《大学物理》自学指导书.doc

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1、大学物理自学指导书适用专业：染整工程专业 面授学时：30 一、课程性质与任务物理学是关于自然界基本形态（实物和场）的科学。它研究物质的结构、相互作用及物质的运动。它是整个自然科学和工程技术的基础，因此，大学物理是高等工科院校各专业学生的一门十分重要的必修基础课，通过该课程的学习，一方面使学生较全面系统地获得自然界各种运动形式及其规律的认识，另一方面培养学生科学思想和研究方法。二、课程教学基本内容1、运动学绪论、质点、参照系、坐标系、位置矢量、位移、速度、加速度、运动方程、轨道方程、切向加速度、法向加速度、圆周运动的角量描述、角量和线量之间的关系、相对运动。2、质点动力学惯性参照系、牛顿三定律及

2、其运用、非惯性系、冲量、力矩、动量定理、动量守恒定律、动量、质点的角动量、质点的角动量定理、质点角自定理、能量转换与守恒定律。3、刚体的定轴转动刚体的平动和转动、刚体定轴转动的描述、刚体定轴转动的力矩、转动定律、转动惯量、力矩的功、转动的动能定理、角动量、角动量定理、角动量守恒定律。4、狭义相对论经典时空观、狭义相对论的两条基本原理、洛仑兹坐标变换和速度变换、相对论时空观、相对论质量、动量、动能、静止质量和总能量、狭义相对论动力学的基本结论（质速关系、质能关系、能量与动量的关系）。5、气体分子动理论平衡态、状态参量、准静态过程、理想气体的状态方程、分子运动论的基本概念、理想气体的压强公式、温度

3、公式及统计解释、麦氏速率分布率及三种速率公式、自由度、能量按自由度的均分定理、理想气体的内能、分子平均碰撞频率、平均自由程。6、热力学内能、功、热量、热力学第一定律及其对三种等值过程（等压、等温、等容）的应用、摩尔热容量、绝热过程、循环过程、卡诺循环、致冷循环、可逆过程与不可逆过程、热力学第二定律、熵、熵增加原理。7、静电场库仑定律、电场及电场强度、场强叠加原理、场强的计算（包括四个以内点电荷系、电荷线分布）、高斯定理及应用、环路定理、电势、电势叠加原理、电势计算、场强与电势梯度的关系及等势面。8、静电场中的导体和电介质导体的静电平衡条件和性质、导体上的电荷分布、电容与电容器、电介质的极化、极

4、化强度矢量及D、E、P之间的关系、介质中的高斯定理、电场能量和能量密度。9、磁力与磁场的源电流密度、磁场、磁感应强度、磁通量、磁场中的高斯定理、安培定律、磁力距、毕萨定律及应用、安培环路定律、位移电流、变化电场产生磁场的规律、霍尔效应、磁场对运动电荷的作用。10、磁介质磁介质的分类与磁化、磁化强度、磁场强度、磁介质中的安培环路定律、铁磁质的磁化曲线和磁滞回线。11、电磁感应法拉第电磁感应定律、楞次定律、动生电动势、感生电动势、涡旋电场、自感、互感、磁场的能量、磁能密度。12、电磁场麦克斯韦方程组、电磁波。13、机械振动简谐振动的微分方程及运动方程、单摆、旋转矢量、简谐振动的合成、阻尼振动、受迫

5、振动、共振。14、机械波机械波的产生和传播、波长、频率、周期、波速、平面简谐波动方程、波的能量及能流密度、惠更斯原理、波的叠加原理、波的干涉和衍射、驻波、多普勒效应。15、光的干涉、衍射和偏振光的相干性、杨氏双缝实验、光程、光程差、薄膜干涉、（劈尖干涉、牛顿环），等倾条纹及迈克尔逊干涉仪。光的衍射现象、惠更斯莫涅耳原理、单缝夫琅禾费衍射、光栅衍射、圆孔衍射、光学仪器的分辨本领、X射线衍射。自然光、偏振光、偏振光的产生与检测、马吕斯定律、布儒斯特定律、双折射现象、偏振棱镜。*16、量子物理基础黑体辐射、普朗克量子假说、光电效应及方程、康普顿效应、德布罗意波的统计解释、波粒二象性、测不准关系、薛定

