大学物理(电磁学)教学大纲

关键词:大学物理(电磁学) 教学大纲
大学物理(电磁学)教学大纲
内容:

  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。
  4.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
  (十)真空中的静电场(6学时)
  1.电荷 库仑定律 电荷。库仑定律的矢量形式。静电力的叠加原理。
  2.电场 电场强度 电场。电场强度。场强叠加原理。场强的计算。
  3.高斯定理 电场线。 通量。高斯定理。利用高斯定理求静电场的分布。
  4.电势 静电场的环路定理。电势能。电势。电势的叠加原理与电势的计算。等势面。场强与电势的微分关系。
  (十一)静电场中的导体和电介质(6学时)
  1.静电场中的导体 静电平衡。静电平衡条件下导体上的电荷分布。孤立导体的形状对电荷分布的影响。
  2.导体空腔 第一类导体空腔。第二类导体空腔。
  3.电容及电容器 孤立导体的电容。电容器。电容的计算。电容器的串、并联。
  4.静电场中的电介质 有介质时的平行板电容器。电介质的极化。极化强度矢量 束缚电荷面密度与极化强度的关系。
  5.有电介质时的静电场方程 电介质中的场强。电位移矢量 ,有电介质时的高斯定理。
  6.静电场的能量 充电电容器的静电能。静电场的能量。
  7.*静电危害及其应用 静电的危害。静电的应用。消除静电的措施。
  (十二)恒定电流(2学时)
  1.电流 电流密度 电流;电流强度;电流密度。电流的连续性方程。恒定电流与恒定电场。
  2.欧姆定律 直流电路。欧姆定律 电阻。欧姆定律的微分形式。焦耳定律的微分形式。
  3.电动势 非静电力。电动势 电源的路端电压。闭合电路和一段含源电路的欧姆定律。
  4.*经典金属电子论 经典金属电子论。焦耳定律。
  (十三)稳恒磁场(7学时)
  1.磁感应强度矢量 磁场。磁感应强度矢量 。磁感应线( 线)。磁感应通量。磁场的高斯定理。
  2.毕奥-萨伐尔定律 毕奥-萨伐尔定律。毕奥-萨伐尔定律的应用。运动电荷的磁场。
  3.安培环路定理 安培环路定理。安培环路定理的应用举例。
  4.磁场对运动电荷的作用 洛伦兹力。带电粒子在电磁场中的运动。霍耳效应。
  5.磁场对载流导体的作用 安培力公式。两平行长直载流导线间的相互作用 安培的定义。均匀磁场中矩形载流线圈受到的磁力矩。闭合载流线圈的磁矩和磁力矩。
  6.磁介质存在时稳恒磁场的基本规律 磁介质的磁化 磁化强度矢量。磁化电流磁场强度 。磁介质中的安培环路定理和“高斯定理”。磁化率和磁导率。稳恒磁场与静电场的对比。
  7.磁介质的磁化规律 顺磁质和抗磁质。铁磁质。
  8.*磁路定理 磁路。磁路定理。磁屏蔽。
  (十四)电磁感应(6学时)
  1.法拉第电磁感应定律 法拉第电磁感应定律。楞次定律。*涡电流和电磁阻尼*趋肤效应。
  2.感应电动势 动生电动势。感生电动势 感应电场。电子感应加速器。
  3.互感和自感 互感现象。自感现象。自感线圈的磁能。互感线圈的磁能。磁场的能量。
  (十五)电磁场与电磁波(4学时)
  1.麦克斯韦电磁场理论 麦克斯韦电磁场理论的产生。位移电流。麦克斯韦方程组。
  2.电磁波 *电磁波的波动方程。平面电磁波。无阻尼自由电磁振荡。振荡偶极子辐射的电磁波。电磁波谱。
  3.电磁场的能量、能流和动量 电磁场的能量和能流密度矢量。*电磁波的动量、质量和光压。
  (十六)波动光学(10学时)
  1.光的单色性和相干性、光程 光源。光的单色性与相干性。光程。明暗干涉条纹产生的条件。
  2.杨氏双缝干涉 杨氏双缝实验。其它分波阵面的干涉实验。
  3.薄膜干涉 薄膜干涉。增透膜与增反膜。劈尖干涉。牛顿环。
  4.迈克尔逊干涉仪 激光干涉仪 迈克尔逊干涉仪。激光干涉仪。
  5.惠更斯-菲涅耳原理 光的衍射。惠更斯-菲涅耳原理。
  6.单缝的夫琅禾费衍射 单缝衍射。菲涅耳半波带法。单缝衍射的光强分布。
  7.圆孔衍射 分辨本领 圆孔的夫琅禾费衍射。光学仪器的分辨本领。
  8.衍射光栅 光栅的构造。光栅的衍射条纹。谱线的缺级。衍射光栅的暗条纹条件。光栅光谱。*光栅的分辨本领。
  9. X光技术 X射线。X射线在晶体上的衍射-布喇格条件。劳厄相和德拜相。
  10.自然光和偏振光 自然光。线偏振光。部分偏振光。圆偏振光和椭圆偏振光。
  11.起偏和检偏 马吕斯定律 起偏和检偏。马吕斯定律。
  12.反射光和折射光的偏振。
  13.双折射现象 晶体的双折射现象。*单轴晶体中的波面。尼科耳棱镜。
  14.椭圆偏振光和圆偏振光 波片 椭圆偏振光和圆偏振光的获得。*波片。
  15.偏振光的干涉 人工双折射 偏振光的干涉。人工双折射。
  16.旋光现象。
  17.*光的吸收、散射和色散 光的吸收。光的散射。光的色散。
  18.*非线性光学简介 线性光学与非线性光学。倍频效应。混频效应。光束的自作用现象。
  19. *光纤技术 光纤的结构与分类。光纤的传输特性。光纤的损耗特性。光纤的色散特性。
  量子物理基础
  (十七)早期量子论

  1.黑体辐射 普朗克量子假说 热辐射现象。黑体辐射。“紫外灾难”与普朗克量子假说。
  2.光电效应 爱因斯坦光子理论 光电效应及其实验规律。爱因斯坦光子理论。光电效应的应用。
  3.康普顿效应 光的波粒二象性 康普顿效应。光的波粒二象性。
  4.玻尔的氢原子理论 氢原子光谱的规律。原子的核式结构与经典物理学的矛盾。玻尔理论的基本假设。轨道半径量子化。能量量子化。氢原子光谱的波数公式。
  (十八)量子力学基础(10学时)
  1.实物粒子的波粒二象性 旧量子论的缺陷。德布罗意假设。不确定[度]关系。
  2.波函数 波函数。波函数的统计解释。
  3.薛定谔方程 一维自由粒子的运动方程。一维粒子的薛定谔方程。三维情况下的薛定谔方程。
  4.薛定谔方程的简单应用 一维矩形势阱。一维势垒 隧道效应。
  5.氢原子 能量量子化。角动量量子化。角动量的空间量子化。电子的波函数。
  6.电子的自旋 四个量子数 施特恩-格拉赫实验。电子的自旋。
  7.多电子原子系统 元素周期表 泡利不相容原理。能量最小原理。
  8.*核磁共振技术 引言。核磁共振原理。核磁共振实验装置。核磁共振的应用。
  9.*穆斯堡尔谱学简介 引言。穆斯堡尔效应。穆斯堡尔实验装置。穆斯堡尔效应的应用。
  10.*扫描隧道显微镜 引言。工作原理。扫描隧道显微镜的结构。STM的应用举例。其它扫描探针显微术简介。