大学物理刘果红教学大纲.docx
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大学物理刘果红教学大纲
教学大纲
课程代码：
课程名称：
大学物理A
英文名：
UniversityPhysicsA
课程类别：
公共基础课
学时学分：
123学时
先修课程：
高等数学
授课对象：
所有非建筑类工科类专业及非物理类理科专业
开课单位：
数理系
教材：
《普通物理学》，程守洙，江之永编，高等教育出版社，1982年
参考书目：
《大学物理学》五册，张三慧编，清华大学出版社，2003年
《大学物理学习题讨论课指导》，沈慧君主编，清华大学出版社
一、课程的目的和任务：
物理学是研究物质的基本结构、相互作用和物质的最基本、最普通的运动形式（机械运动、热运动、电磁运动、微观粒子运动等）及其相互转化规律的学科。
以物理学基础知识为内容的大学物理课，它所包括的经典物理、近代物理和物理学在科学技术中运用的初步知识,都是一个高级技术人员所必备的。
另外，作为素质教育的实际载体，大学物理课是对于培养和提高工科学生的综合素质有着十分重要的作用。
因此，大学物理课是我院所有工科类专业的一门重要的必修基础课。
我院工科类专业开设物理课的作用，一方面在于为学生打好必要的物理基础使其对课程中的基本理论、基本知识能够正确的理解，并有初步的应用能力；另一方面注重学生的素质和能力的培养，使学生初步学会科学的思维方式和研究问题的方法，逐步提高分析问题、解决问题的能力。
再者，通过大学物理课的教学，使学生对物质世界中最普通、最基本的运动形式及其规律有一个较为全面和系统的认识，从而牢固树立辨证唯物主义世界观。
二、课程的基本要求和教学内容：
1、 基本要求
教学内容的基本要求分三级：
掌握、理解、了解。
掌握：
属较高要求。
对于要求掌握的内容（包括定理、定律、原理等的内容、物理意义及适用条件）都应比较透彻明了，并能熟练地用以分析和计算工科大学物理课水平的有关问题，对于那些能够由基本定律导出的定理要求会推导。
理解：
属一般要求。
对于要求理解的内容（包括定理、定律、原理等的内容、物理意义及适用条件）都应明了，并能用以分析和计算工科大学物理课水平的有关问题，对于那些能够由基本定律导出的定理不要求会推导。
了解：
属较低要求。
对于要求了解的内容，应该知道所涉及问题的现象和有关实验，并能对它们进行定性解释，还应知道与问题直接有关的物理量和公式等的物理意义。
对于要求了解的内容，在经典物理部分不要求定量计算，在近代物理部分要求能作代公式一类的计算。
力学
（1） 掌握位失、位移、速度、加速度、角速度和角加速度等描述质点运动变化的物理量。
能借助直角坐标系计算质点在平面内运动时的速度、加速度。
能计算质点作圆周运动时的角速度、角加速度、切向加速度和法向加速度。
（2） 掌握牛顿三定律及其适用条件。
能用微积分方法求解一维变力作用下简单的质点动力学问题。
（3） 掌握功的概念，能计算直线运动情况下变力的功。
理解保守力作功的特点及势能的概念，会计算重力、弹性力和万有引力势能。
（4） 掌握质点的动能定理和动量定理，通过质点在平面内的运动情况理解角动量和角动量守恒定律，并能用它们分析、解决质点在平面内运动时的简单力学问题。
掌握机械能守恒定律、动量守恒定律，掌握运用守恒定律分析问题的思想和方法，能分析简单系统在平面内运动的力学问题。
（5） 了解转动惯量概念。
理解刚体绕定轴转动的转动定律和刚体在绕定轴转动情况下的角动量守恒定律。
（6） 了解爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设。
了解洛仑兹变换。
了解相对论中同时性的相对性以及长度收缩和时间膨胀概念。
