普通物理教学大纲.doc

一、课程的地位与作用
物理学是研究物质的基本结构、相互作用和物质最基本最普遍的运动形式及其相互转化规律的学科。它的基本理论渗透到自然科学的许多领域，它是工程技术的基础。大学物理课是高等院校理工科各专业学生的一门重要的必修基础课。
开设大学物理课，一方面是为学生系统的学习研究打好必要的物理基础，另一方面也是让学生学习科学的思想方法和研究问题的方法。学好大学物理课对学生以后的工作以及对新理论、新知识、新技术的进一步学习有着重大的影响。

二、课程的教学目标与基本要求
1． 教学目标
通过本课程的课堂教学、辅导答疑、批改作业等教学环节的实施，让学生在以下方面得到培养：
（1） 树立实事求是的科学态度和辩证唯物主义的世界观。
（2） 抽象思维能力。学会模型、抽象的思维方法，会根据具体条件，抓住主要矛盾，忽略次要因素，对研究对象作出合理的简化。
（3） 自学能力。能独立地阅读教材、参考书及有关文献资料，并能在理解主要内容的基础上写出条理比较清楚的阅读笔记及小结。
（4） 分析问题和解决问题的能力。学生在碰到问题后，能较深入细致地分析问题的条件和实质，运用所学过的物理概念和规律，寻找解决问题的思路和合适的方案。
（5） 运算能力和判断正误的方法。会运用已掌握的数学工具，计算并估算一般难度的物理问题。并能把典型数据结果在量级上加以比较，对结果的合理性作出判断。
（6） 必须获得作为一个高级工程技术人员所必不可少的物理基础知识。
2．基本要求
（1） 本课程大纲内容要求在144学时内实施完成，适用于应用物理专业、光信息科学与技术专业。
（2） 本课程分别在第二和第三学期实施。
（3） 要求学生课前要预习，认真听课，积极思考和参与讨论，课后复习，独立完成作业。
△表示重点，★表示难点。

三、课程内容

第一篇 力学基础
1．质点运动学
1.1 参照系 质点 运动方程
参照系； 坐标系；质点；矢径；运动方程；轨道方程
1.2 位移 速度和加速度△
位移；平均速度；瞬时速度；平均加速度；瞬时加速度；速率
1.3 平面曲线运动
切向加速度△；法向加速度△；角位移；角速度；角加速度
1.4 相对运动
位移的相对性；速度的相对性
2． 质点动力学
2.1 牛顿运动定律（自学）
惯性参照系；牛顿第一运动定律；牛顿第二运动定律；牛顿第三运动定律
2.2 力学中的单位制和量纲
2.3 机械功和功率
功；瞬时功率；
2.4 动能 动能定理
质点动能定理；质点系动能定理
2.5 势能 机械能守恒定律△
重力势能；弹性势能；保守力；功能原理；机械能守恒与转化定律；能量守恒与转化定律
2.6 动量 冲量 动量定理
2.6 动量守恒定律△ 火箭飞行原理
2.7 质心 质心运动定理
2.8 质点的角动量 角动量守恒定律
2.9 质点系的角动量守恒定律（阅读）
3． 刚体的转动
3.1 刚体的平动 转动和定轴转动
刚体；平动 ； 转动；定轴转动；角速度矢量
3.2 转动动能 转动惯量
转动动能； 转动惯量★；平行轴定理和垂直轴定理（阅读）
3.3 力矩 转动定律△
3.4 矩的功 转动动能定律
力矩；力矩的功；定轴转动中的转动动能定律△
3.5 角动量和冲量矩 角动量守恒定律
质点的角动量；质点的角动量定理；刚体的角动量；冲量矩；角动量定理；角动量守恒定律★

