大学物理II教学大纲.docx
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大学物理II教学大纲
大学物理ІІ课程教学大纲
一、课程名称:
大学物理学ІІuniversityphysicsІІ
课程负责人:
曾代敏杨德智
二、学时与学分:
120学时7.5学分
三、适用专业:
工科各专业
四、课程教材:
唐南王佳眉编《大学物理学》,高等教育出版社,2013
五、参考教材:
张三惠编《大学物理学》,清华大学出版社,2000
程守诛、江之永主编《普通物理学》,高等教育出版社,2000
六、开课单位:
物理学院
七、课程的目的、性质和任务
1.物理学描述物质世界运动的最基本的概念、原理及应用前景。
物理学属基础科学,物理学是所有技术科学及工程科学的理论基础。
2.工科大学物理学向工科专业本科生介绍物理学的基本思想、理论框架及研究方法。
工科大学物理学服从高等工程教育的总体目标:
为培养高等工程技术人才服务。
3.工科大学物理学要为后续技术基础课及专业基础课奠定必要的物理基础。
物理教学的主要目的是要为学生进入社会准备一个合理的物理的知识能力结构,使之构成继续学习和开拓创新的良好起点。
4.物理教学为人才的综合素质培养服务,特别是培养学生的唯物主义思想和科学的方法论,以及在科学进步中不断探索的献生精神。
八、课程的主要内容
绪论
高等工程教育人才培养模式的基本要求
物理学在现代科学技术中的基础地位和重要意义
一力学(16学时)
1.质点运动学(3学时)
(1)质点运动的描述位置矢量运动方程位移速度加速度运动学量的微积分关系
(2)自然坐标描述路程速率切向加速度和法向加速度
(3)极坐标描述园运动的角位置角速度角加速度角量和线量的关系
(4)相对运动相对位置相对位移相对速度相对加速度
说明:
质点运动学的应用主要要求直线及平面运动。
2.质点动力学(8学时)
(1)牛顿运动定律运动微分方程惯性系非惯性系力学定律*
(2)机械能功质点动能定理保守力势能质点系功能原理及机械能守恒定律守恒的思想°
(3)动量冲量质点动量定理质点系动量定理及动量守恒定律质心*质心运动定理*
(4)角动量力矩冲量矩质点角动量定理质点系角动量定理及角动量守恒定律
说明:
质点动力学的应用主要要求直线及平面运动。
3.刚体定轴转动(5学时)
(1)刚体定轴转动刚体定轴转动的描述建模的思想°
(2)刚体角动量转动惯量刚体角动量转动定律角动量守恒定律对刚体的应用
(3)刚体机械能力矩的功转动动能转动的动能定理机械能守恒定律对刚体的应用
二热学(14学时)
1.气体动理论(7学时)
(1)理想气体物态方程热力学系统平衡态及准静态过程理想气体物态方程
(2)压强公式统计平均值理想气体模型理想气体压强公式和温度公式统计观点°
(3)气体内能能量按自由度均分原理理想气体内能
(4)分子的速率分布统计分布速率分布特征速率麦克斯韦速率分布玻尔兹曼能量分布*
(5)分子碰撞气体分子平均碰撞频率分子平均自由程
2.热力学(7学时)
(1)热力学第一定律内能、功和热等值过程绝热过程
(2)循环循环过程热机致冷机卡诺循环
(3)热力学第二定律热力学第二定律的两种表述可逆与不可逆过程热力学过程的方向性热力学第二定律的统计意义熵*熵增加原理*
三电磁学(34学时)
1.静电学(12学时)
(1)电场库伦定律电场电场强度场模型°
(2)场强迭加原理场强迭加原理用迭加原理计算场强电矩迭加的方法°
(3)电场高斯定理矢量场*电场线电通量静电场高斯定理及其应用对称性°
(4)介质中的高斯定理电介质的极化*电位移矢量介质中的高斯定理及其应用
(5)电势静电力做功静电场环流定理电势能电势电势迭加原理电势计算
(6)电势梯度标量场*等势面电势的方向导数电势梯度
