《普通物理》教学大纲
一、课程概况
1、课程编码:0303122011
2、开课单位:理学院
3、适用专业:科学双语专业
4、开课时间:第三、四学期
5、学 时:128学时
6、课程类型:专业必修课
7、考核方式:第三学期考试;第四学期考查
二、课程性质、任务与基本要求
1、课程的性质和任务
《普通物理》课程是理、工类各专业的公共必修基础课。
物理学是研究物质的基本结构、基本运动形式、相互作用的自然科学。它的基本理论渗透在自然科学的各个领域,应用于生产技术的许多部门,是其他自然科学和工程技术的基础。它所展现的科学的世界观和方法论,深刻影响着人类对物质世界的基本认识、人类的思维方式和社会生活,是人类文明发展的基石,在人才的科学素质培养中具有重要的地位。
以物理学基础为内容的大学物理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。它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。
2、课程的教学基本要求
(1)本课程对教师的要求
本课程要求教师知识结构多元化,教师不但应熟练掌握物理的理论知识,还要有应用本知识进行实践操作的能力。善于以科学、系统的高度驾驭教学内容,把物理知识贯穿到相关应用学科中。教师应对与本课程相关领域中的一些前沿知识有所了解,凭借自己深厚的知识底蕴对教材知识体系进行整体把握,深刻理解教材细节,灵活处理教学重点、难点。
(2)本课程对学生的要求
通过本课程的学习,使学生对物理学所研究的各种运动形式以及它们之间的联系有比较全面和系统的认识,对物理学的基本概念、基本理论、基本方法有比较正确的理解,并具有初步应用的能力。
3、教学方法及教学形式的建议
教学方法: 讲授法、多媒体演示法、讲练结合法、实践操作法
教学形式: 理论教学和实践教学
4、课程教学要求的层次:
使学生对物理学的基本概念、基本原理、基本规律有比较全面而系统的认识,了解各种运动形式之间的联系,并能灵活地加以运用,并对近代物理学和新成就有一般的了解,且为进一步学习后继课程打下良好基础。
三、教学内容和教学要求
理论教学
1、绪论
【教学内容】物理学研究对象,物理学与哲学、自然科学和工程技术的关系,物理学的发展,学习物理学方法及对学生要求。
【教学目的与要求】让学生明确学习物理学目的、方法、激发学习物理学兴趣。
2、质点运动学
【教学内容】质点 、参照系、运动方程; 位移、速度、加速度; 圆周运动及其描述; 曲线运动方程的矢量形式; 运动描述的相对性、伽利略坐标变换。
【教学目的与要求】掌握描述质点运动的基本物理量,位置矢量、位移、速度、加速度的概念,明确它们具有的矢量性、相对性、瞬时性;明确运动方程和轨道方程的物理意义,并能用求导方法由已知的运动方程求速度加速度;反之用积分方法由已知质点运动的速度或加速度求质点的运动方程;熟练掌握直线运动,抛体运动和圆周运动的规律,及直线运动的位置一时间曲线,速度一时间曲线。
3、牛顿运动定律
【教学内容】牛顿第一定律和第三定律;常见力和基本力;牛顿第二定律及其微分形式;牛顿运动定律应用举例 ;非惯性系、惯性力。
【教学目的与要求】理解牛顿运动定律的内容,明确牛顿运动定律的适用范围;理解力和惯性这两个重要概念,掌握分析物体受力方法和隔离物体法;弄清运动学与动力学的相互依赖性,并能熟练地应用牛顿运动定律解答质点动力学问题。
4、运动的守恒定律
【教学内容】保守力、势能;功能原理; 机械能守恒定律、能量守恒定律;质心、质心运动定理、动量守恒定律; 碰撞;质点的角动量和角动量守恒定律。
【教学目的与要求】掌握功的定义及其计算方法、质点的动能定理和动量定理意义及其应用、功能原理及其应用、机械能守恒定律、动量守恒定律及它们的适用条件,掌握运用它们分析问题的思路和方法;了解质心的概念和质心运动定律;理解角动量的概念,掌握角动量守恒定律及它的适用条件,能运用该定律分析、解决有关问题。
5、刚体的转动
【教学内容】刚体的平动、转动、定轴转动;刚体的角动量、转动定理、转动惯量;力矩、刚体定轴转动定律;定轴转动的动能定理;刚体的自由度;定轴转动刚体的角动量定理及角动量守恒定律。
【教学目的与要求】掌握角速度、角加速度概念及匀变速定轴转动公式,掌握角量与线量的关系;理解力矩和转动惯量概念,掌握刚体定轴转动定理,并能运用它解决刚体定轴转动问题;理解功的概念,掌握刚体定轴转动的动能定理和机械能守恒定律;理解角动量概念,掌握角动量定理及其守恒定律,并能用它来解决具体问题。
