大学物理课程教学大纲.doc

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（2004年制定，2006年修定）
课程编号：200189
英 文 名：
课程类别：学科基础课
前 置 课：高等数学
后 置 课：
学 分：5
课 时：90
主讲教师：温吉华，程绪铎，梁勇，唐福元
选定教材：马文蔚主编，物理学教程，北京：高等教育出版社，2003年，
梁勇编《大学物理实验讲义》，2004年
课程概述：
物理学是研究物质世界中最普遍、最基本的运动形式及其规律的科学。它是许多自然科学和工程技术的基础。在高等院校工学院中，大学物理是一门重要的必修基础课。它可以使学生对物理学的基本概念、基本原理和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，其中实验30课时。
本教学大纲适用于应用化学专业。
教学目的：
通过本课程的学习，使学生在科学实验能力、运算能力和抽象思维能力等方面受到初步严格的训练；使学生熟悉物理学的基本思想方法，培养学生分析问题和解决问题的能力；正确认识物理基本理论的建立和发展过程，为学生学习专业知识和近代科学技术打下必要的物理基础。

教学方法：
本课程理论教学内容采用多媒体授课。以讲授为主，并辅助以课堂讨论。布置一定的课后作业。
本课程实验教学在实验室进行，以学生自己动手操作为主，独立完成实验和报告。辅以教师讲解、示范、巡视指导等。

各章教学要求及教学要点（理论教学部分）
第一章 质点运动学
课时分配：5 课时
教学要求：
掌握位矢、位移、速度、加速度、角速度、角加速度等描述质点运动和位置变化的物理量。位矢、位移、速度、加速度在直角坐标系下的表示只限于二维情形，并在直角坐标系下由质点的二维形式的运动方程求速度和加速度，以及由质点的二维形式的加速度求速度和运动方程。能计算质点作圆周运动时的角速度、角加速度、切向加速度和法向加速度，了解相对运动概念及伽利略变换。
教学内容：
第一节 质点运动的描述
一、参考系 质点
二、位置矢量 运动方程 位移
三、速度
四、加速度
第二节 加速度为恒矢量时的质点运动
一、a为恒矢量时质点的运动方程
二、斜抛运动
第三节 圆周运动
一、平面极坐标
二、圆周运动的角速度
三、圆周运动的切向加速度和法向加速度 角加速度
四、匀速率圆周运动与匀变速率圆周运动
第四节 相对运动
一、时间与空间
二、相对运动
思考题：
1、已知质点的运动方程为，有人说其速度和加速度分别为

其中。你说对吗？
2、一质点作匀速率圆周运动，取其圆心为坐标圆点。试问：质点的位矢与速度、位矢与加速度、速度与加速度的方向之间有何关系？
3、 下列说法是否正确：
（1）质点作圆周运动时的加速度指向圆心；
（2）匀速圆周运动的加速度为恒量；
（3）只有法向加速度的运动一定是圆周运动；
（4）只有切向加速度的运动一定是直线运动。

第二章 牛顿定律
课时分配：3课时
教学要求：
掌握牛顿运动三定律及适用条件。能用微积分方法求解二维变力作用下的简单质点动力学问题。
教学内容：
第一节 牛顿定律
一、牛顿第一定律
二、牛顿第二定律
三、牛顿第三定律
第二节 物理量的单位和量纲
第三节 几种常见的力
一、万有引力
二、弹性力
三、摩擦力
第四节 牛顿定律的应用举例
思考题：
1、 一车辆沿弯曲公路运动。试问作用在车辆上的力的方向是指向道路的外侧，还是指向道路的内侧？
2、 一人站在电梯中的磅秤上，在什么情况下，他的视重为零？在什么情况下，他的视重大于他在地面上的体重？

