大学基础物理学教学大纲.docx
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大学基础物理学教学大纲
《大学基础物理学》教学大纲
一、课程说明
物理学是理工科大学生必修的基础理论课之一。
它所研究的是物质运动
最基本最普遍的形式，包括机械运动、分子热运动、电磁与光的运动、原子与原子核内部的运动等等。
本课程理论教学的总学时数为120学时。
二、课程基本要求
通过课堂教学，系统阐述物理学的基本概念、理论及研究方法，逐步培养学生物理思维能力（即观察和实验，进而抽象、概括物理本质，以及运用数学知识解决物理问题等方面的能力），使他们在较短的时间内对大学物理课程的内容有一个尽可能整体的理解，从总体上把握现代科学技术的潮流。
通过实验教学，使学生掌握一些实验的基本知识，培养学生的实验基本技能和基本方法以及实事求是、严格认真的科学态度和工作作风。
在教学过程中，各章节需配备一定数量的例题、课堂练习题和课后习题，以巩固所学知识，提高解决实际问题的能力。
并且应尽可能地采取多种教学形式，调动学生学习的积极性和主动性，提高学习效果。
本教材分为上下两册，分两个学期进行教学，上册48学时，下册72学时，具体安排如下表。
三、学时分配
上册：
章节
标题
课时数
理论
总课时
第一章
质点运动学
5
48
第二章
牛顿运动定律
5
第三章
动量与角动量
6
第四章
功和能
5
第五章
刚体的定轴转动
7
第六章
狭义相对论基础
2
第七章
温度
1
第八章
气体动理论
5
第九章
热力学第一定律
7
第十章
热力学第二定律
5
下册：
章节
标题
课时数
理论
总课时
第十一章
静止电荷的电场
6
72
*第十二章
电势
6
第十三章
有导体与电介质存在时的静电场
6
第十四章
电流和磁力
6
第十五章
磁场的源
6
第十六章
有磁介质存在时的磁场
4
第十七章
电磁感应
6
第十八章
麦克斯韦方程组和电磁波
2
第十九章
振动
6
第二十章
波动
6
第二十一章
光的干涉
6
第二十二章
光的衍射
4
第二十三章
光的偏振
2
第二十四章
量子物理的基本概念
3
第二十五章
原子中的电子
1
第二十六章
固体中的电子
1
第二十七章
核物理
1
四、大纲内容：
第1篇：
力学
第一章质点运动学[5学时]
[目的和要求]通过本章学习，使学生能正确应用矢量概念理解质点的运动函数的意义和运动的叠加以及位移、速度和加速度等概念；复习巩固中学学过的一维匀加速运动、自由落体运动及抛体运动的规律；正确理解切向加速度和法向加速度的意义，并能正确地进行计算；正确理解和应用伽里略变换。
§1.1参考系
§1.2质点的位矢、位移和速度
§1.3加速度
§1.4匀加速运动
§1.5匀加速直线运动
§1.6抛体运动
§1.7圆周运动
§1.8相对运动
[教学建议]在这一章的学习过程中，要使学生深刻理解矢量及速度和加速度的的概念；在讲述参照系与坐标系的概念时要注意它们之间的区分，伽略速度变换时要注意与速度的合成分解之间的区分；在讲述抛体运动时要强调运动的合成、分解与运动的独立性，并对具体解题过程作严格的规范要求。
第二章牛顿运动定律[5学时]
[目的和要求]通过本章学习，使学生进一步全面深入理解牛顿运动定律的意义以及惯性系的概念；熟练掌握重力、弹性力、摩擦力及万有引力的规律和计算方法；熟练地、科学地、表达清晰地应用牛顿定律分析和解答基本力学问题。
§2.1牛顿运动定律
§2.2常见的几种力
*§2.3基本的自然力
§2.4应用牛顿定律解题
§2.5惯性系与非惯性系
*§2.6混沌
[教学建议]本章重点在于准确理解牛顿运动三定律的内容及实质，明确其适用范围和条件，并应选择各典型例题，运用隔离体法分析物体受力，求解一般动力学问题。
