《大学物理A》教学大纲太原理工大学.docx

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《大学物理A》教学大纲太原理工大学

大学物理A教学大纲（120学时）（一二本）

一、课程的任务、性质和作用

以物理学基础为内容的大学物理课程，是高等学校理工科各专业学生一门重要的通识性必修基础课。

该课程所教授的基本概念、基本理论和基本方法是构成学生科学素养的重要组成部分，是一个科学工作者和工程技术人员所必备的。

大学物理课程在为学生系统地打好必要的物理基础，培养学生树立科学的世界观，增强学生分析问题和解决问题的能力，培养学生的探索精神和创新意识等方面，具有其他课程不能替代的重要作用。

通过大学物理课程的教学，应使学生对物理学的基本概念、基本理论和基本方法有比较系统的认识和正确的理解，为进一步学习打下坚实的基础。

在大学物理课程的各个教学环节中，都应在传授知识的同时，注重学生分析问题和解决问题能力的培养，注重学生探索精神和创新意识的培养，努力实现学生知识、能力、素质的协调发展。

二、学时分配

教学内容

学时分配

大学物理

（上册）

力学

第1章质点运动学

4

14

第2章质点动力学

7

第3章刚体的转动

3

热学

第4章气体动理论

6

14

第5章热力学

8

电磁学

第6章真空中的静电场

8

32

第7章静电场中的导体与电介质

5

第8章真空中的稳恒磁场

8

第9章介质中的磁场

1

第10章变化电磁场的基本规律

10

总复习

4

小计

64

大学物理

（下册）

振动与波动

第11章机械振动

6

14

第12章机械波

8

光学

第13章几何光学

0

14

第14章波动光学（干涉、衍射、偏振）

14

近代

物理

第15章狭义相对论

6

24

第16章从经典物理到量子物理

6

第17章量子力学基础

12

总复习

4

小计

56

合计

120

三、课程的基本内容说明

一、力  学

序号

内   容

类别

说明

1

质点运动的描述、相对运动

A

1、教学重点:

描述质点运动的四个基本物理量。

2、教学要求：

（1）理解质点模型，逐步使学生学会建立理想模型的科学研究方法。

理解参考系、惯性系的概念。

（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

（3）掌握由运动方程求速度、加速度及由速度、加速度利用初始条件建立运动方程。

（2学时）

（4）掌握圆周运动的角速度和角加速度以及角量和线量的关系。

（1学时）

（5） 理解相对运动中的一个物体，两个描述物体运动的坐标系，三个速度（绝对速度、相对速度、牵连速度）（1学时）

（6）应注意学习矢量运算、微积分运算等方法在物理学中的应用。

2

牛顿运动定律及其应用、变力作用下的质点动力学基本问题

A

1.教学重点：

牛顿运动定律；三个守恒定律及其成立条件。

2.教学要求：

（1）掌握牛顿运动定律（正确画出研究对象受力图，建立坐标,列出所必须的方程，求出解答）。

能用微积分方法求解一维变力作用下的简单质点动力学问题。

（2）掌握涉及弹性力、静摩擦力或有相对运动时的牛顿运动定律方程的建立（包括在直角坐标系和在自然坐标系中）。

（2学时）

（3）掌握冲量的概念和质点的动量与动量定理。

（4）掌握动量守恒定理及其应用条件。

（5）理解质点对参考点的角动量概念和质点与质点系的角动量定理。

理解角动量守恒定理及其应用条件。

（2学时）

3

质点与质点系的动量定理和动量守恒定律

A

4

质点的角动量、角动量守恒定律

A

6

变力的功、动能定理、保守力的功、势能、机械能守恒定律

A

（6）掌握功的概念和直线运动中变力做功的计算。

（7）掌握质点的动能定理意义及其应用。

（8）掌握保守力做功的特点和由它定义的势能的概念，掌握重力势能、弹簧的弹性势能和万有引力势能的概念及其计算（注意势能零点的选取）

（9）掌握机械能守恒定律及其适合条件。

（3学时）

（10）  力学中除质点角动量外绝大多数概念学生在中学阶段已有接触，故教学中展开应适度，以避免重复。

（11）应注意学习矢量运算、微积分运算等方法的应用。

（12）非惯性系和惯性力、质心和质心的运动定律、碰撞不要求。

7

刚体定轴转动定律、转动惯量

A

1、教学重点：

刚体定轴转动定律；刚体对轴的角动量守恒定律。

2.教学要求：

（1）理解刚体模型，逐步使学生学会建立理想模型的科学研究方法，理解转动惯量的概念。

（2）掌握描述刚体定轴转动的角位移、角速度、角加速度等概念以及它们和有关线量的关系。

（3）理解力矩的概念。

掌握力对固定转轴的力矩的计算方法。

（4）掌握刚体定轴转动定律，并能应用它求解定轴转动刚体和质点联动的动力学问题。

（5）掌握定轴转动中刚体以及刚体和质点组成的系统的角动量定理和角动量守恒定理。

8

刚体的角动量、角动量守恒定律

A

二、热 物理学

序号

内   容

类别

说明

1

统计规律、理想气体的压强和温度

A

1．教学重点：

压强、温度、能均分原理、速率分布函数。

2.教学要求：

（1） 理解有关统计的基本概念（统计平均值、概率、归一化），注重讲授大量粒子组成的系统的统计研究方法和统计规律，以及热现象研究中宏观量与微观量之间的区别与联系。

（2）理解理想气体压强公式和温度公式，通过推导理想气体压强公式，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。

能从宏观和统计意义中理解压强、温度等概念，了解系统的宏观性质是微观运动的统计表现。

（3）理解气体分子能量按自由度均分定理，并会应用该定理计算理想气体内能。

（4）了解麦克斯韦速率分布函数。

掌握麦克思韦速率分布曲线的物理意义。

直接给出平均速率、方均根速率和最概然速率。

（5）气体分子平均碰撞频率及平均自由程不要求。

2

理想气体的内能、能量按自由度均分定理

A

3

麦克斯韦速率分布律、三种统计速率

A

4

气体分子的平均碰撞频率和平均自由程

A

5

平衡态、态参量、热力学第零定律

A

  1．教学重点：

热力学第一定律；四个等值过程；摩尔热容量。

2.教学要求：

（1）掌握功和热量的概念。

理解准静态过程。

掌握热力学第一定律，能熟练地分析计算理想气体等容、等压、等温和绝热过程中的功、热量和内能的改变。

（3）掌握卡诺循环以及简单循环效率的计算。

（4）了解可逆过程和不可逆过程。

了解热力学第二定律的两种表述及两种表述的等价性.