第三章 动量守恒定律和能量守恒定律
课时分配：7课时
教学要求：
掌握功的概念，能计算直线运动情况下变力的功；理解保守力作功的特点及势能概念；会计算重力、弹性力势能，并了解万有引力势能形式；掌握动能定理并能用其分析解决质点在平面内运动时的简单动力学问题；掌握机械能守恒定律（限于两质点构成的系统）；掌握质点系的动量定理和动量守恒定律（限于两质点构成的系统）；并能用它们分析解决质点在平面内运动时的简单力学问题；掌握力矩、质点角动量概念和质点系角动量守恒定律，并能计算较简单问题。
教学内容：
第一节 质点和质点系的动量定理
一、冲量 质点的动量定理
二、质点系的动量定理
第二节 动量守恒定律
第三节 动能定理
一、功
二、质点的动能定理
第四节 保守力与非保守力 势能
一、万有引力、重力、弹性力作功的特点
二、保守力与非保守力 保守力作功的数学表达式
三、势能
四、势能曲线
第五节 功能原理 机械能守恒定律
一、质点系的动能定理
二、质点系的功能原理
三、机械能守恒定律
四、宇宙速度
第六节 能量守恒定律
第七节 经典力学的成就和局限性
一、经典力学只使用于处理物体的低速运动问题，而不能用于处理高速运动问题
二、确定性与随机性
三、能量的连续性与能量量子化
思考题：
1、 一人在帆船上用电动鼓风机正对帆鼓风，帆船是前进，还是后退？为什么?
2、 人从大船上容易跳上岸，而从小舟上则不容易跳上岸了，这是为什么？
3、 质点的动量和动能是否与惯性系的选取有关？功是否与惯性系有关？质点的动量定8和动能定理与惯性系有关？请举例说明

第四章 刚体的转动
课时分配：5 课时
教学要求：
掌握转动惯量概念并会计算转动惯量，掌握刚体定轴转动定律。理解刚体的角动量定理及角动量守恒定律。能计算质点和刚体所组成系统的动力学问题。
教学内容：
第一节 刚体的定轴转动
一、刚体转动的角速度与角加速度
二、匀变速转动公式
三、角量与线量的关系
第二节 力矩 转动定律 转动惯量
一、力矩
二、转动定律
三、转动惯量
第三节 角动量 角动量守恒定律
一、质点的角动量定理和角动量守恒定律
二、刚体定轴转动的角动量定理和角动量守恒定律
第四节 力矩作功 刚体绕定轴转动的动能定理
一、力矩作功
二、力矩的功率
三、转动动能
四、刚体绕定轴转动的动能定理
思考题：
1、 如果一个刚体所受合外力为零，其合力矩是否也一定为零？如果刚体所受合外力矩为零，其合外力是否也一定为零？
2、 如果一个质点系的总角动量等于零，能否说此质点系中每一个质点都是静止的？如果一个质点系的总角动量为一常量，能否说作用在质点系上的合外力为零？
3、下面几个物理量中，哪些与原点的选择有关，哪些与原点的选择无关：（1）位矢，（2）位移，（3）速度，（4）角动量

第五章 热力学基础
课时分配：5课时
教学要求：
掌握理想气体状态方程及功、热量、内能的概念，理解准静态过程，掌握热力学第一定律，理解理想气体内能及定容摩尔热容、定压摩尔热容。能分析、计算理想气体等容、等压、等温过程和绝热过程中的功、热量、内能的改变量；能计算卡诺循环等简单循环的效率及致冷系数。了解热力学第二定律的开尔文表述及克劳修斯表述。了解可逆及不可逆过程。
教学内容：
第一节 气体的动态参量 平衡态 理想气体物态方程
一、气体的物态方程
二、p、V、T的单位
三、平衡态
四、理想气体物态方程
第二节 准静态过程 功 热量
一、准静态过程
二、功
三、热量
第三节 内能 热力学第一定律
一、内能
二、热力学第一定律
第四节 理想气体的等体过程和等压过程 摩尔热容
一、等体过程 定体摩尔热容
二、等压过程 定压摩尔热容
三、比热容
第五节 理想气体的等温过程和绝热过程
一、等温过程
二、绝热过程
三、绝热线和等温线
第六节 循环过程 卡诺循环
一、循环过程
二、热机和致冷机
三、卡诺循环
第七节 热力学第二定律的表述
一、热力学第二定律的两种表述
二、可逆过程与不可逆过程
思考题：
1、 一系统能否吸收热量，仅使其内能变化？一系统能否吸收热量，而不使其内能变化？
2、 有人说，因为在循环过程中系统对外作的净功在数值上等于p-V图中封闭曲线所包围的面积，所以封闭曲线包围的面积越大，循环效率就越高。对吗？
3、 等温膨胀时，系统吸收的热量全部用来作功，这和热力学第二定律有没有矛盾？为什么？

