《大學(xué)物理學(xué)》課程教學(xué)大綱

1、大學(xué)物理學(xué)課程教學(xué)大綱college physics適用專業(yè)：本科理工科各專業(yè) 課程編號(hào)：010201 學(xué)分：6一、課程名稱大學(xué)物理學(xué)二、課程性質(zhì)和任務(wù)物理學(xué)是研究物質(zhì)世界中最普遍、最基本的運(yùn)動(dòng)形式及其規(guī)律的科學(xué)。它是許多自然科學(xué)和工程技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。在高等工科院校各專業(yè)中，物理學(xué)是一門重要的基礎(chǔ)課，承擔(dān)著拓寬學(xué)生知識(shí)面，提高學(xué)生基本素質(zhì)及為專業(yè)課打下較深厚基礎(chǔ)的任務(wù)。（一）課程性質(zhì)大學(xué)物理是高等學(xué)校理工科各專業(yè)學(xué)生的一門必修的重要的基礎(chǔ)課。（二）課程任務(wù)使學(xué)生對(duì)物理學(xué)的基本概念、基本原理、基本規(guī)律有較系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。了解各種運(yùn)動(dòng)形式之間的聯(lián)系，并對(duì)近代物理學(xué)和現(xiàn)代物理學(xué)成就有更多的了解。使學(xué)生運(yùn)

2、算能力和抽象思維能力方面受到必要的科學(xué)訓(xùn)練、培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力。使學(xué)生正確認(rèn)識(shí)物理學(xué)基本理論的建立和發(fā)展過程，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和辨證唯物主義的世界觀。為學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)和參加工程實(shí)踐打下必要的物理基礎(chǔ)。三、課程主要教學(xué)內(nèi)容力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、機(jī)械波、波動(dòng)光學(xué)、狹義相對(duì)論和量子力學(xué)等。四、基本要求及重點(diǎn)、難點(diǎn)說明（一） 力學(xué)主要內(nèi)容：1、質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)：位矢、位移、速度、加速度。圓周運(yùn)動(dòng)的加速度，切向加速度、法向加速度。角坐標(biāo)、角位移、角速度、角加速度。角量與線量的關(guān)系。相對(duì)運(yùn)動(dòng)。2、質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)：牛頓運(yùn)動(dòng)定律。非慣性系和慣性力*。質(zhì)點(diǎn)與質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理。動(dòng)量守恒定律。質(zhì)心、質(zhì)

3、心運(yùn)動(dòng)定理。變力的功、動(dòng)能定理。保守力的功、勢(shì)能（重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能、引力勢(shì)能）。機(jī)械能守恒定律。能量守恒與轉(zhuǎn)化定律。對(duì)稱性和守恒定律*。3、剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)：剛體。平動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)。力矩，剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)定律，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能，力矩的功。質(zhì)點(diǎn)、剛體的角動(dòng)量和角動(dòng)量守恒定律。基本要求：1、掌握位置矢量、位移、速度、加速度和角加速度等描述質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)及運(yùn)動(dòng)變化的物理量。理解運(yùn)動(dòng)方程的物理意義及作用，能借助于直角坐標(biāo)系計(jì)算質(zhì)點(diǎn)在平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度和加速度，能計(jì)算質(zhì)點(diǎn)作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)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(jiǎn)單質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)問題。3、掌握功的

4、概念，能熟練地計(jì)算變力的功，理解保守力做功的特點(diǎn)及勢(shì)能的概念，會(huì)計(jì)算萬有引力、重力和彈性力的勢(shì)能。4、掌握動(dòng)能定理、動(dòng)量定理，掌握機(jī)械能守恒定律和動(dòng)量守恒定律，掌握運(yùn)用守恒定律分析問題的思想和方法，能分析簡(jiǎn)單系統(tǒng)在平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的力學(xué)問題。5、理解轉(zhuǎn)動(dòng)慣量概念。理解剛體繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)定律和角動(dòng)量守恒定律。重點(diǎn)：1、 位置矢量、運(yùn)動(dòng)方程，切向加速度和法向加速度；相對(duì)運(yùn)動(dòng)。2、 牛頓定律的應(yīng)用；保守力做功及勢(shì)能；角動(dòng)量和角動(dòng)量守恒定律。3、 剛體繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)定律和角動(dòng)量守恒定律。難點(diǎn)：1、 角加速度、切向加速度和法向加速度；相對(duì)運(yùn)動(dòng)。2、 保守力做功與勢(shì)能的關(guān)系。3、 剛體繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)定律；

