《物理》(预科) 教学大纲
(学分8 学时128)
一、 课程说明
本课程是少数民族预科班学生必修的公共基础课,是考试课。它的任务是通过向学生介绍物质的基本结构、相互作用以及物质最基本、最普遍的运动规律,培养学生科学的世界观,提高学生的科学素质,为学生学习后继相关课程,从事科学研究和科学技术工作打下基础。
二、 课程目标(需对应于本专业2021级培养方案中的毕业生能力进行细化分解)
通过大学物理课程教学,应培养学生以下能力:
1. 独立获取知识的能力——逐步掌握科学的学习方法,不断地扩展知识面,增强独立思考的能力,更新知识结构;能够写出条理清晰的读书笔记、小结或小论文。
2.科学观察和思维的能力——运用物理学的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的能力,并对所涉问题有一定深度的理解,判断研究结果的合理性。
3.分析问题和解决问题的能力——根据物理问题的特征、性质以及实际情况,抓住主要矛盾,进行合理的简化,建立相应的物理模型,并用物理语言和基本数学方法进行描述,运用所学的物理理论和研究方法进行分析、研究。
4、理论联系实际的能力——能将所学物理知识运用到对现实生活中的某些现象、过程中,趋利避害或加以创新。
5.了解物理学发展的前沿和新动向,拓展自己的知识结构。
三、 教学内容、基本要求与学时分配
序号 | 教学内容 | 教学要求 | 学时 | 教学方式 | 对应能力 |
| 数学预备知识 |
| 8 |
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1 |
| 1. 初步掌握矢量定义及相关运算。 2. 明确求导在物理课中的作用,初步掌握导数定义及常用简单函数的导数,会利用函数的和、差、积、商的求导法则求略复杂的函数导数。 3. 明确积分在物理课中的作用,会利用积分的性质,计算简单函数的积分。 |
| 讲授 | 2、3 |
| 力学 |
| 36 |
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2 | 一、质点运动学 1.质点运动的描述 2.相对运动 | 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。 | 8 | 讲授 | 1、2、3、4 |
3 | 二、质点和质点系动力学 1.牛顿运动定律及其应用、变力作用下的质点动力学基本问题 3.质点与质点系的动量定理和动量守恒定律 5.变力的功、动能定理、保守力的功、势能、机械能守恒定律 | 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。 | 16 | 讲授 | 1、2、3、4、5 |
4 | 三、刚体的转动 1.刚体定轴转动定律、转动惯量 2.刚体转动中的功和能 3.质点、刚体的角动量、角动量守恒定律 | 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 | 12 | 讲授 | 1、2、3、4、5 |
| 振动和波动 |
| 20 |
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5 | 一、振动 1.简谐运动的基本特征和表述、振动的相位、旋转矢量法 2.简谐运动的动力学方程 3.简谐运动的能量 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、极小的条件。掌握简谐振动的能量。 | 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。 | 8 | 讲授 | 2、3、4 |
6 | 二、波动 1.机械波的基本特征、平面简谐波波函数。 2.波的能量、能流密度。 3.惠更斯原理、波的衍射 4.波的叠加、驻波、相位突变。 5.机械波的多普勒效应。 6.声波、超声波和次声波;声强级。 | 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。 | 12 | 讲授 | 2、3、4 |
| 电磁学 |
| 42 |
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7 | 一、静电场和恒定电场 1.库仑定律、电场强度、电场强度叠加原理及其应用 2.静电场的高斯定理。 3.电势、电势叠加原理 4.电场强度和电势的关系、静电场的环路定理 5.导体的静电平衡 6.电介质的极化及其描述 7.有电介质存在时的电场 8.电容 9.电场的能量 10.恒定电流、电流密度和电动势 | 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。 | 18 | 讲授 | 1、2、3、4、5 |
8 | 二、稳恒磁场 1.磁感应强度:毕奥—萨伐尔定律、磁感应强度叠加原理 2. 恒定磁场的高斯定理和安培环路定理 3. 安培定律 4. 洛伦兹力 5. 物质的磁性、顺磁质、抗磁质、铁磁质 6. 有磁介质存在时的磁场 | 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。了解介质中的安培环路定理。 | 14 | 讲授 | 1、2、3、4 |
9 | 三、电磁感应 1. 法拉第电磁感应定律 2. 动生电动势和感生电动势、涡旋电场 3. 自感和互感 4.磁场的能量 5.电磁波的产生及基本性质 | 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.了解电磁波的基本性质 | 10 | 讲授 | 2、4、5 |
| 波动光学 |
| 22 |
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10 | 一、光的干涉 1.光源、光的相干性 2.光程、光程差的概念 3.分波阵面干涉 4.分振幅干涉 5.迈克耳孙干涉仪 6. 光的空间相干性和时间相干性 | 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。 | 8 | 讲授 | 1、2、4、5 |
11 | 二、光的衍射 1.惠更斯-菲涅耳原理 2.夫琅禾费单缝衍射 3.光栅衍射 4.光学仪器的分辨本领 5. 晶体的X射线衍射 | 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。 | 8 | 讲授 | 1、2、4、5 |
12 | 三、光的偏振 1.光的偏振性、马吕斯定律 2.布儒斯特定律 3.光的双折射现象 4.偏振光干涉和人工双折射 | 1.理解光的偏振状态、光的起偏和检偏。 2.理解布儒斯特定律和马吕斯定律。 3.了解双折射现象,了解圆偏振光、椭圆偏振光以及获得方法 | 6 | 讲授 | 1、2、4、5 |
二、 其它教学环节
三、 授课说明
1. 开课学期:秋季。
2. 授课单位:物理学院。
3. 适用专业:少数民族预科班。
4. 先修课程:
四、 教材和参考书
a) 使用教材
于杰 编著. 《基础物理学(第一版)》. 大连理工大学出版社,2022
b) 主要参考书
1. 余虹 主编. 大学物理学(第四版). 科学出版社,2017
2. 程守洙 主编. 普通物理学(第七版).高等教育出版社,2016
3. 祝之光 编著. 《物理学(第四版)》. 高等教育出版社,2018
制 定 者:于杰
课程负责人:于杰
专业负责人:李雪春
主管副部(院)长:于长水
2021年 3 月