《大学物理学》A教学大纲The syllabus of CollegePhysics A一、课程基本情况Course information课程名称：《大学物理学》ACourse title: College Physics A课程编号：Course code课程总学时：168（其中，讲课168）Course duration: 168 lessons. (Contact 168)课程学分：10.5Credits: 10.5课程分类：必修Cousecasifieatiorquiedcour开课学期：春季+秋季Semester: Spring and fall开课单位：理学院应用物理系Open course Unit:Applied physics department, College ofScience适用专业：信息电气、资源环境等理科类MajorsInformationandelectricalengineringReourcesandenvironmentalsciences所需先修课：高等数学Prerequisite Courses:Advanced mathematics课程负责人：戴允祁铮Instructo二、课程内容简介物理学是自然科学的核心，是技术创新的源泉。物理学中不仅蕴涵着先进生产力，同时也蕴涵着先进文化，对人类的未来将起着决定性的作用。新的“基本要求”明确指出“大学物理课程在为学生系统地打好必要的物理基础，培养学生树立科学的世界观，增强学生分析问题和解决问题的能力，培养学生的探索精神和创新意识等方面，具有其他课程不能替代的重要作用。本该程的任务为：①培养学生的科学素质，帮助学生正确地认识世界，并掌握正确的认识方法，帮助学生建立科学的世界观、自然观和发展观。②以创新教育为中心，激发创新精神，强化创新意识，加强创新基础，培养学生的创新能力。③提高学生自己获取知识的能力，为后续课程的学习、终身教育和长远发展打好
1 1 《大学物理学》A 教学大纲 The syllabus of College Physics A 一、课程基本情况 Course information 课程名称：《大学物理学》A Course title: College Physics A 课程编号： Course code: 课程总学时： 168 (其中，讲课 168 ) Course duration: 168 lessons. (Contact 168) 课程学分：10.5 Credits: 10.5 课程分类： 必修 Course classification: required course 开课学期： 春季+秋季 Semester: Spring and fall 开课单位： 理学院 应用物理系 Open course Unit: Applied physics department, College of Science 适用专业：信息电气、资源环境等理科类 Majors: Information and electrical engineering; Resources and environmental sciences, etc 所需先修课：高等数学 Prerequisite Courses: Advanced mathematics. 课程负责人：戴允玢 祁铮 Instructor: 二、课程内容简介 物理学是自然科学的核心，是技术创新的源泉。物理学中不仅蕴涵着先进生 产力，同时也蕴涵着先进文化，对人类的未来将起着决定性的作用。新的“基本 要求”明确指出“大学物理课程在为学生系统地打好必要的物理基础，培养学 生树立科学的世界观，增强学生分析问题和解决问题的能力，培养学生的探索 精神和创新意识等方面，具有其他课程不能替代的重要作用。” 本该程的任务为：①培养学生的科学素质，帮助学生正确地认识世界，并掌 握正确的认识方法，帮助学生建立科学的世界观、自然观和发展观。②以创新教 育为中心，激发创新精神，强化创新意识，加强创新基础，培养学生的创新能力。 ③提高学生自己获取知识的能力，为后续课程的学习、终身教育和长远发展打好
2基础。著名物理学家K.T.康普顿在20世纪30年代担任麻省理工学院校长时说：“没有第一流的理学院，就没有第一流的工学院”。他在任内建立了理学院和研究生院，使该校成为世界一流学府。本课程是为物理学的知识、思想、方法需求较多的专业准备的，除了对经典部分加深外，增加了大量近些年的物理学成果内容。例如：微观粒子、夸克、超弦，天体宇宙、黑洞、宇宙大爆炸、暗物质，非线性、非平衡态，量子纠缠等….都纳入教学内容。