(7)导体静电平衡条件静电屏蔽
(8)电容电容器电容及其计算等效电容等效方法°
(9)电能电容器贮能电场能量电能密度
2.稳恒磁场(12学时)
(1)电流电流强度电流密度欧姆定律的微分形式电流的稳恒条件连续性方程*自由电荷漂移速度
(2)磁场磁感应强度磁场线磁通量磁场高斯定理
(3)磁场迭加原理运动电荷的磁场毕奥-萨伐尔定律磁场迭加原理及其应用磁矩电磁类比°
(4)安培环路定理磁场环流安培环路定理及其应用
(5)介质中的安培环路定理磁介质*介质的磁化*磁场强度介质中的安培环路定律及其应用
(6)铁磁性铁磁质特性*磁滞回线*铁磁材料**磁畴*
(7)洛伦兹力运动电荷在磁场中受力霍尔效应
(8)安培力电流元在磁场中受力电流在磁场中受力计算
(9)磁力矩电流在磁场中受力矩的计算
3.电磁感应(8学时)
(1)电动势电源非静电场电动势
(2)电磁感应法拉第电磁感应定律及其应用
(3)动生电动势动生电动势的解释动生电动势的计算
(4)感生电动势感生电动势与有旋电场有旋电场的环流感生电动势的计算
(5)自感与互感自感自感电动势互感互感电动势
(6)磁能自感器贮能磁场能量磁能密度
4.电磁场(2学时)
(1)位移电流位移电流全电流全电流定律
(2)麦克斯韦方程组麦克斯韦方程的积分形式电磁场理论*
四波动学(34学时)
1.振动(6学时)
(1)简谐振动谐振方程谐振曲线旋转矢量两个同频谐振的相差谐振速度和加速度
(2)谐振动力学谐振微分方程谐振的动力学特征谐振的能量
(3)振动的合成同方向同频率谐振的合成
(4)电磁振荡LC电路振荡*力电类比°
2.波动(12学时)
(1)机械波机械波的产生及传播波的描述
(2)谐波方程简谐波的波动方程及其物理意义波的微分方程
(3)机械波的能量机械波的能量密度机械波的能流密度
(4)波的迭加波的迭加原理惠更斯-菲涅尔原理*
(5)波的干涉相干条件波干涉的计算干涉强弱条件
(6)驻波驻波方程驻波特性半波损失稳定驻波条件
(7)多普勒效应源的频率波的频率接收频率
(8)电磁波电磁辐射*平面电磁波的基本性质平面简谐电磁波方程
(9)电磁波的能量电磁波的能量密度坡印亭矢量
3.波动光学(16学时)
(1)光的干涉光的相干性光程光的半波损失薄透镜的等光程性相干长度*
(2)双缝干涉双缝干涉劳埃德镜干涉
(3)薄膜干涉薄膜干涉等厚干涉劈尖牛顿环迈克尔逊干涉仪
(4)单缝衍射单缝夫琅和费衍射半波带
(5)光栅衍射光栅方程光栅衍射光强分布特点光栅光谱缺级现象
(6)圆孔衍射圆孔衍射光学仪器分辨本领
(7)X射线衍射劳厄实验*布拉格公式假说°
(8)偏振光自然光和偏振光偏振片马吕斯定律
(9)反、折射偏振反射和折射时光的偏振布儒斯特定律
(10)光的双折射双折射现象*双折射时光的偏振*惠更斯原理对双折射的解释*
五相对论与量子物理(22学时)
1.狭义相对论(8学时)
(1)经典力学相对性经典时空观*伽里略变换*伽里略相对性原理*
(2)狭义相对论爱因斯坦狭义相对性原理洛伦兹变换相对论速度变换
(3)相对论时空观长度收缩时间膨胀同时性的相对性因果律°
(4)相对论质量和动量质速关系相对论动量相对论动力学方程相对论动量守恒定律
(5)相对论能量质能关系动能和静能相对论能量动量关系质能守恒定律
2.量子论(14学时)
(1)黑体辐射和量子假设热辐射*黑体辐射*普朗克量子假设
(2)光电效应和光子理论光电效应光子理论光电效应微观模型爱因斯坦光电效应方程
(3)康普顿效应康普顿散射康普顿散射微观模型康普顿散射公式
(4)玻尔理论氢光谱实验规律玻尔假设氢原子轨道、能量及辐射量子化玻尔理论的意义及局限性
(5)波粒二象性光的波粒二象性德布罗意假设物质波的波长戴维逊-革末实验类比方法°
(6)波函数物质波的波函数波函数的统计意义波函数的标准化、归一化条件
