普通物理学及实验I课程大纲.docx
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普通物理学及实验I课程大纲
《普通物理学及实验I》教学大纲
课程编号:
080023A
课程类型:
通识教育必修课
总学时:
48讲课学时:
32实验(上机)学时:
16
学 分:
3
适用对象:
工业工程
先修课程:
高等数学
一、课程的教学目标
通过本课程的教学与实践,使学生具备下列能力:
目标1:
掌握力学、振动与波动、热学、近代物理学相关的理论知识,并能在工程应用中熟练适用。
目标2:
掌握力学、振动与波动、热学的基本原理和实验手段,能在解决复杂工程问题时熟练运用,注重学生分析问题和解决问题能力的培养,注重学生探索精神和创新意识的培养。
二、教学内容及其与毕业要求的对应关系
毕业要求
教学目标
教学过程
(1)掌握通识教育类、学科基础类、专业基础类、专业类知识及相关学科知识,并能将所学知识用于解释本专业领域及相关领域的现象和问题,了解本学科发展前沿,具有国际视野。
目标1:
掌握力学、振动与波动、热学、近代物理学相关的理论知识,并能在工程应用中熟练适用。
1、理论讲授:
使学生掌握物理学相关内容的基本知识、基本概念;
2、案例教学:
通过生活、工程等领域的实例,让学生理解相关的的概念、理论和思维方法;
目标2:
掌握力学、振动与波动、热学的基本原理和实验手段,能在解决复杂工程问题时熟练运用,注重学生分析问题和解决问题能力的培养,注重学生探索精神和创新意识的培养。
1、理论讲授:
使学生了解并掌握物理学相关的基本原理和实验手段;
2、案例教学:
通过生活、工程等领域的实例,培养学生应用基本原理分析具体问题、解决具体问题的能力,培养学生对实际问题的探索和创新意识;
3、团队活动,学生组成团队,针对实际案例,基于物理学基本原理的综合应用,形成复杂问题分析与思维的方式和能力。
三、各教学环节学时分配
序号
章节内容
讲课
实验
其他
合计
1
第1章运动的描述
4
2
第2章运动定律与力学中的守恒定律
10
3
第3章相对论
2
4
第4章机械振动
4
5
第5章机械波
4
6
第6章气体动理论基础
4
7
第7章热力学基础
4
8
误差理论
4
9
实验一长度测量
2
10
实验二刚体的转动惯量测定
4
11
实验三霍尔位置传感器法杨氏模量测定
3
12
*实验四超声波测试原理及应用
3
合计
32
16
48
四、教学内容
第一章运动的描述
第一节参考系坐标系物理模型
1.数学预备知识
2.质点的定义质点模型参考系坐标系
第二节运动的描述
1.位置矢量位移速度加速度
2.圆周运动切向加速度法向加速度
3.运动学中的两类问题
第三节相对运动
1.时间与空间
2.相对运动
课程的考核要求:
理解建立理想模型的意义。
掌握位置矢量、位移、速度和加速度的概念;掌握圆周运动、平面抛体运动的规律;熟练掌握用微分方法求解运动学第一类问题;掌握用积分方法求解一维运动学第二类问题。
理解质点在不同参考系中运动的规律。
教学重点、难点:
教学重点内容包括描述运动的位矢、位移、速度和加速度;运动学中的两类问题;切向加速度和法向加速度。
教学难点包括运动学中两类问题的微积分运算;自然坐标系中圆周运动的切向加速度和法向加速度。
复习思考题:
根据所选教材选择课后习题。
第二章运动定律与力学中的守恒定律
第一节牛顿定律
1.牛顿第一定律
2.牛顿第二定律
3.牛顿第三定律
第二节非惯性系惯性力
1.惯性系非惯性系
2.惯性力
3.非惯性系中的牛顿第二定律
第三节动量动量守恒定律*质心运动定律
1.动量冲量动量定理
2.动量守恒定律
3.质心质心运动定律
第四节功动能势能机械能守恒定律
1.功质点动能定理
2.重力、弹性力、万有引力作功的特点
3.保守力与非保守力势能
4.功能原理机械能守恒定律
第五节角动量角动量守恒定律
