大学物理(力学)教学大纲

　　一、课程目标
　　物理学是研究物质的基本结构、相互作用和物质最基本、最普遍的运动形式（机械运动、热运动、电磁运动、微观粒子运动等）及其相互转化规律的科学。物理学是自然科学中最重要、最活跃的带头学科。它的基本理论渗透到自然科学的一切领域，应用于生产技术的各个部门，它是自然科学的许多领域和工程技术的基础，特别是近代物理学是高新技术的源泉和先导。
　　《大学物理》是工科本科大学生的必修课和公共基础课。大学物理课的作用一是为学习工程技术知识和今后的长远发展打好物理基础，另一个就是培养和提高学生的科学素质。
　　《大学物理》课程预期达到的目的是使学生掌握物理学基本概念、基本原理和基本规律；使学生了解自然界物质运动的基本形式及其联系；了解物理学的基本体系，并对近代物理学的发展和新成就有一定了解；使学生能应用已有的数学知识对物理学简单问题进行定量计算和定性分析，培养学生分析问题和解决问题的能力；使学生在学习物理知识的过程中，了解和学习物理学家是如何发现和提出问题、建立概念、提出假说、创建理论的，培养学生正确的、科学的思想方法和研究方法，培养创新意识和创新能力，培养辩证唯物主义世界观。大学物理课是低年级开设的课程，它在使学生树立正确的学习态度、掌握学习方法和学习规律，培养学生独立自我获取知识的能力等方面起重要作用。
　　二、基本要求
　　学生通过学习《大学物理》课程，在知识、技能、素质几方面应达到如下基本要求：
　　1．知识
　　基础性知识：工科大学生必须具备的最基本的物理知识。包括经典物理、近代物理和现代物理的初步知识。对当代科技有重大影响的物理效应的应用和相关的高新技术。
　　扩展性知识：当前物理学的前沿和热点知识的介绍。
　　2．能力
　　初步的物理建模能力；定量计算与定性分析、估算能力；独立获取知识能力；联系工程实际能力；提出问题、分析问题和解决问题的创新意识和创新能力。
　　实验能力培养，会使用基本测量工具和电气仪表。培养综合实验能力。
　　3．素质
　　培养辩证唯物主义世界观；培养科学思维方法；培养探索求真精神和创新精神；培养爱国、敬业的思想品德和百折不挠的意志品质；培养分析、综合、演绎、归纳、类比、联想、试探等科学研究方法。
　　学习本课程所需要的知识储备：学生必须具有一定的高等数学知识，建议在一年级第二学期开始开课。
　　本课程在教学上应采取课堂讲解与演示实验相结合的。
　　三、教学内容与学时分配建议
　　绪 论
　　什么是物理学。物理学与科学技术。物理学的方法论与科学观。怎样学习物理学。
　　（一）质点运动学（4学时）
　　1．空间与时间 空间与时间。空间与时间的量度。牛顿－莱布尼兹的时空观。爱因斯坦的时空观。
　　2．质点的位移、速度和加速度 质点的位移矢量。速度矢量。加速度矢量。运动叠加原理。
　　3．质点的运动学方程 质点的运动学方程。匀加速运动。变加速运动。
　　4．平面曲线运动 圆周运动的切向加速度和法向加速度。一般平面曲线运动的切向加速度和法向加速度。圆周运动的角量描述。角量与线量间的关系。*平面曲线运动的极坐标描述。
　　5.运动描述的相对性。
　　（二）质点动力学（4学时）
　　1．牛顿运动定律 力。质量。牛顿第一定律。牛顿第二定律。第三定律。牛顿运动定律的应用。
　　2．质点的动量定理 动量。动量定理。
　　3．质点的动能定理 功。动能。动能定理。
　　4．质点的角动量定理 角动量。力矩。角动量定理。
　　5．非惯性参考系、惯性力 作直线运动的加速参考系。转动参考系。地球自转对物体重量的影响。*科里奥利力。
　　（三）质点系动力学（6学时）
　　1．质心 质心。质心运动定理。质心参考系。
　　2．质点系的动量定理和守恒定律 质点系的动量。质点系的动量定理。质点系的动量定理和守恒定律。
