《大學物理Ⅰ》課程教學大綱

《大學物理Ⅰ》課程教學大綱一、課程基本情況課程代碼：114112123009/114112123010課程名稱(中/英文)：大學物理Ⅰ/CollegePhysicsⅠ課程類別：專業(yè)基礎課/必修課學分：5學分總學時：80學時理論學時：80學時實驗/實踐學時：0學時適用專業(yè)：無機非金屬材料工程（含卓越班）、焊接技術與工程、金屬材料工程、材料成型及控制工程、車輛工程、機械電子工程、汽車服務工程、機器人工程、智能制造工程、電子科學與技術、智能科學與技術、通信工程、土木工程、建筑環(huán)境與能源應用工程適用對象：本科先修課程：高等數(shù)學教學環(huán)境：普通教室/多媒體教室開課學院：數(shù)學與物理教學部二、課程簡介大學物理是高等學校理工科專業(yè)學生一門重要的通識性必修基礎課，它的基本理論滲透在自然科學的各個領域，應用于生產(chǎn)技術的許多部門，是學習其它自然科學和工程技術的基礎。1.課程任務與目的(1)使學生通過學習物理學的基本概念、基本規(guī)律，了解自然界比較完整的物理結構，對物理學所研究的各種運動形式以及它們之間的聯(lián)系有較全面、較系統(tǒng)的認識，對物理學的當代發(fā)展和成就以及物理學在工程技術中的應用有初步的了解。(2)使學生在邏輯思維能力、抽象思維能力以及分析問題與解決問題的能力方面受到初步訓練，培養(yǎng)學生具有利用物理知識解決工程問題的能力。(3)在教學過程中注重激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生自主學習能力以及積極探索、勇于創(chuàng)新的科學精神。堅持知識傳授與價值引領相結合，課程中積極主動融入課程思政元素，不斷加強世界觀、人生觀、價值觀教育，激發(fā)學生的愛國情、強國志、報國行。引導學生踐行社會主義核心價值觀，培養(yǎng)學生成為德才兼?zhèn)?、全面發(fā)展的社會主義建設者和接班人。(4)為學生進一步學習專業(yè)知識、掌握工程技術以及今后知識更新打下必要的物理學基礎。2.對接培養(yǎng)的崗位能力在大學物理課程的各個教學環(huán)節(jié)中，都應在傳授知識的同時，注重學生分析問題和解決問題能力的培養(yǎng)，注重學生探索精神和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，同時注重滲透人文素質(zhì)教育，努力實現(xiàn)學生知識、能力、素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展。本教學大綱共設11個教學主題，各院部專業(yè)可根據(jù)培養(yǎng)方案的不同，選擇不同的教學主題進行針對性的講解。三、課程教學目標1.課程對畢業(yè)要求的主要支撐畢業(yè)要求1工程知識：了解自然界比較完整的物理結構，掌握自然科學相關知識，并將其應用于解決本專業(yè)的復雜工程問題。指標點：能將自然科學、工程基礎等知識應用于工程問題的恰當表述。畢業(yè)要求2問題分析及研究：能夠應用自然科學和工程科學的基本原理和基本觀點，通過觀察、分析、綜合、演繹、歸納、科學抽象、類比聯(lián)想等方法，對復雜工程問題進行研究，并通過信息綜合得到合理有效的結論。指標點：能夠?qū)εc專業(yè)相關的復雜工程問題中的各類物理圖像﹑材料特性進行研究，并提出解決方案。2.課程教學目標(1)知識目標本課程教學內(nèi)容的知識要求分三個層次：掌握、理解、了解。掌握：屬較高要求。對于要求掌握的內(nèi)容(包括定理、定律、原理等的內(nèi)容、物理意義及適用條件)都應比較透徹明了，并能熟練地用以分析和計算相當于大學物理課程水平的有關問題，對于那些能由基本定律導出的定理要求會推導。理解：屬一般要求。對于要求理解的內(nèi)容(包括定理、定律、原理等的內(nèi)容、物理意義及適用條件)都應明了，并能用以分析和計算相當于大學物理課程水平的有關問題。