6、气体动理论
【教学内容】状态参量、过程、理想气体;分子热运动和统计规律;气体动理论的压强公式;理想气体的温度公式;能量按自由度均分原理、理想气体的内能;麦克斯韦速率分布律。
【教学目的与要求】理解平衡态概念,掌握理想气体状态方程;掌握理想气体压强公式和分子的平均平动动能与温度的关系,理解压强和温度的微观实质;理解分子平均动能按自由度均分的统计规律,掌握理想气体内能的特点及其计算;理解速率分布函数概念,掌握运用麦克斯韦速率分布律计算与速率有关的量的平均值方法;
7、热力学基础
【教学内容】热力学第一定律;热力学第一定律及其对理想气体等值过程的应用;绝热过程;循环过程、卡诺循环;热力学第二定律;可逆过程和不可逆过程、卡诺定理。
【教学目的与要求】理解准静态过程中,内能、功和热量的概念,并掌握其计算;掌握热力学第一定律及其对理想气体的各种准静态过程的应用;掌握循环的概念和循环效率、致冷系数的定义及其计算,理解卡诺定理;掌握热力学第二定律的两种表达,理解可逆过程和不可逆过程的概念及热力学第二定律的统计意义。
8、静电场
【教学内容】电荷、库仑定律;电场、 电场强度; 高斯定理;静电场的环路定理、电势;等势面、电场强度与电势梯度的关系;带电粒子在静电场中的运动。
【教学目的与要求】掌握库仑定律,理解电场强度概念及其迭加原理,能在已知电荷分布的情况下计算简单电荷分布的电场;理解电势和电势迭加原理,掌握电场强度与电势的关系,掌握在已知电荷分布的情况下电势的计算方法;理解电通量概念,掌握表征静电场性质的两条基本定理:高斯定理和环路定理。必须明确:两条定理各自反映了静电场的一个侧面,只有两者结合起来,才能全面地反映静电场的性质。
9、静电场中的导体和电介质
【教学内容】静电场中的导体;空腔导体内外的静电场;电容器的电容;电介质及其极化;电介质中的静电场;有电介质时的高斯定理、电位移;电荷间的相互作用能、静电场的能量。
【教学目的与要求】掌握导体静电平衡条件和静电平衡时导体的电特性,并能熟练地求出几何形状比较规则的导体内外的场强和电势;理解电介质极化概念,掌握有介质时的高斯定理;理解电介质中的场强,电位移和极化强度的物理意义及其关系,并能熟炼地求出几何形状比较规则的各向同性的均匀介质内外的场强和电势;理解电容器电容概念,掌握计算电容的方法和电容器串、并联时电荷、电压分配的规律;掌握电容器的储能公式,了解电场能量和能量密度概念。
10、恒定电流与恒定电场
【教学内容】电流密度、电流连续性方程;恒定电流和恒定电场、电动势;欧姆定律、焦耳-楞次定律;一段含源电路欧姆定律、基尔霍夫定律。
【教学目的与要求】要求从电场的观点阐明稳恒电流的原理,掌握电流的稳恒条件,理解电流密度、电动势概念;握直流电路的基本定律:欧姆定律、基尔霍夫定理、焦耳定律,并能熟炼地运用它们解决有关直流电路问题。
11、真空中的恒定磁场
【教学内容】磁感应强度、磁场的高斯定理;毕奥——萨伐尔定律;毕奥——萨伐尔定律及其应用;安培环路定理;安培环路定理及其应用;带电粒子在磁场中所受作用及其运动;带电粒子在电场和磁场中运动的应用;磁场对载流导线的作用;第九节 平行载流导线间的相互作用力、电流单位“安培”的定义;磁力的功。
【教学目的与要求】理解磁感应强度概念,明确磁感应强度的矢量性和迭加性;掌握毕奥——萨伐尔定律,并能熟地运用该定律来计算几何形状比较规则的载流导线所产生的磁场;掌握恒定磁场的高斯定理和安培环路定理,并能熟炼地运用安培环路定理来计算具有一定对称性分布的磁场的磁感应强度;掌握洛仑兹公式和安培定律,掌握计算洛仑兹力、安培力(或磁力矩)、磁场力的功的方法。
12、磁介质中的磁场
【教学内容】磁介质、顺磁质和抗磁质的磁化;磁化强度、磁化电流;磁介质中的磁场、磁场强度;铁磁质。
【教学目的与要求】了解顺磁质、抗磁质和铁磁质磁化的特点及磁化机理;理解磁化强度概念,掌握磁化强度与磁化面电流的关系;理解磁场强度概念,掌握磁感应强度、磁化强度和磁场强度的物理意义及其关系;掌握磁介质中的高斯定理和安培环路定理;磁化强度及其与磁化面电流的关系;磁场强度,磁介质中的安培环路定理及其应用。
13、电磁感应和暂态过程