Course descriptionPhysics is the core of natural science and the foundation of technology innovation, and willdominateadvancedproductivityandscaDouhasp clearly that college physicsya1Simportant that it can't be replaced by any other courses in terms of helping students lay thefoundation systematicallyforPhysics,form scientific worldview,enhance their ability to analyzeand solve problems and inspire their explored and innovated spirit.Thetasks of this couare:to enable students gain scientific spirit,help students knowtheworld correctly and master the right method, help students form scientific worldview,naturaiewanddeview.②toinspirhanceinnovated spirit,stabilizeinnovationon innovation education, @tooundanoatingabilityofstudents,basingimprove students ability to obtain knowledge by themselves so that they can ground for theircontinuous course,all-life education and development in thefutureWhere there is no top-ranking college of science,there is no top-ranking college oftechnology"ident of the"saidK.TCompton.theprominentAmericanphysicist.whenhMassacute of Technology (1930-1948),. He built college ttsInstitunand graduschool in the institute in his tour of duty and made it be the top-ranking institute all over the world.Thistypicallyfferedtomethod of phys, muchachievementn the field of physicdesclaaDnsin recent years were added in this course, such as microscopic particles, quarks, super string theory,heavenly bodies, black holes, the big bang, dark materials, non-linear, non-equilibrium states,quantum entanglement, eto三、各部分教学纲要第一部分力学18学时（一）质点运动学1.内容力学系统与外界：系统、外界、子系统。时间与空间；国际单位制与量纲；物理模型、质点、质量；参照系与坐标系；位移、速度、加速度失量；法向加速
2 2 基础。 著名物理学家 K.T.康普顿在 20 世纪 30 年代担任麻省理工学院校长时说： “没有第一流的理学院，就没有第一流的工学院”。他在任内建立了理学院和研 究生院，使该校成为世界一流学府。 本课程是为物理学的知识、思想、方法需求较多的专业准备的，除了对经典 部分加深外，增加了大量近些年的物理学成果内容。例如：微观粒子、夸克、超 弦，天体宇宙、黑洞、宇宙大爆炸、暗物质，非线性、非平衡态，量子纠缠等. 都纳入教学内容。 Course description Physics is the core of natural science and the foundation of technology innovation, and will dominate the future of humankind from which we can find both advanced productivity and advanced culture. New “basic requirements” has pointed out clearly that college physics is so important that it can’t be replaced by any other courses in terms of helping students lay the foundation systematically for Physics, form scientific worldview, enhance their ability to analyze and solve problems and inspire their explored and innovated spirit. The tasks of this course are: ①to enable students gain scientific spirit, help students know the