了解：屬較低要求。對于要求了解的內(nèi)容，應該知道所涉及問題的現(xiàn)象及有關實驗，并能對它們進行定性解釋，還應知道與問題直接有關的物理量和公式等的物理意義。對于要求了解的內(nèi)容，一般不要求定量計算。(2)能力目標獨立獲取知識的能力——逐步掌握科學的學習方法，閱讀并理解相當于大學物理水平的物理類教材、參考書和科技文獻，不斷地擴展知識面，增強獨立思考的能力，更新知識結構；能夠?qū)懗鰲l理清晰的讀書筆記、小結或小論文?？茖W觀察和思維的能力——運用物理學的基本理論和基本觀點，通過觀察、分析、綜合、演繹、歸納、科學抽象、類比聯(lián)想、實驗等方法培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題和提出問題的能力，并對所涉問題有一定深度的理解，判斷研究結果的合理性。分析問題和解決問題的能力——根據(jù)物理問題的特征、性質(zhì)以及實際情況，抓住主要矛盾，進行合理的簡化，建立相應的物理模型，并用物理語言和基本數(shù)學方法進行描述，運用所學的物理理論和研究方法進行分析、研究。(3)素質(zhì)目標求實精神——通過大學物理課程教學，培養(yǎng)學生追求真理的勇氣、嚴謹求實的科學態(tài)度和刻苦鉆研的作風。創(chuàng)新意識——通過學習物理學的研究方法、物理學的發(fā)展歷史以及物理學家的成長經(jīng)歷等，引導學生樹立科學的世界觀，激發(fā)學生的求知熱情、探索精神、創(chuàng)新欲望，以及敢于向舊觀念挑戰(zhàn)的精神。科學美感——引導學生認識物理學所具有的明快簡潔、均衡對稱、奇異相對、和諧統(tǒng)一等美學特征，培養(yǎng)學生的科學審美觀，使學生學會用美學的觀點欣賞和發(fā)掘科學的內(nèi)在規(guī)律，逐步增強認識和掌握自然科學規(guī)律的自主能力。思政素質(zhì)——通過課堂引入思政元素，進一步增強學生的思想政治素質(zhì)、文化素養(yǎng)、家國情懷，傳播社會主義核心價值觀、中國優(yōu)秀傳統(tǒng)文化和優(yōu)秀文化規(guī)范的社會價值理念，堅定學生為實現(xiàn)中華民族偉大復興中國夢貢獻青春力量的責任感和使命感。四、教學課時安排(一)學時分配主題或知識點教學內(nèi)容總學時學時完成課程教學目標講課實驗實踐質(zhì)點運動學參考系，坐標系，位置矢量、位移、速度、加速度，曲線運動，運動學兩類問題，相對運動88(1)(2)(3)質(zhì)點動力學牛頓運動定律，動量，動量守恒定律，功，動能定理、功能原理、機械能守恒定律88(1)(2)(3)剛體力學基礎剛體定軸轉(zhuǎn)動的描述，力矩，剛體定軸轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動定律，剛體定軸轉(zhuǎn)動的動能定理，剛體定軸轉(zhuǎn)動的角動量定理和角動量守恒定律88(1)(2)(3)靜電場電場，電場強度，電通量，高斯定理，電場力的功，電勢，電場強度與電勢的關系，靜電場中的導體和電介質(zhì)，電容，電容器，電場的能量1010(1)(2)(3)穩(wěn)恒磁場磁場，磁感應強度，安培環(huán)路定理，磁場對載流導線的作用，磁場對運動電荷的作用，磁介質(zhì)88(1)(2)(3)變化的電磁場電磁感應定律，動生電動勢與感生電動勢，自感應與互感應，磁場能量66(1)(2)(3)機械振動簡諧振動的動力學特征，簡諧振動的運動學，簡諧振動的能量及合成，振動的頻譜分析，阻尼振動，受迫振動，共振66(1)(2)(3)機械波機械波的形成和傳播，平面簡諧波的波動方程，波的能量，惠更斯原理，波的疊加和干涉，駐波66(1)(2)(3)光的干涉光源，光的相干性，楊氏雙縫干涉實驗，光程與光程差，薄膜干涉，劈尖干涉，牛頓環(huán)，邁克爾遜干涉儀88(1)(2)(3)光的衍射光的衍射，惠更斯—菲涅耳原理，單縫夫瑯禾費衍射，衍射光柵，圓孔衍射，光學儀器的分辨率，X射線衍射88(1)(2)(3)光的偏振自然光，偏振光，起偏和檢偏，馬呂斯定律，反射與折射時光的偏振，散射光的偏振44(1)(2)(3)合計80五、教學內(nèi)容及教學設計主題1質(zhì)點運動學1.