理圖象，態(tài)函數(shù)統(tǒng)計意義；德布羅意關(guān)系式意義及應(yīng)用；難點：不確定原理及其關(guān)系式的意義及應(yīng)用的認(rèn)識及理解。課程教學(xué)要求：了解波粒二象性的實驗基礎(chǔ)及波—粒二象性物理圖象的建立；理解德布羅意關(guān)系式的物理意義及應(yīng)用；了解不確定原理及其關(guān)系式的意義及應(yīng)用；理解波粒二象性粒子的態(tài)函數(shù)的統(tǒng)計意義。

第三章原子的結(jié)構(gòu)和能級課程教學(xué)內(nèi)容：；課程重點、難點：教學(xué)重點是：讓學(xué)生掌握玻爾氫原子理論的建立過程，；教學(xué)難點是：量子化條件，能量公式、氫能級圖及主量子數(shù)、角量子數(shù)和磁量子數(shù)的物理意義，。課程教學(xué)要求：第四章原子核物理與基本粒子簡介課程教學(xué)內(nèi)容：原子核的一般性質(zhì)；原子核結(jié)構(gòu)模型；核衰變和基本相互作用；核反應(yīng)及其應(yīng)用；基本粒子的發(fā)現(xiàn)與性質(zhì)；自然界的基本相互作用；粒子分類和轉(zhuǎn)化守恒律；夸克和標(biāo)準(zhǔn)模型。課程重點、難點：教學(xué)重點是讓學(xué)生掌握原子核的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、變化規(guī)律；讓學(xué)生掌握基本粒子基礎(chǔ)知識。教學(xué)難點是原子核的放射性衰變、原子核的反應(yīng)及核結(jié)構(gòu)模型；基本粒子的守恒定律。課程教學(xué)要求：掌握放射性衰變規(guī)律、衰變能及α衰變、β衰變、殼層俘獲的條件，掌握核力、核結(jié)構(gòu)模型，掌握重核裂變與輕核聚變。掌握粒子基本知識，了解粒子的分類及特征，掌握基本粒子的守恒定律，了解幾種相互作用的一般特征。三、教學(xué)方法與手段1.教學(xué)方法本課程以課堂教學(xué)為主。教師在教學(xué)過程中，針對課程較難理解的概念適時提問，用提問、討論等方法促使學(xué)生思維，調(diào)動學(xué)生積極主動思考的能動性，以加深學(xué)生對課程內(nèi)容的理解，提高學(xué)習(xí)興趣。在描述各種概念與性能參數(shù)時，應(yīng)盡量避免復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，而注重數(shù)學(xué)關(guān)系式的物理意義，注重理論聯(lián)系實際。內(nèi)容深入淺出、容易理解。當(dāng)每堂授課結(jié)束后，適當(dāng)設(shè)置思考題，在下次課前和學(xué)生進行交流。2．教學(xué)手段

采用多媒體教學(xué)手段，結(jié)合使用課件，以形象化資料激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加強教學(xué)效果。在課堂教學(xué)中，充分利用多媒體教學(xué)手段，結(jié)合課件內(nèi)容設(shè)計的有助于理解課程內(nèi)容的動畫，幫助學(xué)生理解概念，提高教學(xué)效果。1）討論課因本課程給定的學(xué)時少，教學(xué)內(nèi)容較多，在課堂教學(xué)中暫不專門安排討論課。2）習(xí)題課因課時少，暫不安排習(xí)題課。利用課外輔導(dǎo)時間，講解課外作業(yè)中的共性問題。3）實驗課本課程不開設(shè)實驗課。4）課外作業(yè)課外作業(yè)是鞏固理論、強化概念及培養(yǎng)分析問題和獨立思考能力的重要環(huán)節(jié)，是檢驗教與學(xué)的手段之一。課外作業(yè)一次不宜過多過難，每次1~2題，應(yīng)由易到難，由淺到深，以教材上的習(xí)題為主，適度增加一些自編習(xí)題及思考題。5）自主學(xué)習(xí)提高學(xué)生自學(xué)能力和獲取知識能力是重要環(huán)節(jié)，要適當(dāng)布置學(xué)生自學(xué)的內(nèi)容。學(xué)生可以利用網(wǎng)絡(luò)課堂進行自學(xué)、復(fù)習(xí)、個性化學(xué)習(xí)。網(wǎng)站平臺可以提供在線提問，答疑系統(tǒng)、交流平臺，教師可以答疑學(xué)生問題。6）課外指導(dǎo)本課程不再在考試前進行考前輔導(dǎo)，但在課程內(nèi)容全部結(jié)束后，可適時安排一節(jié)復(fù)習(xí)課，以便將課程內(nèi)容串聯(lián)，有利于學(xué)生更為深入的理解。四、各教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時分配教學(xué)內(nèi)容講課習(xí)題課實驗其它合計第一章狹義相對論6第二章量子力學(xué)簡介4第三章原子的結(jié)構(gòu)和能級14第四章原子核物理與基本粒子簡介8合計32五、考核方式與成績評定標(biāo)準(zhǔn)1、考核方法：考查2、成績評定：以期末考核成績?yōu)橹?，平時考核成績?yōu)檩o。期末考核成績占70%。平時考核成績占30%。期末考核方法為開卷筆試，考試范圍為課程所有內(nèi)容。平時考核由考勤、平時測驗、課堂作業(yè)等綜合評定。六、推薦教材和教學(xué)參考書教材：李康，楊建