《大学物理》课程教学大纲11111.docx
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《大学物理》课程教学大纲11111
《大学物理》课程教学大纲
一、课程基本信息
1、课程名称（中/英文）：
大学物理/CollegePhysics
2、课程性质：
普通教育课程
3、学时数/学分：
64/4
4、授课对象：
理工科普本各专业
5、先修课程：
高等数学
6、开课时间：
大一第二学期或大二第一学期（建议高等数学修完再开设大学物理课程）。
二、课程简介
1、教学目的
物理学是研究物质的基本结构、相互作用和物质最基本最普遍的运动形式及相互转化规律的科学。
以物理学基础知识为内容的大学物理课程，是一个高级工程技术人员所必备的。
因此，大学物理课是高等工科院校各个专业的一门重要的必修基础课。
理工科各专业开设大学物理的目的，首先是使理工科学生较系统地掌握物理学的基本知识，作为他们应具备的基本文化素质；其次才是作为后续专业学科的基础知识。
它对学生的逻辑思维能力、空间想象能力、抽象思维能力以及科学、实验等综合能力的培养是别的课程难以替代的。
通过对本课程的教学，使学生对物理学的基本概念、基本理论、基本方法能够有比较全面和系统的认识和正确的理解，将微积分知识具体地、灵活地应用于物理问题之中，培养学生分析、解决实际问题的能力，并为后继课程的学习打下坚实的基础。
2、教学内容
本课程为信院，工学院各专业的必修基础课，主要讲授内容为力学部分：
介绍质点的运动，牛顿运动定律，力学中常见的力，机械能守恒定律，动量守恒定理，角动量守恒定律；电磁学部分：
介绍静电场的基本性质，电流与恒磁场的物理量和基本规律，电磁感应基本性质和规律；振动与波动部分：
介绍简谐振动、简谐振动的合成、分解，波的产生和传播、波的干涉、多普勒效应；波动光学部分：
介绍光的传播、干涉、衍射和偏振；近代物理基础等。
3、主要教学方法
（1）以课堂讲授为主，充分利用教材、多媒体课件、参考书，尽可能多采取课堂讲授和学生自学相结合、课内与课外相结合、讲授与提问相结合的教学组织形式和方法；
（2）加强课外辅导、答疑，通过习题强化知识点。
三、教学安排
学科总课时为64学时，根据各院专业特点可选择对应的模块进行学习（*为选修章节），各章节课时分配如下：
章次
教学学时
第0章
绪论
2
章次
力学
教学时数
第一章
运动学基础
8
第二章
运动定律和力学中的守恒定律
10
第三章
刚体力学
10
总计
28
章次
电学
教学时数
第四章
静电场和稳恒电场
12
第五章
稳恒磁场
10
第六章
电磁感应
6
第七章
电磁场与电磁波
6
总计
34
章次
光学
教学时数
第八章
振动概论
6
第九章
波动概论
6
第十章
光的干涉
8
第十一章
光的衍射
4
第十二章
光的偏振
4
总计
28
章次
近代物理学基础
教学时数
第16章*
量子物理基础
4
总计
4
四、考核方式和成绩评定办法
1、考核方式：
闭卷考试
2、成绩评定办法：
平时、期末成绩分别为50、50（平时成绩由作业成绩、出勤、小论文、章节考试等构成）
五、正文
第一章、运动学基础（教学时数8）
教学目的：
1．了解大学物理课程的地位、作用、学习方法和教学要求，了解物理学的研究对象及其分类；
2．了解质点、参考系、坐标系、惯性参考系的概念；
3．理解位移、位矢、速度、加速度、角速度和角加速度等描述质点运动和运动变化的物理量;