教學內(nèi)容：(1)掌握位置矢量、位移、速度、加速度等描述質(zhì)點運動和運動變化的物理量。能借助于直角坐標系計算質(zhì)點在平面內(nèi)運動時的速度、加速度。能借助于極坐標計算質(zhì)點作圓周運動時的角速度、角加速度、切向加速度和法向加速度。(2)理解質(zhì)點運動的瞬時性、矢量性和相對性。(3)掌握運動學兩類問題的求解方法。2.教學重點：位置矢量、位移、速度、加速度、圓周運動、運動學中的兩類問題。3.教學難點：運動學中的兩類問題求解方法。4.教學方案設計(含教學方法和教學手段)：創(chuàng)設情境，引導啟發(fā)，分析討論，歸納延伸。理論講授為主，多媒體及參與式討論學習為輔，探索混合式教學。5.課程思政：大國重器——北斗導航（參考系，位置矢量）；傳統(tǒng)文化——詩詞中的物理學，例如：坐地日行八萬里，巡天遙看一千河；兩岸青山相對出，孤帆一片日邊來；臥看滿天云不動，不知云與我俱東（相對運動）。主題2質(zhì)點動力學1.教學內(nèi)容：(1)掌握牛頓運動三定律及其適用范圍，能求解一維變力情況下質(zhì)點的動力學問題。(2)掌握功的概念及變力作功的表達式，能計算一維變力的功；掌握質(zhì)點的動能定理，理解保守力作功的特點及勢能概念；會計算重力、彈性力和萬有引力勢能，掌握機械能守恒定律。(3)掌握質(zhì)點的動量定理及質(zhì)點系的動量守恒定律，理解質(zhì)點的角動量和角動量守恒定律，掌握運用守恒定律分析力學問題的思路和方法，能求解簡單系統(tǒng)在平面內(nèi)運動的力學問題。2.教學重點：牛頓第二定律、牛頓定律的應用、動量守恒定律、動能定理、功能原理、機械能守恒定律。3.教學難點：牛頓定律的應用，動能定理、功能原理和機械能守恒定律應用時的區(qū)別。4.教學方案設計(含教學方法和教學手段)：創(chuàng)設情境，引導啟發(fā)，分析討論，歸納延伸。理論講授為主，多媒體及參與式討論學習為輔，探索混合式教學。5.課程思政：科學家事跡——羅俊院士團隊歷經(jīng)30年測出精度最高的G值（萬有引力）；大國重器——長征號系列火箭（動量守恒定律）；前沿科技——航空航天（機械能守恒、宇宙速度）；物理學史——關于運動的量度之爭（動量，動能）。主題3剛體力學基礎1.教學內(nèi)容：(1)理解描述轉(zhuǎn)動的角量(角位移、角速度和角加速度)與線量的關系。(2)理解力矩、力矩的功、轉(zhuǎn)動慣量、剛體的角動量和轉(zhuǎn)動動能等物理量。(3)掌握轉(zhuǎn)動定律和角動量守恒定律，會分析處理包括質(zhì)點和剛體、平動和轉(zhuǎn)動的簡單系統(tǒng)的力學問題。2.教學重點：轉(zhuǎn)動定理、剛體定軸轉(zhuǎn)動的動能定理、剛體的角動量定理及其守恒定律。3.教學難點：質(zhì)點和剛體組成的系統(tǒng)對轉(zhuǎn)動定理和牛頓定理的應用，角動量守恒定律應用。4.教學方案設計(含教學方法和教學手段)：創(chuàng)設情境，引導啟發(fā)，分析討論，歸納延伸。理論講授為主，多媒體及參與式討論學習為輔，探索混合式教學。5.課程思政：科學思維——理想模型（剛體）；為國爭光——花滑冠軍，王亞平太空授課（角動量守恒）；科技前沿——共軸交叉雙旋翼直升機設計、天宮交會對接單框架力矩陀螺的完全自主知識產(chǎn)權（角動量守恒）。主題4靜電場1.教學內(nèi)容：(1)理解庫侖定律和電學單位制，了解電場的規(guī)律。(2)掌握電場強度和電勢的概念，電場的疊加原理和電勢的疊加原理。掌握計算簡單問題中電場強度和電勢的方法。(3)理解電通量概念，掌握表征靜電場性質(zhì)的兩條基本定理：高斯定理和環(huán)路定理。理解用高斯定理計算電場強度的條件和方法。