第六章 气体动理论
课时分配：5课时
教学要求：
了解气体分子热运动的图象。理解理想气体的压强公式和温度公式。了解理想气体模型及推导压强公式的基本思想和方法。从宏观上和统计意义上理解压强、温度概念。了解速率分布函数的意义及麦克斯韦速率分布律。对于给定速率分布函数会计算气体分子出现在某一速率区间的概率及分子数。了解速率分布函数曲线的物理意义。了解气体分子热运动的最可几速率、算术平均速率和方均根速率。理解气体分子的平均能量按自由度均分定理。掌握理想气体刚性分子的平均能量、平均平动动能、平均转动动能的概念。会应用该定理计算理想气体的定容热容、定压热容和内能。了解气体分子平均碰撞频率及平均自由程的概念。
教学内容：
第一节 物质的微观模型 统计规律性
一、分子的数密度和线度
二、分子力
三、分子热运动的无序性和统计规律性
第二节 理想气体的压强公式
一、理想气体的微观模型
二、理想气体的压强公式
第三节 理想气体分子的平均平动动能与温度的关系
第四节 能量均分定理 理想气体内能
一、自由度
二、能量均分定理
三、理想气体的内能和摩尔热容
四、固体热容
第五节 麦克斯韦气体分子速率分布率
一、麦克斯韦气体分子速率分布率
二、三种统计速率
第六节 分子平均碰撞次数和平均自由程
思考题：
1、 为什么说温度具有统计一义？讲一个分子具有多少温度，行吗？
2、 若某气体分子的自由度是i，能否说每个分子的能量都等于
3、 一定量的气体，容积不变，当温度增加时，分子运动更加剧烈，因而平均碰撞次数增多。试问，平均自由程是否也因此而减小？

第七章 静电场
课时分配：7课时
基本要求：
掌握库仑定律、电场强度、电场强度叠加原理、高斯定理、静电场的环路定理、电势及电势叠加原理，能计算一些简单带电体的电场强度和电势。了解电偶极子及电偶极矩的概念。
教学内容：
第一节 电荷的量子化 电荷守恒定律
一、电荷的量子化
二、电荷守恒定律
第二节 库仑定律
第三节 电场强度
一、静电场
二、电场强度
三、点电荷的电场强度
四、电场强度叠加原理
五、电偶极子的电场强度
第四节 电场强度通量 高斯定理
一、电场线
二、电场强度通量
三、高斯定理
四、高斯定理应用举例
第五节 静电场的环路定理 电势能
一、静电场力所作的功
二、静电场的环路定理
三、电势能
第六节 电势
一、电势
二、点电荷电场的电势
三、电势的叠加原理
第七节 电场强度与电势梯度
一、等势面
二、电场强度与电势梯度
思考题：
1、在电场中某一点的电场强度定义为E=F/q0.若该点没有试验电荷，那么该点的电场强度又如何？为什么？
2、在电场中，电场强度为零的点，电势是否一定为零？电势为零的点，电场强度是否一定为零？试举例说明。
3、若穿过一闭合曲面的电场强度通量不为零，是否在此闭合曲面的电场强度一定处处不为零？