4．掌握直角坐标系计算质点作空间运动时的速度、加速度；掌握自然坐标系，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。
教学重点：
1．位置矢量、位移、速度、加速度、角速度和角加速度的概念；
2．直角坐标系计算质点作空间运动时的速度、加速度；掌握自然坐标系，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；
教学难点：
1．位置矢量、位移、速度、加速度四个物理量概念；
2．自然坐标系，角速度、角加速度、切向加速度和法向加速度的概念；
第一节参考系物理模型
一、运动描述的相对性
二、参考系、坐标系
三、物理模型质点和刚体
第二节描述质点运动的四个物理量
一、位置矢量
二、位移和路程
三、速度与速率
四、加速度
第三节几种典型的运动的描述
一、抛体运动
二、切向加速度和法向加速度
三、圆周运动
四、一般平面曲线运动
本章思考题与习题：
1～4题
第二章运动定律和力学中的守恒定律（教学时数10）
教学目的：
1．理解力学中常见的几种力，掌握牛顿三定律及其应用；
2．了解惯性系和非惯性系的基本概念；了解非惯性系和惯性力的概念；理解质点的相对运动问题。
3.掌握功和功率的概念，正功和负功的物理意义；会计算功和功率；
4.掌握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。
了解势能曲线；
5.理解动量、碰撞的概念；掌握质点的动能定理、动量定理以及动量守恒定律；理解质点的力矩、角动量（动量矩）概念、角动量定理和角动量守恒定律；并能用它们分析、解决质点运动的力学问题；掌握机械能守恒定律。
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；
6.理解质心和质心运动定律。
教学重点：
1.力学中常见的几种力；
2.牛顿运动定律求解动力学问题。
3.质点动能定理及其应用；
4.保守力作功的特点与势能的概念；
5.质点系的功能原理及其应用；
6.机械能守恒定律及其适用条件；
7．质点系的动量定理；
8.冲量，动量守恒定律的内容和适用条件；
9．完全弹性碰撞和完全非弹性碰撞。
教学难点：
1．牛顿三大定律及应用。
2.保守力作功的特点与势能的概念；
3．机械能守恒定律及其适用条件；
4．动量守恒定律的内容和适用条件；
5．质点的角动量定理和角动量守恒定律；
6．力矩和角动量的概念；
7．质点的角动量定理和角动量守恒定律。
第一节牛顿运动定律及其应用（自学）
一、牛顿第一定律
二、牛顿第二定律
三、牛顿第三定律
第二节功、能、机械能守恒定律
一、功和功率
二、质点动能和动能定理
三、保守力势能
四、功能原理机械能守恒定律
第三节动量定理动量守恒定律
一、冲量质点的动量定理
二、质点系的动量定理
三、动量守恒定律
本章思考题与习题：
1、9、10、12、19、23题
第三章刚体力学（教学时数10）
教学目的：
1．了解刚体的平动和转动；
2．理解转动惯量概念；掌握刚体绕定轴转动的转动定律；
3．会计算力矩的功、转动动能；掌握刚体定轴转动中动能定理和功能原理。
教学重点：
1．刚体绕定轴转动的转动定律；
2．刚体定轴转动中动能定理和功能原理。
教学难点：
·
1．转动惯量的计算；
2．转动定理的应用。
第一节刚体的运动
一、平动和转动
二、刚体的定轴转动
第二节转动定理
一、力矩
二、转动定理
三、转动惯量
四、转动定理的应用
第三节转动中的功和能