必須明確：兩條定理各自反映了靜電場的一個側面，只有兩者結合起來，才能全面地反映靜電場的性質(zhì)。(4)理解靜電場力作功的特點及靜電場的環(huán)路定理，掌握電勢能和電勢的概念及電場強度和電勢的關系。由電荷的分布，根據(jù)電勢疊加原理會計算空間電勢的分布。(5)掌握導體靜電平衡條件和靜電平衡時導體的電特性。(6)理解孤立導體的電容和電容器的電容。會計算平行板電容器、圓柱面電容器和球形電容器的電容。(7)了解電場能量和能量密度概念。2.教學重點：電場強度的疊加原理、靜電場的高斯定理及其應用、電場強度和電勢的計算及關系、靜電場中導體的電場強度、電勢和電荷的分布。3.教學難點：電場強度和電勢的計算，電場強度和電勢的關系。4.教學方案設計(含教學方法和教學手段)：創(chuàng)設情境，引導啟發(fā)，分析討論，歸納延伸。理論講授為主，多媒體及參與式討論學習為輔，探索混合式教學。5.課程思政：科學家事跡——富蘭克林勇于探索的科學精神；科技前沿——首個示范性超導變電站在我國投入電網(wǎng)使用（導體到超導體）；科學方法——從“一般到個別”，從“個別到一般”（導體的靜電平衡）；科技應用——靜電屏蔽。主題5穩(wěn)恒磁場1.教學內(nèi)容：(1)掌握磁感應強度的概念，明確磁感應強度的矢量性和迭加性。掌握畢奧-薩伐爾定律，并能熟地運用該定律來計算幾何形狀比較規(guī)則的載流導線所產(chǎn)生磁場的磁感應強度。(2)理解穩(wěn)恒磁場的高斯定理和安培環(huán)路定理，掌握用安培環(huán)路定理計算磁感應強度的條件和方法。(3)掌握安培定律和洛侖茲力公式，并能做簡單計算。能計算載流導線在磁場中所受的安培力；能分析運動電荷在均勻電場和均勻磁場中所受的力和運動。(4)了解磁介質(zhì)的磁化機理及鐵磁質(zhì)的磁化規(guī)律和特性，了解各向同性磁介質(zhì)中磁感應強度和磁場強度的關系和區(qū)別，了解磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理和高斯定理。2.教學重點：穩(wěn)恒磁場的高斯定理、畢奧-薩伐爾定律及其應用、穩(wěn)恒磁場的安培環(huán)路定理及其應用、安培定律、磁場對載流導線所做的功、磁場對運動電荷的作用。3.教學難點：畢奧-薩伐爾定律及其應用、安培定律。4.教學方案設計(含教學方法和教學手段)：創(chuàng)設情境，引導啟發(fā)，分析討論，歸納延伸。理論講授為主，多媒體及參與式討論學習為輔，探索混合式教學。5.課程思政：文化自信——磁學在中國的發(fā)展；科學家事跡——物理學家薛其坤和量子反?；魻栃鍌惼澚Γ?；前沿科技——福建艦上的電磁彈射技術，強磁性材料的發(fā)展（安培定律）；磁流體發(fā)電機（洛侖茲力）。主題6變化的1.教學內(nèi)容：(1)掌握法拉第電磁感應定律，會計算閉合回路中所產(chǎn)生的感應電動勢；(2)理解產(chǎn)生動生電動勢的原因，能計算動生電動勢并判斷其方向；(3)理解感生電場的意義，能計算簡單情況下的感生電動勢和感生電場并判定其方向；(4)理解自感現(xiàn)象和互感現(xiàn)象及自感系數(shù)和互感系數(shù)；(5)了解磁場能量和磁場能量密度。2.教學重點：法拉第電磁感應定律、動生電動勢、感生電動勢、自感現(xiàn)象和自感系數(shù)、互感現(xiàn)象和互感系數(shù)。3.教學難點：動生電動勢、感生電動勢、感生電場。4.教學方案設計(含教學方法和教學手段)：創(chuàng)設情境，引導啟發(fā)，分析討論，歸納延伸。理論講授為主，多媒體及參與式討論學習為輔，探索混合式教學。5.課程思政：科學家的事跡——法拉第刻苦勤奮、求知探索真理的執(zhí)著精神（電磁感應）大國重器——三峽水電站（電磁感應）；物理學與美——麥克斯韋方程組的對稱美（麥克斯韋方程組）；前沿科技——5G技術（電磁波）；科學思維——假說思維、模型思維（位移電流）。主題7機械振動1.