大学学物理的内容是什么?
一、课程基本信息
名称:大学物理
教学对象:土木工程、无机非金属材料工程、给排水工程、工程力学、环境工程、高分子材料与工程、安全工程、环境科学、地理信息系统、计算机科学与技术、电子信息工程、电子信息科学与技术、电气工程及其自动化、交通工程、测绘工程、建筑环境与设备工程。
评估方法:考试
先决条件:高等数学
后续课程:力学
教研室:物理教研室
二。课程的教学目标
1.任务和状态
大学物理课程是高等工业院校学生的一门重要的必修基础课。它的基础理论渗透到自然科学的许多领域,应用到生产技术的各个部门。它是许多自然科学和工程技术领域的基础。它包含了经典物理学、现代物理学和物理学在科学技术中应用的初步知识,是一个高级工程师和技术员所必需的。
2.知识要求
通过课堂讲解和讨论,适当的课后作业布置,以及大学物理实验课的辅助作用,使学生对课程中的基本概念、理论和方法有全面系统的了解和正确的认识,初步具备分析和解决物理问题的能力。
3.能力要求
通过大学物理的学习,一方面,学生可以系统地掌握必要的物理基础;另一方面,使学生学会科学的思维方法和研究方法。这些都起到开阔眼界,激发探索创新精神,增强适应能力的作用,为他们以后学习相关专业基础课打下良好的基础。学好大学物理不仅对学生在校学习非常重要,而且对学生毕业后的工作,进一步学习新理论、新知识、新技术,不断更新知识也有着深远的影响。
三。教学内容和课时分配的基本要求
1.教学内容和要求
(1)机械部分的基本要求:
①理解质点、刚体、惯性系的概念;理解在科学研究方法中引入这些概念和模型的意义。
掌握位置矢量、位移、速度、加速度的概念及其计算方法;根据给定的质点在用直角坐标表示的平面内的运动方程,可以灵活、巧妙的计算出质点在任意时刻的位移以及质点在任意时刻的速度和加速度。对于一些涉及简单积分的力学问题,也可以根据给定的加速度和初始条件求解速度和运动方程。根据给定的质点在直角坐标系中作圆周运动的运动方程,可以灵活、巧妙的计算出运动质点的角速度、角加速度、切向加速度、法向加速度和加速度。理解任意平面曲线运动的切向加速度和法向加速度的概念和解法。
③掌握牛顿三定律及其适用条件,理解用向量(包括投影形式)和微分方程形式书写的牛顿第二定律。理解维度和引入维度的物理意义。
(4)掌握功的概念,熟练计算变力作用于质点的功;掌握保守功的特点和势能、势能差的概念,就会计算万有引力的势能。
⑤掌握质点的动能定理和动量定理,并用它们来分析和解决质点在平面内运动的力学问题。掌握了机械能守恒定律和动量守恒定律及其适用条件,就可以用机械能守恒定律和动量守恒定律来分析平面运动的少数质点组成的系统的力学问题。理解能量转换和守恒的普遍规律。
⑥理解转动惯量的概念;掌握刚体绕定轴的转动规律(简称转动规律);在转动惯量已知的情况下,我能熟练应用转动定律分析计算相关问题。
⑦理解动量(角动量)的概念;通过质点在平面内的运动和刚体绕定轴的转动,学习和理解动量守恒定律及其适用条件。
理解牛顿力学的相对性原理;掌握了伽利略坐标和速度变换,就可以利用伽利略变换计算不同惯性系中质点一维运动的坐标和速度变换。
(2)热力部分的基本要求:
①理解宏观意义上的平衡态、平衡过程、可逆过程和不可逆过程的概念;掌握内能、功、热和热容的概念。
掌握热力学第一定律,熟练应用该定律和理想气体的物态方程,分析计算理想气体各等效过程和绝热过程中的功、热、内能变化和循环过程的效率。了解制冷系数。
③理解热力学第二定律的两种叙述,以及两种叙述的等价性。
④理解概率和统计均值的概念。从微观统计意义上理解平衡态、内能、可逆过程、不可逆过程等概念。理解热力学第二定律的统计意义。掌握熵的概念,了解熵增原理。
⑤掌握理想气体的压强公式和温度公式,了解气体压强和温度的微观统计意义;理解系统的宏观本质是微观运动的统计表达;了解从建模、统计平均到阐明宏观数量和微观质量的研究方法。