一、力矩做功
二、刚体的转动动能和重力势能
三、定轴转动的动能定理
第四节角动量角动量守恒定律
1、质点的角动量和角动量守恒定律
2、刚体的角动量和角动量守恒定律
本章基本概念：
平动、转动、转动惯量、惯性参考系、位移、位置矢量、速度、加速度、角速度、角加速度、万有引力、弹性力、摩擦力、惯性力。
本章思考题与习题：
1、2、3、6、7、8、17、18题
第四章电荷和静电场（教学时数12）
教学目的：
1．理解电荷的量子化、电荷守恒定律；了解电场线、等势面的概念；理解电势和电势差的概念，理解电场力作功的特点；
2．掌握静电场的基本性质、电场强度和电势的概念以及电场强度和电势的叠加原理；
3．掌握用积分的方法计算电场强度；掌握电势的两种计算方法；
4．掌握电势与电场强度的积分关系，理解其微分关系。
能计算一般问题中的电场强度和电势；
5．掌握静电场的基本规律：
库仑定律、高斯定理和环路定理，掌握用高斯定理计算电场强度的条件和方法；
6．掌握利用电势来求电场强度的分布的计算方法；
7．理解静电感应和静电平衡条件；了解静电屏蔽及其应用；掌握静电平衡条件下导体上电荷的分布的特点；
8．掌握电容器的概念和特殊情况下电容器的计算；掌握电容器的串联和并联的特点；了解电介质对电容的影响和相对电容率的概念；
9．理解电介质的极化机理和电介质中的极化电荷和自由电荷的关系；掌握电极化强度的物理意义；掌握有电介质时的高斯定理。
教学重点：
·
1．电场强度概念及其计算；
2．电势的概念及其计算；
3．高斯定理、环路定理及应用；
4．电容和电容的计算；
5．有电介质时的高斯定理。
教学难点：
1．库仑定律、高斯定理及应用；
2．电势、电场强度的概念及计算方法，以及它们之间的关系；
3．电介质极化机理；电极化强度以及极化电荷和自由电荷的关系；
4．电容和电容计算；
5．有电介质时的高斯定理。
第一节电场和电场强度
一、电荷
二、库仑定律
三、电场
四、电场强度
第二节电通量高斯定理
一、电场线
二、电通量
三、高斯定理
四、高斯定理的应用
第三节电场力的功电势
一、电场力的功
二、静电场的环路定理
三、电势能
四、电势
五、电势的计算
第四节电场强度和电势的关系
一、等势面
二、电场强度与电势
第五节静电场中的导体和电介质
一、静电场中的导体
二、导体上的电荷分布
三、带电导体表面附近的电场
四、静电屏蔽
五、静电场中的电介质
第六节电容和电容器
一、孤立导体的电容
二、电容器
三、电容的计算
四、电容器的联接
第七节静电场的能量*
一、电容器的储能公式
二、静电场的能量
本章基本概念：
电荷、电场强度、电通量、高斯定理、电势、电势差、静电平衡、电容、电介质、极化电荷、电介质极化。
本章思考题与习题：
1~6、13、14题
第五章电流和恒磁场（教学时数10）
教学目的：
1．掌握电流强度和电流密度的概念及其计算方法；了解电流的连续性方程和稳恒条件；掌握电阻率的公式和电阻的计算方法；掌握欧姆定律的微分形式；掌握电源和电动势的概念；
2．了解磁感应线的物理意义；理解磁通量的物理意义及计算方法；理解磁场的基本性质和磁感应强度的基本概念；掌握毕一萨定律的物理意义，能计算一些简单问题中的磁感应强度；
3．掌握稳恒磁场的规律：
磁场高斯定理和安培环路定理。
重点是用安培环路定理计算磁感应强度的条件和方法；
4．掌握安培定律和洛仑兹力公式；掌握磁场对载流线圈的作用的磁力矩的物理意义及其计算方法，会计算安培力、洛伦兹力的大小；能分析点电荷在均匀电磁场（包括纯电场、纯磁场）中的受力和运动；了解霍耳效应；