了解牛顿力学中的时空观和和狭义相对论中的时空观以及二者的差异。
理解狭义相对论中质量和速度的关系、质量和能量的关系。
热学
（1） 理解理想气体的压强公式和温度公式。
通过推导气体压强公式，了解从提出模型、进行统计平均、建立宏观与微观量的联系到阐明宏观量的微观本质的思想和方法。
能从宏观和统计意义上理解压强、温度、内能等概念。
了解系统的宏观性质是微观运动的统计表现。
（2） 了解气体分子平均碰撞频率及平均自由程。
（3） 了解麦克斯韦速率分布律及速率分布函数和速率分布曲线的物理意义。
了解气体分子热运动的算术平均速率、方均根速率。
了解玻耳兹曼能量分布律。
（4） 通过理想气体的刚性分子模型，理解气体分子平均能量按自由度均分定理，并会应用该定理计算理想气体的定压热容、定体热容和内能。
（5） 掌握功和热量的概念。
理解准静态过程。
掌握热力学第一定律。
能分析、计算理想气体等体、等压、等温过程和绝热过程中的功、热量、内能改变量及卡诺循环等简单循环的效率。
（6） 了解可逆过程和不可逆过程。
了解学热力学第二定律及其统计意义。
了解熵的玻耳兹曼表达式。
电磁学
（1）掌握静电场的电场强度和电势的概念以及电场强度叠加原理。
掌握电势与电场强度的积分关系。
能计算一些简单问题中的电场强度和电势。
（2）理解静电场的规律：
高斯定理和环路定理。
理解用高斯定理计算电场强度的条件和方法。
（3）掌握磁感应强度的概念。
理解毕奥—萨伐尔定律。
能计算一些简单问题中的磁感应强度。
（4）理解稳恒磁场的规律：
磁场高斯定理和安培环路定理。
理解用安培环路定理计算磁感应强度的条件和方法。
（5）理解安培定律和洛仑兹力公式。
了解电偶极矩和磁矩的概念。
能计算电偶极子在均匀电场中，简单几何形状载流导体和载流平面线圈在均匀磁场中或在无限长直载流导线产生的非均匀磁场中所受的力和力矩。
能分析点电荷在均匀电场和均匀磁场中的受力和运动。
（6）了解倒替的静电平衡条件，了解介质的极化、磁化现象及其微观解释。
了解铁磁质的特性。
了解各向同性介质中和、和之间的关系和区别。
了解介质中的高斯定理和安培环路定理。
（7）掌握法拉第电磁感应定律。
理解动生电动势及感生电动势。
（8）了解电容、自感系数和互感系数。
（9）了解电能密度、磁能密度的概念。
（10）了解涡旋电场、位移电流的概念以及麦克斯韦方程组的物理意义。
了解电磁场的物质性。
波动与光学
（1）掌握描述简谐运动和简谐波的各物理量（特别是相位）及各量间的关系。
（2）理解旋转矢量法
（3）掌握简谐运动的基本特征，能建立一维简谐运动的微分方程，能根据给定的初始条件写出一维简谐运动的运动方程，并理解其物理意义。
（4）理解同方向、同频率的两个简谐运动的合成规律。
理解机械波产生的条件。
掌握由已知质点的简谐运动方程得出平面简谐波的波函数的方法及波函数的物理意义。
理解波形图线。
了解波的能量传播特征及能流、能流密度概念。
（5）了解惠更斯原理和波的叠加原理。
理解波的相干条件，能应用相位差和波程差分析、确定相干波叠加后振幅加强和减弱的条件。
（6）理解驻波及其形成条件。
了解驻波和行波的区别。
（7）了解机械波的多普勒效应及其产生的原因。
在波源或观察者单独相对介质运动，且运动方向沿二者连线的情况下，能用多普勒频移公式进行计算。
（8）了解电磁波的性质。
（9）理解相干光的方法。
掌握光程的概念以及光程差和相位差的关系。
能分析、确定杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉条纹的位置，了解迈克耳孙干涉仪的工作原理。
（10）了解惠更斯—菲涅耳原理。
理解分析单缝的夫琅禾费衍射暗纹分布规律的方法。
会分析缝宽及波长对衍射条纹分布的影响。
（11）理解光栅公式。
会确定光栅衍射谱线的位置。