第八章 静电场中的导体与电介质
课时分配：5课时
基本要求：
理解导体静电平衡条件及平衡状态下的性质、电位移以及有介质时的高斯定理。了解电容及电场能量密度的概念。了解电容器串、并联公式。
教学内容：
第一节 静电场中的导体
一、静电平衡条件
二、静电平衡时导体上电荷的分布
三、静电屏蔽
第二节 静电场中的电介质
一、电介质对电场的影响 相对电容率
二、电介质的极化
三、电极化强度
四、电介质中的电场强度 极化电荷与自由电荷的关系
第三节 电位移 有电介质时的高斯定理
第四节 电容 电容器
一、孤立导体的电容
二、电容器
三、电容器的并联和串联
第五节 静电场的能量 能量密度
一、电容器的电能
二、静电场的能量 能量密度
思考题：
1、将一个带电小金属球与一个不带电的大金属球相接触，小球上的电荷会全部转移到大球上去吗？
2、电介质的极化现象和导体的静电感应现象有什么区别？
3、把两个电容各为C1和C2的电容器串联后进行充电，然后断开电源，把它们改成并联，问它们的电能是增加还是减少？为什么

第九章 恒定电流
课时分配：1课时
基本要求：
掌握电流、电流密度、电阻率、电动势的概念，掌握欧姆定律的微分形式、全电路欧姆定律。
教学内容：
第一节 电流 电流密度
一、电流
二、电流密度
第二节 电阻率 欧姆定律的微分形式
一、电阻率
二、欧姆定律的微分形式
第三节 电动势 全电路欧姆定律
一、电动势
二、全电路欧姆定律
思考题：1 在导体中，电流密度不为零（既j≠0）地方，电荷体密度ρ可否等于零？
2 在什么情况下，电池的端电压可以超过它的电动势？
第十章 稳恒磁场
课时分配：6课时
基本要求：
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。理解磁场高斯定理和安培环路定理及用安培环路定理计算磁感应强度的条件和方法。理解安培定律。了解磁矩的概念。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在无限长直载流导线产生的非均匀磁场中所受的力和力矩。理解洛沦兹力。了解霍尔效应。能分析点电荷在均匀电磁场中的受力和运动。
教学内容：
第一节 磁场 磁感强度
第二节 毕奥-萨伐尔定律
一、毕奥-萨伐尔定律
二、毕奥-萨伐尔定律应用举例
三、磁偶极矩
四、运动电荷的磁场
第三节 磁通量 磁场的高斯定理
一、磁感线
二、磁通量 磁场的高斯定理
第四节 安培环路定理
一、安培环路定理
二、安培环路定理的应用举例
第五节 带电粒子在电场和磁场中的运动
一、带电粒子在电场和磁场中所受的力
二、带电粒子在磁场中的运动举例
三、带电粒子在电场和磁场中的运动举例
第六节 载流导线在磁场中所受的力
第七节 磁场对载流线圈作用的力矩
思考题：
1、 你能说出一些有关电流元Idl激发磁场dB与电荷元激发电场dE有何异同吗？
2、 在磁场中，若穿过某一闭合曲面的磁通量为零，那么，穿过另一非闭合曲面的磁通量是否也为零呢？
3、 安培定律dF=Idl×B中的三个矢量，哪两个矢量始终是正交的？哪两个矢量之间可以有任意角度？

