普通物理基础教学大纲
普通物理 I (春季学期) 学分3 学时 48 课程编号： 100031220120.01
普通物理 II (秋季学期) 学分 3 学时 48 课程编号： 100031220110.01
一、课程简介
物理学是研究物质的基本结构、基本运动形式、相互作用及其规律的学科，是研究其它自然科学和工程技术的基础。本课程是理工科各专业本科生必修的重要基础课程，涵盖经典物理和近代物理。经典物理包括力学、电磁学、振动与波、光学四个模块，其基本理论在科学技术领域应用最为广泛；近代物理包括相对论与量子物理基础两个模块，是学生今后学习近代科学技术新理论，新知识必备的基础理论知识。通过本课程的教学，为学生系统地打好必要的物理基础，培养学生科学的世界观和处理复杂问题的科学思维能力与方法，引导和培养学生的探索、创新精神，同时开阔国际视野、提高国际交流能力。本课程教学设计本着厚基础，重应用的理念，突出基本概念的理解与掌握，理论联系实际，紧扣物理学前沿。结合相关习题，进行定性与定量的分析，强化学生物理图像的建立和利用基本原理分析问题、解决问题的能力。设置章节作业、测试和讨论、答疑等环节，帮助学生更好地完成课程学习。
二、课程目标对毕业要求的支撑关系
课程目标 | 毕业要求指标点 | 教学环节 |
1. 获取知识目标：正确理解和掌握物理学的基本概念和基本理论。 | 1. 基础知识：学习数学、自然科学知识，具有计算和分析能力；掌握物理学基础知识，具备良好的综合能力。能够将所学知识用于解决复杂工程问题。 | 讲授、随堂测试、讨论与答疑 |
2. 分析问题目标：掌握物理学的分析问题的思想和方法，并能用理论与实验方法分析问题。 | 2. 问题分析：能够解决基础科学问题和具备复杂工程实际问题的识别、表达、分析能力。 | 讲授、随堂测试、MOOC单元测验、讨论与答疑 |
3. 解决问题目标：能应用物理学的基本理论和科学方法解决一般的基础性问题。 | 3. 解决问题能力：针对复杂工程问题，能够应用物理学的基本理论和科学方法进行分析，能够得到有效结论，并反映出一定的创新意识。 | 讲授、课堂章节测验、讨论与答疑 |
4. 课程思政目标：结合相关案例、历史人物及典故，使学生理解个人与社会的关系，明确作为社会主义事业建设者和接班人所肩负的责任和使命。 | 12. 终身学习：养成不断探索的、自我更新的、学以致用的良好习惯，具有适应发展的能力以及对终身学习的正确认识和较强的学习能力； 13. 价值观：树立和践行社会主义核心价值观，能够阐释正确的价值观对测控和社会实践活动的影响。 | 课堂讲授 |
三、教学内容与学时分配
普通物理 I (春季学期) （48学时）
（一） 质点运动学 （2学时）
1. 掌握位置矢量、位移、速度、加速度等描述质点运动和运动变化的物理量。2．掌握质点做曲线运动时的切向加速度和法向加速度的变化；了解参考系的变换。
（二） 质点和质点系动力学 （8学时）
1. 掌握牛顿三定律及其适用条件。
2. 掌握质点的动量定理和动能定理。能用之分析、解决一般的质点运动的力学问题。
3. 掌握功的概念。能分析解决变力做功的问题，掌握保守力做功特点及势能的概念，会计算势能。
4. 掌握机械能守恒定律、动量守恒定律及它们的适用条件。掌握运用守恒定律分析问题的思路和方法。初步了解守恒定律与对称性的关系。
（三） 刚体的转动 （4学时）
1. 掌握刚体绕定轴转动定律。
2. 理解转动惯量的概念。
3. 理解力矩和力矩做功的概念。
4. 理解角动量守恒定律及其适用条件。能应用该定律分析、计算有关刚体的问题。
（四）狭义相对论 (4学时)
1. 理解爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设。
2. 理解相对论的测量原则和洛仑兹坐标变换。理解狭义相对论中同时性的相对性，以及长度收缩和时间膨胀的概念。了解牛顿力学中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，并能用以分析、计算有关的简单问题。
（五） 静电场和恒定电场 （14学时）
1. 掌握静电场的电场强度和电势的概念及电场强度的叠加原理和电势叠加原理。掌握电势与电场强度和积分关系，能计算一些特殊带电体的电场强度和电势。
2. 理解静电场的规律（高斯定理和环路定理）。掌握利用高斯定理计算电场强度的条件和方法，并能熟练应用。
3. 理解导体的静电平衡条件。
4. 了解介质的极化现象及其微观机制。了解各向同性介质中电位移矢量和电场强度之间的关系和区别。了解介质中的高斯定理。
5. 理解电容的定义及其物理意义。
6. 了解静电场的物质性。了解电能密度的概念。能计算特定情况下静电场里储存的场能。