5．了解磁介质及其分类；了解磁介质的磁化机理，理解磁化强度的物理意义；了解铁磁质的物理性质，磁化曲线和磁滞回线的物理意义。
掌握磁场强度H的概念，物理意义，
与
之间的关系；掌握磁介质中的高斯定理和安培环路定理；会计算介质作均匀规则分布时的场强。
教学重点：
1．电流密度；
2．磁感应强度的定义；
3．毕一萨定律及其应用；
4．安培环路定律及应用；
5．安培力、洛伦兹力的计算
6．磁场强度，磁介质的安培环路定律。
教学难点：
1．磁感应强度的定义；
2．毕一萨定律及其应用；
3．安培环路定律及应用；
4．安培力、洛仑兹力的计算；
5．磁介质的安培环路定律。
第一节磁场磁感应强度
一、电动势和磁性起源
二、磁场和磁感应强度
三、磁通量和磁场中的高斯定理
第二节毕奥_萨伐尔定律
一、毕奥_萨伐尔定律
二、运动电荷的磁场
三、毕奥_萨伐尔定律的应用举例
第三节安培环路定理
一、安培环路定理
二、安培环路定理的应用举例
第四节磁场对载流导线的作用
一、安培定律
二、两平行长直电流之间的相互作用
三、均匀磁场对载流线圈的作用
第五节带电粒子在磁场中的运动
一、洛伦兹力
二、带电粒子在磁场中的运动
三、霍尔效应
第六节磁介质的磁化*
一、物质磁性的概述
二、磁化的磁介质内的磁感应强度
三、磁化强度与磁化电流的关系
四、有磁介质存在时的安培环路定理
五、边界条件
第七节回旋加速器*
一、自发磁化强度
二、居里温度
三、铁磁体内的磁畴结构
四、磁滞现象
本章基本概念：
电流、电阻、欧姆定律、电动势、洛伦兹力、磁感应强度、毕奥_萨伐尔定律、安培环路定理、安培定理、洛伦兹力、霍耳效应、磁介质
本章思考题与习题：
1~6、11~14题
第六章电磁感应（教学时数6）
教学目的：
1．理解电动势基本概念，掌握法拉第电磁感应定律与愣次定律，并能熟练应用法拉第电磁感应定律分析研究电磁感应现象；
2．理解产生动生电动势的非静电力是洛仑兹力，掌握动生电动势的计算方法；
3．理解产生感生电动势的非静电力是变化的磁场，掌握感生电动势的计算方法；
4．掌握自感与互感概念的物理意义，并能熟练计算自感电动势与互感电动势，自感系数与互感系数；了解自感与互感的应用，会分析自感与互感现象；
5．理解磁场能量概念，熟练计算磁场的能量；
6．掌握位移电流的概念，理解全电流安培环路定律；
教学重点：
1．法拉第电磁感应定律和愣次定律；
2．动生电动势；
3．感生电动势；
4．自感电动势，自感系数；
5．互感电动势，互感系数；
6．位移电流。
教学难点：
1．法拉第电磁感应定律和愣次定律；
2．动生电动势；
3．感生电动势；
4．位移电流。
第一节电磁感应定律
一、电磁感应现象
二、法拉第电磁感应定律
三、楞次定律
第二节动生电动势和感生电动势
1、感应电动势
2、感生电动势
第三节电子感应加速器涡流*
一、电子感应加速器
二、涡流
第四节互感和自感
一、自感现象
二、互感现象
第五节磁场的能量
磁场能量密度，磁场能量
本章基本概念：
电磁感应、电动势、动生电动势、感生电动势、互感、自感、涡流、趋肤效应、位移电流、偶极振子、电磁波谱。
本章思考题与习题：
2~5、7~9题
第七章电磁场和电磁波（教学时数6）
教学重点：
1．理解电磁场概念和麦克斯韦方程组的物理意义。
教学难点：
位移电流
一、位移电流
二、麦克斯韦方程组
第一节位移电流
1、电场和磁场的基本规律
2、位移电流
3、全电流安培环路定理
第二节麦克斯韦方程组
第三节电磁波
1、电磁波