（5）了解热力学第二定律的统计意义。

6

理想气体状态方程

A

7

准静态过程、热量和内能

A

8

热力学第一定律、典型的热力学过程

A

9

循环过程、卡诺循环、热机效率、致冷系数

A

10

热力学第二定律、热力学第二定律的统计意义

A

三、电磁学

序号

内   容

类别

说明

1

库仑定律、电场强度、电场强度叠加原理及其应用

  A

1.教学重点：

电场强度和电势；描述静电场性质的两个定理。

2.教学要求：

（1）掌握电场强度的概念以及场的叠加原理，掌握点电荷、点电荷系，简单连续带电体的电场强度的计算。

（2）理解电场强度通量的概念，理解高斯定理的意义。

掌握用高斯定理求解具有特定对称性的电荷分布的电场的方法，特别是带电球面、无限长带电柱面、直线、无限大带电平面的电场（强调场的对称性分析）。

（3）理解静电场力做功的特点。

理解环路定理的意义。

（4）通过静电场的高斯定理和环路定理学习，掌握场的基本概念和研究方法。

（5）掌握利用场强线积分和电势叠加求已知电荷分布的电势的方法。

（6）了解电势梯度的概念。

掌握电势与电场强度的积分关系。

（7）理解导体的静电平衡，能分析简单问题中导体静电平衡时的电荷分布、场强分布和电势分布的特点。

（8）理解电位移矢量和各向同性电介质中的高斯定理。

（9）理解电容的概念，能计算简单几何形状电容器（平行板、球形电容器）的电容。

（10）对中学物理介绍得比较多的电力、电容、静电感应，讲述中应注意与中学教学的衔接，减少不必要的重复。

（11）强调电场强度的矢量性。

并加强学生应用微积分解决物理问题的训练。

（12）了解电场能量、电场能量密度的概念。

（13）有电介质存在时的电场不考核。

2

静电场的高斯定理

A

3

电势、电势叠加原理

A

4

电场强度和电势的关系、静电场的环路定理

A

5

导体的静电平衡

A

6

有电介质存在时的电场

A

7

电容

A

8

电场的能量

A

9

稳恒电流、电流密度和电动势

A

1.教学重点：

毕奥-萨伐尔定律；描写磁场性质的两个定理；安培定律。

2.教学要求：

（1）掌握磁感应强度的定义及其物理意义。

掌握毕奥—萨

伐尔定律，并能利用它求简单几何形状的载流导体（特别是载流直导线、载流圆线圈）所产生的磁感应强度。

10

磁感应强度，毕奥-萨伐尔定律、磁感应强度叠加原理

A

（2）理解磁感应线和磁通量的物理意义，能计算简单非均匀磁场中回路所包围的磁通量。

理解磁场的高斯定理的意义。

（3）理解说明磁场的安培环路定理的意义，掌握应用此定理求具有一定对称性电流的磁场（加强场的对称性分析）

（4）掌握安培定律，并能应用此定理求均匀磁场和无限长载流直导线的磁场对载流导线所受安培力的大小和方向。

（5）了解洛伦兹力。

（6）了解磁场强度和各向同性磁介质中安培环路定理。

（7）通过磁场的高斯定理和环路定理进一步学习场的研究方法。

（8）强调磁感应强度、磁场力的矢量性。

并加强学生应用微积分解决物理问题的训练。

（9） 带电粒子在电场和磁场中的运动不要求。

磁场强度和各向同性磁介质中安培环路定理不考核。

11

稳恒磁场的高斯定理和安培环路定理

A

12

安培定律

A

洛伦兹力

A

13

有磁介质存在时的磁场

A

14

法拉第电磁感应定律

A

1. 教学重点：

法拉第电磁感应定律，麦克斯韦关于涡旋电场和位移电流的基本假设，麦克斯韦方程组的物理思想。

2.教学要求：

（1）掌握电动势的概念

（2）掌握法拉第电磁感应定律及其应用。

（3）理解动生电动势的本质，掌握动生电动势计算。

（4）理解感生电动势的本质。

理解感应电场（或涡旋电场）的意义。

（5）理解自感系数和互感系数。

（6）了解磁场能量、磁场能量密度的概念。

（7）理解位移电流的概念及麦克斯韦方程组（积分形式）的物理意义。

（8）了解电磁波的产生及基本性质（不考核）。

15

动生电动势和感生电动势、涡旋电场

A

16

自感和互感、磁场的能量