通过具体解题过程，掌握分析重力、弹性力、摩擦力的概念，及惯性系的概念。
第三章动量与角动量[6学时]
[目的和要求]通过本章学习，使学生进一步掌握动量和冲量的概念及动量定理；进一步掌握动量守恒定律；理解质心的概念；理解质点的角动量的意义；理解质点的角动量守恒定律，并能用它解决简单的实际问题。
§3.1冲量与动量定理
§3.2质点系的动量定理
§3.3动量守恒定律
§3.4火箭飞行原理
§3.5质心
§3.6质心运动定律
§3.7质点的角动量定理
§3.8角动量守恒定律
§3.9质点系的角动量定理
[教学建议]在讲解这一章的内容时，着重介绍质点系的动量及其动量定理。
可通过动量、角动量的对比，动量守恒条件、角动量守恒条件的比较来加深对这些概念的理解。
要明确动量守恒定律是一条基本规律。
要注意动量守恒定律的适用条件，指出动量守恒定律为解决动力学问题提供了又一种途径。
第四章功和能[5学时]
[目的和要求]通过本章学习，使学生能掌握功的定义及变力做功的计算方法；理解质点的动能定理的意义及其应用；理解一对力做功的特点及其计算方法；掌握保守力和由之定义的势能的概念、机械能守恒定律及守恒定律的意义。
§4.1功
§4.2动能定理
§4.3势能
§4.4引力势能
*§4.5由势能求保守力
§4.6机械能守恒定律
§4.7守恒定律的意义
§4.8碰撞
[教学建议]在这一章的学习过程中，要注意掌握功与能的主要规律及基本联系，并运用典型例题进行一题多解，比较运用运动学、牛顿定律及动能定律解题的各自特点。
势能是一个重要的但又较难掌握的概念，应讲细讲透，使学生很好地理解掌握。
第五章刚体的定轴转动[7学时]
[目的和要求]通过本章学习，使学生能掌握刚体定轴转动的有关概念及相互关系；掌握力矩、转动惯量的意义及计算方法；掌握刚体定轴转动定律；会计算力矩的功和刚体的转动动能；正确理解和计算刚体对固定轴的角动量。
§5.1刚体的运动
§5.2转动中的功和能
§5.3转动惯量的计算
§5.4刚体定轴转动定律
§5.5对定轴的角动量守恒
[教学建议]本章的重点是刚体的定轴转动，应要求学生熟练掌握转动定理，并能较熟练地解决定轴转动的力学问题。
刚体是个特殊的质点系，从几何上看，其上任意两点的距离不变；从物理上看，其内力的功之和为零。
因此，质点系的动力学规律对刚体都是适用的。
在教学中，对其具体的定律定理表达式可与质点的有关定律定理表达式进行比较，有助于灵活运用与记忆。
最后，通过复习总结，使学生理解刚体定轴转动的规律和质点运动的规律之间的联系。
第六章狭义相对论基础[2学时]
[目的和要求]通过本章学习，使学生能了解狭义相对论的基本知识。
§6.1牛顿相对论原理和伽里略变换
§6.2爱因斯坦相对性原理和光速不变
§6.3同时性的相对性和时间膨胀
§6.4长度缩短
§6.5洛仑兹变换
§6.6相对论速度变换
§6.7相对论质量
§6.8相对论动能
§6.9相对论能量
§6.10动量和能量的关系
§6.11广义相对论简介
[教学建议]
向学生初步介绍狭义相对论产生的历史背景，重点讲述狭义相对论的基本假定，相对论的时空观及同时的相对性和时钟的延缓。
第二篇、热学
第七章温度[1学时]
[目的和要求]通过本章学习，使学生能理解系统与外界的意义、平衡态的概念、热平衡的意义及它和温度概念的关系；了解理想气体温标的确定方法及它和热力学温标的关系；理解理想气体状态方程的意义并能用它解决有关气体状态的问题。
§7.1宏观与微观
§7.2温度的概念
§7.3理想气体温标
§7.4理想气体状态方程
[教学建议]使学生能在中学学习的基础上，加深理解系统、外界、平衡态、温度、理想气体等概念。
