大学物理机械设计制造及其自动化专业教学大纲.docx

1、大学物理机械设计制造及其自动化专业教学大纲湖南应用技术学院 机械设计制造及其自动化专业教学大纲机电工程学院二零一五年三月大学物理教 学 大 纲课程编号：0000000021、0000000022 开课学期：第一学年2学期 0000000025、0000000026 第二学年3学期适用专业：机械类 专业 学 时：144学时编写教师： 学 分：6学分 审核：第一部分 说 明1、课程的性质、作用 大学物理课程是研究物质的基本结构、基本运动形式以及相互作用和转化规律的课程，是一门人类在探索自然奥秘的过程中形成的学科，是其他自然科学和工程技术的基础。自然界，无限广阔，丰富多彩，形形色色的物质在其中不断地

2、运动变化着。大至日、月、星辰，小到分子、原子、电子，都是物质。固体、液体、气体和等离子体，这些实物是物质；电场、磁场、重力场和引力场，这些场也是物质。总之，自然界的无数事物，形色不一，都是运动着的物质的不同形态。一切物质都在不断地运动着、变化着，绝对不动的物质是不存在的。日月的运行、江河的奔流、生物的代谢，这些都是物质的运动变化。物质运动的形式是多种多样的，它们既服从共同的普遍规律，又各自有其独特的规律，对各种不同的物质运动形式的研究，就形成了自然科学的各个学科。物理学是自然科学的基础，也是当代工程技术的重大支柱，是人类认识自然，优化自然、造福于人类的最有活力的带头学科。物理学的发展，广泛而直

3、接地推动着技术的革命和社会的文明，18世纪60年代开始的第一次技术革命以蒸汽机应用为标志，它是牛顿力学和热力学发展的结果。19世纪70年代开始的第二次技术革命以电力的广泛应用和无线电通讯为标志，它是电磁学发展的结果。20世纪40年代兴起的并一直延续至今的第三次技术革命是相对论和量子论发展的结果。事实证明，几乎所有重大的新技术领域学科（如电子学、原子能、激光和信息技术等）的创立，事前都在物理学中经过长期的酝酿，在理论和实验两方面积累了大量知识后，才突然迸发出来。因而，大学物理课程是机械类专业的一门重要技术基础课程。2、课程的任务与基本要求 以物理学最基本的概念、理论为内容的大学物理课程，它所包含

4、的经典理论、近代理论以及它们在科学技术上实际应用的初步知识；处理问题、解决问题、寻找规律、建立基本理论的科学方法，这些都是一个现代工程技术人员所必须了解和掌握的。物理学的基本概念以及基本原理固然重要，但更重要的却是它的科学思维方式、解决、处理、研究问题的方法。通过本课程的教学，一方面在于为学生较系统地打好必要的物理基础；另一方面使学生学习科学的思维方式和研究问题的方法，开阔学生的思路，激发探索和创新精神、增强适应能力、提高科学素养。同时，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。本课程的基本要求是培养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

5、识和正确的理解，着重掌握物理学的基本概念，理解物理学的基本规律，初步建立自然界完整而形象的物理学图象；培养学生初步具有学习科学的思维方法和研究问题的方法，能够根据问题的性质，在抽象思维的基础上突出主要因素，对研究对象和过程进行合理简化的能力，逐步训练应用高等数学处理自然科学和工程技术问题的方法；培养学生具有理论联系实际，重视物理学理论在各生产技术领域中的应用，为学生进一步学习新理论、新知识和新技术打下必要的基础，使学生在科学实验能力、运算能力和抽象思维能力方面受到初步而严格的训练，使学生熟悉物理学的基本思想方法，使学生初步具有分析问题和解决问题的能力；培养学生正确理解物理概念和规律，正确认识物

