大学物理A课程教学大纲.docx
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1、大学物理A课程教学大纲(附:教学说明和建议)适用专业:理工类(数学与应用数学、信息与计算科学、电气工程及其自动化、计算机科学与技术、电子信息科学与技术、化学工程与工艺、化学、应用化学、环境科学)等专业(本科)学制年限:4年总 学 时:144 学 分:9制 定 者:胡 诚 审 核 人:一、说明1、课程性质、地位和任务以物理学基础为内容大学物理课程,是高等学校理工科各专业学生一门重要通识性必修基础课。该课程所教授基本概念、基本理论和基本方法是构成学生科学素养重要组成部分,是一个科学工作者和工程技术人员所必备。大学物理课程在为学生系统地打好必要物理基础,培养学生树立科学世界观,增强学生分析问题和解决
2、问题能力,培养学生探索精神和创新意识等方面,具有其他课程不能替代重要作用。通过大学物理课程教学,应使学生对物理学基本概念、基本理论和基本方法有比较系统认识和正确理解,为进一步学习打下坚实基础。在大学物理课程各个教学环节中,都应在传授知识同时,注重学生分析问题和解决问题能力培养,注重学生探索精神和创新意识培养,努力实现学生知识、能力、素质协调发展。2、课程教学基本要求:第一,能力培养基本要求通过大学物理课程教学,应注意培养学生以下能力:(1) 独立获取知识能力逐步掌握科学学习方法,阅读并理解相当于大学物理水平物理类教材、参考书和科技文献,不断地扩展知识面,增强独立思考能力,更新知识结构;能够写出
3、条理清晰读书笔记、小结或小论文。(2) 科学观察和思维能力运用物理学基本理论和基本观点,通过观察、分析、综合、演绎、归纳、科学抽象、类比联想、实验等方法培养学生发现问题和提出问题能力,并对所涉问题有一定深度理解,判断研究结果合理性。(3)分析问题和解决问题能力根据物理问题特征、性质以及实际情况,抓住主要矛盾,进行合理简化,建立相应物理模型,并用物理语言和基本数学方法进行描述,运用所学物理理论和研究方法进行分析、研究。第二,素质培养基本要求通过大学物理课程教学,应注重培养学生以下素质:(1)求实精神通过大学物理课程教学,培养学生追求真理勇气、严谨求实科学态度和刻苦钻研作风。(2)创新意识通过学习
4、物理学研究方法、物理学发展历史以及物理学家成长经历等,引导学生树立科学世界观,激发学生求知热情、探索精神、创新欲望,以及敢于向旧观念挑战精神。(3)科学美感引导学生认识物理学所具有明快简洁、均衡对称、奇异相对、和谐统一等美学特征,培养学生科学审美观,使学生学会用美学观点欣赏和发掘科学内在规律,逐步增强认识和掌握自然科学规律自主能力。3、教法特点:在大学物理课程教学过程中,应以培养学生知识、能力、素质协调发展为目标,认真贯彻以学生为主体、教师为主导教育理念;应遵循学生认知规律,注重理论联系实际,激发学习兴趣,引导自主学习,鼓励个性发展;要加强教学方法和手段研究与改革,努力营造一个有利于培养学生科
5、学素养和创新意识教学环境。(1)教学方法采用启发式、讨论式等多种行之有效教学方法,加强师生之间、学生之间交流,引导学生独立思考,强化科学思维训练。习题课、讨论课是启迪学生思维,培养学生提出、分析、解决问题能力重要教学环节,鼓励通过网络资源、专题讲座、探索性实践、小课题研究等多种方式开展探究式学习,因材施教,激发学生智力和潜能,调动学生学习主动性和积极性。(2)教学手段发挥好课堂教学主渠道作用,教学手段应服务于教学目,有效利用多媒体技术。积极创造条件,充分利用计算机辅助教学、网络教学等现代化教育技术优势,扩大教学信息量,提高教学质量和效率。(3)演示实验充分利用演示实验帮助学生观察物理现象,增加
6、感性知识,提高学习兴趣。实物演示实验采用多种形式进行,如课堂实物演示、开放演示实验室、演示实验走廊等。提倡建立开放性物理演示实验室,鼓励和引导学生自己动手观察实验,思考和分析问题,进行定性或半定量验证。(4)习题与考核习题与考核是引导学生学习、检查教学效果、保证教学质量重要环节,也是体现课程要求规范重要标志。习题选取应注重基本概念,强调基本训练,贴近应用实际,激发学习兴趣。考核要避免应试教育倾向,积极探索以素质教育为核心课程考核模式。4、先修课程:高中物理,高等数学5、课程学时分配:章次课程教学内容总学时理论(习题)课时实验(上机)课时1运动描述442运动定律与力学中守恒定律14143相对论4
