《大學(xué)物理上下》課程教學(xué)大綱

1、大學(xué)物理上下教學(xué)大綱一、課程基本情況英文名稱：College Physics課程編號(hào)：F111700006064總 學(xué) 時(shí)：128 講課學(xué)時(shí)：128 實(shí)踐學(xué)時(shí)：0總 學(xué) 分：8課程性質(zhì)：必修考核方式：考試適用對(duì)象：理工各專業(yè)先修課程：高等數(shù)學(xué)參考文獻(xiàn)：大學(xué)物理學(xué),張三慧,清華大學(xué)出版社,2010.9 大學(xué)物理學(xué),趙近芳,北京郵電大學(xué)出版社,2017.9二、課程目標(biāo)本課程是工科專業(yè)基礎(chǔ)課程之一，是高等工科院校各專業(yè)學(xué)生的一門重要的必修基礎(chǔ)課。課程目標(biāo)如下：1.培養(yǎng)學(xué)生辯證物主義世界觀，樹立正確的學(xué)習(xí)態(tài)度；掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，培養(yǎng)獨(dú)立獲取知識(shí)的能力；學(xué)生對(duì)課程中的基本概念、基本理論、基本方法能夠有

2、比較全面和系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和正確的理解，并具有初步應(yīng)用的能力。 支撐畢業(yè)要求1-1,4-12.能夠運(yùn)用物理語言對(duì)工程問題進(jìn)行科學(xué)表述；能夠運(yùn)用物理的基本原理，識(shí)別和判斷復(fù)雜工程問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 支撐畢業(yè)要求2-1表1 本課程對(duì)畢業(yè)要求及其指標(biāo)點(diǎn)的支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)支撐的畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)支撐強(qiáng)度課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)的知識(shí)單元課程目標(biāo)11-1：掌握土木工程專業(yè)所需要的數(shù)學(xué)和自然科學(xué)知識(shí)，能夠?qū)?fù)雜土木工程問題用數(shù)學(xué)和自然科學(xué)知識(shí)加以描述或建模。強(qiáng)支撐知識(shí)單元一-知識(shí)單元七4-1：掌握土木工程專業(yè)相關(guān)實(shí)驗(yàn)的基本原理與方法，能夠調(diào)試操作實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)備，選擇安全科學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法。強(qiáng)支撐課程目標(biāo)22-1：能夠應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然

3、科學(xué)的基本原理準(zhǔn)確識(shí)別復(fù)雜土木工程問題，并能選擇合適的方法進(jìn)行分析和求解。強(qiáng)支撐知識(shí)單元一-知識(shí)單元七三、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和手段、學(xué)時(shí)分配知識(shí)單元一： 力學(xué) 支撐課程目標(biāo)1、2（建議22學(xué)時(shí)）知識(shí)點(diǎn)1：運(yùn)動(dòng)學(xué)主要內(nèi)容：質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的描述、圓周運(yùn)動(dòng)、運(yùn)動(dòng)疊加原理、相對(duì)運(yùn)動(dòng)。重點(diǎn)/難點(diǎn)：圓周運(yùn)動(dòng)的角速度、角加速度、切向加速度和法向加速度教學(xué)要求：掌握位置矢量、位移、速度、加速度等描述質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)變化的物理量。能借助于直角坐標(biāo)系熟練地計(jì)算質(zhì)點(diǎn)在平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度和加速度，能熟練地計(jì)算質(zhì)點(diǎn)作圓周運(yùn)動(dòng)的角速度、角加速度、切向加速度和法向加速度。教學(xué)方法和手段：講授知識(shí)點(diǎn)2：動(dòng)力學(xué)主要內(nèi)容：牛頓運(yùn)動(dòng)三定律

4、、牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用、質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理、動(dòng)量守恒定律、動(dòng)能定理、保守力與非保守力、勢能、功能原理、機(jī)械能守恒定律。重點(diǎn)/難點(diǎn)： 功能原理、機(jī)械能守恒教學(xué)要求；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(diǎn)動(dòng)力學(xué)問題。掌握功的概念能熟練地計(jì)算直線運(yùn)動(dòng)情況下變力的功。理解保守力作功的特點(diǎn)及勢能的概念，會(huì)計(jì)算重力、彈性力和萬有引力勢能。掌握質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能定理和動(dòng)量定理，通過質(zhì)點(diǎn)在平面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況，理解角動(dòng)量（動(dòng)量矩）和角動(dòng)量守恒定律,并能用它們分析、解決質(zhì)點(diǎn)在平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)的簡單力學(xué)問題。掌握機(jī)械能守恒定律、動(dòng)量守恒定律以及它們的適用條件。掌握運(yùn)用守恒定律分析問題的思想和方法

