普通物理
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普通物理 [教学大纲]
02020101       《普通物理学》教学大纲       学分:8    学时:128
一.课程目的与要求
1. 目的
通过本课程的学习,使学生对物理学所研究的物质运动最普遍的形式(机械运动、热运动、电磁运动、微观粒子运动等)及其相互转化规律,有比较全面和系统的初步认识,正确理解普通物理学的基本概念,掌握普通物理学的基本理论,了解物理学在科学技术上的应用,并在逻辑思维能力、理解能力,运算能力、分析问题和解决能力以及独立钻研能力等方面,受到严格训练,为今后学习专业知识及近代科学技术打下必要的物理基础。
2. 要求
(1)掌握质点力学的基本概念和基本规律,解决质点力学的基本问题;
(2)掌握刚体定轴转动的基本规律,解决简单的刚体定轴转动问题;
(3)掌握机械振动的基本知识,解决相应的力学问题;
(4)理解狭义相对论基本原理,并能用以分析、计算有关的简单问题;
(5)掌握分子动理论和热力学的基本概念和和热运动规律,建立宏观量和微观量的联系到阐明宏观量微观本质的思想和方法;
(6)掌握静电场的基本概念、性质和基本定律。能计算一些简单问题中的场强和电势;
(7)掌握稳恒磁场的基本概念、性质和基本定律,掌握磁场对电荷和载流导体的作用,能计算一些简单问题中的磁场及载流导体受力;
(8)掌握电磁感应定律,掌握电场和磁场的相互联系;
(9)掌握机械波和电磁波的基本规律;
(10)掌握光的干涉、光的衍射、光的偏振现象及应用;
(11)掌握量子理论基础知识。
二.课程内容及学时分配
理论讲授                                                         108学时
习题与讨论课                                                      20 学时
1.       力学                                                     共 30+6学时
(1)质点运动学                                                  (5+1 学时)
参照系和坐标系(A),质点(A),位置矢量(A),运动方程(A),位移(A),速度(A),加速度(A),曲线运动方程的矢量形式(A),运动迭加原理(A),圆周运动(A),向心加速度(A),切向加速度(A),法向加速度(A),圆周运动的角量描述(A),角速度(A),角加速度(A),角量和线量间的关系(A),运动描述的相对性(A),伽利略坐标变换(A)。
(2)牛顿运动定律                                                (6+1学时)
牛顿三定律及其适用条件(A),质点动能(A),质点动能定理(A),质点系动能(A),质点系动能定理(A),质点动量(A),质点动量定理(A),质点系动量(A),质点系动量定理(A),非惯性系与惯性力(B),混沌(C)。
(3)运动的守恒定律                                                 (6+1学时)
功(A),变力的功(A),保守力与非保守力(A),势能(B),重力势能(A),弹性势能(A),万有引力势能(A),机械能(A),功能原理(A),机械能守恒定律(A),能量与转换定律(A),动量守恒定律(A),质点的角动量(A),质点的角动量守恒(B),质心与质心系(B),对称性和守恒定律(C)。
(4)刚体的转动                                                    (4+1 学时)
刚体的平动(A),刚体的定轴转动(A),力矩(A),刚体的角动量(A),刚体的定轴转动定律(A),刚体的定轴转动惯量(A)、刚体的定轴转动动能(A),力矩的功(A),刚体的定轴转动动能定理(A),刚体的动量矩(A),定轴转动刚体的动量矩守恒定律(A),刚体的自由度(B),刚体的平面平行运动(C),进动(C)。
(5)机械振动                                                     (5+1学时)
简谐振动(A),谐振动的周期(A),频率(A),圆频率(A),振幅和位相(A),谐振动旋转矢量法(A),谐振动能量(A),同方向同频率的谐振动的合成、拍(A),相互垂直的谐振动的合成(C)。阻尼振动(B),受迫振动(B),共振(A)。
(6)狭义相对论                                                    (4+1学时)
经典力学的适用范围(A),伽利略相对性原理(A),经典力学的时空观(A),狭义相对论基本原理(A),洛仑兹力坐标变换式(A),狭义相对论的时空观(A)、同时的相对性(A)、长度收缩和时间延长(A)、洛仑兹力速度变换式(B),相对论动力学的基本方程(A)、质量和速度的关系(A)、质量和能量的关系(A),动量和能量的关系(B),广义相对论简介(C)。
2.       热学                                                         共14+2学时
(1)气动理论                                                     (6+1学时)
