College Physics F

课程编码：17A00090 学分： 5 课程类别：专业基础课（必修课）

计划学时：80 其中讲课：80 实验或实践：0 上机：0

适用专业：环境科学与工程类、机械类、地理科学类、计算机类、数学、信息与计算科学、电子信息类、土木工程

推荐教材：东南大学等七所工科院校编，马文蔚等改编《物理学》（第六版），高等教育出版社，2014年7月

参考书目：

1.吴百诗主编，《大学物理学》（上、下册），西安交大出版社，2009年10月

2.吴锡珑主编，《大学物理教程》（第二版），高等教育出版社，1999年1月

3.马文蔚等主编，《物理学原理在工程技术中的应用》，高等教育出版社，2015年4月

4.李艳平，申先甲主编，《物理学史教程》，科学出版社，2003年1月

课程的教学目的与任务

《大学物理》作为本科层次工科各专业的一门公共必修课程，是学生学习自然科学和工科科学的重要基础。物理学是研究物质的基本结构及其相互作用的学科，研究物质的性质、运动和转化，从而认识物质结构的组成及其运动、转化的基本规律。通过本课程的学习，让学生对物理学的基本内容有较全面、较系统的认识，具有比较完整的自然界物理图像，对物理学发展、成就和物理学在工程技术中的应用及物理思想有初步的了解。

本课程内容对于提高学生科学素养，培养学生的科学思想和方法论，开阔思路、激发探索和创新精神、提高人才素质起到积极作用，既为学生进一步学习专业知识打下必要的物理学基础，也为学生将来接受、应用和管理高新技术提供必要的基础。

课程的主要任务：在教学过程中培养学生一定的独立思考、分析和解决基本的物理学问题的能力，从知识上和方法上为学习后继课程和从事科学技术研究与应用打下良好基础。

课程的基本要求

本课程设置期末考试与平时成绩。要求学生参加课程讨论、小组发言等；要求学生参与一定的课堂教学，自己准备课件，课堂上讲解；课堂表现活跃、积极回答老师问题等表现优秀的学生，可适当给予增加平时成绩；作业不得抄袭，发现作业抄袭的，当次作业按零分记录。

对该课程知识点的掌握分为了解、理解、掌握、熟练应用等几个层次，要求学生按不同知识点分别达到上述要求。

各章节授课内容、教学方法及学时分配建议（含课内实验）

第一章：质点运动学 建议学时：6

[教学目的与要求]

1. 理解物体的质点模型及运动描述的相对性；

2. 掌握质点的运动方程和轨道方程；

3. 掌握圆周运动中的角速度、角加速度、切向加速度、法向加速度。

[教学重点与难点]物理概念的矢量表示及计算。

[授 课 方 法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 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法向加速度角加速度

四、自然坐标系

五、匀速率圆周运动和匀变速率圆周运动

第二章：牛顿定律 建议学时：2

[教学目的与要求]

1. 理解牛顿三个运动定律的物理意义；

2. 理解牛顿定律的适用范围。

[教学重点与难点]求解一维变力作用下质点的运动。

[授 课 方 法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 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

第三章：动量守恒定律和能量守恒定律 建议学时：14

[教学目的与要求]

1. 理解动量定理并熟练应用；

2. 掌握动量守恒定律并熟练应用；

3. 理解功的概念；

4. 掌握变力做功的求解；

5. 掌握动能定理并熟练应用；

6. 理解保守力与非保守力做功的特点；

7. 理解势能；

8. 理解并熟练应用功能原理及机械能守恒定律；

9. 理解能量守恒定律。

[教学重点与难点]动量守恒定律和机械能守恒定律的成立条件及综合应用。

[授 课 方 法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 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

第四节动能定理

一、功

二、 动能定理

第五节保守力与非保守力势能

一、万有引力和弹性力做功的特点

二、保守力与非保守力保守力做功的数学表达式

三、势能

四、势能曲线

第六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

第八节能量守恒定律

第五章：静电场 建议学时：8

[教学目的与要求]

1. 掌握库仑定律、电场强度、电场强度叠加原理，理解电场概念，能计算一些简单问题中的电场强度；

2. 理解电通量概念，掌握高斯定理并能分析计算简单问题中的电场强度；

3. 理解静电场环路定理；

4. 理解电势能概念，掌握电势概念及电势叠加原理；

5. 能计算简单问题中的电势。

[教学重点与难点]应用高斯定理、微元积分法计算电场强度和电势。

[授 课 方 法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 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