6、理学基本理论的建立和发展过程，发挥本课程在培养学生辩证唯物主义世界观方面所起的作用。3、教学方法建议物理学的理论是通过观察、实验、抽象、假设等研究方法，并通过实践的检验而建立起来。讲授物理学应该遵循“实践理论再实践”的方法，不迷信偶像和屈从权威，以实事求是、老老实实的态度对待科学真理。建议采用“知识的系统性和知识的广泛性兼蓄、循序渐进和渗透式兼蓄”的教学方法。主要有讲授为主、配合实验教学法，讲授为主、配合多媒体课件教学法，讲授为主、配合案例教学法，讲授为主、配合小组讨论法，独立作业、独立思考、自己判断，实践习题课辅导法等。4、本课程与基它课程的关系物理学是研究物质的基本结构、基本运动形式、相互

7、作用和转化规律的学科，是其他自然科学和工程技术的基础。大学物理课程是机械类专业的一门重要基础课程，是机械类专业学生学习专业基础课程和专业课程的先修课程，是提供最广泛和最基本内容的各个新兴学科的先导。学好了它，就为后续的机械专业基础课程和专业课程，如理论力学、材料力学、电路理论、电子技术、机械原理、机械设计、机器人技术基础、机械制造技术基础、数控技术、机械制造装备设计、机械制造自动化等课程打好了基础，就为提高学生的科学思维方式，解决、处理、研究问题的方法发挥了作用。5、本课程与专业核心技术、能力培养的关系及作用物理学是自然科学的基础，也是当代工程技术的重大支柱，是人类认识自然，优化自然、造福于人

8、类的最有活力的带头学科。要使培养的机械类工程技术人员，能在飞速发展的科学技术面前有所创新、有所前进，对人类作出较大的贡献，就必须加强物理学的学习。通过学习能对物质最普遍、最基本的运动形式和规律有比较全面而系统的认识，掌握物理学中的基本概念和基本原理以及研究问题的方法，同时在科学实验能力、计算能力以及创新思维和探索精神等方面受到严格的训练，培养分析问题和解决问题的能力，提高科学素质，努力实现知识、能力、素质的协调发展。20世纪以来，物理学一方面向认识的深度进军，另一方面又向应用的广度发展。它在发掘新能源、新材料以及革新工艺过程、检测方法等方面都提供了丰富的实验资料和理论根据，而许多新技术新工艺的

9、实现，又大大地发展了生产力。科学技术和生产技术的发展，反过来也为物理学的进一步研究准备了雄厚的物质条件，形成相辅相成、齐头并进的局面。物理学和科学技术、生产技术的关系，正如第三次世界物理学会大会的决议所指出：“物理学是我们认识世界的基础是其他科学和绝大部分技术发展的直接的或不可缺少的基础，物理学曾经是、现在是、将来也是全球技术和经济发展的主要驱动力。”第二部分 本 文一、基本内容与学时分配（一）绪论（2学时）1本课程的研究对象教学内容要点：（1）本课程的研究对象；（2）本课程被誉为“是人类认识自然，优化自然、造福于人类的最有活力的带头学科”的内涵。2物理学和科学技术的关系教学内容要点：（1）物

10、理学是一切自然科学的基础；（2）本课程在机械工程领域的作用。3本课程的性质和任务教学内容要点：（1）本课程的地位、性质、任务；（2）本课程的发展概况和发展方向；（3）本课程教学的基本要求。4本课程的主要内容教学内容要点：（1）本课程的基本教学内容；（2）力学的基本知识；（3）电磁学的基本知识；（4）在现代物理方面“渗透”一些科技前沿信息；（5）开一定的非线性物理学“窗口”，满足学生求知欲望和独立思考问题。5本课程的学习方法教学内容要点：（1）物理学的理论是通过观察、实验、抽象、假设等研究方法并通过实践的检验而建立起来；（2）学习物理应遵循“实践理论再实践的方法，独立思考、自己判断，不迷信偶像和