5、。能分析簡單系統(tǒng)在平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的力學(xué)問題。教學(xué)方法和手段：講授知識(shí)點(diǎn)3:剛體主要內(nèi)容：剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)、力矩、轉(zhuǎn)動(dòng)定律、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、角動(dòng)量、角動(dòng)量守恒定律、力矩作功、剛體繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)能定理。重點(diǎn)/難點(diǎn)：轉(zhuǎn)動(dòng)定律和剛體在繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)情況下的角動(dòng)量守恒定律。教學(xué)要求：掌握轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的概念，理解剛體繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)定律和剛體在繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)情況下的角動(dòng)量守恒定律。教學(xué)方法和手段：講授知識(shí)單元二：狹義相對(duì)論（8學(xué)時(shí)） 支撐課程目標(biāo)1、2（建議8學(xué)時(shí)）知識(shí)點(diǎn)1：狹義相對(duì)論的基本假設(shè)和洛倫茲坐標(biāo)變換主要內(nèi)容：愛因斯坦狹義相對(duì)論的兩個(gè)基本假設(shè)、洛倫茲坐標(biāo)變換。重點(diǎn)/難點(diǎn)：洛倫茲坐標(biāo)變換教學(xué)要求：了解愛因斯坦狹義相對(duì)論的

6、兩個(gè)基本假設(shè)、洛倫茲坐標(biāo)變換。教學(xué)方法與手段：講授知識(shí)點(diǎn)2：相對(duì)論運(yùn)動(dòng)學(xué)主要內(nèi)容：同時(shí)性的相對(duì)論、長度收縮和時(shí)間膨脹。重點(diǎn)/難點(diǎn)：尺度收縮、時(shí)間膨脹、同時(shí)的相對(duì)性教學(xué)要求：理解同時(shí)性的相對(duì)論、長度收縮和時(shí)間膨脹教學(xué)方法與手段：講授知識(shí)點(diǎn)3：相對(duì)論動(dòng)力學(xué)主要內(nèi)容：相對(duì)論中質(zhì)量和速度的關(guān)系、質(zhì)量和能量的關(guān)系重點(diǎn)/難點(diǎn)：尺度收縮、時(shí)間膨脹、同時(shí)的相對(duì)性教學(xué)要求：理解相對(duì)論中質(zhì)量和速度的關(guān)系、質(zhì)量和能量的關(guān)系并能用它們分析、計(jì)算有關(guān)的簡單問題。教學(xué)方法與手段：講授知識(shí)單元三：機(jī)械振動(dòng)和機(jī)械波（18學(xué)時(shí)） 支撐課程目標(biāo)1、2（建議18學(xué)時(shí)）知識(shí)點(diǎn)1：簡諧振動(dòng)主要內(nèi)容：諧振動(dòng)、諧振動(dòng)中的振幅/周期/頻率和

7、相位、旋轉(zhuǎn)矢量法、諧振動(dòng)的能量、諧振動(dòng)的合成。重點(diǎn)/難點(diǎn)：旋轉(zhuǎn)矢量法教學(xué)要求：掌握描述簡諧振動(dòng)和簡諧波動(dòng)的各物理量（特別是位相）的物理意義及各量之間的相互關(guān)系。理解旋轉(zhuǎn)矢量法，并能分析有關(guān)問題。掌握簡諧振動(dòng)的基本特征。能建立一維簡諧振動(dòng)的微分方程。能根據(jù)給定的初始條件寫出一維簡諧振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程,并理其物理意義。理解同方向、同頻率的兩個(gè)簡諧振動(dòng)的合成規(guī)律以及合振動(dòng)振幅極大和極小的條件。教學(xué)方法和手段：講授知識(shí)點(diǎn)2：機(jī)械波主要內(nèi)容：機(jī)械波的幾個(gè)概念、平面簡諧波的波函數(shù)、波的能量、惠更斯原理、波的衍射、波的干涉、駐波。重點(diǎn)/難點(diǎn)：波的干涉、駐波、多普勒效應(yīng)教學(xué)要求：理解機(jī)械波產(chǎn)生的條件。掌握根據(jù)己知

8、質(zhì)點(diǎn)的簡諧振動(dòng)方程建立平面簡單能量傳播特征及能流、能流密度等概念。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)用位相差或波程差概念分析、確定相干波疊加后振幅加強(qiáng)和減弱的條件。理解駐波及其形成條件。了解駐波和行波的區(qū)別。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),且運(yùn)動(dòng)方向沿二者連線的情況下,要求會(huì)用多普勒效應(yīng)的頻率公式進(jìn)行計(jì)算。教學(xué)方法和手段：講授知識(shí)單元四：氣體分子動(dòng)理論及熱力學(xué) 支撐課程目標(biāo)1、2（建議16學(xué)時(shí)）知識(shí)點(diǎn)1：氣體分子動(dòng)理論主要內(nèi)容：物質(zhì)的微觀模型、統(tǒng)計(jì)規(guī)律性、理想氣體的壓強(qiáng)公式、理想氣體分子的平均平動(dòng)動(dòng)能與溫度的關(guān)系、能量均分定理、理想氣體內(nèi)能