(7)不确定性关系位置与动量不确定性关系能量与时间不确定性关系能级宽度与能级寿命
(8)薛定谔方程薛定谔方程**一维定态薛定谔方程
(9)势阱自由电子气*势阱一维无限深势阱的量子力学求解能量量子化驻波模型**
(10)氢原子氢原子的量子力学求解思路*塞曼效应*史特恩-盖拉赫实验电子自旋氢原子的四个量子数氢原子能量、角动量及自旋角动量量子化氢光谱的规律
(11)多电子原子原子的壳层结构泡利不相容原理能量最小原理原子的电子组态
说明:
内容中已包含学时分配及教学要求。
要求分为三级:
掌握理解(无符号)、了解(有“*”号)和参考(有“°”号)。
强调物理思想,对数学计算不作过高要求。
九.课程的教学基本要求
教学内容的基本要求分三级:
掌握、理解、了解
一力学
(1)理解质点、刚体等模型和参照系、惯性系等概念。
(2)掌握位置矢量、位移、速度、加速度等描述质点运动和运动变化的物理量。
能藉助于直角坐标系熟练地计算质点在平面内运动时的速度和加速度,熟练地计算质点作圆周运动时的角速度、角加速度、切向加速度和法向加速度。
(3)掌握牛顿三定律及其适用条件。
(4)掌握功的概念。
能熟练地计算直线运动情况下变力的功。
掌握保守力作功的特点及势能的概念,会计算势能。
(5)掌握质点的动能定理和动量定理,并能用它们分析、解决质点在平面内运动时的简单力学问题。
掌握机械能守恒定律、动量守恒定律以及它们的适用条件。
掌握运用守恒定律分析问题的思想和方法。
能分析简单系统在平面内运动的力学问题。
(6)理解转动惯量概念。
掌握刚体绕定轴转动定律。
(7)理解动量矩(角动量)概念,通过质点在平面内运动和刚体绕定轴转动情况,理解动量矩守恒定律及其适用条件。
能应用动量矩守恒定律分析、计算有关问题。
(8)理解牛顿力学的相对性原理、理解伽利略坐标、速度变换。
能分析与平动有关的相对运动问题。
二热学
(1)能从宏观和统计意义上理解压强、温度、内能等概念。
了解系统的宏观性质是微观运动的统计表现。
(2)了解气体分子热运动的图象。
理解理想气体的压强分式和温度公式以及它们的物理意义。
通过推导气体压强公式,了解从提出模型、进行统计平均、建立宏观量与微观量的联系到阐明宏观量微观本质的思想和方法。
了解气体分子平均碰撞频率及平均自由程。
(3)了解玻尔兹曼能量分布律。
了解麦克斯韦速率分布律及速度分布函数和速率分布曲线的物理意义。
了解气体分子热运动的算术平均速率、均方根速率的求法和意义。
(4)理解气体分子平均能量按自由度均分定律,并会应用该定理计算理想气体的定压热容、定容热容和内能。
(5)掌握功和热量的概念。
理解平衡过程。
掌握热力学第一定律。
能熟练地分析、计算理想气体各等值过程和绝热过程中的功、热量、内能改变量及卡诺循环的效率。
(6)理解可逆过程和不可逆过程。
理解热力学第二定律的两种叙述,了解这两种叙述的等价性。
(7)了解热力学第二定律的统计意义及无序性,了解熵的概念。
三电磁学
(1)掌握静电场的电场强度和电势的概念以及场的叠加原理。
掌握电势与场强的积分关系。
了解场强与电势的微分关系。
能计算一些简单问题中的场强和电势。
(2)理解静电场的规律,高斯定理和环路定理。
掌握用高斯定理计算场强的条件和方法,并能熟练应用。
(3)掌握磁感应强度的概念及毕奥-萨伐尔定律。
能计算一些简单问题中的磁感应强度。
(4)理解稳恒磁场的规律:
磁场高斯定理和安培环路定理。
掌握用安培环路定理计算磁感应强度的条件和方法,并能熟练应用。
(5)理解安培定律和洛伦兹力公式。
理解电偶极矩和磁矩的概念。
能计算电偶极子在电场中、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。
能分析点电荷在均匀电磁场(包括纯电场、纯磁场)中受力和运动的简单情况。