7、44机械振动665机械波656气体动理论基础667热力学基础888静电场和稳恒电场12129稳恒磁场8810电磁感应6611电磁场和电磁波2212光干涉6613光衍射6614光偏振4415量子物理基础4416实验48444合计144100446、考核方式:(写考试、考查)考试二、理论教学内容与学时安排第1章 运动描述 ( 4学时)知识点:1.运动学方程,位移,速度,加速度。2.相对运动。基本要求:1、掌握位移、位矢、加速度、速度、角速度和角加速度等描述质点运动和运动变化物理量。能借助于直角坐标系计算质点作空间运动时速度、加速度。2、理解自然坐标系,能计算质点作圆周运动时角速度、角加速度、切向加
8、速度和法向加速度。3、了解质点相对运动问题。理解伽利略相对性原理,理解伽利略坐标、速度变换。第2章 运动定律与力学中守恒定律 ( 14学时)知识点:1. 牛顿运动定律应用;功和功率,变力功。2. 动能,动能定理,保守力功(重力功,弹性力功,万有引力功)。3. 势能(重力势能,弹性势能,引力势能),保守力与势能关系,势能曲线; 功能原理,机械能守恒定律。4. 动量,冲量,动量定理,动量守恒定律,有心力场规律。5. 刚体平动,转动,定轴转动;力矩,转动定律,转动惯量。6.力矩功和刚体定轴转动动能定理,刚体重力势能与机械能;角动量,角动量守恒定理。基本要求:1、掌握牛顿三定律极其适用条件。能用微积分
9、方法求解一维变力作用下简单质点动力学问题。了解惯性系和非惯性系基本概念。2、掌握功概念,能计算直线运动情况下变力功。掌握保守力作功特点及势能概念,会计算重力、弹性力和万有引力势能。理解势能曲线,能从势函数求得保守力。3、掌握质点动能定理、动量定理以及动量守恒定律;理解质点角动量(动量矩)和角动量守恒定律,并能用它们分析、解决质点运动力学问题;掌握机械能守恒定律。掌握运用守恒定律分析问题思想和方法、能分析简单系统在平面内运动力学问题。4、了解转动惯量概念。掌握刚体绕定轴转动转动定律;理解刚体绕定轴转动情况下角动量定理和角动量守恒定律。会计算力矩功、转动动能;掌握刚体定轴转动中动能定理。5、理解质
10、心和质心运动定律。了解刚体平面运动一般概念。了解旋进。第3章 相对论 (4学时)知识点:1.伽利略相对性原理 。2.狭义相对论原理。3.洛仑兹坐标变换。4.相对论速度变换公式。基本要求:1、了解爱因斯坦狭义相对论两个基本假设。2、 理解洛仑兹坐标变换,了解速度变换。了解狭义相对论中同时性相对性,以及长度收缩和时间膨胀概念。3、了解牛顿力学中时空观和狭义相对论中时空观以及二者差异。了解狭义相对论中质量与速度关系,质量与能量关系以及动量与能量关系。第4章 机械振动 ( 6学时) 知识点:1.谐振动,谐振动动力学方程和运动学方程,频率,圆频率,周期,振幅和相位,谐振动参考圆及旋转矢量表示法。2.谐振
11、动能量。3.两个同方向同频率谐振动合成,两个相互垂直同频率谐振动合成。基本要求:1、掌握描述简谐振动和简谐波各物理量(特别是相位)及各量间关系。2、掌握旋转矢量法。3、掌握简谐振动基本特征,能对质点一维振动进行动力学分析,建立一维简谐振动微分方程,以确定是否是简谐振动;能根据给定一维谐振动初始条件建立振动方程,并理解其物理意义。了解阻尼振动,受迫振动和共振。4、理解同方向,同频率两个简谐振动合成规律。了解拍现象,了解垂直振动合成问题。第5章 机械波 ( 6学时)知识点:1.机械波产生和传播,纵波与横波,波阵面,波速,波长和频率关系。2.平面简谐波波函数,波能量,能流密度。3.惠更斯原理及其应用