9、、麥克斯韋氣體分子速率分布律、分子平均碰撞次數(shù)和平均自由程。重點(diǎn)/難點(diǎn)：理想氣體的壓強(qiáng)公式、理想氣體內(nèi)能、麥克斯韋氣體分子速率分布律教學(xué)要求：了解氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的圖象。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)的宏觀性質(zhì)是微觀運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)表現(xiàn)。了解氣體分子平均碰撞頻率及平均自由程。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)的算術(shù)平均速率、方均根速率。了解玻耳茲曼能量分布律。通過理想氣體的剛性分子模型，理

10、解氣體分子平均能量按自由度均分定理，并會(huì)用該定理計(jì)算理想氣體的定壓熱容、定容熱容和內(nèi)能。教學(xué)方法和手段：講授知識(shí)點(diǎn)2：熱力學(xué)主要內(nèi)容：氣體物態(tài)參量、理想氣體的狀態(tài)方程、功、熱量、準(zhǔn)靜態(tài)過程、內(nèi)能、熱力學(xué)第一定律、理想氣體的等體過程和等壓過程、定體摩爾熱容和定壓摩爾熱容、理想氣體的等溫過程與絕熱過程、循環(huán)過程、卡諾循環(huán)、熱力學(xué)第二定律。重點(diǎn)/難點(diǎn)：熱力學(xué)第一定律、循環(huán)過程、熱力學(xué)第二定律教學(xué)要求：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)算理想氣體等容、等溫、等壓過程和絕熱過程中的功、熱量、內(nèi)能改變量及卡諾循環(huán)等簡單循環(huán)的效率。 了解可逆過程和不可逆過程。了解熱力學(xué)第二定

11、律及其統(tǒng)計(jì)意義。了解熵的玻耳茲曼表達(dá)式教學(xué)方法與手段：講授 知識(shí)單元五：電磁學(xué) 支撐課程目標(biāo)1、2（建議34學(xué)時(shí)）知識(shí)點(diǎn)1：靜電場主要內(nèi)容：電荷的量子化、電荷守恒定律、庫侖定律、電場強(qiáng)度、電場強(qiáng)度通量、高斯定理、靜電場的環(huán)路定理、電勢能、電勢、電場強(qiáng)度與電勢梯度、靜電場中的電偶極子、靜電場中的導(dǎo)體、電容、電容器、靜電場中的電介質(zhì)、電位移、有介質(zhì)時(shí)的高斯定理、靜電場的能量、能量密度。重點(diǎn)/難點(diǎn)：電場強(qiáng)度、高斯定理、靜電場的環(huán)路定理、電勢、靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)。教學(xué)要求：掌握靜電場強(qiáng)度和電勢的概念以及場的疊加原理；掌握電勢與場強(qiáng)的積分關(guān)系；能計(jì)算一些簡單問題中的場強(qiáng)和電勢；理解靜電場的規(guī)律:高斯

12、定理和環(huán)路定理；掌握用高斯定理計(jì)算場強(qiáng)的條件和方法，并能熟練應(yīng)用。理解電偶極矩的概念。能計(jì)算電偶極子在均勻電場中所受的力，能分析點(diǎn)電荷在均勻電場中受力和運(yùn)動(dòng)；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；了解有介質(zhì)中時(shí)高斯定理。教學(xué)方法和手段：講授知識(shí)點(diǎn)2：穩(wěn)恒磁場主要內(nèi)容：磁場、磁感強(qiáng)度、畢奧-薩伐爾定律、磁通量、磁場的高斯定理、安培環(huán)路定理、帶電粒子在電場和磁場中的運(yùn)動(dòng)、載流導(dǎo)線在磁場中所受的力、磁場對(duì)載流線圈的作用、磁介質(zhì)、磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理、鐵磁質(zhì)。重點(diǎn)/難點(diǎn)：畢奧-薩伐爾定律、磁場的高斯定理、安培環(huán)路定理教學(xué)要求：掌握磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念及畢奧-薩代爾定律，能計(jì)算一些