(6)了解介质的极化、磁化现象及其微观解释。
了解铁磁质的特性。
了解各向同性介质中D和E、H和B之间的关系和区别。
了解介质中的高斯定理和安培环路定理。
(7)理解电动势的概念。
(8)掌握法拉第电磁感应定律。
理解动生电动势及感生电动势和概念和规律。
(9)理解电容、自感系数和互感系数的定义及其物理意义。
(10)了解电磁场的物质性。
理解电能密度、磁能密度的概念。
在一些简单的对称情况下,能计算电磁场里贮存的场能。
(11)了解涡旋电场、位移电流的概念,以及麦克斯韦方程组(积分形式)的物理意义。
四振动和波动
(1)掌握描述谐振动和简谐波动的各物理量(特别是相位)的物理意义及各量之间的相互关系。
(2)掌握旋转矢量法,并能用以分析有关问题。
(3)掌握谐振动的基本特征。
能建立弹簧振子或单摆谐振动的微分方程。
能根据给定的初始条件写出一维谐振动的运动方程,并理解其物理意义。
(4)理解两个同方向、同频率谐振动的合成规律,以及合振动振幅极大和极小的条件。
(5)理解机械波产生的条件。
掌握根据已知质点的谐振动方程建立平面简谐波的波动方程的方法,以及波动方程的物理意义。
理解波形图线。
了解波的能量传播特征及能流、能流密度等概念。
(6)理解惠更斯原理和波的叠加原理。
掌握波的相干条件。
能应用相位差或波程差概念分析和确定相干波叠加后振幅加强和减弱的条件。
(7)理解驻波及其形成条件。
了解驻波和行波的区别。
(8)了解多普勒效应及其产生原因。
(9)了解电磁波的性质。
五波动光学
(1)理解获得相干光的方法。
掌握光程的概念以及光程差和相位差的关系。
能分析、确定杨氏以缝干涉条纹及薄膜等厚干涉条纹的位置,了解迈克耳逊干涉仪的工作原理。
(2)了解惠更斯-菲涅耳原理。
掌握分析单缝夫琅和费衍射暗纹分布规律的方法。
会分析缝宽及波长对衍射条纹分布的影响。
(3)理解光栅衍射公式。
会确定光栅衍射谱线的位置。
会分析光栅常数及波长对光栅衍射谱线分布的影响。
(4)理解自然光和线偏振光。
理解布儒斯特定律及马吕斯定律。
了解双折射现象。
理解偏振光的获得方法和检验方法。
六近代物理
(一)狭义相对论力学基础
(1)理解爱因斯埋狭义相对论的两个基本假设。
(2)理解洛伦兹坐标变换。
了解狭义相对论中同时性的相对性,以及长渡收缩和时间膨胀的概念。
了解牛顿力学中的时空观和狭义相对论中的时空观以及二者的差异。
(3)理解狭义相对论中质量和速度的关系、质量和能量的关系,并能用以分析、计算有关的简单问题。
(二)量子物理基础
(1)理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论。
了解玻尔氢原子理论的意义和局限性。
(2)理解光电效应和康普顿效应的实验规律,以及爱因斯坦的光子理论对这两个效应的解释,理解光的波粒二象性。
(3)了解德布罗意的物质波假设及电子衍射实验。
理解实物粒子的波粒二象性。
(4)理解描述物质波动性的物理量(波长、频率)和粒子性的物理量(动量、能量)间的关系。
(5)了解波函数及其统计解释、测不准关系。
了解一维定态的薜定谔方程。
(6)了解如何用波动观点说明能量量子化。
了解角动量量子化及空间量子化。
了解史特恩-盖拉赫实验及微观粒子的自旋。
(7)了解描述原子中电子动动状态的四个量子数。
了解泡利不相容原理和原子的电子壳层结构。
十、说明
十一、考核方式命题小组出题——教学副院长审题——教务处制卷——统考—密封卷——统改——网上登录
十二、学时分配见八、教学的主要内容。
大纲制定者:
大学物理教研室
大纲审定者:
韩忠
- 配套讲稿:
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