1.质点的角动量力矩角动量定理
2.质点的角动量守恒定律
第六节刚体的定轴转动
1.刚体的运动学描述
2.刚体定轴转动定律转动惯量
3.定轴转动刚体的角动量定理角动量守恒定律
4.刚体重力势能刚体定轴转动的动能定理
课程的考核要求:
理解牛顿运动定律的内容及实质;掌握用隔离法解一般动力学问题;熟练掌握牛顿定律解题的方法。
了解惯性力的概念。
掌握质点、质点组动量的概念,熟练掌握动量定理。
熟练掌握动量守恒定律及应用。
掌握简单问题功的计算;掌握质点动能定理;掌握保守力作功特点及其与势能的关系;掌握动能的概念;掌握动能定理、功能原理;熟练掌握机械能守恒定律及应用。
掌握质点角动量概念、力矩的概念;掌握质点角动量定理及守恒定律。
了解质心的概念,理解质心运动定律。
掌握转动惯量的物理意义;熟练掌握刚体定轴转动定律。
掌握角动量守恒定律。
理解力矩作功和刚体重力势能的物理意义。
教学重点、难点:
教学重点内容包括牛顿定律的应用;动量守恒定律及应用;机械能守恒定律及应用;刚体定轴转动转动定律;定轴转动刚体的角动量守恒定律。
教学难点内容包括保守力及势能的概念;角动量概念及角动量守恒定律;刚体的转动惯量及计算。
复习思考题:
根据所选教材选择课后习题。
第三章相对论
第一节伽利略变换和经典力学时空观
1.伽利略变换经典力学的相对性原理
2.经典力学的绝对时空观
第二节狭义相对论产生的实验基础和历史条件
狭义相对论产生的实验基础和历史条件
第三节狭义相对论的基本原理洛仑兹变换式
1.狭义相对论的基本原理
2.洛仑兹变换式
3.洛仑兹速度变换式
第四节狭义相对论的时空观
1.同时的相对性
2.长度的收缩
3.时间的延缓
第五节相对论动力学
1.动量与速度的关系
2.狭义相对论的基本方程
3.质量和能量的关系
4.动量和能量的关系
课程的考核要求:
了解经典力学的绝对时空观。
了解狭义相对论产生的实验基础和历史条件。
理解爱因斯坦相对性原理和光速不变原理。
理解同时性的相对性、时钟延缓、长度收缩等相对论效应。
理解相对论质量、动量和能量等概念以及它们和牛顿力学中相应各量的关系。
教学重点、难点:
教学重点内容包括爱因斯坦相对性原理和光速不变原理;同时性的相对性、时钟延缓、长度收缩等相对论效应;相对论质量、动量、和能量和牛顿力学中相应各量的关系。
教学难点内容包括同时性的相对性、时钟延缓、长度收缩等相对论效应。
复习思考题:
根据所选教材选择课后习题。
第四章机械振动
第一节简谐振动的动力学特征
简谐振动
第二节简谐振动的运动学
1.振幅
2.周期
3.位相
4.常数A和的确定
第三节简谐振动的能量
简谐运动的能量
第四节简谐振动的合成振动的频谱分析
1.同方向简谐运动的合成
2.多个同方向简谐运动的合成
3.两个同方向不同频率简谐运动的合成
4.两个相互垂直简谐运动的合成
5.振动的频谱分析
第五节阻尼振动受迫振动共振
1.阻尼振动
2.受迫振动
3.共振
课程的考核要求:
掌握简谐运动的定义。
掌握振幅、周期和位相的物理意义,会确定振动系统的特征量,会建立简谐运动方程。
掌握简谐运动能量的基本特征。
掌握同方向、同频率简谐运动合成的特点和规律;了解拍和互相垂直简谐运动合成的特点。
了解阻尼振动、受迫振动和共振发生的条件和规律。
教学重点、难点:
教学重点内容包括旋转矢量法;简谐运动的特征;简谐运动的合成。
教学难点内容包括简谐运动的合成;阻尼振动、受迫振动和共振的分析。
复习思考题:
根据所选教材选择课后习题。
第五章机械波
第一节机械波的形成和传播
1.机械波的形成
2.横波与纵波
3.波长波的周期和频率波速
4.波线波面波前
第二节平面简谐波的波动方程
1.平面简谐波的波动方程
2.波动方程的物理含义
第三节波的能量声强
1.波的能量传播
2.能流和能流密度
第四节惠更斯原理波的叠加和干涉
1.惠更斯原理
2.波的叠加原理
3.波的干射
第五节驻波
1.驻波的产生
2.驻波的特点