会分析光栅常数及波长对光栅谱线分布的影响。
（12）理解自然光和线偏振光。
理解布懦斯特定律及马吕斯定律。
了解双折射现象。
了解线偏振光的获得方法和检验方法。
量子物理简介
（1）理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论。
（2）理解光电效应和康普顿效应的实验规律以及爱因斯坦的光子理论对这两个效应的解释，理解光的波粒二象性。
（3）了解德布罗意的物质波假设及其真确性的实验证实。
了解实物粒子的波粒二象性。
（4）理解描述物质波动性的物理量（波长、频率）和粒子性的物理量（动量、能量）间的关系。
（5）了解波函数及其统计解释。
了解一维坐标动量不确定关系。
了解一维定态薛定谔方程。
（6）了解描述原子中电子运动状态的四个量子数。
了解泡利不相容原理和原子的电子壳层结构。
（7）了解核的一般性质、核力、核的结合能和核反应。
2、 教学内容
（一）、绪论
绪论应向学生介绍物理学的研究对象、方法，以及物理学与其它自然学科和工程技术的关系，阐明大学物理课的特点以及它在高等工科院校培养专门人才全局中的地位、作用和任务。
（二）力学的物理基础
（1） 质点运动学
理解参照系、坐标及质点等概念，掌握位置矢量，位移，速度，加速度等描述质点运动和运动变化的物理量。
能借助于直角坐标系熟练地计算质点在平面内运动时的速度和加速度，能熟练的计算质点作圆周运动时的角速度，角加速度，切向加速度和法向加速度。
（2） 质点动力学
掌握牛顿三定律及其适用条件。
掌握功的概念。
能熟练的计算直线运动情况下的变力的功。
掌握保守力做功的特点及势能的概念，会计算势能（重力势能，弹性势能，万有引力势能）。
理解势能曲线和作用力的关系。
掌握质点的动能定理和动量定理，并能应用它们分析解决质点在平面内运动时的力学问题。
掌握机械能守恒定律，动量守恒定律以及它们的适用条件。
掌握运用守恒定律分析问题的思想和方法，能分析简单系统在平面内运动的力学问题。
（3） 刚体的转动
理解转动惯量的概念，掌握刚体定轴转动定律。
理解动量矩（角动量）概念，通过质点在平面内运动和刚体绕定轴转动情况，理解动量矩守恒定律及其适用条件。
能应用动量矩守恒定律分析，计算有关问题。
机械振动和机械波
（1） 振动学基础
掌握描述谐振动的各物理量（特别是相位）的物理意义及各量之间的相互关系。
掌握旋转矢量法，并能用以分析有关问题。
掌握谐振动的基本特征，能建立弹簧振子或单摆谐振动的微分方程。
能根据给定的初始条件写出一维谐振动的运动方程，并理解其物理意义。
了解阻尼振动，受迫振动和共振。
理解两个同方向，同频率谐振动的合成规律，以及合振动振幅极大和极小的条件。
了解相互垂直方向谐振动的合成。
（2） 波动学基础
理解机械波产生的条件。
掌握描述简谐波的各物理量，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，以及波动方程的物理意义。
理解波形图线。
了解波的能量传播特征及能流，能流密度等概念。
理解惠更斯原理和波的迭加原理。
了解波的衍射现象。
掌握波的相干条件。
能应用相位差或波程差概念分析和确定相干波迭加后振幅加强和减弱的条件。
理解驻波及其形成条件。
了解驻波和行波的区别。
了解多普勒效应及其产生原因。
（三）、分子物理学和热力学
（1） 气体分子运动论
能从宏观和统计意义上理解压强，温度和内能等概念。
了解系统的宏观性质是微观运动的统计表现。
了解气体分子热运动的图象。
理解理想气体的压强公式以及它们的物理意义。
通过推导气体压强公式，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本质的思想和方法。
了解气体分子平均碰撞频率及平均自由程。