A

17

位移电流、全电流环路定律

A

18

麦克斯韦方程组的积分形式

A

19

电磁波的产生及基本性质

A

四、振动和波动

序号

内   容

类别

说明

1

简谐运动的基本特征和表述、振动的相位、旋转矢量法

  A

1.教学重点：

简谐振动的特征；振动方程；振动的合成。

波动方程的建立；波的叠加原理及相干条件。

2.教学要求：

（1）掌握简谐振动的运动学和动力学特征，理解简谐振动的平衡位置的意义，能根据给定的初始条件写出一维简谐振动的运动方程。

（2）掌握描述简谐振动的三个特征量的意义和决定因素。

突出相位和初相的物理意义

（3）掌握用旋转矢量和振动曲线表示简谐振动的方法和初相的确定。

（4）理解简谐振动能量的意义及谐振动能量与振幅的关系。

（5）掌握两个同方向、同频率谐振动的合成规律及合振动振幅极大值和极小值的条件。

（6）理解机械波产生的条件和纵波、横波的概念。

（7）掌握波的频率、波长和波速的物理意义以及它们之间的关系。

分清波速与质点振动速度的区别。

2

简谐运动的运动学方程

A

3

简谐运动的能量

A

4

阻尼振动、受迫振动和共振

B

5

一维简谐运动的合成、拍现象

A

6

两个相互垂直、频率相同或为整数比的简谐运动合成

B

8

机械波的基本特征、平面简谐波波函数

A

9

波的能量、能流密度

A

（8）掌握由已知质点的谐振动方程得出平面谐波的波函数的方法，掌握平面简谐波波函数的物理意义。

（9）掌握振动图线和波形图线的意义及相互关系。

（10）了解平面谐波能量传播时质元的动能和弹性势能的关系（弹性势能可不推导,直接给出加以解释）,分清波的能量与质元振动能量的区别。

（11）了解能流和能流密度的概念。

（12）了解惠更斯原理，理解波的叠加原理。

掌握波的相干条件，能应用相位差或波程差的概念分析和确定相干波叠加后振幅加强或减弱的条件。

（13）了解驻波和行波的区别，理解驻波及其形成条件。

理解驻波中各点振动的特点。

了解驻波能量转换关系和半波损失。

（14）振动和波是应用演示手段最为丰富的部分，教学中应充分应用演示实验和多媒体手段阐述旋转矢量法；振动的合成、李萨如图形、驻波等内容。

并可鼓励学生自己设计展示物理思想和物理现象的多媒体课件。

10

惠更斯原理、波的衍射

A

11

波的叠加、波的干涉，驻波、相位突变

A

五、光 学

序号

内   容

类别

说明

1

光源、光的相干性

  A

1.教学重点：

光程及光程差，杨氏双狭缝实验及等厚干涉；单缝衍射和光栅衍射；马吕斯定律和布儒斯特定律。

2.教学要求：

（1）理解原子发光的特点。

掌握光的干涉现象的特征及其产生的条件。

了解获得相干光的两个方法—分波振面法和分振幅法。

（2）掌握杨氏双缝干涉条纹位置的计算，理解干涉条纹的位置和强度的分布规律。

（3）了解洛埃镜中的半波损失。

（4）掌握光程的物理意义、计算方法（包括与半波损失相应的光程）及光程差与相位差的关系。

了解透镜不引起光程差。

（5）掌握薄膜等厚干涉条纹位置的计算及其分布规律。

（6）理解增透膜和增反膜的原理。

了解迈克尔孙干涉的结构和工作原理。

（7）了解惠更斯—菲涅耳原理，分清菲涅耳衍射和夫琅禾费衍射的区别。

（8）掌握用半波带法分析单缝夫琅禾费衍射条纹的暗纹位置的计算，会分析缝宽及光波波长对衍射条纹分布的影响。

（8）理解光栅衍射条纹的特点及其形成原因。

掌握用光栅方程计算谱线位置的方法。

（9）掌握光栅常数及光波波长对光栅衍射谱线分布的影响。

（10）理解自然光、线偏振光和部分偏振光的意义。

（11）马吕斯定理及其应用。

（12）理解光在反射和折射时偏振状态的变化。

理解布儒斯特定律及其应用。

（13）了解双折射现象中o光和e光的特点。

（14）光学也是演示手段较为丰富的一部分，可充分运用多媒体手段展示干涉和衍射现象的规律及其变化、单缝衍射对光栅衍射的调制作用及缺级现象、偏振光的获得等内容，帮助学生加深对光学基本理论的理解。

