《大學(xué)物理》課程教學(xué)大綱

《大學(xué)物理》課程教學(xué)大綱物理學(xué)是研究物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、相互作用和物質(zhì)最基本最普遍的運動形式及其相互轉(zhuǎn)化規(guī)律的學(xué)科。物理學(xué)的研究對象具有極大的普遍性。它的基本理論滲透在自然科學(xué)的許多領(lǐng)域，應(yīng)用于生產(chǎn)技術(shù)的各個部門，它是自然科學(xué)的許多領(lǐng)域和工程技術(shù)的基礎(chǔ)。以物理學(xué)基礎(chǔ)為內(nèi)容的大學(xué)物理課程，是高等學(xué)校理工科各專業(yè)學(xué)生一門重要的通識性必修基礎(chǔ)課。該課程所教授的基本概念、基本理論和基本方法是構(gòu)成學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分，是一個科學(xué)工作者和工程技術(shù)人員所必備的。大學(xué)物理課程在為學(xué)生系統(tǒng)地打好必要的物理基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生樹立科學(xué)的世界觀，增強學(xué)生分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新意識等方面，具有其他課程不能替代的重要作用。通過大學(xué)物理課程的教學(xué)，應(yīng)使學(xué)生對物理學(xué)的基本概念、基本理論和基本方法有比較系統(tǒng)的認(rèn)識和正確的理解，并具有初步應(yīng)用的能力，為進一步學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ)。在大學(xué)物理課程的各個教學(xué)環(huán)節(jié)中，都應(yīng)在傳授知識的同時，注重學(xué)生分析問題和解決問題能力的培養(yǎng)，注重學(xué)生探索精神和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，努力實現(xiàn)學(xué)生知識、能力、素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。教學(xué)過程中應(yīng)遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，注重理論聯(lián)系實際，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)自主學(xué)習(xí)，鼓勵個性發(fā)展；要加強教學(xué)方法和手段的研究與改革，采用啟發(fā)式、討論式等多種行之有效的教學(xué)方法，充分利用計算機輔助教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)等現(xiàn)代化教育技術(shù)的優(yōu)勢，努力營造一個有利于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新意識的教學(xué)環(huán)境。本課程宜從一年級第二學(xué)期開始，以確保學(xué)生學(xué)習(xí)本課程具有所需要的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。本課程建議的最低學(xué)時數(shù)為120學(xué)時，為了體現(xiàn)加強基礎(chǔ)的教育思想，增強學(xué)生的發(fā)展?jié)摿Γ鲉挝粦?yīng)根據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)和專業(yè)特點增加一定學(xué)時數(shù)。一、力學(xué)

1.掌握位矢、位移、速度、加速度、角速度和角加速度等描述質(zhì)點運動和運動變化的物理量。能借助于直角坐標(biāo)系計算質(zhì)點在平面內(nèi)運動時的速度、加速度。能計算質(zhì)點做圓周運動時的角速度、角加速度、切向加速度和法向加速度。

2.掌握牛頓三定律及其適用條件。能用微積分方法求解一維變力作用下簡單的質(zhì)點動力學(xué)問題。

3.掌握功的概念，能計算直線運動情況下變力的功。理解保守力作功的特點及勢能的概念，會計算重力、彈性力和萬有引力勢能。

4.掌握質(zhì)點的動能定理和動量定理，通過質(zhì)點在平面內(nèi)的運動情況理解角動量（動量矩）和角動量守恒定律，并能用它們分析、解決質(zhì)點在平面內(nèi)運動時的簡單力學(xué)問題。掌握機械能守恒定律、動量守恒定律，掌握運用守恒定律分析問題的思想和方法，能分析簡單系統(tǒng)在平面內(nèi)運動的力學(xué)問題。

5.了解轉(zhuǎn)動慣量概念。理解剛體繞定軸轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動定律和剛體在繞定軸轉(zhuǎn)動情況下的角動量守恒定律。