11、屈从权威；（3）学习物理要以实事求是、老老实实的态度对待科学真理，要注重课程内容的内在联系、清晰的条理和严谨的逻辑，扎扎实实的学好基本理论和基本知识；（4）对物理学的研究方法、数学描述语言和推演技巧要熟练掌握，适当的记忆和适当的做练习题；（5）学会“体会式”的学习方法，“中西兼蓄、为我所用”，努力培养自己的创新意识和创造能力，争取有所发现、有所创新。（二）第一章 质点运动学（6学时）1参考系、坐标系、物理模型教学内容要点：（1）运动的绝对性和相对性；（2）参考系；（3）坐标系；（4）物理模型。2位置矢量、位移、速度、加速度教学内容要点：（1）位置矢量；（2）位移；（3）速度；（4）加速度。3曲

12、线运动的描述、运动学中的两类问题教学内容要点：（1）曲线运动的描述；（2）运动学中的两类问题。4相对运动教学内容要点：同一质点在有相对运动的两个参考系中的位移、速度和加速度之间的关系。（三）第二章 质点动力学（10学时）1牛顿运动定律教学内容要点：（1）惯性定律、惯性参考系；（2）牛顿第二定律、惯性质量、引力质量；（3）牛顿第三定律；（4）牛顿定律的应用；（5）国际单位制和量纲。2动量、动量守恒定律教学内容要点：（1）质点的动量定律；（2）质点系的动量定理；（3）质点系的动量守恒定律。3功、动能、势能、机械能守恒定律教学内容要点：（1）功、功率；（2）动能定理；（3）势能；（4）质点系的动能定

13、理与功能原理；（5）机械能守恒定律；（6）能量转换与守恒定律。4理想流体的伯努利方程教学内容要点：（1）理想流体；（2）不可压缩流体的连续性方程；（3）流体动力学的处理方法伯努利方程。（四）第三章 刚体力学基础（8学时）1刚体、刚体定轴转动的描述教学内容要点：（1）刚体的引入；（2）刚体的基本运动；（3）刚体定轴转动的描述。2力矩、刚体定轴转动的转动定律教学内容要点：（1）力矩；（2）刚体定轴转动的转动定律；（3）转动惯量；（4）转动定律的应用。3刚体定轴转动的动能定理教学内容要点：（1）转动动能；（2）力矩的功；（3）刚体定轴转动的动能定理。4刚体定轴转动的角动量定理和角动量守恒定律教学内容

14、要点：（1）角动量、质点的角动量定理及角动量守恒定律；（2）刚体对轴的角动量、刚体定轴转动的角动量定理；（3）刚体对轴的角动量守恒定律。（五）第四章 相对论（6学时）1伽利略变换和经典力学时空观教学内容要点：（1）伽利略变换、经典力学时空观；（2）伽利略相对性原理。2狭义相对论产生的实验基础和历史条件教学内容要点：爱因斯坦的狭义相对论是唯一能圆满解释迈克耳孙莫雷实验和其他有关实验、观察事实的理论。3狭义相对论基本原理、洛伦兹变换教学内容要点：（1）狭义相对论的两条基本原理；（2）洛伦兹变换；（3）洛伦兹速度变换。4狭义相对论时空观教学内容要点：（1）同时的相对性；（2）长度的相对性；（3）时间

15、间隔的相对性；（4）因果关系。5狭义相对论动力学教学内容要点：（1）动量、质量与速度的关系；（2）质量和能量的关系；（3）动量和能量的关系。（六）第五章 机械振动（6学时）1简谐振动的动力学特征教学内容要点：（1）弹簧振子模型；（2）微振动的简谐近似。2简谐振动的运动学教学内容要点：（1）简谐振动的运动学方程；（2）描述简谐振动的三个重要参量；（3）简谐振动的旋转矢量表示法。3简谐振动的能量教学内容要点：简谐振动的总能量、动能和势能。4简谐振动的合成、振动的频谱分析教学内容要点：（1）同方向同频率简谐振动的合成；（2）同方向不同频率简谐振动的合成；（3）振动的频谱分析。5阻尼振动、受迫振动、共