　　3．质点系的功能定理和机械能守恒定律 质点系的动能。质点系的动能定理。保守力。势能。质点系功能定理，机械能守恒定律。
　　4．质点系的角动量定理和守恒定律 质点系的角动量。质点系的角动量定理。质点系的角动量定理和守恒定律。
　　5．三个守恒定律的应用。
　　6．守恒定律与碰撞 碰撞的分类。守恒定律与碰撞。*恢复系数。*恢复系数的其他定义。
　　7．*对称性与守恒定律 对称性。物理定律的对称性。对称性与守恒定律。
　　（四）刚体的定轴转动（4学时）
　　1．刚体运动学 刚体的平动与转动。刚体定轴转动的角量描述。
　　2．刚体的角动量和角动量原理 刚体的角动量。转动惯量的计算。作用于刚体上的力矩。刚体的角动量原理。刚体的角动量守恒定律。
　　3．刚体的定轴转动定律。
　　4．定轴转动刚体的动能定理 刚体的动能。定轴转动刚体的动能定理。
　　5．*旋进 旋进。回旋仪。
　　（五）狭义相对论基础（4学时）
　　1．伽利略变换 力学的相对性原理 绝对时空观。伽利略变换。力学的相对性原理。
　　2．狭义相对论的两个基本假设 洛伦兹变换 狭义相对论产生的历史背景。狭义相对论的两个基本假设。洛伦兹变换。相对论速度变换式。
　　3．狭义相对论的时空观 同时的相对性。长度收缩效应。时间膨胀效应。
　　4．相对论质点动力学方程 极限速度。相对论质量。相对论动力学的基本方程。
　　5．相对论能量 相对论动能。相对论能量。动量与能量的关系。
　　（六）机械振动
　　1．简谐振动 谐振动的微分方程和运动方程。由初始条件确定振幅和初相位。坐标原点的选取对于振动方程的影响。谐振动的旋转矢量表示法。谐振动的能量。
　　2．阻尼振动和受迫振动 共振 阻尼振动。受迫振动。共振。
　　3．谐振动的合成 同振动方向、同频率的谐振动的合成。同振动方向、不同频率的谐振动的合成。同频率的两相互垂直的谐振动的合成。相互垂直的不同频率的谐振动的合成。
　　（七）机械波动
　　1．弹性波的产生和传播 波动图像。平面简谐波。平面波的波动方程。波的能量。声波。
　　2．波的干涉 驻波 波的叠加原理。波的干涉。驻波。半波损失。*简正模式。
　　3．多普勒效应 波源相对于媒质不动，观测者以速度υR沿着二者的连线运动。观测者相对于媒质不动,波源以速度υS 沿着二者的连线运动。波源和观测者相对于媒质在二者连线上同时运动。
　　4．*波包和非线性波 波包和群速度。非线性效应对波动的影响。孤波和孤子。
热物理学。
　　（八）气体动理论（5学时）
　　1．气体动理论的基本概念 统计规律的基本概念。物质的微观结构模型。理想气体的微观结构模型与统计假设。状态参量、平衡状态与非平衡状态。
　　2．理想气体的压强公式与温度公式 理想气体的压强公式。理想气体的状态方程。理想气体的温度公式。理想气体分子的方均根速率。
　　3．能量按自由度均分原理与理想气体的内能 自由度。能量按自由度均分原理。理想气体的内能。
　　4．麦克斯韦分布律 麦克斯韦速率分布律。理想气体分子的最概然速率与算术平均速率。麦克斯韦速度分布律。
　　5．玻耳兹曼分布律 玻耳兹曼分布律。重力场中大气密度与压强按高度的分布。
　　6．气体分子的平均碰撞频率与平均自由程 分子的平均碰撞频率。分子的平均自由程。
　　（九）热力学基础（5学时）
　　1．功、热量与热力学第一定律 功。热量与热力学第一定律。
　　2．理想气体的等值过程与摩尔热容 等体[积]过程。等压过程。等温过程。理想气体的摩尔热容。
　　3．绝热过程与多方过程 绝热过程。*多方过程。
　　4．循环过程 卡诺循环 循环过程。卡诺循环。*热泵。
　　5．热力学第二定律 热力学过程的方向性。热力学第二定律的两种表述。
　　6．熵 热力学概率。熵。
　　7．*信息与信息熵 麦克斯韦妖。信息与信息熵。信息量。负熵。
　　8．*自组织与耗散结构 自组织现象。开放系统的熵变和非平衡态。耗散结构。耗散结构理论的应用。