5、角動(dòng)量守恒定律的應(yīng)用。（二） 電磁學(xué)主要內(nèi)容：1、靜電場(chǎng)：庫侖定律。電場(chǎng)強(qiáng)度。電場(chǎng)強(qiáng)度疊加原理及其應(yīng)用。電通量。靜電場(chǎng)的高斯定理。電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算。電場(chǎng)力的功。靜電場(chǎng)的環(huán)路定理。電勢(shì)、電勢(shì)疊加原理及其計(jì)算。電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)梯度的關(guān)系。導(dǎo)體的靜電平衡。導(dǎo)體上的電荷分布。電容與電容器。電場(chǎng)能量。電介質(zhì)的極化及其描述*。電位移矢量。有電介質(zhì)時(shí)的高斯定理。2、恒定磁場(chǎng)：磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度。磁通量，磁場(chǎng)中的高斯定理。畢奧薩伐爾定律，磁感應(yīng)強(qiáng)度的疊加原理。運(yùn)動(dòng)電荷的磁場(chǎng)。安培環(huán)路定理。安培定律。磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線及線圈的作用。洛侖茲力?；舳?yīng)*。磁介質(zhì)。磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量。介質(zhì)中的安培環(huán)路定理。鐵磁質(zhì)，磁滯現(xiàn)象，磁疇*

6、。3、電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)：電源電動(dòng)勢(shì)。法拉第電磁感應(yīng)定律。動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)。感生電動(dòng)勢(shì)。渦旋電場(chǎng)。自感、互感。磁場(chǎng)能量。磁場(chǎng)能量密度。位移電流。全電流定律。麥克斯韋方程組的積分形式。電磁波的產(chǎn)生及基本性質(zhì)。麥克斯方程組的微分形式*。邊界條件*?；疽螅?、掌握靜電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)的概念及電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)的疊加原理。掌握電勢(shì)與電場(chǎng)強(qiáng)度的積分關(guān)系。能計(jì)算一些簡(jiǎn)單問題中的電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)。2、理解靜電場(chǎng)的高斯定理和環(huán)路定理。理解用高斯定理計(jì)算場(chǎng)強(qiáng)的條件和方法。3、了解導(dǎo)體的靜電平衡條件，了解電容。了解介質(zhì)的極化現(xiàn)象及其微觀解釋。了解介質(zhì)中的高斯定理及電場(chǎng)能量。4、掌握磁感應(yīng)強(qiáng)度和概念。理解畢奧薩伐爾定律。能

7、計(jì)算一些簡(jiǎn)單問題中的磁感應(yīng)強(qiáng)度。5、理解穩(wěn)恒磁場(chǎng)的規(guī)律：磁場(chǎng)高斯定理和安培環(huán)路定理。理解用安培環(huán)路定理計(jì)算磁感應(yīng)強(qiáng)度的條件和方法。6、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。了解磁矩的概念，能計(jì)算簡(jiǎn)單形狀載流導(dǎo)體和載流平面線圈在磁場(chǎng)中所受的力和力矩。能分析點(diǎn)電荷受的洛侖茲力。7、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，了解介質(zhì)中的安培環(huán)路定理和磁場(chǎng)能量。8、理解電動(dòng)勢(shì)的概念。掌握法拉第電磁感應(yīng)定律。理解動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)及感生電動(dòng)勢(shì)。9、了解自感、互感現(xiàn)象及自感系數(shù)、互感系數(shù)。10、了解渦旋電場(chǎng)。位移電流的概念，以及麥克斯韋方程組積分形式及物理意義。了解電磁場(chǎng)的物質(zhì)性。了