16、振教学内容要点：（1）阻尼振动；（2）受迫振动；（3）共振。（七）第六章 机械波（10学时）1机械波的形成和传播教学内容要点：（1）机械波产生的条件；（2）横波和纵波；（3）波线和波面；（4）简谐波；（5）描述波动的几个物理量。2平面简谐波的波函数教学内容要点：（1）平面简谐波的波函数；（2）波函数的物理意义。3波的能量教学内容要点：（1）波的能量和能量密度；（2）波的能流和能流密度；（3）波的吸收。4惠更斯原理、波的叠加和干涉教学内容要点：（1）惠更斯原理；（2）波的叠加原理；（3）波的干涉。5驻波教学内容要点：（1）驻波方程；（2）驻波的特点；（3）半波损失。6多普勒效应教学内容要点：多普

17、勒效应的三种情况。（八）第七章 气体动理论基础（6学时）1平衡态、温度、理想气体状态方程教学内容要点：（1）平衡态；（2）热力学第零定律、温度；（3）理想气体状态方程。2理想气体压强公式教学内容要点：（1）理想气体分子模型和统计假设；（2）理想气体的压强公式。3温度的统计解释教学内容要点：（1）温度的统计解释；（2）气体分子的方均根速率。4能量均分定理、理想气体的内能教学内容要点：（1）自由度；（2）能量均分定理；（3）理想气体的内能。5麦克斯韦分子速率分布定律教学内容要点：（1）气体分子的速率分布、分布函数；（2）麦克斯韦速率分布规律；（3）分子速率的三个统计值；（4）麦克斯韦分布曲线的性质

18、。6分子的平均碰撞频率和平均自由程教学内容要点：（1）平均碰撞频率；（2）平均自由程。（九）第八章 热力学基础（8学时）1内能、功和热量、准静态过程教学内容要点：（1）内能、功和热量；（2）准静态过程；（3）准静态过程的功与热量。2热力学第一定律教学内容要点：（1）热力学第一定律；（2）热力学第一定律在理想气体等值过程中的应用。3气体的摩尔热容教学内容要点：（1）热容与摩尔热容；（2）理想气体的摩尔热容。4绝热过程教学内容要点：绝热过程和绝热方程。5循环过程、卡诺循环教学内容要点：（1）热机、热机的效率；（2）制冷系数；（3）卡诺循环。6热力学第二定律教学内容要点：（1）开尔文表述；（2）克劳

19、修斯表述；（3）自然过程的方向性；（4）可逆过程与不可逆过程。7卡诺定理、克劳修斯熵教学内容要点：（1）卡诺定理；（2）克劳修斯等式与不等式；（3）克劳修斯熵；（4）熵增加原理。8热力学第二定律的统计意义、玻耳兹曼熵教学内容要点：（1）热力学第二定律的微观意义；（2）热力学概率与玻耳兹曼熵。（十）第九章 静电场（12学时）1电场、电场强度教学内容要点：（1）电荷；（2）库仑定律；（3）电场强度；（4）电场强度叠加原理；（5）电场强度的计算；（6）带电体在外电场中所受的作用。2电通量、高斯定理教学内容要点：（1）电场的图示法、电场线；（2）电通量；（3）高斯定理；（4）高斯定理的应用。3电场力的

20、功、电势教学内容要点：（1）电场力的功；（2）静电场的环流定理；（3）电势能；（4）电势、电势差；（5）电势的计算。4电场强度与电势的关系教学内容要点：等势面与电场线处处正交的证明。5静电场中的导体教学内容要点：（1）导体的静电平衡；（2）导体壳和静电屏蔽；（3）有导体存在的静电场电场强度与电势的计算。6静电场中的电介质教学内容要点：（1）电介质的极化；（2）有电介质时的高斯定理。7电容、电容器教学内容要点：（1）孤立导体的电容；（2）电容器及其电容。8电场的能量教学内容要点：（1）带电系统的能量；（2）电场能量。（十一）第十章 稳恒磁场（12学时）1磁场、磁感应强度教学内容要点：（1）基本磁

