程名称:  大学物理A(1)、(2

英文名称:   College Physics

总 学 时:   144学时        

    :   8学分

先修课程: 高等数学

    : 物理学(上册、下册)  (马文蔚)

参考教材: 基础物理学教程(陆果)、大学物理(吴百诗)、

大学物理学(赵近芳)

授课对象:信工、机械电子、自动化等非物理理、工科专业

课程性质: 专业必修

教学目标:

(1)    学习大学物理基础知识及其实际应用,了解物理学与其他学科以及物理学

与技术进步、社会发展的关系。

2)通过学习大学物理课程,使学生受到物理思维的熏陶,提高物理素质、

学习和掌握科学的思想方法和研究问题的方法。

3)培养学生创新能力,激发探索和创新精神,强化创新意识,加强创新基础,提高学生自己获取知识的能力。

4)为各相关专业学生学习后续课做好准备。

课程简介:

物理学是关于自然界最基本形态的科学,它研究物质的结构和相互作用以及物质的运动规律。本课程内容由力学、电磁学、振动与波及波动光学、热学和近代物理几个模块组成,分别讨论:机械运动;电磁场的运动规律和电磁相互作用;宏观领域的波动规律;光的干涉、衍射和偏振;由大量分子组成的热力学系统的宏观表现和统计规律;时空性质、微观粒子的量子运动特征和规律。

本课程分连续两个学期讲授,通常每学期72学时。

 

教学内容及要求:

)、力学

1. 质点运动学

1)质点运动的描述

理解参考系、坐标系、 位置矢量 、运动方程、 位移 、速度和加速度。

2)加速度为恒矢量时的质点运动规律

掌握运动学中的两类问题的计算。

3)圆周运动

掌握圆周运动的角量描述、角速度和角加速度、法向和切向加速度、线量和角量间的关系。

4)相对运动

了解时间与空间 理解相对运动。

2. 牛顿定律

1)牛顿定律

理解第二定律及其微分形式 ,了解牛顿定律的适用范围、常见力、物理量的单位和量纲。

2)牛顿定律的应用 非惯性系

掌握物体的受力分析、隔离体法,简单微分方程的建立和求解,了解非惯性系和惯性力。

3. 动量守恒定律和能量守恒定律

1)质点和质点系的动量定理和动量守恒定律

掌握冲量、 质点和质点系的动量定理、动量守恒定律。

 2)动能定理

    理解功、功率和质点动能定理,掌握变力作功的计算(方法和步骤)、质点动能定理及应用。

3)保守力与非保守力 势能

理解保守力及非保守力作功的特点及保守力作功的数学表达式、保守力的功与势能的关系,掌握势能的计算。

4)功能原理  机械能守恒定律

掌握质点系的动能定理、质点系的功能原理、机械能守恒定律。

5)完全弹性碰撞、完全非弹性碰撞

    理解完全弹性碰撞、完全非弹性碰撞。

6)能量守恒定律

    理解能量守恒定律

7)质心  质心运动定律

    了解质心概念和质心运动定律

4.刚体的定轴转动

1)刚体的定轴转动  

了解刚体的概念,掌握刚体转动的角速度和角加速度、角量和线量间的关系。

2)力矩 转动定律  转动惯量

掌握力矩 转动定律及其应用,了解常用刚体的转动惯量。

3)角动量  角动量守恒律

理解质点的角动量、角动量定理和角动量守恒定律

掌握刚体定轴转动的角动量定理和角动量守恒定律

4)力矩做功 刚体绕定轴转动的动能定理

掌握力矩做功和功率、转动动能、刚体绕定轴转动的动能定理。

 

)、电磁学

1. 静电场

1)库仑定律 电场强度

理解库仑定律、电场强度的定义和电场叠加原理,掌握用电场叠加法计算简单电荷分布的电场,了解电偶极子的概念。

2)电通量  高斯定理

了解电力线的性质,理解电场强度通量的概念和高斯定理,掌握用高斯定理求解有特定对称性的电荷分布的电场

 

2. 电势

1)静电场的环路定理  电势

理解静电场的环路定理和静电场的保守性及电势的概念、电势叠加原理,掌握用场强积分法和电势叠加法计算简单电荷分布的电势,掌握电势差的计算,理解电势、电势差、电场力的功之间的关系,了解等势面的性质。

2)电势梯度 静电势能 静电场能

了解场强和电势的关系,掌握静电势能的计算、静电场能的定义及计算。

了解电荷系的静电能。

3. 静电场中的导体和电介质

1)有导体存在时的静电场

了解导体静电平衡的条件和静电平衡时导体上电荷分布的一般规律,掌握用导体静电平衡规律求解某些特定导体存在时的电场和电荷分布,了解静电屏蔽及它的简单应用。

2)电介质的极化

了解电介质极化的微观机理、电极化强度 极化电荷与自由电荷的关系。

3)电位移矢量及有介质时的高斯定理

了解电位移矢量 及与电场强度的关系,了解有介质时的高斯定理,掌握求解有介质时具有特定对称性的电荷分布的电场。

4)电容器 静电场的能量

了解电容器的定义,掌握电容器的计算、电容器的并、串联,理解电容器的电能、电场能量密度的概念,掌握计算电场能量的方法。

 