第二篇 机械振动和波
4．机械振动
4.1 简谐振动
简谐振动运动学特征；简谐振动动力学分析；简谐振动方程△；简谐振动过程中的位移、速度、加速度，简谐振动过程中的振幅、角频率、频率、位相（相位、周相）、初位相。
4.2 谐振动的旋转矢量表示法
相位差；同相和反相；旋转矢量表示法
4.3 谐振动的能量△
4.4 谐振动的合成
同方向同频率谐振动的合成；同方向不同频率谐振动的合成；拍及拍频
4.5 阻尼振动 受迫振动 共振
4.6 谐振分析
5． 机械波
5.1 机械波的产生与传播
机械波；纵波和横波；波阵面；波线；平面波和球面波；波长；波的周期和频率；波速
5.2 平面简谐波的波动方程
平面简谐波；平面简谐波波动方程△
5.3 波的能量 能流密度
波的能量；能量密度；能流；能流密度（波的强度）；波的吸收
5.4 惠更斯原理及其应用
5.5 波的叠加原理 波的干涉△
波的叠加原理； 波的干涉现象；波的干涉条件；
5.6 驻波
驻波；波节；波腹；驻波方程；半波损失
5.7 多普勒效应
5.8 声波
第三篇 热学
6． 气体动理学理论
6.1 理想气体的状态方程
热力学系统；平衡态；状态参量；温度；理想气体的状态方程
6.2 理想气体的压强和温度公式
理想气体的微观模型；理想气体的压强公式；理想气体分子的平均平动动能；理想气体的温度公式；方均根速率
6.3 能量均分定理 理想气体的内能△
自由度；理想气体分子的自由度；能量按自由度均分定理△
6.4 麦克斯韦分子速率分布定律
速率分布；速率分布函数★；归一化条件；麦克斯韦速率分布函数；麦克斯韦速率分布律；最概然速率△；平均速率△；方均根速率△；分子速率分布的实验测定
6.5 玻耳兹曼分布律
6.6 气体分子的平均碰撞频率和平均自由程
6.7 气体内的迁移现象
6.8 范德瓦耳斯方程徳
7． 热力学基础
7.1 热力学第一定律
准静态过程；准静态过程的功△；热量；内能；热力学第一定律
7.2 气体的摩尔热容
摩尔热容量；气体定容摩尔热容量；气体定压摩尔热容量；
7.3 热力学第一定律的应用△
等容过程；等压过程；等温过程中功、热量交换、内能变化的计算
7.4 绝热过程
绝热过程及过程方程★；绝热过程的功和内能变化
7.5 循环过程 卡诺循环
循环过程；循环效率；卡诺循环△；卡诺循环效率；卡诺逆循环及制冷系数
7.6 热力学第二定律★
热力学第二定律的开尔文表述；热力学第二定律的克劳修斯表述；两种表述的等价性
7.7 可逆过程与不可逆过程
7.8 卡诺定理
7.9 热力学第二定律的统计意义
热力学第二定律的统计意义★；熵的概念★；熵增加原理；热力学第二定律的适用范围

第四篇 电磁学
8． 真空中的静电场
8.1 库仑定律
点荷；点荷守恒定律；库仑定律；电力迭加原理
8.2 电场 电场强度
电场；电场强度；点电荷的电场；任意带电体的场强计算公式★；场强迭加原理；带电直线、圆环、圆盘及带电大平面的场强公式
8.3 静电场的高斯定理
电场线；电通量；高斯定理；高斯定理的应用△；均匀带电球面、球体，均匀带电长圆柱、圆筒，均匀带电平面
8.4 静电场的环流定理 电势
电场力的功；静电场的环路定理△；电势能；电势△；电势差△；电势迭加原理；点电荷的电势；任意带电体的电势计算公式；
8.5 场强与电势的关系
电势梯度矢量；场强与电势的微分公式
8．6 运动电荷的电场（阅读）
9． 静电场中的导体和电介质
9.1 静电场中的导体
静电感应；静电平衡；静电平衡条件△；静电平衡时导体上电荷分布；静电平衡时导体表面场强△；导体表面电荷密度与曲率半径的关系；静电屏蔽★
9.2 静电场中的电介质
9.2 导体的电容 电容器
孤立导体的电容；电容器及电容；平行平板电容器，圆柱形电容器和球形电容器的电容；电容器的串并联
9.3 电场的能量
电容器的能量公式；电场的能量密度；电场的能量△
10． 稳恒磁场 磁场对电流的作用
10.1 稳恒电流的基本概念
电流密度；稳恒电场；电动势；非静电力；欧姆定律的微分形式
10.2 磁场 磁感应强度
磁的基本现象；磁场；磁感应强度△；磁矩
10.3 磁场的高斯定理
磁感应线；磁通量△；磁场的高斯定理△
10.4 毕奥—萨伐尔定律
电流元；毕奥—萨伐尔定律★；直线电流的磁场的磁感应强度公式；圆电流轴线上磁场公式；载流螺线管内的磁场公式；运动电荷的磁场公式
10.5 安培环路定理
真空中的安培环路定理；安培环路定理的应用△
10.6 安培力 安培定律
安培力 ；安培定律△；安培定律的应用；平行长直线电流间的相互作用；安培的定义
10.7 磁场对载流线圈的作用
均匀磁场中载流线圈的磁力矩
10.8 磁力的功△
磁场对运动载流导线的功；磁场对运动载流线圈的功
10.9 磁场对运动电荷的作用力
洛仑兹力△；霍耳效应；霍耳电势差
10.10 带电粒子在电场或磁场中的运动

