大学物理(本科)教学大纲

课程编号: 07211014 类别：必 修 总学时： 126 总学分： 7

适用专业: 工程本科专业

一、目的和任务

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(机械运动、热运动、电磁运动和微观粒子运动等)及它们之间相互转化的学科。

物理学的内容丰富，涉及面广。它的基本理论渗透于自然科学的一切领域, 应用于许多生产技术部门。它是自然科学和工程技术的重要基础。

物理学是工程本科各专业必修的一门重要基础课程。物理学课程所包含的内容是高级工程技术人材应具备的基本知识。

大学物理课程的教学目的和任务是：

1、使学生理解物理学的基本规律，了解物理学基本理论在生产技术中的重要应用。

2、使学生在思维能力方面受到进一步的训练，培养学生分析问题，解决问题的能力和自学能力，使学生毕业后在实际的工程技术工作中具有一定的适应能力。

3、为学生学习专业知识和参加工程实践打下必要的物理基础。 4、培养学生实事求是的科学态度和辩证唯物主义的世界观。

二、本课程的基本要求及讲授大纲

力学部分(共26学时)

(一) 基本要求 1. 力学部分要注意反复强调与中学物理的区别,突出位矢、位移、速度、加速度的矢量性和瞬时性，掌握运动的相对性和独力性。讲清切向加速度、法向加速度的意义，线量、角量的关系。

2. 对牛顿定律要加深理解，在解题方面要强调建立坐标系。功的计算要提高到变力作功问题，讲清保守力的概念，对动量的矢量性要加以强调，对动量定理、动能定理、功能原理要强调其使用条件。

3. 刚体部分着重介绍转动惯量和转动定理，对转动动能定理及角动量守恒定律作适当介绍。

（二）讲授大纲(共28学时，讲课22学时,习题课4学时)

第1章 质点运动学(4学时)

1. 质点的运动函数 2. 位移和速度 3. 加速度 4. 允加速运动 5. 匀加速直线运动 6. 抛体运动

1

7. 圆周运动 8. 相对运动

第2章 牛顿运动定律(4学时)

1、牛顿运动定律

2、SI单位和量纲 3、常见的几种力 4、 基本的自然力 5、应用牛顿定律解题 6、惯性系与非惯性系 7、惯性力

第3章 动量与角动量(4学时)

1. 冲量与动量定理

2. 质点系的动量定理 3. 动量守恒定律 4. 火箭飞行原理 5. 质心

6. 质心运动定理 7. 质点的角动量 8. 角动量守恒定律

第4章 功和能(4学时)

1. 功

2. 动能定理 3. 一对力的功 4. 保守力 5. 势能 6. 引力势能

7. 弹簧的弹性势能 8. 由势能求保守力 9. 机械能守恒定律 10. 守恒定律的意义 11. 碰撞

第5章 刚体的定轴转动(4学时)

1.

刚体的运动

2. 刚体定轴转动定律 3. 转动惯量的计算

4. 刚体定轴转动定律的应用 5. 转动中的功和能 6. 对定州的角动量守恒

第6章 狭义相对论基础(2学时)

1. 牛顿相对性原理和伽利略变换 2. 爱因斯坦相对性原理和光速不变 3. 同时性的相对性和时间延缓 4. 长度收缩 5. 洛仑兹变换 6. 相对论速度变换 7.

相对论质量

2

热学部分(共计14学时)

(一) 基本要求

1. 注意要求学生领会微观理论与宏观理论各自的特点及相辅相成的关系.强调宏观量与微观量的关系，讲明统计平均值的概念, 掌握压强公式、温度公式。

2. 讲清能量按自由度分，理想气体内能是温度的单值函数，是状态的单值函数。讲清气体三种速率的统计意义，分子速率的统计分布规律及气体分子的平均自由程。

3. 讲清内能、功、热量三者的物理意义，第一定律及其对过程的应用，第二定律、卡诺定理的物理意义。

(二) 讲授大纲(共14学时,讲课12学时,习题课2学时)