了解玻尔兹曼能量分布律。
了解麦克斯韦速率分布及速率分布函数和速率分布曲线的物理意义。
了解气体分子热运动的算术平均速率，均方根速率和最可几速率的求法和意义。
了解重力场中粒子按高度分布规律。
理解气体分子平均能量按自由度均分定理，并会用该定理计算理想气体的定压热容、定容热容和内能。
（2） 热力学的物理基础
掌握功的概念。
理解平衡过程。
掌握热力学第一定律。
能熟练地分析计算理想气体各等值过程和绝热过程中的功、热量、内能改变量、热机效率及卡诺循环的效率。
理解可逆过程和不可逆过程。
理解热力学第二定律的两种叙述，了解这两种叙述的等价性。
了解热力学第二定律的统计意义及无序性，了解熵的概念。
（四）、电磁学
（1） 静止电荷的电场
掌握静电场的电场强度和电势的概念以及场的迭加原理，掌握电势与场强的积分关系，了解场强与电势的微分关系。
能计算一些简单问题中的场强和电势。
理解静电场的规律：
高斯定理和环路定理。
掌握用高斯定理计算场强的条件和方法，并能熟练应用。
（2） 电场中的导体和电介质
理解静电场中导体和电介质的静电感立和极化现象，掌握导体静电平衡条件，理解电位移矢量意义，了解电位移矢量，电场强度矢量及电极化强度矢量三者之间的关系，掌握有介质时的高斯定理和环路定理。
理解和掌握电容，电容器概念及计算方法；了解电场的物质性，掌握电场能量及能量密度计算方法。
（3） 电流的磁场
掌握磁感应强度的概念及毕奥——萨伐尔定理，能计算一些简单问题中的磁感应强度。
理解稳恒磁场的规律：
磁场高斯定理和安培环路定理，掌握用安培环路定理计算磁感应强度的条件和方法，并能熟练应用。
理解毕奥——萨伐尔定理的微观解释，掌握运动电荷的磁场。
（4） 磁场对电流的作用
理解安培定律和洛伦兹力公式，能计算简单几何形状载流导体和载流平面线圈在磁场中所受的力和力矩。
能分析点电荷在均匀磁场（包括纯电场，纯磁场）中受力和运动的简单情况。
了解霍尔效应。
（5） 电磁感应
理解电动势的概念。
掌握法拉第电磁感应定律。
理解动生电动势及感生电动势的概念和规律。
了解磁场的物质性。
理解磁能密度的概念。
在一些简单的对称情况下，能计算磁场贮存的场能。
了解涡旋电场。
（6） 物质的磁场
了解磁介质的磁化现象及其微观解释。
了解铁磁质的特性。
了解磁感应强度，磁场强度，磁化强度之间的概念。
（7） 电磁场理论的基本概念，电磁振荡，电磁波
理解位移电流的概念以及麦克斯韦方程组（积分形式）的物理意义，了解电磁振荡及赫兹实验，了解平面电磁波的性质。
（五）、波动光学
（1） 光的干涉
理解获得相干光的方法。
掌握光程的概念及光程差和相位差的关系。
能分析确定杨氏双缝干涉条纹的位置，了解迈克尔逊干涉仪的工作原理。
理解薄膜干涉及光程差公式；熟练掌握劈尖干涉和牛顿环。
（1） 光的衍射
了解惠更斯——菲涅尔原理。
掌握分析单缝夫琅和费衍射暗纹分布规律的方法。
会分析缝宽及波长对衍射条纹分布的影响。
理解光栅衍射公式。
会确定光栅衍射谱线的位置，会分析光栅常数及波长对光栅衍射谱线分布的影响。
（2） 光的偏振
理解自然光和线偏振光。
理解布懦斯特定律及马吕斯定律。
了解双折射现象。
了解线偏振光的获得方法和检验方法。
了解偏振光的干涉及旋光现象。
（六）、近代物理基础
（1） 狭义相对论基础
了解爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设。
了解洛仑兹变换。
了解相对论中同时性的相对性以及长度收缩和时间膨胀概念。
了解牛顿力学中的时空观和和狭义相对论中的时空观以及二者的差异。
理解狭义相对论中质量和速度的关系、质量和能量的关系，并能用于分析，计算有关的简单问题。
（2）光的量子性
了解黑体辐射及其实验定律，了解普郎克能量量子化假设。