3.半波损失
第六节多普勒效应冲击波
1.波源不动,观察者相对介质运动的多普勒效应
2.观察者不动,波源相对介质运动的多普勒效应
3.观察者与波源同时相对介质运动的多普勒效应
课程的考核要求:
理解机械波的产生条件;掌握描述波动的各物理量的物理意义以及各量之间的相互关系。
了解波的能量传播特征;掌握能流和能流密度的概念。
掌握建立平面简谐波波动方程的方法,理解波形曲线。
理解惠更斯原理和波的叠加原理。
掌握波的相干条件;能应用位相差和波程差的概念分析和确定相干波叠加振幅加强和减弱的条件。
理解驻波的形成及特点;理解半波损失概念。
了解多普勒效应及其规律。
教学重点、难点:
教学重点内容包括平面简谐波的波动方程、波的叠加。
教学难点内容包括平面简谐波的波动方程、波的叠加。
复习思考题:
根据所选教材选择课后习题。
第六章气体动理论基础
第一节平衡态温度理想气体状态方程
1.平衡态
2.温度
3.理想气体状态方程
第二节理想气体的压强公式
1.理想气体的微观模型和统计假设
2.理想气体压强公式
第三节温度的统计解释
温度的本质和统计意义
第四节能量均分定理理想气体内能
1.分子自由度
2.能量均分定理
3.理想气体的内能
第五节麦克斯韦速率分布定律
1.分子速率的实验测定
2.气体分子速率分布律(函数)
3.麦克斯韦速率分布曲线分子速率的三个统计值
第六节玻耳兹曼分布规律
玻耳兹曼分布规律
第七节分子的平均碰撞次数和平均自由程
1.平均碰撞次数
2.平均自由程
第八节气体内的输运过程
1.粘滞现象
2.热传导现象
3.扩散现象
课程的考核要求:
理解平衡态及温度的概念;掌握理想气体状态方程。
掌握理想气体的分子模型。
掌握压强公式,理解压强微观本质。
掌握温度公式,理解温度微观本质。
理解能量按自由度均分原理,熟练掌握理想气体内能的计算。
理解气体分子热运动的麦克斯韦速率分布规律;掌握三种速率。
理解玻耳兹曼分布规律。
理解气体分子热运动平均碰撞频率、平均自由程的计算。
了解非平衡态下的迁移现象,了解粘度系数、热导率系数、扩散系数。
教学重点、难点:
教学重点内容包括气体分子运动论的基本观点和理想气体的分子模型;压强和温度的微观本质;气体分子速率分布函数;能量按自由度均分原理,理想气体内能的计算。
教学难点内容包括理解压强和温度微观本质;熟练掌握理想气体内能的计算。
复习思考题:
根据所选教材选择课后习题。
第七章热力学基础
第一节内能功和热量准静态过程
1.内能
2.功热量
3.准静态过程
第二节热力学第一定律
1.热力学第一定律
2.等温过程、等体过程、等压过程
第三节气体的摩尔热容
1.定压摩尔热容
2.定体摩尔热容
第四节绝热过程
绝热过程绝热方程
第五节循环过程卡诺循环
1.循环过程
2.热机和制冷机
3.卡诺循环的特点和规律
第六节热力学第二定律
1.热力学第二定律的两种表述
2.可逆过程和不可逆过程
第七节热力学第二定律的统计意义玻耳兹曼熵
1.热力学第二定律的微观意义
2.热力学概率与玻耳兹曼熵
第八节卡诺定理克劳修斯熵
1.卡诺定理
2.克劳修斯等式与不等式
3.克劳修斯熵
4.熵增加原理
课程的考核要求:
理解内能、功、热量及准静态过程概念。
掌握功、热量的概念及计算。
熟练掌握热力学第一定律在等温过程、等体过程和等压过程中的应用。
掌握摩尔热容的概念。
掌握绝热方程。
熟练掌握循环过程的能量转换并会计算热机效率;掌握卡诺循环的特点和规律。
掌握热力学第二定律,理解可逆过程和不可逆过程的概念。
了解热力学第二定律的统计意义。
掌握卡诺定理及提高热机效率的途径;了解熵增加原理。
教学重点、难点:
教学重点内容包括功的概念和计算;摩尔热容的概念;热力学第一定律在定压、定体、等温和绝热过程中的应用;计算热机效率;卡诺定理。
教学难点内容包括功的概念和计算;绝热方程。
复习思考题:
根据所选教材选择课后习题。
误差理论
1.误差的基本概念