第1章 温度(1学时) 1. 宏观与微观 2. 温度的概念 3. 理想气体温标 4. 理想气体状态方程

第2章 气体动理论(5学时) 1. 理想气体的压强 2. 温度的微观意义 3. 能量均分定理

4. 麦克斯韦速率分步律 5. 气体分子的平均自由程

第3章 热力学第一定律(4学时) 1. 准静态过程 2. 功

3. 热量、热力学第一定律 4. 热容 5. 绝热过程 6. 循环过程 7. 卡诺循环 8. 制冷循环

第4章 热力学第二定律(2学时)

1. 自然过程的方向 2. 不可逆性的相互依存

3. 热力学第二定律及其微观意义 4. 热力学概率与自然过程的方向

电磁学部分(共计44学时)

(一) 基本要求

1. 介绍静电场的两条实验规律：库仑定律、电场迭加原理，并从两条实验规律导出静电场的两条基本定理：高斯定理和环路定理。注意讲请电场强度矢量和电势的物理意义，并着重要求学生掌握计算场强和电势的方法。

2. 讲清静电平衡条件及静电平衡时导体的基本性质,并要求学生掌握确

3

定导体上电荷分布的原则和方法。要求理解电介质极化机理，掌握极化规律，掌握电位移矢量的定义和有介质时的高斯定理。理解电容概念及计算电容方法，掌握电容器储能公式并了解电场能量。

3. 稳恒电流着重介绍电流密度，欧姆定律的微分形式及电动势。

4. 要求学生正确理解磁感应强度的概念，掌握毕一萨定律及安培环路定律，并能用毕一萨定律计算简单电流回路的磁场分布，以及用安培环路定律计算轴对称分布电流的磁场方法。

5. 着重介绍研究磁场问题的又一重要定律---安培定律，在运用安培定律解决具体问题时，要求按矢量叉乘运算法则正确分析电流元受力大小和方向。介绍运动电荷在磁场中受的洛仑磁力，指明安培力洛仑磁力的宏观表现。并介绍带电粒子在均匀磁场中的基本规律。

6. 介绍电磁感应现象及电磁感应基本规律，楞次定律和法拉第电磁感应定律，讲清动剩电动势与感生电动势的区别与联系。介绍感生电场的概念。介绍自感与互感的概念。介绍磁化现象及其效果及磁场强度的概念及 H的环路定理，通过对铁磁质的介绍理解磁滞回线得意义。

7. 介绍麦克斯韦方程组的积分形式。

(二) 讲授大纲(共46 学时,讲课38学时,习题课8学时)

第1章 静止电荷的电场(6学时)

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

第2章

1. 2. 3. 4. 5. 6.

1. 2. 3. 4. 1. 2. 3. 4. 5.

第5章

1. 电流和电流密度

4

电荷

库仑定律与叠加原理 电场和电场强度

静止的点电荷的电场及其叠加 电场线和电通量 高斯定律

利用高斯定理求静电场的分布

电势(5学时)

静电场的保守性 电势差与电势 电势叠加原理 电势梯度

电荷在外电场中的静电势能 静电场的能量

第3章 静电场中的导体(2学时)

导体的静电平衡条件

静电平衡的导体上的电荷分布 有导体存在时静电场的分析与计算 静电屏蔽

第4章 静电场中的电介质(4学时)

电介质对电场的影响 电介质的极化 D的高斯定律

电容器和它的容器 电容器的能量

恒定电流(2学时)

2. 欧姆定律和电阻 3. 电动势

第6章

1. 2. 3. 4. 5.

第7章

1. 2. 3. 4. 5.

1. 2. 3. 4. 5.

1. 2. 3. 4. 5. 6.

第10章 麦克斯韦方程组（1学时）

1. 麦克斯韦方程组

第9章 电磁感应(4学时)

法拉第电磁感应定律 动生电动势

感生电动势和感生电场 互感 自感

磁场的能量

第8章 磁场中的电介质(4学时)

磁介质对磁场的影响 原子的磁距 电介质的磁化 H的环路定理 铁磁质

磁场的源(4学时)

毕一萨定律 安培环路定律

利用安培环路定律求磁场的分布 与变化电场相联系的磁场 平行电流间的相互作用力 磁力与电荷的运动 磁场与磁感应强度

带电粒子在磁场中的运动 霍尔效应

载流导线在磁场中受的力

磁力(4学时)

波动与光学部分(共28学时)