6.理解伽利略相對性原理，理解伽利略坐標(biāo)、速度變換。

二、振動和波動

1.掌握描述簡諧振動和簡諧波的各物理量（特別是相位）及各量間的關(guān)系。

2.理解旋轉(zhuǎn)矢量法。

3.掌握簡諧振動的基本特征，能建立一維簡諧振動的微分方程，能根據(jù)給定的初始條件寫出一維簡諧振動的運動方程，并理解其物理意義。

4.理解同方向、同頻率的兩個簡諧振動的合成規(guī)律。

5.理解機械波產(chǎn)生的條件。掌握由已知質(zhì)點的簡諧振動方程得出平面簡諧波的波函數(shù)的方法及波函數(shù)的物理意義。理解波形圖線。了解波的能量傳播特征及能流、能流密度概念。

6.了解惠更斯原理和波的疊加原理。理解波的相干條件，能應(yīng)用相位差和波程差分析、確定相干波疊加后振幅加強和減弱的條件。

7.理解駐波及其形成條件。了解駐波和行波的區(qū)別。

8.了解機械波的多普勒效應(yīng)及其產(chǎn)生原因。在波源或觀察者單獨相對介質(zhì)運動，且運動方向沿二者連線的情況下，能用多普勒頻移公式進行計算。

三、氣體動理論及熱力學(xué)

1.了解氣體分子熱運動的圖象。理解理想氣體的壓強公式和溫度公式。通過推導(dǎo)氣體壓強公式，了解從提出模型、進行統(tǒng)計平均、建立宏觀量與微觀量的聯(lián)系到闡明宏觀量的微觀本質(zhì)的思想和方法。能從宏觀和統(tǒng)計意義上理解壓強、溫度、內(nèi)能等概念。了解系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)是微觀運動的統(tǒng)計表現(xiàn)。

2.了解氣體分子平均碰撞頻率及平均自由程。

3.了解麥克斯韋速率分布率及速率分布函數(shù)和速率分布曲線的物理意義。了解氣體分子熱運動的算術(shù)平均速率、方均根速率。了解波耳茲曼能量分布律。

4.通過理想氣體的剛性分子模型，理解氣體分子平均能量按自由度均分定理，并會應(yīng)用該定理計算理想氣體的定壓熱容、定體熱容和內(nèi)能。

5.掌握功和熱量的概念。理解準(zhǔn)靜態(tài)過程。掌握熱力學(xué)過程中的功、熱量、內(nèi)能改變量及卡諾循環(huán)等簡單循環(huán)的效率。

6.了解可逆過程和不可逆過程。了解熱力學(xué)第二定律及其統(tǒng)計意義。了解熵的玻耳茲曼表達式。

四、狹義相對論力學(xué)基礎(chǔ)

1.了解愛因斯坦狹義相對論的兩個基本假設(shè)。

2.了解洛侖茲坐標(biāo)變換。了解狹義相對論中同時性的相對性以及長度收縮和時間膨脹概念。

了解牛頓力學(xué)中的時空觀和狹義相對論中的時空觀以及二者的差異。

3.理解狹義相對論中質(zhì)量和速度的關(guān)系、質(zhì)量和能量的關(guān)系。

五、電磁學(xué)

1.掌握靜電場的電場強度和電勢的概念以及電場強度疊加原理和電勢疊加原理。掌握電勢與電場強度的積分關(guān)系。能計算一些簡單問題中的電場強度和電勢。

2.理解靜電場的規(guī)律：高斯定理和環(huán)路定理。理解用高斯定理計算電場強度的條件和方法。

3.掌握磁感應(yīng)強度的概念。理解畢奧—薩伐爾定律。能計算一些簡單問題中的磁感應(yīng)強度。

4.理解穩(wěn)恒磁場的規(guī)律：磁場高斯定理和安培環(huán)路定理。理解用安培環(huán)路定理計算磁感應(yīng)強度的條件和方法。

5.理解安培定律和洛侖茲力公式。了解電偶極矩和磁矩的概念。能計算電偶極子在均勻電場中，簡單幾何形狀載流導(dǎo)體和載流平面線圈在均勻磁場中或在無限長直載流導(dǎo)線產(chǎn)生的非均勻磁場中所受的力和力矩。能分析點電荷在均勻電場中的受力和運動。