21、现象；（2）磁感应强度；（3）磁通量；（4）磁场中的高斯定理；（5）毕奥萨伐尔定律；（6）毕奥萨伐尔定律的应用。2安培环路定理教学内容要点：（1）安培环路定理；（2）安培环路定理的应用。3磁场对载流导线的作用教学内容要点：（1）安培定律；（2）无限长两平行载流直导线间的相互作用力、电流单位“安培”的定义；（3）磁场对载流线圈的作用；（4）磁力的功。4磁场对运动电荷的作用教学内容要点：（1）洛伦兹力；（2）带电粒子在匀强磁场中的运动；（3）霍耳效应。5磁介质教学内容要点：（1）磁介质的分类；（2）磁介质中的安培环路定理；（3）总磁感应强度B与磁场强度H的关系；（4）铁磁质。（十二）第十一章 电磁

22、感应（8学时）1电磁感应定律教学内容要点：（1）电磁感应现象；（2）楞次定律；（3）电动势；（4）法拉第电磁感应定律。2动生电动势与感生电动势教学内容要点：（1）动生电动势；（2）感生电动势。3电子感应加速器、涡电流教学内容要点：（1）电子感应加速器；（2）涡电流。4自感应与互感应教学内容要点：（1）自感应；（2）互感应。5磁场能量教学内容要点：（1）自感磁能；（2）磁场能量。（十三）第十二章 电磁场和电磁波（2学时）教学内容要点：（1）位移电流；（2）全电流定律；（3）麦克斯韦方程组。（十四）第十三章 光的干涉（6学时）1光源、光的相干性教学内容要点：（1）光源；（2）光的相干性。2杨氏双缝

23、干涉实验教学内容要点：（1）杨氏双缝干涉；（2）其他分波阵面干涉装置。3光程与光程差教学内容要点：光程与光程差的概念。4薄膜干涉教学内容要点：（1）薄膜干涉；（2）增透膜与增反膜。5劈尖干涉、牛顿环教学内容要点：（1）劈尖干涉；（2）牛顿环。6迈克耳孙干涉仪教学内容要点：迈克耳孙干涉仪的构造和原理。（十五）第十四章 光的衍射（4学时）1光的衍射、惠更斯菲涅耳原理教学内容要点：（1）光的衍射现象及分类；（2）惠更斯菲涅耳原理。2单缝夫琅禾费衍射教学内容要点：单缝夫琅禾费衍射实验装置和实验。3衍射光栅教学内容要点：（1）光栅衍射现象；（2）光栅衍射规律；（3）光栅光谱4圆孔衍射、光学仪器的分辨率教

24、学内容要点：（1）圆孔衍射；（2）光学仪器的分辨率。（十六）第十五章 光的偏振（2学时）1自然光和偏振光教学内容要点：（1）横波的偏振性；（2）自然光；（3）线偏振光；（4）部分偏振光。2起偏和检偏、马吕斯定律教学内容要点：（1）偏振片的起偏和检偏；（2）马吕斯定律。3反射与折射时光的偏振教学内容要点：布儒斯特定律的证明。二、技术能力培养目标、措施、步骤技术能力培养目标：本课程是研究物质的基本结构、基本运动形式以及相互作用和转化规律的课程，它研究的对象具有极大的普遍性，它的基本理论渗透在自然科学的许多领域内，应用于生产技术的各个部门，是自然科学和工程技术的基础。通过本课程的学习，使学生对物理学

25、的基本概念、基本理论、基本方法有比较全面和系统的认识以及正确的理解，并具有初步应用的能力，为进一步学习新理论、新知识和新技术打下必要的基础；使学生在科学实验能力、运算能力和抽象思维能力方面受到初步而严格的训练，具有分析问题和解决问题的能力；使学生正确理解物理学的概念和规律，正确认识物理学基本理论的建立和发展过程，逐步树立辩证唯物主义世界观。学生技术能力培养措施：物理学的理论是通过观察、实验、抽象、假设等研究方法并通过实践的检验而建立起来，因而学习物理应遵循“实践理论再实践”的方法，独立思考、自己判断，不迷信偶像和屈从权威；以实事求是、老老实实的态度对待科学真理，学习物理要注重课程内容的内在联系