8、解電磁波的性質(zhì)。重點(diǎn)：1、靜電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)的概念以及電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)疊加原理。高斯定理和環(huán)路定理。2、導(dǎo)體靜電平衡的條件。靜電平衡時(shí)導(dǎo)體的電荷分布。3、畢奧薩伐爾定律、磁場(chǎng)中的高斯定理、安培環(huán)路定理。4、法拉第電磁感應(yīng)定律。動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電場(chǎng)。5、麥克斯韋方程組的積分形式。難點(diǎn)：1、計(jì)算電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)的方法。電位移矢量，介質(zhì)中的高斯定理。2、磁場(chǎng)中安培環(huán)路定理的理解及其應(yīng)用。3、動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)與感生電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算。（三） 熱學(xué)主要內(nèi)容：1、氣體分子動(dòng)理論：分子運(yùn)動(dòng)論的基本概念，統(tǒng)計(jì)規(guī)律。理想氣體的微觀模型及其狀態(tài)方程。理想氣體的壓強(qiáng)和溫度。能量按自由度均分定理。理想氣體的內(nèi)能。麥克斯韋速率分布

9、率，三種統(tǒng)計(jì)速率。玻耳茲曼分布*。氣體分子的平均碰撞次數(shù)與平均自由程。輸運(yùn)現(xiàn)象*。2、熱力學(xué)基礎(chǔ)：熱力學(xué)系統(tǒng)及其內(nèi)能、功和熱量。熱力學(xué)第零定律，熱力學(xué)第一定律及其在理想氣體等值過程中的應(yīng)用。絕熱過程。氣體的摩爾熱容。多方過程*。循環(huán)過程?？ㄖZ循環(huán)。熱機(jī)效率。致冷系數(shù)。熱力學(xué)第二定律?？赡孢^程與不可逆過程。熵和熵增加原理，玻爾茲曼熵關(guān)系式。范德瓦耳斯方程*?；疽螅?、了解氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的圖像。理解理想氣體的壓強(qiáng)公式和溫度公式。通過推導(dǎo)氣體壓強(qiáng)公式，了解從提出模型、進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(jì)意義上理解壓強(qiáng)、溫度、內(nèi)能等概念。了解系統(tǒng)

10、的宏觀性質(zhì)是微觀運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)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律及速率分布函數(shù)和速率分布曲線的物理意義。了解氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的三種速率。4、理解氣體分子能量按自由度均原理，并會(huì)應(yīng)用該定理計(jì)算理想氣體的定壓熱容、定容熱容和內(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)第一定律，能分析、計(jì)算理想氣體各等值過程和絕熱過程的功、熱量、內(nèi)能改變量和卡諾循環(huán)等簡(jiǎn)單循環(huán)過程的效率。6、了解可逆過程和不可逆過程。7、了解熱力學(xué)第二定律和統(tǒng)計(jì)意義，了解熵的概念及玻耳茲曼關(guān)系式。重點(diǎn)：1、理想氣體的微觀模型，理想氣體狀態(tài)方程；理想氣體的壓強(qiáng)公式；溫度的統(tǒng)計(jì)解釋；自由度。

11、2、理想氣體的內(nèi)能；麥克斯韋速率分布律。3、內(nèi)能、功和熱量；熱力學(xué)第一定律；理想氣體的等值過程、絕熱過程；循環(huán)過程，循環(huán)效率。4、熱力學(xué)第二定律；玻爾茲曼熵關(guān)系式。難點(diǎn)：1、理想氣體的壓強(qiáng)公式；理想氣體的內(nèi)能；麥克斯韋速率分布律。2、熱力學(xué)第一定律；理想氣體的等值過程、絕熱過程；循環(huán)過程，循環(huán)效率。熱力學(xué)第二定律。（四） 機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波主要內(nèi)容：1、機(jī)械振動(dòng)：簡(jiǎn)諧振動(dòng)。簡(jiǎn)諧振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)方程。振動(dòng)的相位。簡(jiǎn)諧振動(dòng)的旋轉(zhuǎn)矢量表示法。簡(jiǎn)諧振動(dòng)的能量。阻尼振動(dòng)、受迫振動(dòng)和共振*。同方向同頻率簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成，同方向不同頻率簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成，拍現(xiàn)象。兩個(gè)相互垂直方向簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成*。非線性振動(dòng)簡(jiǎn)介