world correctly and master the right method, help students form scientific worldview, natural view and development view. ② to inspire and enhance innovated spirit, stabilize innovation foundation and cultivate the innovating ability of students, basing on innovation education, ③to improve students ability to obtain knowledge by themselves so that they can ground for their continuous course, all-life education and development in the future. “Where there is no top-ranking college of science, there is no top-ranking college of technology”, said K.T. Compton, the prominent American physicist, when he was president of the Massachusetts Institute of Technology (1930-1948). He built college of science and graduate school in the institute in his tour of duty and made it be the top-ranking institute all over the world. This course is typically offered to science majors who need much knowledge, idea and method of physics. Besides classical physics, much research achievements in the field of physics in recent years were added in this course, such as microscopic particles, quarks, super string theory, heavenly bodies, black holes, the big bang, dark materials, non-linear, non-equilibrium states, quantum entanglement, etc. 三、各部分教学纲要 第一部分 力学 18 学时 (一) 质点运动学 1. 内容 力学系统与外界：系统、外界、子系统。时间与空间；国际单位制与量纲； 物理模型、质点、质量；参照系与坐标系；位移、速度、加速度矢量；法向加速
度与切向加速度；相（q，p），质点系，连续介质，位置状态，运动状态，自由度；相对运动；天体运动；运动的叠加原理：质点作圆周运动的角速度、角加速度；伽利略坐标变换。2.基本要求1)理解建立理想模型在研究问题上的重要性2)掌握位置失量、速度失量、加速度失量等物理量的概念，加深对运动的失量性、瞬时性和相对性的理解。3)掌握参照系和坐标系的选择，用矢量分解的方法处理平面内运动的速度和加速度4)理解建立简单的运动方程的方法。5)理解两个以恒定速度相对运动的参照系之间的伽利略变换6）理解国际单位制与量纲的概念与应用。7)了解力学系统与外界：系统、外界、子系统；时间与空间；相（q，p)，质点系，连续介质，位置状态，运动状态，自由度；天体运动等概念8）通过课堂讲解和习题练习，使学生逐步学会利用简单函数的微分和积分方法来解决物理问题（二）对称与守恒1.内容牛顿三定律及其适用条件；牛顿定律的应用；非惯性系；直线运动下变力的功；保守力；势能；动能定理和功能原理；机械能守恒定律及其适用条件；质心运动定理；变力的冲量；动量及动量定理；动量守恒定律及其适用条件；刚体定轴转动；角速度及角加速度；力矩；转动惯量；转动定律；转动动能；角动量；角动量守恒定律；对称、对称的破缺、对称与守恒；拉哥郎日函数、哈密顿函数、正则方程：刚体平面平行运动、进动、纯滚动。2.基本要求1）掌握牛顿三定律及其适用条件；掌握分析物体受力的方法和隔离体法，以及牛顿二定律的切向、法向投影式。理解惯性参考系、伽利略相对性原理、惯性力、科里奥利力的概念。2）掌握质点的动量定理、质点系的动量定理、动量守恒定律。了解变质量问题、火箭飞行问题3）掌握质点的动能定理、质点的势能、质点系的功能原理、机械能守恒定律。了解力学量的连续性、力学量的守恒定律、势能梯度、势阱和势垒4）掌握质点的角动量定理、质点系的角动量定理、角动量守恒定律。掌握质心、质心运动定理。了解对称、对称的破缺、对称与守恒