第六节静电场的环路定理电势能

一、静电场力所做的功

二、静电场的环路定理

三、电势能

第七节电势

一、电势

二、点电荷电场的电势

三、电势的叠加原理

第六章：静电场中的导体与电介质 建议学时：4

[教学目的与要求]

1. 理解导体静电平衡条件及性质。

[教学重点与难点]导体的静电平衡条件。

[授 课 方 法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 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

第七章：恒定磁场 建议学时：8

[教学目的与要求]

1. 理解磁感应强度的概念，了解毕奥—萨伐尔定律；

2. 理解磁场的高斯定理；

3. 理解安培环路定理并掌握用其计算磁场、磁通量；

4. 掌握带电粒子在均匀电磁场中的受力和运动；

5. 理解霍尔效应；

6. 理解安培力。

[教学重点与难点]磁感应强度和磁通量的计算方法，安培环路定理，运动电荷在磁场中受力及运动的规律，磁场对载流导线的作用。

[授 课 方 法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节恒定电流

一、电流电流密度

第二节电源电动势

第三节磁场 磁感强度

第四节毕奥－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、运动电荷的磁场

第五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

第六节安培环路定理

一、安培环路定理

二、安培环路定理的应用举例

第七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、带电粒子在磁场中运动举例

三、带电粒子在电场和磁场中运动举例

第八节载流导线在磁场中所受的力

一、安培力

二、磁场作用于载流线圈的磁力矩

第八章：电磁感应电磁场 建议学时：8

[教学目的与要求]

1. 掌握法拉第电磁感应定律，理解楞次定律；

2. 理解电动势的概念；

3. 理解动生电动势及感生电动势的本质。

[教学重点与难点]法拉第电磁感应定律和楞次定律，动生电动势的计算。

[授 课 方 法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 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

第九章：振动 建议学时：10

[教学目的与要求]

1. 理解简谐振动，掌握描述简谐振动的基本特征量；

2. 理解并熟练应用旋转矢量法；

3. 理解简谐振动的能量特征；

4. 掌握同方向同频率简谐振动的合成规律；

5. 理解阻尼振动、受迫振动、共振。

[教学重点与难点]旋转矢量法，并能用以分析有关问题。简谐振动的基本特征。简谐振动的合成。

[授 课 方 法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节简谐振动振幅周期和频率相位

一、简谐振动

二、振幅

三、周期和频率

四、相位

五、常量A和φ的确定

第二节旋转矢量

第四节简谐振动的能量

第五节简谐运动的合成

一、两个同方向同频率简谐振动的合成

二、拍拍频

三、两个相互垂直方向同频率简谐振动的合成

第六节阻尼振动受迫振动共振

一、阻尼振动

二、受迫振动

三、共振

第十章：波动 建议学时：10

[教学目的与要求]

1. 理解机械波产生的条件，理解平面简谐波波函数的物理意义；

2. 熟练建立平面简谐波的波函数，并会用波形曲线分析和解决有关波动问题；

3. 理解波的干涉原理及干涉的加强减弱条件。

[教学重点与难点]应用相位差、波程差分析确定相干波叠加后振幅加强、减弱的条件。

[授 课 方 法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 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

第四节惠更斯原理波的衍射和干涉

一、惠更斯原理

二、波的干涉

第十四章：相对论 建议学时：10

[教学目的与要求]

1. 理解经典物理学的成就及困难；

2. 理解狭义相对论的两个基本原理；

3. 理解同时性的相对性、时间延缓及长度收缩；

4. 了解质速关系及狭义相对论的基本方程；

5. 理解相对论质量、动量、能量。

[教学重点与难点]爱因斯坦相对性原理和光速不变原理。同时性的相对性，时间延缓，长度收缩等相对论效应。

[授 课 方 法]以课堂讲授为主，课堂讨论和课下自学为辅。

[授 课 内 容]

第一节伽利略变换式经典力学的绝对时空观

一、伽利略变换式经典力学的相对性原理

二、经典力学的绝对时空观

第三节狭义相对论的基本原理洛伦兹变换式

一、狭义相对论的基本原理

二、洛伦兹变换式

三、洛伦兹速度变换式

第四节狭义相对论的时空观

一、同时性的相对性

二、长度的收缩

三、时间的延缓

第六节相对论性动量和能量

一、动量与速度的关系

二、狭义相对论力学的基本方程

三、质量与能量的关系

四、质能公式在原子核裂变和聚变中的应用

五、动量与能量的关系

撰稿人：张中士、李欣 审核人：张海鹍