2、电磁波的波源
3、电磁波的辐射和传播
4、电磁波谱
第四节电磁波的能量和动量
一、电磁波的能量
二、电磁波的动量
本章思考题与习题：
1、2题
第八章振动概论（教学时数6）
教学目的：
1．掌握描述简谐运动的特征量——振幅、周期、频率、相位的物理意义，并能熟练地确定振动系统的特征量，从而建立简谐运动方程；
2．理解描述简谐运动的旋转矢量方法与图示法的特点，并会应用于简谐运动规律的讨论与分析；
3．掌握同方向、同频率简谐运动的合成规律，了解同方向不同频率、垂直方向不同频率简谐运动合成规律，了解拍现象；
教学重点：
1．简谐振动振动的动力学方程和运动学方程；
2．矢量图解法；
3．简谐振动的合成；
教学难点：
1．简谐振动的基本特征、矢量图解法；
2．简谐振动合成的一般规律；
第一节简谐振动
一、简谐振动的概念
二、描述简谐振动的三个物理量
三、简谐振动的旋转矢量法
四、单摆和复摆
第二节简谐振动的能量
第三节简谐振动的合成
一、同方向、同频率简谐振动的合成
二、同方向不同频率相近的简谐振动的合成
三、两个互相垂直的简谐振动的合成
第三节阻尼振动、受迫振动和共振（自学）
一、阻尼振动
二、受迫振动
三、共振
本章思考题与习题：
1~3、7~10题
第九章波动概论（教学时数6）
教学目的：
1．掌握波的基本概念及其产生条件；掌握平面简谐波的波函数的物理意义，并能够根据问题的条件建立波函数；
2．理解波的叠加原理和惠更斯原理；
3．了解波的干涉现象和规律；掌握波的干涉原理和干涉公式；理解驻波形成的条件和特点，建立半波损失的概念；了解多普勒效应及其频率改变公式。
教学重点：
1．波动的形成及描述波动的物理量；
2．波函数；
3．波的干涉原理和干涉公式；
4．驻波。
教学难点：
1．波动的基本概念，平面简谐波的波函数；
2．波的干涉现象和规律。
第一节波的产生和传播
一、波的产生和传播
二、纵波和横波
三、波的几何描述
四、描述波动特征的物理量
第二节平面简谐波
一、平面简谐波的表达式
二、平面简谐波表达式的物理含义
第三节波的能量
1、波的能量和能量密度
二、能流密度
第四节惠更斯原理波的叠加原理
1、惠更斯原理
2、波的叠加原理
3、波的干涉
第五节驻波
1、驻波的表达式
2、半坡损失
第六节多普勒效应*
多普勒效应，多普勒效应的频率改变公式。
本章基本概念：
·简谐振动、振幅、周期、相位、线性回复力、拍、利萨如图、阻尼振动、受迫振动、共振、横波和纵波，波线和波面，波速，波长，波的周期和频率、简谐波、波函数、干涉、驻波、多普勒效应；
本章思考题与习题：
1～5题
第十章光的干涉（教学时数8）
教学目的：
1．掌握光的相干条件，了解获得相干光的两种方法；掌握光程和光程差的概念，理解光程差和相位差的关系；能分析、计算双缝、多缝的干涉问题以及薄膜的等倾、等厚干涉问题；了解半波损失产生的规律；了解迈克耳逊干涉仪的工作原理；
教学重点：
·
1．光程和光程差
2．分波前干涉：
杨氏双缝干涉
3．半波损失
4．分振幅干涉：
等倾干涉；等厚干涉；牛顿环；
教学难点：
1．杨氏双缝干涉和薄膜干涉的原理、干涉现象的规律，
第一节相关光的获得双峰干涉
一、光源
二、光的相干性
三、杨氏双峰干涉实验
四、菲涅尔双镜和老埃镜
第二节光程和光程差薄膜干涉
一、光程和光程差
二、薄膜干涉
三、增透膜和多层膜
第三节劈尖干涉牛顿环
一、劈尖干涉
二、牛顿环
第四节迈克耳孙干涉仪
本章思考题与习题：
1~4题
第十一章光的衍射
教学目的：