3 3 度与切向加速度；相（q，p），质点系，连续介质，位置状态，运动状态,自由度； 相对运动；天体运动；运动的叠加原理：质点作圆周运动的角速度、角加速度； 伽利略坐标变换。 2.基本要求 1)理解建立理想模型在研究问题上的重要性. 2)掌握位置矢量、速度矢量、加速度矢量等物理量的概念,加深对运动的矢 量性、瞬时性和相对性的理解。 3)掌握参照系和坐标系的选择,用矢量分解的方法处理平面内运动的速度和 加速度. 4)理解建立简单的运动方程的方法。 5)理解两个以恒定速度相对运动的参照系之间的伽利略变换. 6) 理解国际单位制与量纲的概念与应用。 7)了解力学系统与外界：系统、外界、子系统；时间与空间；相（q，p）， 质点系，连续介质，位置状态，运动状态,自由度；天体运动等概念。 8) 通过课堂讲解和习题练习,使学生逐步学会利用简单函数的微分和积分 方法来解决物理问题. (二) 对称与守恒 1. 内容 牛顿三定律及其适用条件；牛顿定律的应用；非惯性系；直线运动下变力的 功；保守力；势能；动能定理和功能原理；机械能守恒定律及其适用条件；质心 运动定理；变力的冲量；动量及动量定理；动量守恒定律及其适用条件；刚体定 轴转动；角速度及角加速度；力矩； 转动惯量； 转动定律；转动动能；角动量； 角动量守恒定律；对称、对称的破缺、对称与守恒；拉哥郎日函数、哈密顿函数、 正则方程；刚体平面平行运动、进动、纯滚动。 2. 基本要求 1) 掌握牛顿三定律及其适用条件;掌握分析物体受力的方法和隔离体法,以 及牛顿二定律的切向、法向投影式。理解惯性参考系、伽利略相对性原理、惯性 力、科里奥利力的概念。 2) 掌握质点的动量定理、质点系的动量定理、动量守恒定律。了解变质量 问题、火箭飞行问题 3）掌握质点的动能定理、质点的势能、质点系的功能原理、机械能守恒定 律。了解力学量的连续性、力学量的守恒定律、势能梯度、势阱和势垒。 4）掌握质点的角动量定理、质点系的角动量定理、角动量守恒定律。掌握 质心、质心运动定理。了解对称、对称的破缺、对称与守恒
415）了解拉哥朗日函数、哈密顿函数、正则方程。6）理解转动惯量的概念和平行轴定理。掌握刚体绕定轴转动的转动定律。7）掌握定轴角动量、定轴角动量定理。掌握刚体在绕定轴转动情况下的角动量守恒定律，并能用定律分析、解决有关力学问题。理解进动、陀螺仪。掌握刚体机械能守恒定律，刚体的功能原理。8）了解刚体平面平行运动的描述、刚体平面平行运动的动力学规律、纯滚动9）能分析和计算力学的综合性简单问题。(三)流体力学1.内容静止流体的压强公式、液体的表面张力、球形液面的附加压强、毛细现象及应用。理想流体、定常流动的概念。理想流体的连续性方程、伯努力方程及其应用。牛顿粘滞定律，泊肃叶公式,斯托克斯公式，层流与湍流（相似准则与雷诺数）。2.基本要求1）理解流体模型、流体的状态、流速场。2）了解质量流量、面积矢量、质量流密度、连续性方程、闭合曲面、守恒定律与连续性方程、稳流、流线、流管、流管上的连续性方程。3）了解理想流体的稳流连续性方程、体流量（流量）、伯努利方程、压强能、动能、势能、能量守恒、应用静压强、小孔流速、流速计4）了解牛顿粘滞定律、层论、粘滞系数、牛顿液体、泊肃叶公式、流速分布、流量、流阻、层流和流、雷诺数、斯托克斯公式、沉降速度、离心机。第二部分 相对论10 学时1.内容爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设；洛仑兹坐标变换；同时性的相对性及长度收缩和时间膨胀；狭义相对论中质量和速度的关系、质量和能量的关系。广义相对论简介。2.基本要求1)了解经典力学的基本原理、经典电磁学理论的基本原理、经典力学与经典电磁学理论的冲突，牛顿力学的时空观和狭义相对论的时空观以及二者的差异。2）理解爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设。理解洛仑兹坐标变换。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概念。3）理解狭义相对论中质量和速度的关系、相对论的动力学方程、相对论中
4 4 5）了解拉哥朗日函数、哈密顿函数、正则方程。 6) 理解转动惯量的概念和平行轴定理。掌握刚体绕定轴转动的转动定律。 7）掌握定轴角动量、定轴角动量定理。掌握刚体在绕定轴转动情况下的角 动量守恒定律,并能用定律分析、解决有关力学问题。理解进动、陀螺仪。掌握 刚体机械能守恒定律，刚体的功能原理。 8) 了解刚体平面平行运动的描述、刚体平面平行运动的动力学规律、纯滚 动 9) 能分析和计算力学的综合性简单问题。 (三)流体力学 1. 内容 静止流体的压强公式、液体的表面张力、球形液面的附加压强、毛细现象及 应用。理想流体、定常流动的概念。理想流体的连续性方程、伯努力方程及其应 用。牛顿粘滞定律，泊肃叶公式,斯托克斯公式，层流与湍流（相似准则与雷诺 数）。 2．基本要求 1) 理解流体模型、流体的状态、流速场。 2）了解质量流量、面积矢量、质量流密度、连续性方程、闭合曲面、守恒 定律与连续性方程、稳流、流线、流管、流管上的连续性方程。 3）了解理想流体的稳流连续性方程、体流量（流量）、伯努利方程、压强 能、动能、势能、能量守恒、应用静压强、小孔流速、流速计。 4）了解牛顿粘滞定律、层论、粘滞系数、牛顿液体、泊肃叶公式、流速分 布、流量、流阻、层流和湍流、雷诺数、斯托克斯公式、沉降速度、离心机。 