⑥理解麦克斯韦速度分布定律;理解速率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、均方根速率和最概然速率。
⑦理解气体分子平均能量除以自由度的定理和理想气体的内能公式。会计算理想气体的热容量。
了解气体分子的平均碰撞频率和平均自由程。了解真实气体的实验等温线和范德瓦尔斯方程。
⑨知道阿伏伽德罗常数、玻尔兹曼常数等值和单位;了解常温常压下气体分子数密度、算术平均速率、平均自由程、分子有效直径的数量级。
⑶电磁学的基本要求。
①掌握电场强度、电势、磁感应强度的概念。在一些简单的对称情况下,对于连续均匀分布的静电荷或稳恒电流,可以计算对称轴周围或对称轴上任意一点的电场强度、电势或磁感应强度;当已知几种简单而典型的场源分布时,可以利用叠加原理计算出它们组合的电场或磁场分布。
(2)掌握电势与场强积分的关系,了解场强与电势梯度的关系。
③了解静电场的环流定理和高斯定理及其在电磁学中的重要地位;掌握用高斯定理计算场强的条件和方法;能熟练应用高斯定理计算几何简单的均匀带电体电场中任意一点的电场强度。能分析、判断和计算简单规则导体或少数导体组成的导体系统在静电平衡时的场强、电势和电荷分布。
④了解稳恒磁场的高斯定理和安培环路定律及其在电磁学中的重要地位;掌握用安培环路定律计算磁感应强度的条件和方法;能够熟练应用安培环路定律计算简单几何载流导体磁场中任意一点的磁感应强度。
⑤掌握安培定律和洛仑兹力公式。理解电偶极矩和磁矩的概念。可以计算电偶极子和载流平面线圈在电场和磁场中的力矩。能分析计算电荷在正交均匀电磁场(包括纯电场和纯磁场)中的运动。了解霍尔效应及其应用。
⑥了解介质的极化和磁化现象及其微观机理,了解铁磁材料的特性。理解介质中的高斯定理和安培环路定律;利用介质中的高斯定理和安培环路定律来计算介质中的电位移和磁场强度,由已知的电位移和磁场强度可以得到相应的电场强度和磁感应强度。
⑦理解电动势的概念,掌握法拉第电磁感应定律,理解定律中“-”号的物理意义,理解动电动势和感生电动势。
⑧理解电容、自感系数和互感系数的定义和物理意义。
⑨理解电磁场的物质性和电能密度、磁能密度的概念;在一些简单的对称情况下,可以计算出存储在空间中的场能量。
⑩理解涡流、位移电流和电流密度的概念;理解麦克斯韦方程组的物理意义(积分形式)。
⑷波动和光学部分的基本要求
①了解普通光源的发光机理和获得相干光的方法。
②掌握光程的概念和光程差与相位差的关系,可以分析杨氏双缝干涉实验和牛顿环实验中的干涉条件和分布规律。了解Loe镜的半波损失问题。
③了解迈克尔逊干涉仪的工作原理和干涉现象的应用。
④了解惠更斯-菲涅耳原理,掌握用半波带法分析单缝夫琅和费衍射条纹分布的规律,分析狭缝宽度和波长对衍射条纹分布的影响。了解单缝衍射条纹的亮度分布规律。
⑤掌握光栅衍射公式将分析光栅衍射条纹的分布规律以及光栅常数和波长对光栅衍射条纹分布的影响,了解光栅衍射条纹和光栅光谱的特点及其在科技和生产中的应用。
⑥了解衍射现象对光学仪器分辨率的影响。
⑦了解自然光和线偏振光的采集方法和检验方法。
⑸现代部分的基本要求
(1)了解绝对黑体辐射线,了解Steffen-Boltzmann和Wien的位移定律及其应用。
②了解普朗克的量子假说及其在现代物理学发展中的重大历史意义。
③掌握康普顿效应中光的经典波动理论的难点。
④了解爱因斯坦的光子假说,康普顿散射频移公式的基本依据和思想,以及爱因斯坦的光子理论在光电效应和康普顿效应研究中的成果及其在物理学发展中的地位。
⑤了解光的波粒二象性,掌握光波波长与光子动量的关系。
⑥了解物理粒子具有波粒二象性,掌握描述物质波动的物理量(波长、频率)与具有颗粒性的物理量(动量、能量)之间的关系。