理解光电效应和康普顿效应的实验规律以及爱因斯坦的光子理论对这两个效应的解释，理解光的波粒二象性。
（3）原子中的量子理论
理解氢原子光谱的实验规律及波尔的氢原子理论，了解波尔氢原子理论的意义和局限性。
了解德布罗意的物质假设及电子衍射实验。
理解实物粒子的波粒二象性。
理解描述物质波动性的物理量（波长，频率）和粒子的物理量的关系。
了解波函数及其统计解释，测不准关系。
了解一维定态的薛定谔方程，了解一维势阱
了解如何使用波动观点说明能量量子化。
了解塞曼实验及角动量量子化和空间量子化。
了解斯特恩——盖拉赫实验及微观粒子的自旋。
了解描述原子中电子运动状态的四个量子数，了解泡利不相容原理和原子壳层结构。
了解激光的形成，特征及主要作用。
3、 学时分配表
课程讲授学时：
123实验（上机）学时：
另开课建设学时分配如下：
序号
主要内容
学时
讲课
习题
实验
1
绪论参考系，质点的位失，位移和速度，加速度，加速运动，匀加速直线运动，抛体运动，圆周运动，相对运动
5
5
0
0
2
牛顿三定律，应用牛顿定律解题
3
2
1
0
3
冲量与动量定理，动量守恒定律，质心及质心运动定理，质点的角动量定理，角动量守恒定律
4
3
1
0
4
功，动能定理，势能，引力势能，机械能守恒定律，碰撞
3
2
1
0
5
刚体的运动，转动中的功和能，转动惯量的计算
3
3
0
0
6
刚体定轴转动定律，对定轴的角动量守恒
3
2
1
0
7
牛顿相对性原理和伽利略变换，爱因斯坦相对性原理和光速不变，同时性的相对性和时间延缓，长度收缩
4
4
0
0
8
洛仑兹变换，相对论速度变换，相对论质量，相对论能量
2
1
1
0
9
温度，理想气体状态方程
2
2
0
0
10
理想气体的压强，温度的微观意义，能量均分定理，麦克斯韦速率分布律，气体分子的平均自由程
4
3
1
0
11
热力学第一定律，准静态过程，热容，绝热过程，循环过程，卡诺循环，制冷循环
3
3
0
0
12
热力学第二定律及其微观意义，热力学概率与自然过程的方向，玻耳兹曼熵公式与熵增加原理，可逆过程，克劳修斯熵公式
3
2
1
0
13
电荷，库仑定律与叠加原理，电场与电场强度，静止电荷的电场及其叠加，电场线和电通量，高斯定律，利用高斯定律求静电场的分布
4
3
1
0
14
静电场的保守性，电势差和电势，电势叠加原理，电势梯度，电荷在外电场中的静电势能，静电场的能量
3
2
1
0
15
导体的静电平衡条件，静电平衡时导体上的电荷分布，有导体存在时静电场的分析与计算，静电屏蔽，电容器，电介质对电场的影响，电介质的极化，D矢量及其高斯定律，电容器的能量
7
5
2
0
16
电流和电流密度，磁力与电荷的运动，磁场与磁感应强度，带电粒子在磁场中的运动
3
3
0
0
17
霍而效应，载流导线在受的力和力矩
2
1
1
0
18
毕奥—萨伐尔定律，匀速运动点电荷的磁场，安培环路定理，利用安培环路定理求磁场的分布
3
3
0
0
19
与变化电场相联系的磁场，平行电流间的相互作用力
2
1
1
0
20
磁介质对磁场的影响，原子的磁矩，磁介质的磁化，H矢量及其环路定理，铁磁质
1
1
0
0
21
法拉第电磁感应定律，动生电动势，感生电动势和感生电场
6
4
2
0
22
互感，自感，磁场能量
2
2
0
0
23
麦克斯韦方程组，电磁波
6
6
0
0
24
简谐运动的描述，简谐运动与匀速圆周运动，简谐运动的动力学方程，简谐运动的能量，单摆的微小振动，阻尼振动，受迫振动与共振，同一直线上同频率的简谐运动的合成，同一直线上不同频率的简谐运动的合成
4
3
1
0
25
简谐波的形成过程，简谐波的波函数与波长，弹性介质中的波速，波的能量
3
3
0
0
26
惠更斯原理与波的反射和折射，波的叠加与驻波，声波，多普勒效应