(一) 基本要求

1. 掌握描述简谐振动和平面简谐波动的各物理量的物理意义及其相互关系。能用旋转矢量法分析有关问题.理解简谐振动的基本特点.能根据给定的初始条件，写出一维(弹簧振子)简谐振动的运动方程,并理解其物理意义。理解两个同方向、同频率谐振动的合成规律，掌握合振动振幅加强与减弱的条件。

2. 了解机械波产生的条件。理解平面简谐波波动方程的物理意义和波形图线.了解波的能量传播特征及能流、能流密度等概念。了解惠更斯原理和波的叠加原理。了解波的干涉现象，理解波的相干条件，掌握干涉的加强、减弱条件。了解多普勒效应。

3. 了解获得相干光的方法，掌握光程概念及光程差与相位差的关系。能确定光垂直入射时，杨氏双缝干涉条纹、薄膜等厚干涉条纹的位置.了解薄膜干涉的应用。

4. 了解惠更斯-菲涅耳原理。了解单缝夫琅和费衍射条纹分布规律。;了

5

解光学仪器的分辨率。理解光栅衍射公式,了解光栅衍射谱线的特征及其应用。

5. 了解自然光和线偏振光。理解布儒斯特定律及马吕斯定律。了解偏振光的获得方法、检验方法及偏振光的应用.

(二) 讲授大纲(共28学时,讲课24学时,习题课4学时)

第1章 振动(6学时)

1. 简谐振动的描述 2. 旋转矢量与振动的相 3. 简谐运动的动力学方程 4. 简谐运动实例 5. 简谐运动的能量 6. 阻尼运动

7. 受迫振动 共振

8. 同一直线上同频率的简谐运动的合成 9. 同一直线上不同频率的简谐运动的合成

第2章

波动(6学时)

1. 行波 2. 简谐波

3. 物体的弹性形变 4. 波动方程与波速 5. 波的能量 6. 惠更斯原理 7. 波的叠加 驻波 8. 多普勒效应

第3章

光的干涉(4学时)

1. 杨氏双缝干涉 2. 相干光 3. 光程

4. 薄膜干涉(一)---等原条纹 5. 薄膜干涉(二)---等倾条纹 6. 迈克耳孙干涉仪

第4章 光的衍射(4学时)

1. 光的衍射和惠更斯-菲涅尔原理 2. 单缝的夫琅禾费衍射 3. 光学仪器的分辨本领 4. 光栅衍射 5. 光栅光谱 6. X射线衍射

第5章 光的偏振(4学时)

1. 光的偏振状态

2. 线偏振光的获得与检验 3. 反射和折射时光的偏振 4. 双折射现象

近代物理部分(共14学时)

6

(一) 基本要求

1. 介绍光电效应及其解释,介绍光及粒子的二象性，介绍康普顿效应。介绍概率波,介绍不确定关系，了解定态薛定谔方程。

2. 介绍氢原子电子的能量、角动量量子化及角动量的空间量子化。介绍氢原子光谱的形成及解释。

3. 了解固体能带的形成及导体、半导体、绝缘体的能带结构特点，介绍本征半导体、杂质半导体的导电机构以及P-n结的行成及作用。

(二)

第1章 量子物理基础（讲课8学时） 1. 光电效应

2. 光子与光的二象性 3. 康普顿散射 4. 粒子的波动性 5. 概率波

6. 不确定性关系 7. 薛定谔方程 8. 氢原子 9. 氢原子光谱

第2章 固体的能带结构(讲课4学时) 1. 固体的能带 2. 导体和绝缘体 3. 半导体的导电结构 4. P-n结

5. 半导体的其它特性和应用

讲授大纲(共14学时,讲课12学时,习题课2学时)

三、学时分配的建议

内 容 习 题 课 时 数 力 学 部 分 4 热 学 部 分 2 电 磁 学 部 分 8 波 动 与 光 学 部 分 4 近 代 物 理 部 分 2 四、推荐教材及参考书

教材：大学物理学 清华大学出版社 张三慧主编 第二版 参考: 普通物理学 高等教育出版社 程守诛主编 第五版 物理学 高等教育出版社 马文蔚改编 第三版 伯克利物理学教程 科学出版社 [美] F.S.克劳福德 著

讲 课 时 数 22 12 36 24 12 7