7. 了解电流强度和电流密度的概念。了解电流场、电流线和电流稳恒条件。
8. 理解电动势的概念。
（六） 稳恒磁场 (8学时)
1. 掌握磁感应强度的概念及毕奥-萨伐尔定律。能计算一些特殊问题中的磁感应强度。
2. 理解稳恒磁场的规律: 磁高斯定理和安培环路定理。掌握应用安培环路定理计算磁感应强度的条件和方法。会进行对称性分析。
3. 理解洛仑兹力和安培力以及磁矩的概念。
4. 了解介质的磁化现象及其微观解释。了解各向同性介质中的H和B的关系及区别。了解介质中的安培环路定理。了解矢势
的物理意义。
（七） 电磁感应 (8学时)
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的概念和规律。
2.理解自感系数和互感系数的定义及其物理意义。
3.了解电磁场的物质性。了解磁能密度的概念。在一些简单的对称情况下，能计算磁场中储存的能量。
4.了解涡旋电场、位移电流的概念，以及麦克斯韦方程（积分形式）的物理意义。
5. 了解电磁波的基本性质。
普通物理 II (秋季学期) （48学时）
（一） 振动（4学时）
1. 掌握描述简谐振动的各物理量（特别是相位和能量）的物理意义及相互关系。
2. 掌握旋转矢量图法，并能用以分析有关问题。
3. 掌握简谐振动的基本特征，能建立弹簧振子和单摆谐振的微分方程。能根据给定的初始条件写出一维简谐振动的微分方程，并理解其物理意义。
4. 理解同方向、同频率的两个简谐振动的合成规律以及合振动振幅极大和极小的条件。
5. 了解相互垂直的两个简谐振动的合成结果。
（二） 机械波 （12 学时）
1. 理解机械波产生的条件。掌握根据已知质点的简谐振动方程建立平面简谐波的波动方程的方法，以及波动方程的物理意义，理解波形曲线。
2.了解波的能量传播特征及能流、能流密度的概念。
3. 理解惠更斯原理和波的叠加原理，掌握波的相干条件。能应用相位差和波程差概念分析和确定相干波叠加后振幅加强和减弱。理解驻波及其形成的条件。理解驻波与行波的关系与区别。
4.理解声波的形成，掌握声波和声压的关系
5.掌握声强和声强级的关系
（三）几何光学 (6 学时)
1. 了解几何光学的基本定律和近轴光学成像的分析方法，掌握应用基本定律解决光的直线传播、反射和折射等问题。
2. 掌握平面镜、凸透镜以及凹透镜的成像规律，并能熟练运用成像公式并会运用作图法和成像公式进行分析和求解
3. 理解光的偏振状态、光的起偏和检偏，理解布儒斯特定律和马吕斯定律。
（四） 光的干涉 (4学时)
1. 理解获得相干光方法。
2. 掌握光程的概念以及光程与相位差的关系。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，了解薄膜等倾干涉。
3. 了解迈克尔逊干涉仪的工作原理。
（五） 光的衍射 (6学时)
1. 了解惠更斯——费涅尔原理。
2. 掌握分析单缝夫琅和费衍射暗纹分布规律的方法，会分析缝宽及波长对衍射条纹分布的影响。
3. 理解光栅衍射公式。会确定光栅衍射谱线的位置。会分析光栅常数及波长对光栅衍射谱线分布的影响。
4. 了解光栅及光学仪器的分辨本领。
（六） 波粒二象性 (6学时)
1. 了解基尔霍夫定律及黑体辐射的两个定律，了解普朗克量子假设。
2. 理解光电效应和康普顿效应的实验规律及爱因斯坦的光子理论对这两个效应的解释。理解光的波粒二象性。
3. 了解德布罗意假设，理解实物粒子的波粒二象性。
4. 理解描述物质波动性的物理量（波长、频率）和粒子性的物理量（动量、能量）间的关系。
（七） 量子力学基础 (6学时)
1. 理解氢原子光谱的实验规律，理解一维势阱的意义。
2. 了解波函数及其统计解释。了解一维坐标动量不确定度关系。
3. 了解一维定态的薛定谔方程及态叠加原理。
4. 了解电子的自旋及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。
（八） 激光和半导体 (4学时)
了解激光的形成的机理、激光的特性及其主要应用。了解固体的能带结构，并用能带观点区分导体、半导体和绝缘体。了解本征半导体、N型半导体和P型半导体。
四、授课说明
1. 开课学期：本课程分为上、下两个学期，为期一年。
2. 授课单位：物理学院。
3. 先修课程：微积分或高等数学。
五、课程使用的教材
本课程选用原版美国大学物理经典教材- Sears and Zemansky’s University Physics with Modern Physics (12th Edition), Hugh D. Young, Roger A. Freedman, 机械工业出版社，2011年6月
课程负责人： 胡晶晶
主管部门负责人： 于长水
2024年1月