6、谔方程、量子力学对氢原子应用的一些结果（能量量子化、角动量量子化、角动量空间量子化、自旋角动量）、原子的壳层结构、能带、核力、核的结合能、放射性和衰变规律。三、课程教学的基本要求第一章 运动学重点：速度和加速度的定义及计算；质点做圆周运动的角速度、角加速度、切向加速度、法向加速度。能力培养：严格区分矢量与标量的数学表达及其意义，初步了解矢量元和标量的物理意义，初步学会运用微积分解决运动学问题的思路与方法。具体要求：1、掌握位矢、位移、速度、加速度和角加速度等描述质点运动和运动变化的物理量。2、能借助直角坐标系计算质点在平面内运动是的速度、加速度。3、能计算质点作圆周运动是角速度、角加速度、切向

7、加速度和法向加速度。4、理解质点在不同参照系中运动规律。第二章 质点运动学重点：用隔离法对物体进行受力分析及运用牛顿三定律解题、机械功和机械能守恒定理、动量守恒定律及其他运用。能力培养：对牛顿运动方程应用进行规范训练，以变力的功和变力的冲量为例，初步学会用微元法解决物理问题的基本思路。具体要求：1、掌握牛顿三定律及其适用条件，能用微积分方法求解一维变力作用下简单质点动力学问题。2、掌握功的概念，能计算直线运动情况下变力的功，理解保守力做功的特点及势能的概念，会计算重力、弹性力和万有引力的势能。3、掌握质点的动能定理和动量定理，通过质点在平面内的运动情况，理解角动量和角动量守恒定律，并能用它分析

8、、解决质点在平面内运动时的简单力学问题。4、掌握机械能守恒定律，掌握运用守恒定律分析问题的思想和方法，能分析简单系统在平面内运动的力学问题。第三章 刚体定轴转动重点：转动惯量的意义、转动定理、转动动能、角动量的概念及守恒定律。能力培养：将质点平动规律与刚体定轴转动规律进行类比，培养学生应用类比法研究和理解问题的能力，培养学生具有解决工科物理中力学部分综合问题的能力，通过转动惯量的计算和变力矩的计算再次学习微元法。具体要求：1、了解转动惯量的概念和物理意义，理解刚体绕定轴转动的转动律，会运用转动定律处理简单的刚体绕定轴转动问题。2、掌握转动动能，角动量等概念，理解刚体定轴转动的动能定理和角动量定

9、理。3、掌握刚体绕定轴转动的角动量守恒定律，并能运用它处理与此有关的问题。第四章 狭义相对论重点：爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设、运动时钟变慢、运动长度收缩、质速关系、质能关系。能力培养：通过新时空观的建立培养学生的辩证唯物主义认识论观点。具体要求：1、理解狭义相对论的两个基本假设。2、理解洛仑兹变换，理解狭义相对论中同时的相对性以及长度收缩。时间膨胀的概念，了解牛顿力学的时空观和狭义相对论中的时空观以及二者的差异。3、理解狭义相对论中质量和速度的关系、质量和能量的关系、能量和动量的关系。第五章 气体分子动理论重点：理想气体的压强公式、温度公式、理想气体的内能、速率分布函数的物理意义，三种速

10、率。能力培养：学会运用理想化的物理模型的基本方法，学会从宏观和微观不同角度研究热运动的规律，初步运用统计概念和统计方法进行简单计算的能力。具体要求：1、了解气体分子热运动的图像，理解理想气体的压强公式和温度公式，能从宏观和统计意义上理解压强、温度等概念。2、了解麦克斯韦速率分布函数和速率分布曲线的物理意义，了解三种速率（最可几速率、平均速率、方均根速率）。3、通过理想气体的刚性分子模型，理解气体分子平均能量按自由度均分定理，掌握理想气体的内能公式。4、了解气体分子的平均碰撞频率及平均自由程。第六章 热力学重点：等容、等温、等压过程和绝热过程中功、热量、内能的改变量的计算，摩尔热容、卡诺循环的效

