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大学物理(1)

大学物理(1)》课程教学大纲

课程编号: 00900050

课程名称: 大学物理(1)                         

英文名称: College Physics (1)

总  时: 64学时            

学  分: 4.0

适用对象: 工科低年级学生

先修课程: 高等数学、线性代数

一、课程性质、目的和任务 

物理学是研究机械运动、热运动、电磁运动、微观粒子运动等物质运动最基本最普遍的形式及其规律性的学科。它的理论渗透在自然科学的一切领域中,所以它是自然科学和工程技术的基础。系统的掌握物理学的基础知识,而且使学生学到物理学基础的研究方法;在获取知识的同时,对简化模型的选取、量纲分析、数量级估计与定量计算的能力、提出问题和分析问题的能力、理论联系实际的能力等都应有所提高和发展。

开设大学物理课程的目的是通过物理教学使学生掌握必要的物理基本知识、基本概念、基本规律和基本方法,培养学生获取知识、提出问题、分析问题和解决问题的能力,提高学生的物理素质和创新意识。学好大学物理课程,不仅对学生在校的后续课程的学习十分重要,而且对学生毕业后的工作和进一步学习新理论、新技术、不断更新知识等都将产生深远影响。因此,大学物理课程是高等工科院校各专业学生的一门重要的必修基础课。

二、教学内容、方法及基本要求  

教学基本内容应根据大学工科物理教学基本要求》与教学改革的结果及时调整。教学基本要求分三个层次:掌握、理解、了解。

(一)、力学

从物理学的现代发展出发重新安排力学内容,以动量、角动量、能量及三个守恒定律为核心,采用演绎方法进行讲授,并注重培养学生物理建模的能力。、

1、质点、质点系、连续体(刚体、弹性体和流体等)模型,并会根据问题的性质以及实际需要,对所研究的对象进行合理的抽象和简化,建立相应的模型。了解参考系、慣性系、非慣性系的概念。

2、质点运动的矢量性、瞬时性、相对性和叠加性描述。能利用直角坐标系、自然坐标系熟练计算质点运动时的运动函数、速度(角速度)和加速度(角加速度)。

3、能了解和正确应用伽利略速度相加定理解决宏观、低速物体的相对运动问题。

4、理解质点、质点系(刚体)的动量、能量和角动量的概念。掌握质点和质点系的动量定理、动能定理和角动量定理,并能用这三个定理分析解决质点和简单系统在平面运动时的力学问题。了解固有角动量、轨道角动量及其量子化的概念。了解宇宙速度、逃逸速度、引力半径和黑洞的概念。

5、掌握质点和质点系的动量、能量和角动量守恒定律及其适用条件,掌握运用三大守恒定律分析问题的思想和方法,能利用三大守恒定律分析、计算有关问题。了解对称性与守恒定律的关系,了解火箭的飞行原理及基本粒子的运动。