第十一章 电磁感应 电磁场
课时分配：5课时
基本要求：
理解电动势的概念。掌握法拉第电磁感应定律。理解动生电动势及感生电动势的本质。掌握在均匀磁场中的动生电动势及在无限长直载流导线的磁场中平动或转动的直导线的动生电动势的计算方法。了解涡旋电场。会用法拉第电磁感应定律求解无限长柱形区域内均匀变化磁场中的感生电动势及感生电场。了解自感系数和互感系数。会计算较简单情形的自感与互感；了解磁能密度的概念。了解位移电流的概念和麦克斯韦方程组积分形式及其物理意义。
教学内容：
第一节 电磁感应定律
一、电磁感应现象
二、电磁感应定律
三、楞次定律
第二节 动生电动势和感生电动势
一、动生电动势
二、感生电动势
三、涡电流
第三节 自感和互感
一、自感电动势 自感
二、互感电动势 互感
第四节 磁场的能量 磁场能量密度
第五节 位移电流 电磁场基本方程的积分形式
一、位移电流 全电流安培环路定理
二、电磁场 麦克斯韦电磁场方程的积分形式
思考题：
1、如图所示铜棒在均匀磁场中作下列各种运动，试问在哪种运动中的铜棒上会产生感应电动势？其方向怎样？设磁感应强度的方向铅直向下。（1）铜棒向右平移如图（a）；(2) 铜棒绕通过其中心的轴在垂直于B的平面内转动如图（b）; (3) 铜棒绕通过中心的轴在竖直平面内转动如图（c）。
B
(c)
B
(b)

B
(a)

2、 如果要设计一个自感较大的线圈，应该从那些方面去考虑？
3、试从以下三个方面来比较静电场与有旋电场：（1）产生的原因；（2）电场线的分布；（3）对导体中电荷的作用。

第十二章 振动
课时分配：3课时
基本要求：
掌握描述简谐振动各物理量及各量间的关系。掌握旋转矢量法。掌握简谐振动的基本特征。能建立一维简谐振动的微分方程。能根据初始条件写出一维简谐振动的运动方程。理解同方向、同频率两个简谐振动的合成规律。
教学内容：
第一节 简谐运动
第二节 简谐运动中的振幅 周期 频率和相位
一 振幅
二 周期
三 相位
四 常数A和 Ф的确定
第三节 旋转矢量
第四 节单摆
第五节 简谐运动的能量
第六节 简谐运动的合成
一 两个同方向同频率简谐运动的合成
二 多个同方向同频率简谐运动的合成
三 两个同方向不同频率简谐运动的合成
思考题：
1、 指出在弹簧振子中，物体处在下列位置时的位移、速度、加速度和所受到的弹性力数值和方向：（1）正方向的端点；（2）平衡位置且向负方向运动；（3）平衡位置且向正方向运动；（4）负方向的端点。
2、 作简谐运动的弹簧振子，当物体处于下列情况时，在速度、加速度、动能、弹簧势能等物理量中，哪几个达到最大值，哪几个为零？（1）通过平衡位置时；（2）达到最大位移时。

第十三章 波动
课时分配：3课时
基本要求：
掌握描述简谐波的各物理量及各量间的关系。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函数的物理意义。理解波形曲线。了解波的能量传播特征及能流、能流密度概念。了解惠更斯原理和波的叠加原理。理解波的相干条件，能应用相位差和波程差分析、确定相干波叠加后振幅加强和减弱的条件。理解驻波及其形成条件。了解驻波和行波的区别。
教学内容：
第一节 机械波的几个概念
一 机械波的形成
二 横波与纵波
三 波长 波的周期和频率 波速
四 波线 波面 波前
第二节 平面简谐波的波函数
一 平面简谐波的波函数
二 波函数的物理含义
三 波动微分方程
第三节 波的能量
一 波动能量的传播
二 能流和能流密度
第四节 惠更斯原理
第五节 波的干涉
一 波的叠加原理
二 波的干涉
思考题：
1、 当波从一种介质进入另一种介质时，机械波的波长、频率、周期和波速四个量中，哪些量是不变的？
2、 怎样理解“半波损失”？