1．了解光的衍射现象；理解惠更斯—菲涅耳原理，理解分析夫琅禾费单缝衍射条纹分布规律的方法。
会分析和计算缝宽及波长对夫琅禾费衍射条纹分布的影响。
理解圆孔衍射艾里斑公式，并能用来分析光学仪器的分辨率；
2．掌握光栅衍射公式。
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。
了解X射线的衍射。
教学重点：
单缝、圆孔衍射
教学难点：
2．单缝、圆孔和光栅的夫琅禾费衍射的规律。
第一节光的衍射惠更斯-菲涅耳原理
1、光的衍射现象
2、惠更斯-菲涅耳原理
2、菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射
第二节夫琅禾费单峰衍射
第三节衍射光栅光栅光谱仪
一、衍射光栅
二、光栅光谱和光栅光谱仪
第四节圆孔夫琅禾费衍射光学仪器的分辩本领
1、圆孔夫琅禾费衍射
2、光学仪器的分辩本领
第五节X光的衍射*
教学目的：
1．了解自然光、偏振光和部分偏振光的基本概念，理解马吕斯定律及布儒斯特定律。
了解双折射现象。
了解线偏振光和圆偏振光的获得方法及检验方法。
了解1/4和1/2波片的作用。
理解偏振光的干涉现象；
2．了解旋光现象，理解光的吸收、色散及散射的概念。
教学重点：
偏振光和部分偏振光的概念
教学难点：
偏振的概念
第一节自然光与偏振光
1、光的偏振现象
2、自然光与偏振光
3、线偏振光
4、部分偏振光
第二节起偏和检偏马吕斯定律
1、偏振片起偏和检偏
二、马吕斯定律
第三节反射和折射时光的偏振
1、反射和折射光的偏振
2、布儒斯特定律
第四节光的双折射
1、光的双折射现象寻常光和非常光
2、主平面和主截面
3、惠更斯原理在双折射现象中的应用
第五节旋光现象（自学）
旋光性，旋光物质，旋光现象
本章基本概念：
光程、干涉、衍射、偏振、旋光现象、吸收。
本章思考题与习题：
1~4题
第十六章量子物理基础*
教学目的：
1、勾勒出量子力学作为新理论创立和发展的过程以及人们对物质世界认识不断深化的过程，给学生以创新思维和探究精神的启迪。
2、本部分重点介绍量子力学的基本原理，帮助学生建立物质波粒二象性和量子化的概念，这是从经典物理到量子物理过渡的重要阶梯。
理解微观物质的描述方式和波函本部分重点介绍量子力学的基本原理，帮助学生建立物质波粒二象性和量子化的概念，这是从经典物理到量子物理过渡的重要阶梯。
理解微观物质的描述方式和波函数的统计意义。
教学重点：
黑体辐射普朗克量子假说光电效应
教学难点：
光电效应
第一节黑体辐射普朗克量子假说
1、绝对黑体
2、斯忒藩—玻尔兹曼定律维恩定律
3、维恩公式
4、普朗克公式量子假说
第二节光电效应光的量子性
一、光电效应的实验规律
二、爱因斯坦假说
六、参考书目
[1]程守洙，江之永.普通物理学[M]（第5版）（上、中、下册）.北京：
高等教育出版社，2004
[2]马文蔚.物理学[M]（第4版）（上、中、下册）.北京：
高等教育出版社，2002
[3]吴百诗.大学物理[M]（上、下册）.北京：
科学出版社,2001
[4]张三慧.大学物理学[M]（第二版）.北京：
清华大学出版社，1999
[5]赵凯华,罗蔚茵.新概念物理教程[M]（力学、热学、电磁学、量子物理）北京：
高等教育出版社，2003
[6]吴锡珑.大学物理教程[M]（第二版）.北京：
高等教育出版社，2004
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