6.了解導(dǎo)體的靜電平衡條件，了解介質(zhì)的極化、磁化現(xiàn)象及其微觀解釋。了解鐵磁質(zhì)的特性。了解各向同性介質(zhì)中D和E、H和B之間的關(guān)系和區(qū)別。了解介質(zhì)中的高斯定理和安培環(huán)路定理。

7.理解電動勢的概念。

8.掌握法拉第電磁感應(yīng)定律。理解動生電動勢及感生電動勢。

9.了解電容、自感系數(shù)和互感系數(shù)。

10.了解電能密度、磁能密度的概念。

11.了解渦旋電場、位移電流的概念以及麥克斯韋方程組（積分形式）的物理意義。12.了解電磁場的物質(zhì)性。六、光學(xué)

1.理解幾何光學(xué)的基本定律和近軸光學(xué)成像的分析方法。如光在平面上和球面上的反射和折射，薄透鏡等。2.理解獲得相干光的方法。掌握光程的概念以及光程差和相位差的關(guān)系。能分析、確定楊氏雙縫干涉條文及薄膜等厚干涉條紋的位置，了解麥克爾孫干涉儀的工作原理。

3.了解惠更斯—非涅耳原理。理解分析單縫夫瑯禾費衍射暗紋分布規(guī)律的方法。會分析縫寬及波長對衍射條紋分布的影響。

4.理解光柵衍射公式。會確定光柵衍射譜線的位置。會分析光柵常量及波長對光柵衍射譜線分布的影響。

5.理解自然光和線偏振光。理解布儒斯特定律及馬呂斯定律。了解雙折射現(xiàn)象。了解線偏振光的獲得方法和檢驗方法。

七、量子物理基礎(chǔ)

1.理解氫原子光譜的實驗規(guī)律及玻爾的氫原子理論。

2.理解光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)的實驗規(guī)律以及愛因斯坦的光子理論對這兩個效應(yīng)的解釋，理解光的波粒二象性。

3.了解德布羅意的物質(zhì)波假設(shè)及其正確性的實驗證實。了解實物粒子的波粒二象性。

4.理解描述物質(zhì)波動性的物理量（波長、頻率）和粒子性的物理量（動量、能量）間的關(guān)系。

5.了解波函數(shù)及及其統(tǒng)計解釋。了解一維坐標(biāo)動量不確定關(guān)系。了解一維定態(tài)薛定諤方程。

6.了解如何用駐波觀點說明能量量子化。

7.了解角動量量子化及空間量子化。

8.了解施特恩—格拉赫實驗及微觀粒子的自旋。

9.了解描述原子中電子運動狀態(tài)的四個量子數(shù)。了解泡利不相容原理和原子的電子殼層結(jié)構(gòu)。八、核物理與粒子物理1.了解原子核的一般性質(zhì)，了解研究微觀物質(zhì)的基本方法。2.了解粒子及其分類以及基本相互作用與標(biāo)準(zhǔn)模型。了解物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)、運動規(guī)律和相互作用的基本物理圖像。九、天體物理與宇宙學(xué)1.了解星體的演化過程：白矮星、中子星和黑洞。2.了解廣義相對論基礎(chǔ)：等效原理、彎曲時空、引力紅移和引力輻射。3.了解宇宙學(xué)一些基本概念：大爆炸理論、宇宙膨脹、宇宙背景輻射。十、現(xiàn)代科學(xué)與高新技術(shù)的物理基礎(chǔ)專題了解與其他學(xué)科有密切聯(lián)系的物理內(nèi)容：如液晶、核磁共振、量子信息、SEM等。

通過本課程的教學(xué)，應(yīng)使學(xué)生初步具備以下能力：

一、能夠獨立地閱讀相當(dāng)于大學(xué)物理水平的教材、參考書和文獻資料，并能理解其主要內(nèi)容和寫