⑦理解波函数及其统计解释。理解测不准关系,用它来估计微观世界的一些物理量。
⑧了解一维定态薛定谔方程,了解一维无限陷阱情况下薛定谔方程的解,了解能量量子化。
2.时间分配和时间表
(1)粒子运动学和动力学14小时。
⑵刚体定轴旋转8小时。
(3)狭义相对论4小时。
(4) 6小时的温度和气体动力学理论。
⑸热力学基础12小时
⑹静电场16小时
一旦磁场和电磁感应16小时。
⑻振动和波动10小时。
(9)光的干涉、衍射和偏振14小时
⑽量子物理的基本概念8课时
3.教学内容的重点和难点。
(1)机械部分
关键点:
用微积分列出运动方程;位移速度加速度的矢量表示;曲线运动。
牛顿三大定律的内容;牛顿三定律的应用。
动量定理,动能定理,动量守恒定律,能量守恒定律。
对惯性矩、角动量、转动动能等概念的理解;旋转定律,角动量定理,旋转动能定理。
困难:
用微积分列出运动方程。
牛顿三大定律的应用;了解惯性系,力学相对性原理。
对保守势力的理解;动量定理、动能定理、动量守恒定律、能量守恒定律的应用条件。
转动定律、角动量定理、动能定理的推导;角动量定理的应用。
⑵气体动力学理论和热力学。
关键点:
热力学第一定律和热力学第二定律;理想气体在各种变化下的状态方程。
能量均分定理、三个统计速度和平均自由程。
困难:
应用理想气体的状态方程解题:各种变化下理想气体物态方程的推导和理解。
能量均分定理,麦克斯韦气体分子速度分布定律。
(3)电磁部分
关键点:
高斯定理的理解和应用:静电场的回路定理。
高斯定理在有介质电场中的应用:电场的能量。
毕萨瓦特定律的应用:安培环路定理的应用:磁场中的高斯定理。
电磁感应定律;动电动势感应电动势自感应电动势和互感电动势;全电流回路定理;麦克斯韦方程组。
困难:
对电场的理解;高斯定理的应用。
带中介的高斯定理。
毕奥萨瓦特定律的应用:安培环路定理的应用。
动电动势、感生电动势、自感电动势、互感电动势的区别。
麦克斯韦方程组。
(4)波和光学部分
关键点:
简谐振动的运动方程;简谐运动的合成。
平面谐波的波函数应用:波的干涉。
杨氏双缝干涉试验:薄膜干涉;单缝衍射;光栅衍射;光的偏振。
困难:
简谐运动的合成。
平面谐波的波函数应用:波叠加原理。
几种干涉仪的区别:单缝衍射和光栅衍射的区别;光的偏振原理。
5]量子物理基础
关键点:
理解光的粒子性和光电效应。
粒子的涨落,德布罗意假说。
薛定谔方程。
困难:
理解光的波粒二象性。
用薛定谔方程求解波函数。
4.本课程与其他课程的联系和分工
大学物理课程是高等工业院校各专业学生的一门重要的必修基础课。高等数学作为一门必修课,使学生初步掌握应用数学知识解决物理问题,为他们在今后的学习和工作中应用数学方法解决实际工程问题打下良好的基础。通过物理课程的学习,使学生掌握分析和解决物理问题的方法,为其学习相关专业课程(力学等)做准备。).
5.建议使用教材和参考书目。
教材的建议用途:
《大学基础物理》,张三辉主编,清华大学出版社,2003年8月。
教学参考书目:
《普通物理学》(第4版),程、、主编,人民教育出版社,1982,65438+2月。
大学物理(1版)吴白石主编,Xi交通大学出版社,1994 65438+2月。
《物理学》(第4版)东南大学等七所工科院校主编,高教社出版,1999 11。
四。大纲描述
1.在整个教学过程中,采用教师课堂教学(以黑板教学为主,穿插投影仪教学)和学生课后自学相结合的方式。需要掌握的重要原理、规律和计算方法要讲透,需要理解和领悟的内容要通过精读讲解和自学来学习。
2.习题课要随教学进度灵活掌握;作业量由全体教师讨论后分章节分配给学生,并及时批改,及时反馈给学生。
3.本课程为考试课程,平均成绩10%,考试成绩90%。考试采取笔试(闭卷)形式,试卷内容尽量广泛,难度适中,试题适当。