11． 磁场中的磁介质
11． 1 磁介质的磁化 磁化强度
顺磁质；逆磁质；磁化机制 ；磁化强度
11．2 磁介质中的安培环路定理 磁场强度
11．3 铁磁质
铁磁质的磁化机制；磁滞回线；简单磁路；磁畴
12． 电磁感应
12.1 电磁感应定律
电磁感应的基本现象；感应电动势；法拉第电磁感应定律△；楞次
定律△
12.2 动生电动势△
12.3 感生电动势
感生电场（涡旋电场）★；感生电场场方程；感生电动势
12.4 电磁感应现象的应用
12.5 自感和互感
自感现象；自感系数；自感电动势；互感现象；互感系数；互感 电动势
12.6 磁场的能量
自感磁能公式；磁场的能量密度；磁场的能量公式
13． 电磁场理论的基本概念 电磁振荡
13.1 位移电流
位移电流★；位移电流密度；位移电流的磁场
13.2 麦克斯韦方程组
麦克斯韦方程组的积分形式★；麦克斯韦方程组的微分形式
13.3 电磁振荡 电磁波
电磁振荡；振荡的周期和频率；电磁波的产生和传播；振荡电偶极子模型；平面电磁波及性质△；电磁波速度；电磁波的能量蜜度△

第五篇 光学
14． 光的干涉
14.1 相干光及获得 光程差
光矢量；原子发光机制；相干光条件；相干光叠加；非相干光 叠加 光程；光程差△；相长与相消干涉条件△；透镜的等光程性（自学）
14.2 杨氏双缝干涉
杨氏双缝干涉实验△（装置、结果）；分波面法干涉；菲涅耳双面镜（阅读）实验；洛埃镜实验；半波损失浬
14.3 薄膜干涉 劈尖干涉 牛顿环
分振幅法干涉；薄膜干涉；等倾干涉；劈尖干涉△；牛顿环△；等厚干涉
14.4 迈克尔逊干涉仪
14.5 空间相干性与时间相干性
15． 光的衍射
15.1 光的衍射现象 惠更斯—菲涅耳原理
光的衍射现象； 惠更斯—菲涅耳原理；衍射分类
15.2 夫琅和费单缝衍射
半波带法；单缝衍射明纹和暗纹公式△；中央明纹宽度△
15.3 光栅衍射
光栅；光栅常数；光栅主极大方程△；缺级现象★；光栅衍射光谱
15.4 圆孔衍射 光学仪器的分辨率
圆孔夫琅和费衍射；爱里光斑；瑞利判据★；最小分辨角；光学仪 器的分辨率
15.5 X射线的衍射
16 光的偏振
16.1 自然光和偏振光
自然光；偏振光；部分偏振光；
16.2 马吕斯定律
二向色性；偏振片；马吕斯定律△
16.3 布儒斯特定律
布儒斯特角；布儒斯特定律
16.4 光的双折射现象
16.5 椭圆偏振光和圆偏振光 偏振光的干涉偏振光