6、理解转动惯量的概念,掌握刚体定轴转动定律,能对含有定轴转动刚体在内的系统正确地应用机械能守恒定律和角动量守恒定律。

7、掌握牛顿三定律及其适用条件。了解惯性力。

(二)、狭义相对论基础

相对论的内容十分丰富,它研究微观、高速物体的运动。本课程中着重介绍狭义相对论。

1、握爱因斯坦狭义相对论的两个基本原理。

2、理解洛仑兹变换,能用洛仑兹变换分析、计算在不同惯性系中一维运动质点的坐标和时间变换问题。了解相对论变换中的不变量的概念。

3、理解狭义相对论中同时的相对性,以及长度收缩和时间膨胀的概念,并能分析、计算有关问题。了解牛顿力学时空观和狭义相对论时空观的差异。

4、理解相对论质量、动量、动能和能量等概念,并能用以分析、计算有关的简单问题。了解粒子衰变、原子和原子核的结合能、核裂变、核聚变等方面的基础知识。

(三)、振动和波

波动已被确认为是物质运动的基本形态,几乎贯穿于整个物理学。本课程中采用粒子的、能量的观点进行分析。

1、理解描述简谐振动的特征量(特别是相位)的物理意义及相互关系。

2、掌握用旋转矢量法表示简谐振动的方法,并能用以分析有关问题。

3、掌握简谐振动的基本特征,能根据给定的初始条件写出一维谐振动的运动方程。

4、掌握简谐振动的合成。了解简谐振动的分解、傅立叶变换和频谱分析有关知识。

5、理解波产生的条件及弹性媒质的概念。掌握根据已知质点的谐振动方程建立平面简谐波的波动方程的方法。理解波动方程的物理意义和波形图线。

6、理解波的能量传播特征及能流、能流密度等概念。

7、理解惠更斯原理和波的叠加原理。掌握波的相干条件,能应用相位差(波程差)概念分析和确定相干波叠加加强和削弱的条件。了解复波、波群和波包的概念。

8、掌握驻波的形成及特点,掌握半波损失的概念,理解驻波和行波的区别。

9、了解多普勒效应及其产生的条件、原因,了解多普勒效应的实际应用。

10、了解电磁波、声波的不同性质。

(四)、气体分子运动论及热力学

采用统计的、半定量的方法来分析热力学系统的平衡状态及在平衡状态中的微观不可测量、宏观可测量的关系。

1、能从宏观和统计意义上理解压强、温度、内能和熵等概念,理解系统的宏观性质是微观运动的统计表现。

2、理解理想气体的压强和温度公式的物理意义,了解从提出模型,进行统计平均,建立宏观量与微观量的联系到阐明宏观量的微观本质的思想和方法。

3、理解麦克斯韦速率分布律,了解速度分布函数和速率分布曲线的物理意义,了解玻尔兹曼能量分布律。

4、理解理想气体分子平均能量按自由度均分的统计定理,并能利用它确定理想气体分子的动能、内能和热容量。

5、了解非平衡热力学气体输运过程中的宏观规律和微观解释,理解气体分子的平均碰撞次数及平均自由程。

6、掌握功和热量的统计概念。理解平衡过程。掌握热力学第一定律,能熟练地应用它分析、计算理想气体在绝热过程中的功、热量、内能改变量及循环的经济性指标。

7、理解热力学第二定律的两种叙述和它的统计意义,理解玻尔兹曼熵公式和熵增加原理。

8、了解耗散结构理论的形成分支和应用。

(五)、波动光学

主要介绍光的干涉、衍射和偏振,从基本原理的角度进行讨论,力求简明。

1、理解获得相干光的方法。掌握光程的概念以及光程差和相位差的关系。能分析、确定杨氏双缝及薄膜干涉的位置。理解麦克尔逊干涉仪的工作原理。

2、理解惠更斯 菲涅耳原理。掌握分析单缝夫琅和费衍射条纹分布规律的方法。能分析缝宽、波长对衍射条纹分布的影响。

3、掌握光栅衍射公式。能确定光栅衍射谱线的位置,能分析光栅常数、波长对光栅衍射谱线分布的影响。会分析缺级现象。

4、理解自然光、线偏振光。理解布儒斯特定律及马吕斯定律。了解双折射现象,理解偏振光的获得方法和检验方法。

5、了解X射线衍射、电子衍射和中子衍射。了解全息照相和光信息处理等现代光学内容。了解非线性光学和液晶方面的知识。

、实践环节的内容、方法及基本要求    

各教学环节学时分配

                     教学环节

课程内容

讲课(包括习题课、讨论课)

实验

上机

课外

合计

力学

20

 

 

20

40

相对论基础

6

 

 

6

12

热力学

14

 

 

14

28

振动和波

10

 

 

10

20

波动光学

12

 

 

12

24

总复习

2

 

 

2

4

合计

64

 

 

64

128

、考方式

(1)期末闭卷笔试,占总成绩的70%

(2)平时成绩(作业、课堂讨论和小论文等)占30%

对学生能力培养的体现  

大学物理是工科各专业必修的一门重要基础学科,对学生后续课程的学习和以后的工作乃至继续深造都有着重要影响。特别在使学生树立正确的学习态度、掌握科学的学习方法、培养独立获取知识的能力、以尽快适应大学阶断的学习规律等方面所起的作用也是十分重要的。

、推荐教材和参考文献  

教    材:物理学教程(第二版),马文蔚编著,高等教育出版社,2006年

参考文献:普通物理学(第六版)程守洙编著,高等教育出版社,2006年,

                 大学物理学 (第三版),张三慧编著,清华大学出版社,2009年,

          《大学物理通用教程》(第二版),钟锡华编著,北京大学出版社,2010年,

          《新概念物理教程》(第二版),赵凯华编著,高等教育出版社,2004年。 

八、说明 

1.课程要求分为三级:

(1)掌握——属最高要求,对这些内容(包括定义、定理、定律的内容及推导、适用条件等),学生应透彻地弄清楚,并能熟练地计算和应用。

(2)理解——属一般要求,对这些内容(包括定义、定理、定律的内容及适用条件)学生应弄清楚,一般不要求推导,但能用以分析、计算有关的简单问题。

(3)了解——属要求较低内容,对这些内容只要求学生知道有关的物理量,某些现象及其解释,或某些重要实验及它们所标明的某些规律性等。

2. 在大学物理课的教学过程中,充分利用高等数学工具,本课程以一年级第二学期开设为宜。

3. 执行本大纲,课内外学时比为 1:1。

 

 

 

 

                                                        大纲制订人:付星球

                                                        大纲审定人:马德香 

                                                        大纲校对人:胡冰、黄霞

                                                        制订日期: 201411