平衡态(A),准静态过程(A),理想气体(A),统计假设(B),气体的状态参量(A),理想气体状态方程(A),理想气体的压强公式(A),理想气体的压强和温度的统计解释(A),能量按自由度均分原理(A),理想气体的内能(A),麦克斯韦速率分布率(A),三种特征速率(A),玻尔兹曼分布律(B),重力场中粒子按高度的分布(B),气体分子的平均碰撞频率及平均自由程(A),气体内的迁移现象(C),真实气体与范德瓦耳斯方程(C)。
(2)热力学基础                                                    (8+1学时)
热力学系统的内能(A),体积功(A),热量(A),热力学第一定律(A),热力学第一定律对于理想气体等值过程的应用(A),理想气体的定容、定压摩尔热容(A),绝热过程(A),多方过程(B),焦耳-汤姆孙实验(C),真实气体珠内能(C),循环过程(A),卡诺循环(A),循环效率(A),致冷系数(A),热力学第二定律的两种叙述(A),可逆过程和不可逆过程,卡诺定理(B),熵(A),熵增加原理(A),热力学第二定律的统计意义(A)。
3.       静电学                                                     共10+2学时
1)真空中的静电场                                               (4+1学时)
电荷(A),电荷的量子化(B),电荷守恒定律(A),点电荷模型(A),库仑定律(A),静电场(A),电场强度(A),电场叠加原理(A),电场强度的计算(A),电力线(A),电通量(A),真空中的高斯定理及应用(A),电场力的功(A),电场强度的环流(B),电势能(A),电势(A),电势差及其计算(A),等势面(A),电场强度与电势梯度的关系(B),带电粒子在静电场中的运动(A)。
2)导体和电介质中的静电场                                        (4+1学时)
导体的静电平衡(A),导体上的电荷分布(A),静电屏蔽(A),电介质的极化(B),电位移矢量(A),电介质中的高斯定律(B),电容器的电容(B),简单电容器(A),简单电容器电容的计算(A),电荷间的的相互作用能(A),静电场的能量(A),静电场能量体密度(A)。
3)稳恒电流                                                       (2学时)
电流(A)、电流密度(A),电流连续性方程(C),导体内稳恒电场的建立(C),电源及电动势(A),欧姆定律的微分形式(C),焦耳-楞次定律(C),一段含源电路的欧姆定律(C),基尔霍夫定律(C),金属导电的经典电子理论(B)。
4.磁学                                                             19+4学时
(1)真空中的稳恒磁场                                             (9+2 学时)
基本磁现象(A),磁场(A),磁感应强度(A),磁力线(A),磁通量(A),磁场中的高斯定理(A),毕-沙定律及应用(A),安培环路定理(A),运动电荷的磁场(A),安培定律(A),“安培”的定义(A),磁场对载流线圈的作用(A),磁矩(A),磁力的功(A),洛仑兹力(A),带电粒子在磁场中的运动(B),霍耳效应(C)。
(2)磁介质中的磁场                                                  (2学时)
磁介质的分类(A),顺磁质(A),抗磁质(A),顺磁质的磁化机理(B),抗磁质的磁化机理(B),磁化强度(C),磁化电流(C),磁介质中的磁场(B),磁场强度(B),铁磁质及其特性(B),磁畴(B),磁性材料(B)。
(3)电磁感应和暂态过程                                             (6+1学时)
电磁感应现象(A),楞次定律(A),法拉第电磁感应定律(A),动生电动势(A),感生电动势(A),涡旋电场(A),电子感应加速器(B),涡电流(B),自感(A),互感(B),RL电路的暂态过程(B),RC电路的暂态过程(B),磁场能量(A),磁场能量密度(A)。
(4)麦克斯韦方程组   电磁场                                       (2+1学时)
位移电流(A),麦克斯韦方程组的积分形式(A),麦克斯韦方程组的微分形式(C),电磁场的统一性(C),电磁场的相对性(C)。
5.机械波与电磁波                                                  (8+2学时)
机械波产生的条件(A),横波(A),纵波(A),简谐波(A),波阵面(A),波射线(A),波速(A),波长和频率(A),平面简谐波的运动方程(A),波的能量(A),能流(A),能流密度(A),波的吸收(B),声波(A),声压(A),声强(A),声强级(A),电磁振荡(B),电磁波(A),电磁波的基本性质(A),电磁波的能量(A),电磁波的动量(C),电磁波的辐射(B),电磁波谱(A),惠更斯原理(B),波的衍射(B),波的反射和折射(B),波的叠加原理(A),相干波及波的干涉(A),驻波(A),多普勒效应(B),冲击波(C)。