12、*。2、機(jī)械波：機(jī)械波的產(chǎn)生與傳播。機(jī)械波的基本特征。平面簡(jiǎn)簡(jiǎn)諧波方程。波的能量，能流密度。惠更斯原理。波的疊加、波的干涉。駐波、相位突變。機(jī)械波的多普勒效應(yīng)。聲波、超聲波和次聲波；聲強(qiáng)級(jí)*?；疽?、掌握描述簡(jiǎn)諧振動(dòng)和簡(jiǎn)諧波的各物理量及各量之間的關(guān)系。2、理解旋轉(zhuǎn)矢量法。3、掌握簡(jiǎn)諧振動(dòng)的基本特征。能建立一維簡(jiǎn)諧振動(dòng)的微分方程，能根據(jù)給定的初始條件寫出一維簡(jiǎn)諧振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程，并理解其物理意義。4、理解同方向、同頻率簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成規(guī)律。5、理解機(jī)械波產(chǎn)生的條件。掌握根據(jù)已知質(zhì)點(diǎn)的簡(jiǎn)諧振動(dòng)方程建立平面簡(jiǎn)諧波的波函數(shù)的方法，以及波函數(shù)的物理意義，理解波形曲線，了解波的能量傳播特征及能流、能流密度

13、等概念。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)用相位差或波程差分析和確定相干波疊加后振幅加強(qiáng)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(jī)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(dú)相對(duì)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)且沿兩者連線時(shí)的多普勒頻移公式計(jì)算。重點(diǎn)：1、簡(jiǎn)諧振動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程和運(yùn)動(dòng)學(xué)方程；簡(jiǎn)諧振動(dòng)的圓頻率、頻率和周期；簡(jiǎn)諧振動(dòng)的振幅、位相和初位相；簡(jiǎn)諧振動(dòng)的速度和加速度；旋轉(zhuǎn)矢量；同方向振動(dòng)的合成。2、平面簡(jiǎn)諧波的波方程；波的能量，能量密度和能流密度；惠更斯原理，波的衍射；波的疊加，波的干涉。駐波，半波損失。難點(diǎn)：1、諧振動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程和運(yùn)動(dòng)學(xué)方程；諧振動(dòng)的速度

14、和加速度；旋轉(zhuǎn)矢量。諧振動(dòng)的能量；同方向振動(dòng)的合成。2、平面簡(jiǎn)諧波的波方程；波的干涉；駐波。（五） 波動(dòng)光學(xué)主要內(nèi)容：1、光的干涉：光的相干性。光源。相干光的獲得。楊氏雙縫干涉。光程與光程差。分波振面干涉，分振幅干涉。等厚干涉及其應(yīng)用。邁克爾遜干涉儀*。光的空間相干性和時(shí)間相干性*。2、光的衍射：光的衍射現(xiàn)象?；莞鼓?。夫瑯和費(fèi)單縫衍射。光柵衍射，光柵方程。光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)。晶體的x射線衍射*。全息照相*。3、光的偏振：自然光和偏振光。起偏與檢偏。馬呂斯定律。布儒斯特定律。光的雙折射現(xiàn)象基本要求：1、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，理解相位躍變。能分析確定

15、楊氏雙縫干涉條紋及薄膜干涉條紋的位置。2、了解惠更斯菲涅耳原理及對(duì)光的衍射現(xiàn)象的定性解釋。掌握分析單縫的夫瑯和費(fèi)衍射條紋分布規(guī)律的方法，會(huì)分析縫寬及波長(zhǎng)對(duì)衍射條紋分布的影響。3、理解光柵衍射公式，會(huì)確定光柵衍射譜線的位置，了解缺級(jí)現(xiàn)象。4、理解自然光和偏振光。理解布儒斯特定律和馬呂斯定律。了解線偏振光的獲得方法和檢驗(yàn)方法。重點(diǎn)：1、光程、雙縫干涉、等厚干涉。2、惠更斯菲涅耳原理、單縫夫瑯禾費(fèi)衍射、光柵衍射。3、線偏振光的獲得方法和檢驗(yàn)方法，馬呂斯定律。難點(diǎn)：1、光程差（特別涉及半波損失）的計(jì)算。2、光柵方程及缺級(jí)公式的有關(guān)問題。（六） 近代物理主要內(nèi)容：1、狹義相對(duì)論基礎(chǔ)：經(jīng)典力學(xué)的時(shí)空觀。邁