第八章气体动理论[5学时]
[目的和要求]通过本章学习，使学生在建立统计思想方法的基础上，理解理想气体的微观模型、压强、温度等概念，理解能量均分定理、速率分布函数的物理意义及麦克斯韦速率分布定律，了解实际气体等温变化的特点及气体分子的平均自由程。
§8.1理想气体的压强
§8.2温度的微观意义
§8.3能量均分定理
§8.4麦克斯韦速率分布律
§8.5麦克斯韦速率分布律的实验验证
§8.6实际气体等温线
§8.8气体分子的平均自由程
[教学建议]在本章的学习过程中，模型和假设、统计平均的思想和处理方法占有突出重要的地位，所以必须对此认真体会、深入理解。
对各概念的建立应分别从宏观与微观上进行理解，并注意建立宏观与微观上的相互联系。
对于麦克斯韦速率分布率不作理论推导，着重阐明速率分布的物理意义，使学生切实理解气体分子三种速率的平均统计意义。
第九章热力学第一定律[7学时]
[目的和要求]通过本章学习，使学生能理解热力学中功、热、和内能的概念及微观意义；理解热力学第一定律的意义并能利用它对理想气体各过程进行分析和计算；理解热容量的概念并能利用它直接计算理想气体各过程热量传递；理解理想气体各状态变化特征和能量转化关系；理解循环过程概念及卡诺循环的特征及其效率的计算。
§9.1功热量热力学第一定律
§9.2准静态过程
§9.3热容
§9.4绝热过程
§9.5循环过程
§9.6卡诺循环
§9.7致冷循环
[教学建议]着重讲授热力学第一定律的物理意义及其对理想气体的应用，并配合习题课，使学生反复练习，熟练掌握。
使学生理解循环过程的一般概念，理解循环过程、能量转换关系及循环效率。
着重讨论卡诺循环，掌握理想气体可逆卡诺循环效率公式。
第十章热力学第二定律[5学时]
[目的和要求]通过本章学习，使学生能理解热力学第二定律的表述及其微观意义，特别是规律的统计性质；理解热力学几率的意义及它和实际过程方向的关系；了解玻耳兹曼熵公式及熵增加原理。
§10.1自然过程的方向
§10.2不可逆性的相互依存
§10.3热力学第二定律及其微观意义
§10.4热力学概率与自然过程的方向
§10.5玻耳兹曼熵公式与熵增加原理
§10.6可逆过程
§10.7克劳修斯熵公式
§10.8熵和能量退降
§4.9温熵图
[教学建议]着重讨论热力学第二定律的物理表述，指出该定律的意义在于揭示孤立系统中实际宏观过程进行的条件和方向。
热力学第一、第二定律是实验与实践中总结出来的定律，而由此引发出来的相关概念较为抽象。
在系统讲述相关要点以后，再由热力学第一第二定律的发现过程来回顾整个理论过程，使学生能更生动、更深刻地理解其内容实质，并从中受到科学方法论的启迪和世界观的教育。
第三篇、电磁学
第十一章静止电荷的电场[5学时]
[目的和要求]通过本章学习，使学生能理解电荷守恒定律、库仑定律；理解电场、电场强度及电场叠加原理的意义；能用点电荷电场的叠加法计算简单电荷分布的电场；理解电通量的概念和高斯定律的意义以及它与库仑定律的关系；掌握用高斯定律求解有特定对称性的电荷分布的电场的方法。
§11.1电荷
§11.2库仑定律与叠加原理
§11.3电场和电场强度
§11.4静止的点电荷的电场及其叠加
§11.5电场线和电通量
§11.6高斯定律
§11.7利用高斯定律求静电场的分布
[教学建议]库仑定律是静电场的基本定律，要掌握库仑定律的矢量表达式，明确“点电荷”物理模型的概念和库仑定律的适用条件；电场强度是静电场的基本物理量，要求学生牢固掌握它们的定义；在讲解高斯定律的时候应注意高斯定律是相关于什么概念的定律，利用它来求解电场强度的时候所应具备的条件并能结合各典型的例子来具体说明。
本章牵涉到的概念与定律较多，教学时应注意概念与概念及各定律之间的联系。