12、,波叠加原理,波干涉。4.驻波;多普勒效应。基本要求:1、理解机械波产生条件。掌握建立平面简谐波波动方程一般方法及波动方程物理意义。理解波形图线。理解波能量传播特征及能流、能流密度概念。2、了解惠更斯原理和波叠加原理。理解波干涉性质,了解其相干条件。能应用相位差和波程差分析、确定相干波叠加后振幅加强和减弱条件。3、理解驻波及其形成条件。了解驻波和行波区别。4、了解机械波多普勒效应及其产生原因。在波源或观察者单独相对介质运动,且运动方向沿二者连线情况下,能用多普勒频移公式进行计算。第6章 气体动理论基础 ( 6学时)知识点:1.气体状态参量,平衡态和平衡过程理想气体状态方程。2.理想气体压强公式
13、,温度公式及其统计解释。 3.能量按自由度均分原则,理想气体内能。4.麦克斯韦速率分布律;分子平均自由程和平均碰撞次数及气体分子运动三种统计速率。5.范德瓦耳气体方程,波尔兹曼能量分布定律。基本要求:1、了解气体分子热运动图象。理解理想气体压强公式和温度公式,通过推导气体压强公式,了解从提出模型、进行统计平均、建立宏观量与微观量联系到阐明宏观量微观本质思想和方法。能从宏观和统计意义上理解压强、温度、内能等概念。了解系统宏观性质是微观运动统计表现。2、了解气体分子平均碰撞频率及平均自由程。3、了解麦克斯韦速率分布函数和分布曲线物理意义。了解气体分子热运动算术平均速率、方均根速率。了解玻耳兹曼分布
14、律。4、通过理想气体刚性分子模型,理解气体分子平均能量按自由度均分定理。第7章 热力学基础 ( 8学时) 知识点:1.系统内能,功和热量。2.热力学第一定律及其对理想气体等体,等压,等温及绝热过程应用。3.气体摩尔热容量。4.循环过程,卡诺循环,热机效率(由等值,绝热,过P-V原点直线过程组成正循环),由卡诺逆循环组成制冷机及致冷系数。 5.热力学第二定律两种叙述。6.可逆过程及不可逆过程,卡诺定理,热力学第二定律统计意义,熵增加原理,温熵图。基本要求:1、掌握功和热量概念。理解准静态过程。掌握热力学第一定律。能分析、计算理想气体等容、等压、等温过程和绝热过程中功、热量、内能改变量及卡诺循环等
15、简单循环效率。2、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。了解熵增加原理,熵玻耳兹曼表达式。能计算简单情况下熵和熵变。第8章 静电场和稳恒电场 ( 12学时) 知识点:1.库仑定律,静电力叠加原理。2.电场强度,场强叠加原理,电场强度计算,带电体在外电场中所受作用。3.电通量,真空中静电场高斯定理。4.电场力功,静电场环路定理,电势能,电势,电势差,电势叠加原理,电势计算。5.场强与电势微分关系,电势梯度。6.带电粒子在外电场中受到力及其运动。7.静电平衡时导体上电荷分布,静电平衡时导体表面附近场强。8.电容器电容,电容器电容计算。9.介质对电容影响,电介质极化现象和极化机理
16、,电极化强度,电极化强度与极化电荷关系。10.电介质中电场,有介质时高斯定理,电位移矢量。11.电场能量,电容器储能。12.恒定电流,电流密度; 电源电动势。基本要求:1、掌握静电场基本性质、电场强度和电势概念以及电场强度和电势叠加原理。掌握电势与电场强度积分关系,了解其微分关系。能计算一般问题中电场强度和电势。2、掌握静电场基本规律:高斯定理和环路定理,掌握用高斯定理计算电场强度条件和方法。3、理解导体静电平衡概念以及在静电平衡条件下导体基本性质。了解电介质极化现象及其微观解释。了解各向同性介质中D和E之间关系和区别。理解电介质中高斯定理。4、理解电容概念,并能作简单计算。5、了解电动势基本
17、概念。理解电能密度概念。第9章稳恒磁场 ( 8学时) 知识点:1.磁场,磁感应强度,磁通量。2.毕奥-萨伐尔定律。 3.运动电荷磁场。4.安培环路定理。5.带电粒子在外磁场中受到力及其运动,磁场对载流导体作用,磁场对载流线圈力矩。6.磁介质磁化,磁导率;磁介质中磁场,磁介质中安培环路定理,B,H,M关系。基本要求:1、掌握磁场基本性质和磁感应强度基本概念。理解毕奥萨伐尔定律。能计算一些简单问题中磁感应强度。2、掌握稳恒磁场规律:磁场高斯定理和安培环路定理。掌握用安培环路定理计算磁感应强度条件和方法。3、掌握安培定律和洛仑兹力公式。理解电偶极矩和磁矩概念。能计算电偶极子在均匀电场中,简单几何形状
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