16、克爾遜莫雷實(shí)驗(yàn)*。狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)。洛侖茲坐標(biāo)變換和速度變換。同時(shí)的性的相對(duì)性、長(zhǎng)度收縮和時(shí)間延緩。相對(duì)論動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)。質(zhì)量和速度的關(guān)系。相對(duì)論能量。能量和動(dòng)量關(guān)系*。廣義相對(duì)論的基本原理，時(shí)空特性*。2、量子物理基礎(chǔ)：黑體輻射、光電效應(yīng)的基本規(guī)律。光子假設(shè)。愛因斯坦方程。康普頓散射。光的波粒二象性。氫原子的光譜規(guī)律。玻爾氫原子理論*。戴維孫革末實(shí)驗(yàn)，德布羅意的物質(zhì)波假設(shè)。物質(zhì)波的統(tǒng)計(jì)解釋。不確定關(guān)系。波函數(shù)及其統(tǒng)計(jì)解釋。薛定諤方程。一維無限深勢(shì)阱。一維諧振子*。一維勢(shì)壘，隧道效應(yīng)，掃描隧道顯微鏡。氫原子的能量和角動(dòng)量量子化，電子自旋，施特恩蓋拉赫實(shí)驗(yàn)。泡利原理、原子的殼層結(jié)構(gòu)、元素周期

17、表?；疽螅?、了解愛因斯坦狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)，了解洛倫茲變換式。2、了解狹義相對(duì)論中同時(shí)性的相對(duì)性，長(zhǎng)度收縮和時(shí)間膨脹的概念。了解牛頓力學(xué)的時(shí)空觀和狹義相對(duì)論的時(shí)空觀以及二者的差異。3、理解狹義相對(duì)論中質(zhì)量與速度的關(guān)系，以及質(zhì)量與能量的關(guān)系。4、理解絕對(duì)黑體及黑體輻射的規(guī)律。5、理解愛因斯坦光子假設(shè)，掌握愛因斯坦方程。理解光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)規(guī)律以及愛因斯坦的光子理論對(duì)這兩個(gè)效應(yīng)的解釋，理解光的波粒二象性。6、理解氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律及玻爾的氫原子理論。7、了解德布羅意物質(zhì)波假設(shè)及電子衍射實(shí)驗(yàn)。了解實(shí)物粒子的波粒二象性。理解描述物質(zhì)波動(dòng)性的物理量（波長(zhǎng)、頻率）和描述粒子性的物理

18、量（動(dòng)量、能量）之間的關(guān)系。8、了解一維坐標(biāo)動(dòng)量不確定關(guān)系。9、了解波函數(shù)及其統(tǒng)計(jì)解釋。了解一維定態(tài)的薛定諤方程，以及量子力學(xué)中用薛定諤方程處理一維無限深勢(shì)阱等微觀物理問題的方法。了解一維勢(shì)壘和隧道效應(yīng)。10、了解能量量子化、角動(dòng)量量子化及空間量子化。了解施特恩格拉赫實(shí)驗(yàn)及微觀粒子的自旋，了解描述原子中電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的四個(gè)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)。重點(diǎn)：1、狹義相對(duì)論的基本原理，洛侖茲坐標(biāo)變換式；長(zhǎng)度收縮，時(shí)間延緩，質(zhì)量與速度的關(guān)系；相對(duì)論動(dòng)量和能量。2、黑體輻射定律，普朗克的量子假設(shè)；光電效應(yīng)，康普頓效應(yīng)，以及愛因斯坦的光子理論。3、氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律，玻爾的氫原子理論；德布羅意波。波函數(shù)，一維定態(tài)薛定諤方程，一維無限深勢(shì)阱問題。難點(diǎn)：