第二部分 相对论 10 学时 1. 内容 爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设；洛仑兹坐标变换；同时性的相对性及 长度收缩和时间膨胀；狭义相对论中质量和速度的关系、质量和能量的关系。广 义相对论简介。 2. 基本要求 1)了解经典力学的基本原理、经典电磁学理论的基本原理、经典力学与经典 电磁学理论的冲突，牛顿力学的时空观和狭义相对论的时空观以及二者的差异。 2) 理解爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设。理解洛仑兹坐标变换。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概念。 3) 理解狭义相对论中质量和速度的关系、相对论的动力学方程、相对论中
的能量、静能、总能和质量的关系、动量和能量的关系。4）了解相对论的速度合成、负能量、闵可夫斯基四维世界。了解广义相对论的基本假设；广义相对论具有重大的意义；哪些实验证实与支持广义相对论；引力场的时空特性。28学时第三部分热力学与统计物理初步1.内容气体分子热运动图象；理想气体刚性分子模型；理想气体的压强公式和温度公式；内能；平均碰撞频率及平均自由程；麦克斯韦速率分布；最概然速率；算术平均速率和方均根速率；玻尔兹曼能量分布率；气体分子平均能量按自由度均分定理；非平衡态系统；功、热量；准静态过程；热力学第一、第二定律；理想气体等体、等压、等温过程和绝热过程；卡诺循环；热机效率；定压热容和定体热容；可逆和不可逆过程；熵的玻尔兹曼表达式；广义熵；熵与自然观。2.基本要求1）理解气体的状态参量、平衡态、准静态过程、理想气体的状态方程。2）掌握气体分子热运动图象、理想气体刚性分子模型、理想气体的压强公式和温度公式、内能、气体分子平均能量按自由度均分定理。掌握气体分子平均碰撞频率和平均自由程3)了解统计物理量、宏观量、微观量、统计规律、统计分布、等概率假设、热力学概率、最概然分布。4）掌握麦克斯韦速率分布律及速率分布函数和速率分布曲线的物理意义、最可几速率、算术平均速率和方均根速率5)理解玻尔兹曼能量分布律、重力场中微粒按高度的分布、统计规律性与涨落。6）理解非平衡态系统、扩散现象、粘滞现象、热传导现象。7）掌握热力学系统、热力学平衡态、热平衡、状态参量、物态方程。理解热力学过程、弛豫时间、循环过程、准静态过程、P一V图。了解最小熵产生原理、热力学第零定律、温度、温标。3）掌握功、热量、热力学第一定律、态函数、理想气体等体过程、等压过程、等温过程、循环过程、卡诺循环、热机效率、定压摩尔热容和定体摩尔热容。理解准静态绝热过程、多方过程、致冷机、迈耶公式。9）掌握热力学第二定律、开尔文表述、克劳修斯表述、可逆和不可逆过程、卡诺定理、克劳修斯不等式、焰、熵是态函数、热力学第二定律的数学表达式、焰的玻尔兹曼表达式。了解广义熵、熵与能量、信息焰、流、熵与自然观、地
5 5 的能量、静能、总能和质量的关系、动量和能量的关系。 4）了解相对论的速度合成、负能量、闵可夫斯基四维世界。了解广义相对 论的基本假设；广义相对论具有重大的意义；哪些实验证实与支持广义相对论； 引力场的时空特性。 第三部分 热力学与统计物理初步 28 学时 1. 内容 气体分子热运动图象；理想气体刚性分子模型；理想气体的压强公式和温度 公式；内能；平均碰撞频率及平均自由程；麦克斯韦速率分布；最概然速率；算 术平均速率和方均根速率；玻尔兹曼能量分布率；气体分子平均能量按自由度均 分定理；非平衡态系统；功、热量；准静态过程；热力学第一、第二定律；理想 气体等体、等压、等温过程和绝热过程；卡诺循环；热机效率；定压热容和定体 热容；可逆和不可逆过程；熵的玻尔兹曼表达式；广义熵；熵与自然观。 2.基本要求 1) 理解气体的状态参量、平衡态、准静态过程、理想气体的状态方程。 2）掌握气体分子热运动图象、理想气体刚性分子模型、理想气体的压强公 式和温度公式、内能、气体分子平均能量按自由度均分定理。掌握气体分子平均 碰撞频率和平均自由程。 3)了解统计物理量、宏观量、微观量、统计规律、统计分布、等概率假设、 热力学概率、最概然分布。 4) 掌握麦克斯韦速率分布律及速率分布函数和速率分布曲线的物理意义、 最可几速率、算术平均速率和方均根速率。 5)理解玻尔兹曼能量分布律、重力场中微粒按高度的分布、统计规律性与涨 落。 6）理解非平衡态系统、扩散现象、粘滞现象、热传导现象。 7）掌握热力学系统、热力学平衡态、热平衡、状态参量、物态方程。理解 热力学过程、弛豫时间、循环过程、准静态过程、P—V 图。了解最小熵产生原 理、热力学第零定律、温度、温标。 8）掌握功、热量、热力学第一定律、态函数、理想气体等体过程、等压过 程、等温过程、循环过程、卡诺循环、热机效率、定压摩尔热容和定体摩尔热容。 理解准静态绝热过程、多方过程、致冷机、迈耶公式。 9）掌握热力学第二定律、开尔文表述、克劳修斯表述、可逆和不可逆过程、 卡诺定理、克劳修斯不等式、熵、熵是态函数、热力学第二定律的数学表达式、 熵的玻尔兹曼表达式。了解广义熵、熵与能量、信息熵、熵流、熵与自然观、地