4. 恒定电流、

了解电流、电流密度、电动势

5恒定磁场

1)磁场  磁感强度

了解磁感强度的定义,理解毕-萨定律,掌握用毕-萨定律求简单载流体的磁场,了解运动电荷的磁场、磁感线、磁通量、磁场的高斯定理,掌握磁通量的计算。

2)安培环路定理 带电粒子在电场和磁场中的运动 洛仑兹力

理解安培环路定理,掌握用安培环路定理求具有特定对称性的载流体产生的磁场,掌握带电粒子在电场和磁场中所受的力,理解洛仑兹力公式,理解带电粒子斜入射均匀磁场中的规律,了解霍尔效应、磁聚焦。

3)磁场对载流导线的作用

了解安培定律、载流线圈的磁矩,掌握用安培定律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。

6. 磁场中的磁介质

1)磁介质  磁化强度

了解磁介质的磁化、三种磁介质的相对磁导率、铁磁质的磁化曲线、磁滞回线、磁畴。

2)磁介质中的安培环路定理

了解磁场强度 的概念、掌握求解有磁介质存在时具有特定对称性的电流分布的磁场。

 

7. 电磁感应 电磁场

1)电磁感应定律 楞次定律 动生电动势

了解电磁感应现象、掌握用 计算感应电动势,了解产生动生电动势的原因,掌握计算简单情况下的动生电动势的方法。

2)感生电动势 感生电场

了解感生电场与静电场的区别,掌握计算简单情况下的感生电动势和感生电场的方法,了解涡电流现象。

3)自感 互感 磁场的能量

了解自感和互感系数的定义,掌握磁场能量的计算。

 

8. 电磁场 麦克斯韦方程组和电磁波

了解位移电流假说、了解麦克斯韦方程组的积分形式及物理意义。

 

( )、振动和波动

1. 机械振动

 (1) 简谐运动的描述  旋转矢量法  谐振动的动力学特征

理解简谐运动的动力学和运动学特征, 掌握简谐运动的三个物理量、 旋转矢量法

2)简谐运动的能量 简谐运动的合成

掌握简谐运动的能量、两个同方向同频率简谐运动的合成,理解两个同方向不同频率简谐运动的合成、两个相互垂直的同频率的简谐运动的合成,了解两个相互垂直的不同频率的简谐运动的合成。

2. 机械波

1)机械波的几个概念  平面简谐波的波函数

了解机械波的形成、横波与纵波,掌握描述波动的物理量、平面简谐波的波函数、波函数(波动方程)的物理意义。

2)波的能量

了解波动能量的传播、能流和能流密度。

3)惠更斯原理 波的衍射、反射和折射

理解惠更斯原理对波的衍射、波的反射和折射的解释。

4)波的干涉、驻波

了解波的迭加原理,掌握波的干涉,理解驻波的形成及特征。

5)声波 超声波

了解声波、超声波及多普勒效应.

( )、波动光学

1.光的干涉

1 相干光  分波阵面干涉

了解获得相干光的两种方法、半波损失、杨氏双缝干涉实验, 掌握杨氏双缝干涉明、暗纹条件、条纹位置。

2)光程  分振幅干涉

理解光程的物理意义,掌握光程和光程差的计算及光程差与干涉的关系,了解平行平面膜的光干涉的特点。了解(等厚干涉)劈尖、牛顿环实验,掌握劈尖、牛顿环干涉的明、暗纹条件及分布规律,了解迈克耳逊干涉仪、时间的相干性。

2.光的衍射

1)惠(更斯)-菲(涅耳)原理  单缝衍射

了解惠-菲原理及其对光的衍射现象的定性解释,了解半波带法,掌握单缝衍射明、暗纹条件及条纹位置,了解光强的分布规律。

2)了解圆孔衍射的规律、 光学仪器分辨率

3)衍射光栅

掌握光栅方程的物理意义及光栅衍射主极大条件、条纹位置、条纹缺级,了解光栅衍射光谱的特点、x射线衍射

 

3. 光的偏振

(1)自然光和偏振光  马吕斯定律  反射和折射时光的偏振

了解线偏振光的获得和检验, 理解马吕斯定律、布儒斯特定律

了解光的双折射现象 椭圆和圆偏振光、 偏振光干涉。

 