11、率、熵的概念、熵增加原理。能力培养：学会运用功能观点分析物质运动的基本方法。具体要求：1、掌握功和热量的概念，理解准静态过程，掌握热力学第一定律及其在等容、等压、等温和绝热过程中的应用，会计算理想气体的定压摩尔热容和定容摩尔热容。2、理解循环过程，会计算卡诺循环等简单循环的效率。3、了解可逆过程和不可逆过程，了解热力学第二定律及其统计意义。4、理解熵的概念，会计算熵变，理解熵增加原理，了解熵的玻耳兹曼表达式。第七章 静电场重点：场强的定义及计算、高斯定理及其应用电势和电势差的含义及计算、场强与电势的关系。能力培养：集中训练并掌握微元法的思路与方法学会运用对称性和叠加性处理具体问题的能力，即培养

12、学生对于对称性的分辨能力并将某些复杂问题转化为简单问题的组合能力。具体要求：1、掌握静电场的电场强度和电势的概念，以及电场强度和电势的叠加原理，掌握电势与电场强度的积分关系，能计算一些简单问题中的电场强度和电势。2、理解静电场规律：高斯定理和安培环路定理。理解用高斯定理计算电场强度的条件和方法。第八章 静电场中导体和电介质重点：各向同性介质中P、D、E之关系，电场的能量。能力培养：学会运用功能关系分析和解决电场能量的能力。具体要求：1、理解导体的静电平衡条件，了解介质的极化及其微观解释，理解介质中的高斯定理及应用。2、掌握带电电容器内储存的电能，理解静电场的能量和能流密度第九章 磁力和磁场的源

13、重点：位移电流、磁感应强度，毕奥萨伐尔定律应用，磁力距、安培力，洛仑兹力。能力培养：使学生进一步熟练掌握运用微积分的解题过程，培养学生运用高等数学分析问题和解决问题的能力，培养学生对“对称性”的分辨能力和将某些复杂磁学问题转化为简单问题的组合能力，培养学生运用类比法研究和理解问题的能力。具体要求：1、掌握磁感应强度的概念，理解毕奥萨伐尔定律，能计算一些简单问题中的磁感应强度（线段、圆弧构成的闭合回路）。2、理解磁场中的高斯定理和安培环路定理，理解用安培环路定理计算磁感应强度的条件和方法。3、理解安培定律和洛仑兹公式，了解磁距的概念，能计算简单几何形状载流导体和载流平面线圈在均匀磁场中或无限长直

14、载流导线产生的非均匀磁场所受的力和力矩。第十章 磁介质具体要求：1、了解介质的磁化现象及其微观解释，了解各向同性磁介质中H和B的关系与区别。2、了解铁磁质的特性。3、了解介质中的高斯定理和安培环路定理。第十一章 电磁感应重点：法拉第电磁感应定律，动生电动势及感生电动势，自感、互感、自感磁能。能力培养：培养学生具有分析和解决电磁学的综合问题的能力。具体要求：1、掌握法拉第电磁感应定律，理解动生电动势和感生电动势。2、理解自感系数和互感系数，了解涡旋电场，会计算L、M。3、理解自感磁能，了解磁场能量和磁能密度。第十二章 电磁场和电磁波具体要求：1、了解麦克斯韦方程组（积分形式）的物理意义。2、了解