第十二章电势[5学时]
[目的和要求]通过本章学习，使学生能理解并能证明静电场的保守性；理解电势概念引入的条件和它的意义，掌握利用场强线积分和电势叠加求已知电荷分布的电势的方法；理解等势面的意义及电势能、电势差、电场力的功之间的关系。
§12.1静电场的保守性
§12.2电势差和电势
§12.3电势叠加原理
§12.4电势梯度
§12.5电荷在外电场中的静电势能
*§12.6电荷系的静电能
§12.6静电场的能量
[教学建议]电势这一概念是本章的一核心，如何围绕着电势这一概念进行阐述本章内容是一条主线。
由静电场的保守性，得能量是位置的函数，由此引出电势、电势能的概念，然后再是电势叠加原理、如何求解电势、电势能及静电场能量等等问题。
第十三章有导体与电介质存在时的静电场[8学时]
[目的和要求]通过本章学习，使学生能理解导体静电平衡的意义和条件及在静电平衡时导体上的电荷分布特点，并能运用导体静电平衡的规律求解导体存在时的电场和电荷分布的一些简单问题；了解静电屏蔽现象。
同时，使学生能理解电介质极化的微观机制；理解电位移矢量D及它的高斯定律的意义，并能利用它们求解有电介质存在时具有一定对称性的电场的问题；理解电容的意义及各种相关的计算。
§13.1导体的静电平衡条件
§13.2静电平衡的导体上的电荷分布
§13.3有导体存在时静电场的分析与计算
§13.4静电屏蔽
§13.5电容器
§13.6电介质对电场的影响
§13.7电介质的极化
§13.8D矢量及其高斯定理
§13.9电容器的能量
[教学建议]1、由导体本身的性质出发来讨论静电平衡的条件及意义，着重讲授导体达到静电平衡的基本条件是
，并在此基础上解决导体存在时电场和电荷分布的一些问题。
2、使学生了解电介质极化的微观机制，掌握电极化强度
的物理意义及极化规律；着重讲授束缚电荷的概念以及引入电位移
的意义，要求学生掌握
，
，
的联系和区别，掌握介质中的高斯定理，学会有介质存在时场的讨论方法。
掌握电容及电容器的概念，掌握电容器电容的计算方法；通过实例说明电容器串、并联的特点及其应用。
电容器是一种常用的电学和电子学元件，在初步学习过程中了解其实际作用是非常必要的。
所以在进行理论学习的过程中，还要加强实际运用方面知识的学习。
第十四章电流和磁力[5学时]
[目的和要求]通过本章学习，使学生能理解电流密度概念及与电流强度的关系；了解电流的一种经典微观图像。
同时，使学生能理解磁力是运动电荷之间相互作用的表现，理解洛仑兹力公式的意义并能计算带电粒子在均匀磁场中的螺旋运动；掌握磁感应强度的概念，理解载流线圈的磁矩的定义并能计算它受磁场作用的力矩。
§14.1电流和电流密度
§14.2电流的一种经典微观图像
§14.3磁力和电荷的运动
§14.4磁场与磁感应强度
§14.5带电粒子在磁场中的运动
§14.6霍耳效应
§14.7载流导线在磁场中受的力和力矩
[教学建议]建立在中学时有关电路方面知识的基础上，澄清并加深电流、稳恒电流等概念以及了解电流的一种经典微观图像。
另外，在本章中，磁力的引入，一定要强调场的概念。
讲述运动的电荷在场的作用下，受到力的作用后，并以此为基础，以学生为主体，导出带电粒子在磁场中的运动，载流导线在磁场中受的力及霍耳效应。
第十五章磁场的源[6学时]
[目的和要求]通过本章学习，使学生能理解毕奥—萨伐定律并能利用它求简单情况下电流的磁场分布，特别是直线电流和载流螺线管的磁场分布；理解磁通连续定理的意义；理解安培环路定理的意义，并能利用它求解具有一定对称性的电流的磁场分布。
§15.1毕奥-萨伐定律
*§15.2匀速运动点电荷的磁场
§15.3安培环路定理
§15.4利用安培环路定理求磁场的分布