【教学内容】电磁感应定律;动生电动势;感生电动势、有旋电场;涡电流;自感和互感;磁场的能量。
【教学目的与要求】理解并掌握法拉第定律和楞次定律;理解动生电动势和感生电动势的形成原因,理解涡旋电场的概念,掌握动生电动势和感生电动势的方法;理解自感、互感的概念,掌握自感系数和互感系数的计算方法;掌握磁量能量的计算方法。
实践教学
1、长度和质量的测定
【教学内容】用游标卡尺测量铁圆管,计算圆管的体积及误差;用螺旋测微计测小钢球的直径,计算其体积及误差;用物理天平测铁圆管质量,计算密度及误差。
【教学目的与要求】学习游标,螺旋测微计和物理天平的使用方法;学习多次直接测量和间接测量的误差估算方法。
2、单摆
【教学内容】测量单摆的摆长及周期;求重力加速度值g及其误差△g。
【教学目的与要求】练习使用停表和米尺,测单摆的周期和摆长;求出当地重力加速度、g的值及误差△g。
3、牛顿第二定律的验证
【教学内容】调整光电测量系统和气垫导轨水平;分别在保持质统总质量不变和外力不变两种状态下,验证牛顿第二定律。
【教学目的与要求】学习气轨的调节及操作;学会测物体的加速度;研究力,质量和加速度之间的关系,验证牛顿第二定律。
4、万用电表的使用
【教学内容】正确使用各档进行测量;*用万用电表检查并排除故障。
【教学目的与要求】掌握万用电表的基本原理;了解直流、交流档与欧姆档的设计,能正确使用万用电表。
5、示波器的使用
【教学内容】用示波器观察三种电压波形;用示波器观察李沙育图形;*测量电压;*用扫描时间测量待测频率或周期。
【教学目的与要求】了解示波器的结构和工作原理,初步掌握通用示波器各个旋钮的作用和使用方法;学习用示波器观察电信号的波形、测量电压、频率和相位。
6、静电场的描绘
【教学内容】测量和描绘同轴电缆中的等位线;*测量两根无限长互相平行直导线间的等位线。
【教学目的与要求】学会用模拟法研究静电场;描绘二种场结构的等势线。
7、磁场测量与描绘
【教学内容】螺线管中心磁场的测定;*螺线管周围磁场的测定。
【教学目的与要求】了解感应法测量磁场的原理;测量螺线管中心的磁场大小并与理论值比较;了解螺线管周围磁场的分布及其描绘方法。
四、教学课时安排与分配
总学时为128学时,其中理论学时114学时,实践学时14学时。
1、 理论教学课时分配表
|
序号 |
教学内容 |
课时安排 |
教学形式与场所 |
|
1 |
绪论 |
2 |
理论教学 |
|
2 |
质点运动学 |
8 |
理论教学 |
|
3 |
牛顿运动定律 |
8 |
理论教学 |
|
4 |
运动的守恒定律 |
8 |
理论教学 |
|
5 |
刚体的转动 |
10 |
理论教学 |
|
6 |
气体动理论 |
8 |
理论教学 |
|
7 |
热力学基础 |
12 |
理论教学 |
|
8 |
静电场 |
12 |
理论教学 |
9 |
静电场中的导体和电介质 |
8 |
理论教学 |
|
10 |
恒定电流与恒定电场 |
8 |
理论教学 |
|
11 |
真空中的恒定磁场 |
12 |
理论教学 |
|
12 |
磁介质中的磁场 |
8 |
理论教学 |
|
13 |
电磁感应和暂态过程 |
10 |
理论教学 |
|
合计 |
114学时 |
|
2、实践教学学时分配表
序号 |
教学内容 |
课时安排 |
教学形式与场所 |
1 |
长度和质量的测定 |
2 |
物理实验室 |
2 |
单摆 |
2 |
物理实验室 |
3 |
牛顿第二定律的验证 |
2 |
物理实验室 |
4 |
万用电表的使用 |
2 |
物理实验室 |
5 |
示波器的使用 |
2 |
物理实验室 |
6 |
静电场的描绘 |
2 |
物理实验室 |
7 |
磁场测量与描绘 |
2 |
物理实验室 |
合计 |
14学时 |
五、教材与参考书目
教材:程守洙,江之永《普通物理学》(第五版). 北京:高等教育出版社.1998年。
主要参考书:
〔1〕赵凯华等.新概念物理教程《力学》、《热学》、《电磁学》、《光学》、《量子物理》,
北京:高等教育出版社 .2001——2004年
〔2〕程守洙,江之永.《普通物理学》(第三版). 北京:高等教育出版社.1978年。
〔3〕马文蔚. 《物理学》.北京:高等教育出版 .1999年
〔4〕刘克哲《物理学》.北京:高等教育出版社 .2004年
〔5〕梁绍荣.《基础物理学》. 北京:高等教育出版社 .2004年