15、电磁波的性质，了解电磁场的物质性。第十三章 机械振动重点：简谐振动的微分方程和运动方程，同方向、同频率的两个简谐振动的合成规律。能力培养：运用解析法以及旋转矢量法、图示法等辅助方法，认识和描述简谐振动的性质和规律，认识物质运动描述的多样性和研究方法的多样性。具体要求：1、掌握描述简谐振动的基本特征，能建立一维简谐振动的方程，能根据给定的初始条件，写出一维简谐振动的方程，并理解其物理意义。2、理解旋转矢量法。3、理解同方向、同频率的两个简谐振动的合成规律。4、了解阻尼振动、受迫振动和共振。第十四章 机械波重点：平面简谐波方程，相差与波程差的关系，相干波叠加振幅加强和减弱的条件，驻波特点。能力培养

16、：通过类比认识振动与波动的联系与区别。具体要求：1、理解机械波产生的条件，掌握由已知质点的简谐振动方程得出平面简谐波的波函数的方法及波动方程的物理意义，理解波形图形。2、了解波的能量传播特征及能流，能流密度概念。3、了解惠更斯原理和波的叠加原理，理解波的相干条件，能应用相位差、波程差分析、确定相干波叠加后振幅加强和减弱的条件。4、理解驻波及其形成条件，了解驻波和行波的区别。5、了解机械波的多普勒效应及其产生原因。第十五章 光的干涉、衍射和偏振重点：光程差和位相差的关系，薄膜等厚干涉条纹，单缝夫琅禾费衍射条纹分布规律，光栅衍射条纹分布，布儒斯特定律及马吕斯定律。能力培养：培养学生运用光程差的概念

17、处理干涉现象的基本能力，认识光波在微量测量中的重要应用，通过比较干涉和衍射的区别与联系，提高学生逐渐深入分析问题的能力，通过阐述获得偏振光的方法，进一步提高学生理论联系实际的能力。具体要求：1、理解获得相干光的方法，掌握光程的概念以及光程差和位相差的关系，能分析、确定杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉条纹的位置。了解迈克尔干涉仪的工作原理。2、了解惠更斯菲涅尔原理，理解分析单缝夫琅禾费衍射半波带及其明暗纹分布规律，会分析缝宽及波长对衍射条纹分布的影响。了解圆孔衍射和光学仪器的分辨率。3、理解光栅衍射公式，会确定光栅衍射谱线的位置，会分析光栅常量及波长对光栅衍射谱线分布的影响，了解X射线衍射及布喇格

18、公式。4、理解自然光和线偏振光，理解布儒斯特定律和马吕斯定律了解双折射现象和偏振棱镜。了解偏振光的获得方法和检测方法。第十六章 量子物理基础重点：光的量子性，光电效应，康普顿散射，测不准关系，薛定谔方程，波函数，原子中电子运动运动的四个量子数。能力培养：深刻理解假说是建立和发展科学的必由之路，以培养学生由感性认识到提出科学假说的自觉性和必要性。通过波粒二象性的学习培养学生辩证唯物主义认识论的思维方法，通过微观粒子运动规律的学习，使学生逐步掌握微观世界的研究方法。具体要求：1、了解黑体辐射及普朗克的量子假设。了解光电效应现象，爱因斯坦光子学说，理解康普顿散射规律，了解德布罗意物质波假设及其正确的

19、实验证实，了解实物粒子的波粒二象性。2、理解物质波的波长、频率和粒子的动量、能量的关系。3、了解波函数及其统计解释，了解一维坐标动量的不确定关系，了解一维定态薛定谔方程。4、理解氢原子光谱实验规律，了解描述原子中电子运动状态的四个量子数，了解泡利不相容原理和原子的电子壳层结构。5、了解固体的电子与能带。6、了解核物理一般知识。四、使用教材及主要教学参考书目1、先修课程：高等数学2、使用教材：近三年出版质量较高教材或以往国优、部优、省优教材。3、参考书：大学物理学（一、二、三、四、五册）张三慧 清华大学出版社普通物理学（一、二、三册）程守洙 高等教育出版社物理学（上、中、下册）马文蔚 高等教育出版社大学物理学（上、下册）黎培德等 湖南科学技术出版社大学物理学（上、下册）刘永安 中南大学出版社