§15.5与变化电场相联系的磁场
§15.6平行电流间的相互作用力
*§15.7电场和磁场的相对性
[教学建议]磁感强度
是本章的基本物理量，通过本章教学使学生逐步达到对
物理意义有深刻的理解；毕奥-萨伐尔定律是本章的基本定律，要透彻分析毕-萨定律矢量的物理意义，并用以计算载流导线的磁场分布；着重理解安培环路定理的意义，并能利用它求具有一定对称性的电流的磁场分布。
在本章中，牵涉到有关计算的问题比较多，有关计算，一定要注意在理解定理本身的适用条件及意义的基础上，并强调理清解决问题的思路和步骤，才能举一反三，事半功倍。
第十六章有磁介质存在时的磁场[4学时]
[目的和要求]通过本章学习，使学生能了解磁介质磁化的微观机制及磁化强度的意义；理解磁场强度H的定义及H的环路定理意义并能利用它们求解具有一定对称性的磁场的问题；了解铁磁质的意义。
§16.1磁介质对磁场的影响
§16.2原子的磁矩
§16.3磁介质的磁化
§16.4H矢量及其环路定理
§16.5铁磁质
§16.6简单磁路
[教学建议]本章的重点在于了解磁介质磁化的微观机制的基础上理解磁场强度的定义及其环路定理的意义。
要强调注意H是一个辅助物理量没有直接的物理意义，H的环流只与传导电流有关，但H本身一般不是仅由传导电流决定；有介质存在时安培环路定理是描述磁场性质的基本定理之一，也是普遍的电磁场方程之一，要着重讲解；在利用H的环路定理时，要说明磁场的分布必须具有某种对称性。
第十七章电磁感应[6学时]
[目的和要求]通过本章学习，使学生能理解法拉第电磁感应定律公式的意义；理解产生动生电动势的原因，能计算动生电动势并判断它的方向；理解感应电场的意义，能计算简单情况下感生电动势和感受应电场并能判断其方向；理解自感、互感的意义。
§17.1法拉第电磁感应定律
§17.2动生电动势
§17.3感生电动势和感应电场
§17.4互感
§17.5自感
§17.6磁场的能量
[教学建议]在讲述法拉第电磁感应定律公式时，一定要特别注意公式中负号的意义；注意区分产生动生电动势与感生电动势的原因及它们在实质上的联系；利用典型例子来加深对法拉第电磁感应定律公式的理解及有关动生电动势、感生电动势的问题。
第十八章麦克斯韦方程组和电磁波[2学时]
[目的和要求]通过本章学习，使学生能了解麦克斯韦方程组中各方程的物理意义。
§18.1麦克斯韦方程组
§18.2电磁波
*§18.3电磁波的动量
*§18.4加速电荷的磁场
*§18.1加速电荷的磁场
[教学建议]本章主要是能使学生了解麦克斯韦方程组中各方程的物理意义以用电磁波的一般性质，其它部分主要让学生自行阅读了解。
第四篇、波动与光学
第十九章振动[5学时]
[目的和要求]通过本章学习，使学生能理解简谐振动的概念及其三个特征量的意义和决定因素；理解简谐振动的动力学特征，能根据条件列出运动微分方程从而判定简谐振动并求出其周期；掌握利用初始条件写出振动表达式的方法；知道简谐振动的能量，了解阻尼振动和受迫振动的基本特征及同方向同频率的两个简谐振动的合成规律。
§19.1简谐运动的描述
§19.2简谐运动与匀速圆周运动
§19.3简谐运动的动力学方程
§19.4简谐运动的能量
§19.5单摆的微小振动
§19.6阻尼振动
§19.7受迫振动共振
§19.8同一直线上同频率的简谐运动的合成
§19.9同一直线上不同频率的简谐运动的合成
*§19.10谐振分析
[教学建议]本章中简谐振动是一个重点内容，它的三个特征量中相位又是一个很重要的概念，在教学过程中要着重讲解。
对于简谐振动的动力学方程部分要注意解题的思路，强调简谐振动的动力学定义，并在此基础上，以单摆作为典型例子来说明它的具体运用。
第二十章波动[5学时]