( )、热学

热力学基础

1.描述热运动的基本概念

了解气体物态参量、热力学温标、平衡态、准静态过程、功和热量等概念,掌握理想气体物态方程。

2.  热力学第一定律

1)热力学第一定律

理解热力学第一定律,掌握准静态过程中功的计算式,了解各等值过程的特征、定容和定压摩尔热容,掌握各等值过程功、热量、内能的计算及迈耶公式。

2)、绝热过程

了解绝热过程的特征,掌握绝热过程方程的推导、绝热过程功和内能的计算。

3)循环过程、卡诺循环

了解循环过程的特征、热机和制冷机,理解卡诺循环,掌握热机效率和致冷系数的定义及计算。

3. 热力学第二定律

(1)    热力学第二定律的两种表述  卡诺定理

了解可逆和不可逆过程,理解热力学第二定律的两种表述及其等价性、卡诺定理,了解熵和熵变的计算及熵增原理与热力学第二定律。

2)热力学第二定律的统计意义。

了解玻耳兹曼熵公式与熵增加原理。

 

4. 气体动理论

1)物质的微观模型 统计规律性  理想气体的压强公式、压强、温度与平均平动动能的关系

了解理想气体的微观模型,理解理想气体的压强公式及压强、温度与平均平动动能的关系。

2)能量均分定理、分子碰撞及平均自由程

了解理想气体分子的自由度,理解能量均分定理、理想气体内能和摩尔热容公式,了解气体分子的平均碰撞频率和平均自由程。

3)麦克斯韦气体分子速率分布律

了解气体分子速率分布的实验、麦克斯韦气体分子速率分布的概念、理解速率分布定律和速率分布曲线的物理意义,了解三种统计速率。

 

)、近代物理基础 

狭义相对论基础

(1) 伽利略变换 力学相对性原理  相对论基本假设 洛伦兹变换

    了解经典时空观、 狭义相对论基本原理,理解洛伦兹变换式。

2)相对论时空观

理解同时的相对性、长度的收缩和时间的延缓。

 (3) 相对论动力学基础

了解相对论质量、 质能关系、动量与能量的关系。

 

量子物理基础

1. 量子物理的基本概念

1)黑体辐射 光电效应

了解普朗克能量子假设、光电效应的实验规律,掌握光电效应方程。

2)康普顿散射 粒子的波动性

了解康普顿效应、康普顿效应与光电效应的区别、能量守恒动量守恒方程、决定波长改变的因素。理解德布罗意公式,了解德布罗意波的实验验证。

3)波函数 不确定关系 薛定谔方程

理解波函数的物理意义、波函数的标准条件、坐标与动量的不确定关系、建立定态薛定谔方程的思路和求解定态薛定谔方程的基本方法、一维无限深势阱和一维方势阱、隧道效应。

2. 原子中的电子

1)氢原子

了解氢原子光谱的实验规律、玻尔氢原子理论、里德堡公式、氢原子能级图、氢原子量子力学处理方法的思路。了解能量量子化、角动量量子化和空间量子化。

一般了解电子的自旋 及相应的四个量子数、原子中电子的排布、泡利不相容原理。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

学时分配:

章节

主要内容

各教学环节学时分配

备注

讲授

实验

讨论

习题

小计

 

第一章

质点运动学

4

 

 

1

5

 

第二章

牛顿定律

4

 

 

1

5

 

第三章

动量守恒定律、机械能守恒定律

8

 

 

1

9

 

第四章

刚体的转动

8

 

 

1

9

28

第五章

静电场

10

 

 

2

12

 

第六章

静电场中的导体与电介质

6

 

 

2

8

 

第七章

恒定磁场

13

 

 

2

15

 

第八章

电磁感应、电磁场

7

 

 

2

9

44

第九章

振动

5

 

 

1

6

 

第十章

波动

8

 

 

1

9

15

第十一章

光学

16

 

 

2

18

18

第十二章

气体动理论

6

 

 

1

7

 

第十三章

热力学基础

8

 

 

2

10

17

第十四章

相对论

6

 

 

2

8

8

第十五章

量子物理

12

 

 

2

14

14

 

考试与成绩评定方式:期末考试采用闭卷笔试;通常情况下,期中考试也采用闭卷笔试;包括期中考试在内的平时成绩占总成绩的30-40%,期末考试成绩占总成绩的70-60%

 

 

备注:

了解”是指学生应能辨认的科学事实、概念、原则、术语,知

道事物的分类、过程及变化倾向,包括必要的记忆;

理解”是指学生能用自己的语言把学过的知识加以叙述、解释、归

纳,并能把某一事实或概念分解为若干部分,指出它们之间

的内在联系或与其它事物的相互关系;

掌握”是指学生能根据不同情况对某些概念、定律、原理、方法等在正确理解的基础上结合事例加以运用,包括分析和综合。

(更新于2015年03月09日 08:43:20)