各部分教学要求及教学要点（实验教学部分）：
实验一 长度的测量
课时分配：3 课时
教学要求：
掌握误差概念及误差计算方法；掌握游标原理、学好正确使用游标卡尺；了解螺旋测微器的结构和原理，学会正确使用螺旋测微器的方法。
思考题：
螺旋测微计上的棘轮有什么用处？没有它将会什么样的后果？

实验二 测规则物体的密度
课时分配：3 课时
教学要求：
掌握测定规则物体密度的一种方法；学习使用物理天平的方法；巩固使用游标卡尺和螺旋测微计的有关知识；练习有效数字的运算。
思考题：
你能设计一个测定不规则形状物体密度的实验吗？

实验三 重力加速度的测定
（综合性性实验）

课时分配：3 课时
教学要求：
通过重力加速度的测定，进一步明确匀加速直线运动中S、a、及t三者的关系。学习使用重力加速度测试仪和数字毫秒计的方法。
思考题：
分析本实验产生误差的主要原因。

实验四 用三线摆测定物体的转动惯量
（综合性性实验）

课时分配：3 课时
教学要求：
掌握用三线摆来测定物体转动惯量的实验方法。
思考题：
如何使待测圆环与悬盘同轴？ 为什么必须强调两者的同轴？

实验五 混合法测比热
（综合性性实验）
课时分配：3 课时
教学要求：
掌握用混合法测固体物质比热的方法；巩固对物理天平的使用知识。
思考题：
混合法测比热实验成立的条件是身什么？本实验中采取了那些具体措施来保证的？还有那些不完善之处？

实验六 用模拟法测绘静电场
（综合性性实验）

课时分配：3 课时
教学要求：
掌握用模拟静电场测绘仪测绘静电场的原理和方法；了解静电场的等势面与电场线的分布。
思考题：
如果同心球与同轴柱面的内、外半经分别相等，它们的横截面的模拟电场是非完全一样？即两个分布图中，电势相等的等势圆，其半经是否相等，为什么？

实验七 电表的改装
（综合性性实验）

课时分配：3 课时
教学要求：
学习将微安表改装为毫安表和将微安表改装为电压表的原理与方法；
思考题：
如果在开始时，电阻箱的阻值Rt取小了，会出现什么情况？

实验八 惠斯登电桥
（综合性性实验）
课时分配：3 课时
教学要求：
掌握惠斯登电桥的的原理与使用方法；用惠斯登电桥测电阻的阻值。
思考题：
在实验中，滑线变阻器R起什么作用？为什么在开始时要把阻值调到最大尔后又要逐渐降为零？

实验九 测定载流直螺线管轴线上的磁感应强度
（综合性性实验）
课时分配：3 课时
教学要求：
掌握载流直螺线管轴线上的磁场分布规律；了解霍尔效应与霍尔元件；学会使用集成霍尔传感器测量磁感应强度的原理和方法。
思考题：
本实验中采用补偿法的目的是什么？
实验十 霍尔效应
（综合性性实验）
课时分配：3 课时
教学要求：
了解霍尔效应的基本原理；学习用霍尔效应测量磁场和消除霍尔元件副效应的方法。
思考题：
在测量B—IM =0时仍有较小的霍尔电压，这是为什么？

附录： 参考书目
1 廖耀发，大学物理教程（上、下册）［M］. 武汉: 武汉大学出版社，2002
2 廖耀发，大学物理学习指导［M］. 武汉: 武汉大学出版社，2002
3 陆果，基础物理学（上、下卷）［M］. 北京：高等教育出版社,1997
4 程守洙，普通物理学［M］. 北京：高等教育出版社，2001
5 张三慧，大学物理学［M］. 北京：清华大学出版社，2002
6 杨述武主编。普通物理实验。北京：高等教育出版社，1992
7 沈元华，陆申龙主编，基础物理实验，北京：高等教育出版社，2003

执笔人：程绪铎　2006年7月
审定人：温吉华　2006年7月　
院（系部）负责人：杨国峰　2006年7月

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