2.误差处理的一般方法
3.有效数字的处理方法
教学重点、难点:
教学重点内容包括误差的基本概念;有效数字的计算;不确定度处理实验结果。
教学难点内容包括不确定度处理实验结果。
误差理论考核要求:
掌握误差的基本概念;掌握有效数字的计算;掌握采用不确定度处理实验结果的方法。
复习思考题:
根据所选实验教材选择课后习题。
实验一长度测量
1.学习游标卡尺、千分尺的测量原理及使用方法。
2.学习有效数字处理实验数据。
3.学习用误差理论处理实验结果。
4.测小圆柱的体积。
教学重点、难点:
教学重点内容包括游标卡尺、千分尺的测量原理及使用方法。
教学难点内容包括游标卡尺、千分尺的测量原理及应用。
本实验考核要求:
掌握游标卡尺、千分尺的测量原理及使用方法;掌握用误差理论处理实验结果的方法。
复习思考题:
实验报告
实验二刚体的转动惯量测定
1.学习测量刚体转动惯量的方法测铝环对中心轴的转动惯量
2.学习测量刚体转动惯量的方法测铝盘对中心轴的转动惯量
3.用实验方法验证平行轴定理
4.用最小二乘法处理数据,进一步熟悉各种数据处理方法。
教学重点、难点:
教学重点内容包括铝环对中心轴的转动惯量的测量;铝盘对中心轴转动惯量的测量。
教学难点内容包括刚体转动惯量实验仪测量的调节;用最小二乘法处理数据。
本实验考核要求:
掌握用刚体转动惯量实验仪测量刚体转动惯量的方法;掌握用刚体转动惯量实验仪验证平行轴定理;了解用最小二乘法处理数据。
复习思考题:
实验报告
实验三霍尔位置传感器法杨氏模量测定
1.熟悉霍尔位置传感器的特性
2.弯曲法测量黄铜的杨氏模量
3.对霍尔位置传感器定标测量锻铸铁的杨氏模量
教学重点、难点:
教学重点内容包括铝环对中心轴的转动惯量的测量;铝盘对中心轴的转动惯量的测量。
教学难点内容包括刚体转动惯量实验仪测量的调节;用最小二乘法处理数据。
本实验考核要求:
了解超声波产生和接收方法;理解超声脉冲波及其特点
;理解超声波的反射、折射和波型转换。
复习思考题:
实验报告
实验四超声波测试原理及应用
1.测量直探头的延迟
2.测量脉冲超声波频率和波长
3.波形转换的观察和测量
教学重点、难点:
教学重点内容包括弯曲法测量黄铜杨氏模量;对霍尔位置传感器定标;测量锻铸铁的杨氏模量。
教学难点内容包括对霍尔位置传感器定标。
本实验考核要求:
掌握用霍尔位置传感器测量黄铜的杨氏模量的方法;掌握用霍尔位置传感器测量锻铸铁的杨氏模量及对霍尔位置传感器定标的方法;了解和掌握微小位移的非电量电测新方法。
复习思考题:
实验报告
五、考核方式、成绩评定
本课程为考试课,考核方式采用平时考核加期末闭卷考核百分制的方法,平时成绩(含实验成绩)占比40~50%,期末考试占比60~50%。
六、主要参考书及其他
参考书目:
[1]祝之光,《物理学》(第三版),高等教育出版社,2008年;
[2]赵近芳,《大学物理学》(第三版),北京邮电大学出版社;
[3]曾仲宁,王秀力《大学物理实验》(第二版),中国铁道出版社2005年;
[4]毛俊健、顾牡,《大学物理学》,北京,高等教育出版社,2006年;
[5]程守洙、江之永,《普通物理学》(第五版),高等教育出版社,2001年;
[6]普通物理实验指导书。
其他要说明的事项:
1.本课程教学大纲编写参考教育部2006年颁布的《非物理类理工科大学物理课程基本要求》。
2.本课程不指定教材,任课教师根据教学大纲选择适合教材。
3.因学时限制,本教学大纲中带*号理论课内容暂不列入课堂教学,可作为学生选学内容,相应考核要求可作为学生学习时的参考;本教学大纲中带*号实验课内容因仪器待购暂不列入课堂教学,相应课时暂时由理论课内容代替。
4.带**号为课外阅读材料不列入课堂教学,可作为学生选学内容。
执笔人:
李伟教研室主任:
系教学主任审核签名:
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