第六篇 近代物理基础
17． 狭义相对论基础
17．1 伽利略变换 经典力学的时空观
17．2 迈克尔逊莫雷实验
17．3 爱因斯坦的两条假设 洛仑兹变换
狭义相对论的相对性原理；光速不变原理；洛仑兹坐标变换△；洛仑兹速度变换
17．4 狭义相对论的时空观△★
长度收缩；时间膨胀；同时性的相对性；狭义相对论的时空观
17．5 狭义相对论的动力学基础
运动质量；狭义相对论中动量、能量、动能；相对论动力学方程；质能关系式△；能量与动量的关系△
18． 量子光学基础

18．1 热辐射 基尔霍夫定律
热辐射；辐射出射度（辐出度）；单色辐出度；吸收比与反射比；绝对黑体；平衡热辐射；基尔霍夫定律
18．2 绝对黑体的辐射定律
绝对黑体的实验曲线；斯特藩玻尔兹曼定律；维恩位移定律
18．3 普朗克公式
普朗克假设；普朗克公式；能量量子化△
18．4 光电效应 爱因斯坦方程
光电效应现象；爱因斯坦光子假说；爱因斯坦光电效应方程△
18．5 康普顿效应

19． 原子的量子理论

19．1 玻尔的氢原子理论
氢原子光谱及巴尔末经验公式；玻尔的基本假设△（定态、跃迁、角动量量子化三假设）；玻尔半径；氢原子能级；基态与激发态；电离能
19．2 实物粒子的波粒二象性
德布罗意物质波假设；实物粒子的波粒二象性★；戴维孙革末电子衍射实验；德布罗意物质波的统计解释★
19．3 测不准关系★
19．4 波函数 薛定方程
自由电子的波函数；波函数的统计解释△；波函数的归一化条件与标准条件；薛定谔方程；定态薛定谔方程
19．5 一维无限深势阱
一维无限深势阱；势阱中粒子能量的本征值；势阱中粒子本征波函数和概率蜜度；势垒，隧道效应，谐振子
19．6 氢原子的量子力学处理介绍
氢原子；电子的自旋；泡利不相容原理；
19．7 激光

20． 固体中的电子

20．1 自由电子按能量的分布
20．2 金属导电的量子论解释
20．3 固体的能带结构
20．4 半导体
20．5 PN结
20．6 半导体器件

21． 核物理

21．1 核力 核的结合能事务所
21．2 放射性和衰变定律
α衰变；β衰变
21．3 核反应

四、时间分配
课程分
段标识
序号
教 学 内 容
教学环节（学时）
讲
课
习
题
实
验
上
机
课
外
小
计

1
质点运动学
4

2
质点动力学
6

3
刚体的转动
6

4
机械振动
8

5
机械波
8

6
气体动理学理论
8

7
热力学基础
8

8
真空中的静电场
8

9
静电场中的导体和电介质
8

机动（习题课）
4

10
稳恒磁场 磁场对电流的作用
10

11
磁场中的磁介质
2

12
电磁感应
8

13
电磁场理论的基本概念 电磁振荡
4

14
光的干涉
6

15
光的衍射
6

16
光的偏振
6

17
狭义相对论基础
6

18
量子光学基础
6

19
原子的量子理论
12

20
固体中的电子
4

21
核物理
2

机动（习题课）
4

总 计
144

五、课程说明
课程英文名称
General Physics
主要先修课程
高等数学
适用专业类别
理工科各专业
主要教材（作者、教材名称、出版社）
教 材：《大学物理学》（1-5册），张三慧主编，清华大学出版社。
参考书：《普通物理学》（1-3册）（第五版），程守洙、江之永主编，高等教育出版社；《大学物理》（1-4册），潘国顺等编，宇航出版社
考核方式
闭卷，笔试
课程简介
物理学是研究物质的基本结构、相互作用和物质最基本最普遍的运动形式及其相互转化规律的学科。它的基本理论渗透到自然科学的许多领域，它是工程技术的基础。大学物理课是高等院校理工科各专业学生的一门重要的必修基础课。
大学物理课程内容包括质点运动学、质点动力学、刚体的定轴转动、机械振动、机械波、气体动理论、热力学基础、静电场、稳恒磁场、电磁感应、光的干涉、衍射、偏振、狭义相对论、量子光学基础、量子力学基础以及固体能带理论基础和激光介绍等。