3
2
1
0
27
杨氏双缝干涉，相干光，光程
3
3
0
0
28
薄膜干涉，迈克耳孙干涉仪
3
2
1
0
29
光的衍射和惠更斯—菲涅耳原理，单缝的夫琅禾费衍射
3
3
0
0
30
光学仪器的分辨本领，细丝和细粒的衍射，光栅衍射，光栅光谱，X射线衍射
1
1
0
0
31
自然光和偏振光，由介质吸收引起的光的偏振，由反射引起的光的偏振，由折射引起的光的偏振，由散射引起的光的偏振
6
4
2
0
32
量子概念的诞生，光的粒子性的提出，康普顿散射，粒子的波动性，概率波与概率幅，不确定关系，薛定谔方程，无限深方势阱中的粒子，势垒穿透，谐振子，氢原子，电子的自旋与自旋轨道耦合，各种原子中电子的排布，激光
4
4
0
0
33
自由电子按能量的分布，金属导体的量子论解释，能带，半导体，PN结，半导体器件，核的一般性质，核力，核的结合能，放射性和衰变规律，三种射线，核反应
10
8
2
0
34
机动
5
三、课程的实践教学环节：
另开课
四、考核方式：
期末闭卷考试。
五、对学生能力培养的要求：
通过本课程的教学，应使学生初步具备以下能力：
（1） 能够独立地阅读相当于大学物理水平的教材、参考书和文献资料，并能理解其主要内容和写出条理较清晰的笔记、小结或读书心得。
（2） 了解各种理想物理模型并能够根据物理概念、问题的性质和需要，抓住主要因素，略去次要因素，对所研究的对象进行合理的简化。
（3） 会运用物理学的理论、观点和方法，分析、研究、计算或估算一般难度的物理问题，并能根据单位、数量级与已知典型结果的比较，判断结果的合理性。
六、说明：
（1） 这份课程教学大纲只适用于高中学完物理必修课和选修课的学生。
（2） 本课程教学大纲中的某些内容（如碰撞、理想气体状态方程等），学生在中学阶段已经学过，因而这些内容在教学过程中可不再作更多、更高要求。
（3） 为了在大学物理课中充分运用高等数学工具，本课程以在一年级第二学期开始为宜。
（4） 在大学物理课的教学过程中，要注意各部分内容之间的相互联系，使学生学得活些，还要注意扩大知识面，使学生学得广些。
（5） 形象化教学使课堂教学生动、活泼，有利于启发学生思维、增强学生学习的兴趣，提高学习的效果，提高教学质量。
在大学物理课的教学过程中应充分利用形象化教学手段，尤其应充分利用演示实验，演示实验不仅形象、直观，能提高学生学习兴趣，而且学生可自己动手，结合自己的问题反复观察思考，弄清问题，对提高学生学习质量，效果十分明显。
演示实验设备投资有限，效果显著。
目前应做到在大学物理课的教学过程中演示实验（实物）数目不少于40个。
此外，可根据具体情况采用模型、挂图、幻灯、录相、电影、微机等形象化教学手段配合课堂教学，提高教学效果。
（6） 为反映工科本科大学物理课程的特点和科学技术的新进展，在教学过程中要联系专业需要，介绍包含现代工程技术的物理基础知识。
编写、审阅：
刘果红
2004年7月28日
《大学物理B》课程教学大纲
课程代码：
071000
课程名称：
大学物理B
英文名：
UniversityPhysicsB
课程类别：
公共基础课
学时学分：
90学时
先修课程：
高等数学
授课对象：
工程管理、给排水等少学时专业
开课单位：
数理系
教材：
《大学基础物理学》上、下册，张三慧编，清华大学出版社，3003年
参考书目：
《普通物理学》，程守洙编，高等教育出版社，1982年
《大学物理学》上、下册第二版，王少杰编，同济大学出版社，2002年
《物理学》上、下册第二版，严导泾编，高等教育出版社，1998年
《大学物理》上、下册，吴於人编，同济大学出版社，2003年
一、课程的目的和任务：
通过对力、热、电、光、近代物理等基本领域的学习，使学生了解近代物理的基本理论，具备必要的基
升级会员 