教學內(nèi)容：(1)掌握描述簡諧振動的特征量及各量之間的關系，簡諧振動的運動學及動力學方程的基本特征，能確定振動方程中的三個特征量：振幅、初位相和圓頻率，建立一維簡諧振動的微分方程，能用解析法、圖形法及旋轉(zhuǎn)矢量法解物體簡諧振動運動狀態(tài)的方法；(2)理解位相及位相差的意義、諧振動的能量特征，同方向、同頻率的諧振動的合成規(guī)律；(3)了解了解李薩如圖形、阻尼振動、受迫振動和共振。2.教學重點：簡諧振動中的三個重要參量(振幅、周期、位相和初位相)、簡諧振動的旋轉(zhuǎn)矢量表示法、同方向同頻率簡諧振動的合成。3.教學難點：由已知條件利用解析法或旋轉(zhuǎn)矢量法求出簡諧振動方程。4.教學方案設計(含教學方法和教學手段)：創(chuàng)設情境，引導啟發(fā)，分析討論，歸納延伸。理論講授為主，多媒體及參與式討論學習為輔，探索混合式教學。5.課程思政：價值引領——神州五號升空，楊利偉飛天時發(fā)生共振（振動）；自主創(chuàng)新——港珠澳大橋（振動）。主題8機械波1.教學內(nèi)容：(1)理解機械波產(chǎn)生的條件，了解波動與振動的聯(lián)系與區(qū)別，了解波動過程的幾何表示；(2)掌握平面簡諧波的波動方程，能根據(jù)波線上某一點的振動方程，寫出波函數(shù)；(3)理解波的能量傳播特征及波的能流和能流密度等概念；(4)理解波的惠更斯原理，波的疊加原理，波的干涉現(xiàn)象和相干波條件，掌握波的干涉條件；(5)理解駐波的形成條件，駐波的特征及駐波與行波的區(qū)別，了解半波損失。2.教學重點：平面簡諧波的波動方程、惠更斯原理、波的疊加和波的干涉。3.教學難點：平面簡諧波波動方程的幾個物理量(波速、波動周期、波長)，波函數(shù)的物理意義。4.教學方案設計(含教學方法和教學手段)：創(chuàng)設情境，引導啟發(fā)，分析討論，歸納延伸。理論講授為主，多媒體及參與式討論學習為輔，探索混合式教學。5.課程思政：傳統(tǒng)文化——魚洗（駐波）；前沿科技——聲吶技術水下探測（多普勒效應）；科學思維之極限方法——音障與沖擊波（多普勒效應）。主題9光的干涉1.教學內(nèi)容：(1)理解光的相干性、相干條件及獲得相干光的兩種方法-------分波陣面法和分振幅法；(2)掌握光程、光程差、半波損失及光的干涉條件，掌握光程的計算方法及干涉條紋的性質(zhì)與光程差或位相差的關系；(3)掌握楊氏雙縫干涉和薄膜等厚干涉，能分析計算楊氏雙縫干涉條紋及薄膜等厚干涉條紋的位置。了解薄膜的等傾干涉；(4)了解邁克耳遜干涉儀的基本結構與工作原理。2.教學重點：楊氏雙縫干涉原理、公式及應用、等厚干涉及增透膜和增反膜、等厚干涉的劈尖干涉和牛頓環(huán)。3.教學難點：楊氏雙縫干涉原理、公式及應用、等厚干涉。4.教學方案設計(含教學方法和教學手段)：創(chuàng)設情境，引導啟發(fā)，分析討論，歸納延伸。理論講授為主，多媒體及參與式討論學習為輔，探索混合式教學。5.課程思政：文化自信——光學在中國的發(fā)展，西漢“透光”銅鏡（等厚干涉牛頓環(huán)）；科學精神——光的本性的認識；物理學與美——科學史上最美麗的十大實驗（楊氏雙縫干涉）；前沿科技——引力波。主題10光的衍射1.教學內(nèi)容：(1)理解惠更斯—菲涅耳原理，掌握用半波帶法分析單縫夫瑯和費衍射條紋的產(chǎn)生及其暗紋位置的計算，掌握單縫衍射公式，會分析、確定單縫衍射條紋的位置，理解縫寬和波長對衍射條紋分布的影響，能大致畫出單縫衍射的光強分布曲線；(2)理解光柵衍射條紋的特點及產(chǎn)生這些特點的原因，掌握用光柵方程確定光柵衍射譜線的位置的方法，光柵常數(shù)和波長對其影響和光柵的缺級；(3)了解光柵光譜的特點及其在科學技術和生產(chǎn)中的應用；(4)了解圓孔衍射和光學儀器的分辯本領。2.教學重點：單縫夫瑯禾費衍射、光柵衍射的分析和計算。3.教學難點：確定單縫衍射條紋的位置和光柵的缺級。4.教學方案設計(含教學方法和教學手段)：創(chuàng)設情境，引導