26、、清晰的条理和严谨的逻辑，扎扎实实学好基本理论和基本知识，这包括对物理概念、规律、物理图像等透彻的理解，对物理学的研究方法、数学描述语言和推演技巧的熟练掌握，因而适当的记忆和做练习题是很有必要的；物理学和一切自然科学的发展是永不停息的，纷繁复杂的自然界中人类未知的事物还远远超过已经了解的事物，因而学习物理应当争取有所发现、有所创新，锐意培养创新意识和创造能力；物理学是科技生产力发展的不竭源泉，物理学的发展广泛而直接地推动着技术的革命和社会的文明，因而学习物理要学会“体会式”的学习方法，既强调知识的系统性，又注重知识的广泛性，提倡循序渐进地学习，也提倡“渗透式”的体会，“中西兼蓄，为我所用”。学

27、生技术能力培养步骤：首先，培养学生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清晰的笔记、小结或读书心得；着重掌握物理学的基本概念，理解物理学的基本规律，初步建立自然界完整而形象的物理学图象。其次，培养学生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，理论联系实际，抓住典型事例，强化应用，重视物理学理论在各生产技术领域中的应用，特别是本专业中的应用。然后，培养学生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

28、结果的合理性。同时，初步学习科学的思维方法和研究问题的方法，培养根据问题的性质，在抽象思维的基础上突出主要因素，对研究对象和过程进行合理简化的能力，逐步训练用高等数学处理自然科学和工程技术问题的能力。三、课程实验（一）实验仪器设备、主要技术指标及配置要求仪器设备名称主要技术指标（或型号规格）配套数备 注千分尺游标卡尺物理天平精度0.01mm精度0.02mm精度0.1g202020气垫导轨1.5m20刚体转动惯量测试仪扭摆圆环尺寸：内直径10cm，外直径12cm 扭摆悬线：040cm可调 光电门计时范围：0999.99s，分辨率：0.01s20 杨氏模量测定仪1显微镜采用螺旋导轨上、下调节，水平

29、高度采用光学支架二维驱动，标示线达到分光计划板精度要求2整体采用光学平台元件放置，自主搭配使用各种元件，电子称组合传感器、力学、光学实验3三位半数字表，量程一：0199.9mV，分辨率：0.1mV；量程二：02V，分辨率：1mV20 组装式电桥套装 1桥臂电阻：R1、R2、R3、R4，阻值：100、1k、10k，精度：0.02% 2可变标准电阻：RN有C1、P1、P2、C2四个引出端，由100.01+100.001 组成；其中，100.001 是一个100分度的划线盘，分辨率为0.0001 3电源：1.5V输出，随负载阻抗的变化而不同，最大电流,1.5A，由指针式2A电流表指示输出电流的大小

30、4电流换向开关，具有正向接通、反向接通、断三档功能 5检流计开关，用于控制检流计的通和断20电表改装与校准试验仪 1内附指针式改装表，两个量程的数字标准电压表、电流表、可调稳压电源，十进式电阻箱、专用导线，能完成电流表、电压表、欧姆表的设计性实验，指针式电表的改装和校准，数字电压表的改装和校准 2指针式被改装表：量程100A，内阻约2.1k，精度1.5级 3电阻：R1调节范围0111110，R2调节范围011111.10，精度0.1%；RN调节范围0.11M，8档，精度0.05%；R4选择范围9M、900k、90k、10k，精度0.05% 4数字式被改装表：0200mV，四位半数显，精度0.5%，可选小数点位置 5可调稳压源：输出范围02V，020V两量程，输出电流20mA，稳定度0.1%/min20示波器函数信号发生器模拟示波器20M20输出三角波、方波、正弦波，频率2M，电压可调20霍耳效应试验仪 1可调电压源：015.00V，10mA；数字式特斯拉计：量程00.35T，分辨率0.0001T 2可调恒流源：05.000mA和09.999mA可变量程 3电压源和电流源通过电子开关选择设置，实现单独的电压源和电流源功能 4电流电压调节均采用数字编码开关 5数字电压表：200mV、2V和20V三档，四位半数显