[目的和要求]通过本章学习，使学生能理解机械波产生的条件，波长、波速、频率的意义，相互关系以及各由什么因素决定；能利用相的传播的概念写出平面简谐波的波函数并理解波函数的意义；了解平面简谐波中质元的动能和弹性势能的关系等；掌握波动方程的意义及惠更斯原理；理解波的叠加原理的意义；了解声波及多普勒效应。
§20.1行波
§20.2简谐波的形成过程
§20.3简谐波的波函数波长
§20.4物体的弹性形变
§20.5弹性介质中的波速
§20.6波的能量
§20.7惠更斯原理与波的反射和折射
§20.8波的叠加驻波
§20.9声波
§20.10多普勒效应
*§20.11行波的叠加和群速度
[教学建议]对于机械波的产生条件，要注意说明它在弹性媒质中形成时各质元的运动和形变情况，特别是相的传播的概念；要注意振动与波动的区别和联系。
对于平面简谐波的波函数意义的理解，要强调说明是“如何进行传播的”，要注意理解波形图线的意义。
理解波的叠加原理的意义，了解声波及多普勒效应。
第二十一章光的干涉[5学时]
[目的和要求]通过本章学习，使学生理解并掌握获得相干光的两种方法—分波阵面法和分振幅法的意义；掌握杨氏双缝干涉实验的基本装置及干涉条纹位置的计算；理解光程的物理意义；掌握等厚干涉实验和等倾干涉实验的基本装置及干涉条纹位置的计算；了解迈克耳逊干涉仪的基本结构和工作原理。
§21.1杨氏双缝干涉实验
§21.2相干光
§21.3光程
§21.4薄膜干涉
§21.5迈克耳逊干涉仪
[教学建议]在这一章内容中，光的相干条件、获得相干光的方法（分波阵面法和分振幅法）是前提要着重理解，并分别讲解由分波阵面法获得相干光的杨氏双缝实验、由分振幅法获得的薄膜干涉来加以强调说明。
强调光的相干条件是本章的基础，并且要贯穿于本章的全部。
对于求解杨氏干涉及薄膜干涉问题要注意强调解题的思路与步骤。
第二十二章光的衍射[4学时]
[目的和要求]通过本章学习，使学生能了解惠更斯-菲涅耳原理中包含的基本概念；掌握用半波带法分析单缝夫琅和费衍射条纹特征；理解光栅衍射条纹的特点及产生这些特点的原因；了解光栅光谱的形成及光栅分辨本领的影响；了解衍射对光学仪器分辨本领的影响。
§22.1光的衍射和惠更斯---菲涅耳原理
§22.2单缝的夫琅和费衍射
§22.3光学仪器的分辨本领
§22.4细丝和细粒的衍射
§22.5光栅衍射
§22.6光栅光谱
§22.7X射线的衍射
[教学建议]着重分析单缝夫琅和费衍射条纹特征和光栅衍射条纹的特点及产生这些特点的原因，对于所分析的结果应及时地进行概括与总结，明确衍射发生的条件及现象的特点，区分两类衍射现象。
在介绍衍射光栅后，要比较干涉和衍射的区别和联系。
第二十三章光的偏振[2学时]
[目的和要求]通过本章学习，使学生掌握偏振光的概念；理解用偏振片起偏和检偏的意义；理解马吕斯定律；了解由介质吸收引起、由反射引起的、由双折射引起的、由散射引起的偏振光的现象。
§23.1自然光和偏振光
§23.2由介质吸收引起的光的偏振
§23.3由反射引起的光的偏振
§23.4由双折射引起的光的的偏振
§23.5由散射引起的光的偏振
§23.6旋光现象
[教学建议]本章的学习重点在于掌握偏振光的概念，如何对光进行起偏检偏及获取透过检偏器后的光强，其它的一些内容以学生自学为主。
第五篇量子物理基础
第二十四章量子物理基础[4学时]
[目的和要求]了解经典物理理论在说明热辐射现象、光电效应、康普顿效应、氢原子核型模型所遇到的困难。
理解普朗克量子假设、爱因斯坦光量子假设的内容和意义，理解氢原子玻尔理论。
理解微观粒子的波粒二象性，了
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