13、簡單問題中的磁感應(yīng)強(qiáng)度；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，掌握用安培環(huán)路定理磁感應(yīng)強(qiáng)度的條件和方法，并能熟練應(yīng)用；理解安培定律和洛侖茲力公式；理解磁矩的概念。能計(jì)算簡單幾何形狀載流導(dǎo)體和載流平面線圈在均勻磁場或無限長直載流導(dǎo)線產(chǎn)生的非均勻磁場中所受的力和力矩。能分析點(diǎn)電荷在均勻磁場中受力和運(yùn)動(dòng)；了解介質(zhì)的磁化現(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；了解有介質(zhì)中時(shí)的安培環(huán)路定理。教學(xué)方法和手段：講授知識(shí)點(diǎn)3：電磁感應(yīng)主要內(nèi)容：電磁感應(yīng)定律、動(dòng)生電動(dòng)勢、感生電動(dòng)勢、自感和互感、磁場的能量、磁場能量密度。重點(diǎn)/難點(diǎn)：電磁感應(yīng)定律、動(dòng)生電動(dòng)勢

14、、感生電動(dòng)勢、自感和互感教學(xué)要求：理解電動(dòng)勢的概念；掌握法拉第電磁感應(yīng)定律；理解動(dòng)生電動(dòng)勢及感生電動(dòng)勢；了解電容、自感系數(shù)和互感系數(shù)；了解電能密度、磁能密度的概念；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。教學(xué)方法和手段：講授知識(shí)單元六：光學(xué) 支撐課程目標(biāo)1、2（建議18學(xué)時(shí)）知識(shí)點(diǎn)1：光的干涉主要內(nèi)容：相干光源、楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)、光程、薄膜干涉、劈尖、牛頓環(huán)。重點(diǎn)/難點(diǎn)：楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)、光程、薄膜干涉、劈尖。教學(xué)要求：理解獲得相干光的方法，掌握光程的概念以及光程差和位相差的關(guān)系；能分析、確定楊氏雙縫干涉條紋及薄膜等厚干涉條紋的位置；了解邁克耳遜干涉儀的工作原理。教學(xué)方法

15、和手段：講授知識(shí)點(diǎn)2：光的衍射主要內(nèi)容：光的衍射、單縫衍射、衍射光柵。重點(diǎn)/難點(diǎn)：光的衍射、單縫衍射、衍射光柵。教學(xué)要求：了解惠更斯-菲涅耳原理；理解分析單縫夫瑯和費(fèi)衍射暗紋分布規(guī)律的方法；會(huì)分析縫寬及波長對(duì)衍射條紋分布的影響；理解光柵衍射公式，會(huì)確定光柵衍射譜線的位置，會(huì)分析光柵常數(shù)及波長對(duì)光柵衍射譜線分布的影響。教學(xué)方法和手段：講授知識(shí)點(diǎn)3：光的偏振主要內(nèi)容：光的偏振性、馬呂斯定律、反射光和折射光的偏振重點(diǎn)/難點(diǎn)：光的偏振性、馬呂斯定律、反射光和折射光的偏振教學(xué)要求：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(yàn)方法。教學(xué)方法和手段：講授知

16、識(shí)單元七：量子物理 支撐課程目標(biāo)1、2（建議12學(xué)時(shí)）知識(shí)點(diǎn)1：波粒二象性 主要內(nèi)容：光的波粒二象性、光子、光電效應(yīng)的愛因斯坦理論、黑體輻射、氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律、康普頓效應(yīng)、玻爾的氫原子理論、德布羅意的物質(zhì)波假設(shè)、實(shí)物粒子的波粒二象性、波函數(shù)及其統(tǒng)計(jì)解釋、不確定關(guān)系。重點(diǎn)/難點(diǎn)：光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)、光的波粒二象性、德布羅意的物質(zhì)波假設(shè)、波函數(shù)及其統(tǒng)計(jì)解釋；了解一維坐標(biāo)動(dòng)量的測不準(zhǔn)關(guān)系。教學(xué)要求：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；理解氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律及玻爾的氫原子理論；了解德布羅意的物質(zhì)波假設(shè)及其正確的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證；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、 頻率）和粒子性的物理量（動(dòng)量、能量）間的關(guān)系；了解波函數(shù)及其統(tǒng)計(jì)解釋；了解一維坐標(biāo)動(dòng)量的測不準(zhǔn)關(guān)系。教學(xué)方法和手段：講授知識(shí)點(diǎn)2：薛定諤方程主要內(nèi)容：薛定諤方程、一維無限深勢阱問題。重點(diǎn)/難點(diǎn)：薛定諤方程、一維無限深勢阱問題教學(xué)要求：了解一維定態(tài)的薛定諤方程；了解無限深勢阱問題。教學(xué)方法和手段：講授知識(shí)點(diǎn)3：原子中的電子主要內(nèi)容：能量量子化、角動(dòng)量量子化及空間量子化、自旋、泡利不相