2

光程、光程差的概念

A

3

分波阵面干涉

A

4

分振幅干涉

A

5

迈克耳孙干涉仪

B

6

光的空间相干性和时间相干性

B

7

惠更斯-菲涅耳原理

A

8

夫琅禾费单缝衍射

A

9

光栅衍射

A

10

光学仪器的分辨本领

A

11

晶体的X射线衍射

B

12

光的偏振性、马吕斯定律

A

13

布儒斯特定律

A

14

光的双折射现象

B

六、狭义相对论基础

序号

内   容

类别

说明

1

迈克耳孙-莫雷实验

B

1.教学重点：

两个基本假设；相对时空观的建立。

2.教学要求：

（1）理解狭义相对论的两个基本假设。

（2）了解洛仑兹坐标变换。

理解狭义相对论中同时的相对性以及长度收缩和时间膨胀的概念。

（3）了解牛顿力学中的时空观和狭义相对论中的时空观之间的差别，通过与绝对时空观的比较，帮助学生建立狭义相对论的时空观。

（4）理解狭义相对论中的质速、质能，了解动量与能量的关系。

2

狭义相对论的两个基本假设

A

3

洛伦兹坐标变换和速度变换

A

4

同时性的相对性、长度收缩和时间延缓

A

5

相对论动力学基础

A

6

能量和动量的关系

B

七、量子力学基础

序　号

内   容

类别

说明

1

黑体辐射、光电效应、康普顿散射

A

1.教学重点：

能量子假说，光的波粒二象性，德布罗意的物质波假设，波函数及其统计解释，不确定关系，描述原子中电子运动状态的四个量子数

2.教学要求：

（1）了解热辐射、黑体辐射；理解普朗克能量子假说

（2）理解光电效应实验、康普顿效应的实验规律，以及爱因斯坦的光子理论对这个效应的解释，理解光的波粒二象性。

对中学已讲解的光电效应可适当简化，避免不必要的

2

戴维孙-革末实验、德布罗意的物质波假设

A

3

玻尔的氢原子模型

B

4

波函数及其概率解释

A

5

不确定关系

A

重复。

（3）了解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论。

（4）理解德布罗意的物质波假设，了解电子衍射实验。

理解实物粒子的波粒二象性。

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）理解波函数及其统计解释。

理解一维坐标动量不确定关系。

（6）了解一维定态的薛定谔方程。

并通过一维无限深势阱的量子力学描述以及与经典驻波的比照，帮助学生理解波函数和薛定谔方程是量子力学状态描述的手段

（7）了解角动量量子化及空间量子化。

了解斯忒恩——盖拉赫实验及微观粒子的自旋。

（8）理解氢原子定态；理解描述原子中电子运动状态的四个量子数的意义；

（9）了解泡利不相容原理和原子的壳层结构。

（10）注意给出量子力学的创立和发展的过程以及人们对物质世界认识不断深化的过程，给学生以创新思维和探究精神的启迪。

6

薛定谔方程

A

7

一维无限深势阱

A

8

一维势垒、隧道效应、电子隧道显微镜

A

9

氢原子的能量和角动量量子化

A

10

电子自旋：

施特恩-盖拉赫实验

A

11

泡利原理、原子的壳层结构、元素周期表

A

八、原子核与基本粒子简介（自学）

序号

内   容

类别

说明

1

原子核的一般性质

B

1.  这部分内容重在帮助学生了解研究微观物质的基本方法。

2.     重点介绍物质微观结构、运动规律和相互作用的基本物理图像。

2

放射性衰变、辐射剂量

B

3

原子核的裂变与聚变

B

4

粒子及其分类

B

5

守恒定律

B

6

基本相互作用与标准模型

B

九、天体物理与宇宙学（自学）

序号

内   容

类别

说明和建议

1

星体的演化：

白矮星、中子星和黑洞

B

1.  了解广义相对论的基本原理，并建立相应的时空观。

2.  介绍天体和宇宙演化的物理图像，了解微观，宏观和宇观物理规律之间的联系，帮助学生建立科学的自然观和宇宙观。

2

广义相对论基础：

等效原理、弯曲时空、引力红移和引力辐射

B

3

宇宙学：

大爆炸理论、宇宙膨胀、宇宙背景辐射

B

四、能力培养基本要求

通过大学物理课程教学，应注意培养学生以下能力：

     1.独立获取知识的能力——逐步掌握科学的学习方法，阅读并理解相当于大学物理水平的物理类教材、参考书和科技文献，不断地扩展知识面，增强独立思考的能力，更新知识结构；能够写出条理清晰的读书笔记、小结或小论文。

2.科学观察和思维的能力——运用物理学的基本理论和基本观点，通过观察、分析、综合、演绎、归纳、科学抽象、类比联想、实验等方法培养学生发现问题和提出问题的能力，并对所涉问题有一定深度的理解，判断研究结果的合理性。

3.分析问题和解决问题的能力——根据物理问题的特征、性质以及实际情况，抓住主要矛盾，进行合理的简化，建立相应的物理模型，并用物理语言和基本数学方法进行描述，运用所学的物理理论和研究方法进行分析、研究。

五、对有关问题的说明：

1、此教学大纲按照国家非物理类专业物理基础课程教学指导分委员会2006年制定非物理类理工学科大学物理课程教学基本要求编写而成，大学物理课程的教学内容分为A、B两类，其中A类内容是本科生学习本课程应达到的最低要求。

B类内容中大多数均为自学内容。

2、为了在大学物理课中充分运用高等数学工具，本课程以在一年级第二学期开始为宜。

3、形象化教学使课堂教学生动、活泼，有利于启发学生思维、增强学生学习的兴趣，提高学生学习的效果，提高教学质量。

在大学物理课程的教学过程中应充分利用形象化教学手段，尤其应充分利用演示实验。

演示实验包括实物演示和多媒体仿真演示，实物演示实验的形式包括课堂实物演示、开放演示实验室、演示实验走廊等。

目前可做到在大学物理课程教学过程中实物演示实验的数目不少于40个，此外，还应根据具体情况采用模型、挂图、幻灯、录像等形象化教学手段配合课堂教学，提高教学效果。

六、考核方法：

闭卷、笔试，考教分离，统一阅卷。