6.波动光学                                                       15+2学时
(1)光的干涉                                                      (7+1学时)
光源(A),单色光(A),相干光(A),获得相干光的方法(A),杨氏双缝实验(A),菲涅尔双棱镜实验(B),菲涅尔双面镜实验(A),洛埃镜实验(A),光程(A),光程差(A),相位差(A),等光程性(A),附加光程差(A),等倾干涉(B),增透膜(A),增反膜(A),等厚干涉(A),劈尖膜(A),牛顿环(A),迈克尔逊干涉仪(A),干涉条纹的可见度(C)。
(2)光的衍射                                                     (4+0.5学时)
光的衍射现象(A),菲涅尔衍射(B),夫琅禾费衍射(A),惠更斯-菲涅耳原理(A),单缝夫朗和费衍射(A),单缝夫朗和费衍射光强计算(C),圆孔夫朗和费衍射(B),光学仪器的分辩率(B),光栅衍射(A),光栅光谱(B),光栅分辨本领(C),干涉和衍射的区别与联系(B),X射线的衍射(C)。
(2)光的偏振                                                    (4+0.5学时)
自然光和偏振光(A),起偏和检偏(A),马吕斯定律(A),反射光和折射光的偏振(A),布儒斯特定律(A),光双折射现象(B),寻常光和非寻常光(A),光轴(B),主平面(B),子波波阵面(B),惠更斯原理在双折射现象中的应用(B),晶体偏振器(B),椭圆偏振光和圆偏振光(C),偏振光的干涉(C),人工双折射(C),旋光现象(C)。                                       
7.量子物理                                                      共12+2学时
(1)早期量子论和量子力学基础                                            (共12学时)
a)绝对黑体的辐射定律                                              (2 学时)
热辐射(A),绝对黑体(A),基尔霍夫定律(A),绝对黑体的辐射定律(B),普朗克量子假设(A),普朗克公式(B)。
b)  电效应和康普顿效应                                              (2学时)
光电效应(A),光电效应的实验规律爱因斯坦(A),爱因斯坦光子理论(A),爱因斯坦光电效应方程(A),康普顿效应(A),光子理论解释(A)。
c)玻尔原子理论                                                (1.5+0.5学时)
氢原子光谱实验规律(A),玻尔原子理论(A),氢原子轨道半径和能量的计算(A),玻尔理论的缺陷(B)。
d)物质波,实物粒子的波粒二象性,不确定度关系                  (1.5+0.5学时)
德布罗意波(A),实物粒子的波粒二象性(A),戴维孙-革末实验(A),电子显微镜(C),不确定度关系(A)。
e)量子力学初步                                                   (3+1学时)
波函数(A)、波函数的统计解释(A)、一维定态薛定谔方程(A),一维无限深势阱(A),一维势垒(B),电子隧道显微镜(C),量子力学中的氢原子问题(B),能量量子化(A)、动量矩量子化(B)、空间量子化(B)、电子自旋(B)、斯特恩-盖拉赫实验(B)、泡利不相容原理(B)、电子的壳层结构(A)。
(2)激光和固体的量子理论                                            (2学时)
激光产生的基本原理(C),激光的特性(C),激光的应用(C);固体的能带结构(C),本征半导体(C)、n型半导体和p型半导体(C),绝缘体(C),半导体的导电机构(C),超导电性(C)。
三.说明
1. 本大纲是根据教育部1998年颁布的“关于普通高等学校修订本科专业教学计划的原则意见”和“普通高等学校专业介绍”中对物理学、应用物理学专业基本培养规格和教学基本要求制定的;
2.3+1中3表示教材讲授的课时数,1表示习题课的课时数。习题课可采用讨论的方式进行;
3.知识点后面括弧中的A、B、C分别表示重点掌握、一般掌握和一般了解的内容;
4.学习本课程,学生应具备以下高等数学的知识:解析几何、矢量代数、微积分(包括矢量的求导、曲线积分和定积分),多元函数,微分方程(能求解以下微分方程:可将变量分离积分的,常系数线性齐次和非齐次的微分方程);
5. 在课程的讲述中要注重数学证明与物理概念的讲解相结合,教学过程中应充分利用CAI课件等现代化教学手段以提高教学效果。每次课均配以相应的习题,习题课可采用讨论的方式进行;
适用专业及层次:非物理类理工科本科专业
推荐教材及参考书:
1.普通物理学,程守洙,江之永主编 第五版,高等教育出版社,1998。
2.大学物理,张三慧主编,清华大学出版社,2001。

3.大学物理,马文蔚主编,高等教育出版社,2000。

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