《大学物理(一)》课程教学大纲
(University Physics (1))
课程代码:G10285 课程类型:公共必修课
开课单位:基础课教学研究部
适用专业:机械设计制造及其自动化、机械电子工程、工业工程、机器人工程、车辆工程、电气工程及其自动化、电子信息工程、通信工程、自动化、计算机科学与技术、网络工程、软件工程、人工智能
先修课程:高等数学A(一) 后续课程:大学物理(二)
总学分数:2学分
总学时数:32学时,其中理论32学时,实践0学时
大纲制订人:陈兴媚 大纲审核人:曾亮
制订年月:2023年7月
一、课程简介
物理学是研究物质的基本结构、基本性质、基本相互作用以及普遍运动形式的学科,具有很强的严密性和系统性,是自然科学和工程技术的基础。大学物理课程既是应用型本科工科专业的重要公共必修课程,也是重要的科学素质教育课程。本课程主要内容包括:矢量运算的基本知识;力学基础知识的基本概念、基本原理及其应用;气体动理论和热力学的基本原理和应用。通过本课程的学习,使学生对物理学的基本概念、基本理论、基本方法有系统的认识和正确的理解,并具有初步的应用能力;培养学生严谨的科学态度和思维方法,提高学生的科学素质和创新能力。
二、课程教学目标
1、总体目标
本课程为部分工科专业一年级的公共必修课,理论性较强。通过本课程的学习,学生应掌握力学、气体动理论和热力学的基本原理和研究方法;学会运用微积分等数学工具分析和计算一般难度的物理问题,并为后续专业基础课和专业课的学习打好基础;培养学生的自学能力以及探索和创新精神,使学生具有独立学习新知识和新技术的能力,为学生将来从事科学研究工作和工程技术工作打下良好的基础。
2、具体目标
序号 | 课程具体目标 | 所支撑的毕业要求指标点 | 贡献度 |
1 | 课程目标1:掌握矢量和微积分在物理学中的应用;掌握力学、气体动理论和热力学的基本原理和研究方法;了解物理学中的理想模型及适用条件,学会根据具体情况,对研究对象进行合理的简化。能求解一般难度的力学问题、以及气体动理论和热力学问题。 | 1.工程知识:能系统理解数学、物理、工程科学理论基础并用于专业领域工程问题的表述。 | H |
2 | 课程目标2:通过物理学案例,使学生学会运用微积分等数学工具,分析、计算工程技术中与物理学有关的一般难度问题,具有一定分析问题和解决问题的能力。 | 2.问题分析:能运用数学、物理、工程科学的基本原理对专业领域的复杂工程问题进行识别、判断与表达。 | M |
3 | 课程目标3:通过本课程的学习,使学生掌握科学的学习方法和研究方法,并能将这些方法用于具体工程问题。 | 4.研究:能够基于科学原理,通过文献研究或相关方法,调研和分析专业领域复杂工程问题的解决方案。 | L |
4 | 课程目标4:通过本课程的学习,使学生学会针对具体的物理问题,利用现代信息工具查阅文献资料,并参考文献资料解决所遇到的问题。 | 5.使用现代工具:了解专业常用的现代仪器、信息技术工具、工程工具和模拟软件的使用原理和方法,并理解其局限性,具有信息获取能力,能够根据需要选择与使用信息技术工具和检索工具。 | L |
5 | 课程目标5:通过本课程,培养学生的自学意识和自学能力,使其具有独立学习新知识和新技术的能力,并使他们意识到在信息社会需要做好终身学习的思想准备。 | 12.终身学习:具有自主学习和终身学习的意识,有不断学习和适应发展的能力。 | M |
备注:“H”表示高贡献度,“M”表示中等贡献度,“L”表示低贡献度。
三、知识单元及学时分配
序号 | 知识单元 | 学时分配 |
理论学时 | 实践学时 | 总学时 |
1 | 矢量及其运算 | 2 | | 2 |
2 | 质点运动学 | 4(含线上1学时) | | 4 |
3 | 质点动力学 | 6(含线上3学时) | | 6 |
4 | 刚体力学基础 | 4 | | 4 |
5 | 机械振动 | 2 | | 2 |
6 | 机械波 | 4(含线上1学时) | | 4 |
7 | 气体动理论基础 | 3(含线上1学时) | | 3 |
8 | 热力学基础 | 5(含线上2学时) | | 5 |
9 | 期末复习 | 2 | | 2 |
合计 | 32 | | 32 |
四、教学内容
理论教学内容及学时分配
知识单元 | 知识点 | 教学要求 | 学时 | 支撑的课程 目标 |
矢量及其 运算 | 1、矢量与标量 2、矢量合成的几何法 3、矢量合成的解析法 4、矢量的标积和矢积 | 1、掌握矢量与标量的区别。 2、掌握矢量的表示方法。 3、掌握矢量加法、减法、数乘、矢积、标积的计算。 4、能熟练运用几何法和解析法求解矢量的合成。 | 2 | 1 |
质点运动学 | 1、参考系、坐标系、 物理模型 2、位置矢量、位移、 速度、加速度 3、曲线运动的描述、运动学中的两类问题 | 1、理解质点模型,认识坐标系、参考系的使用。 2、掌握描述质点运动及运动变化的四个物理量:位置矢量、位移、速度、加速度的数学定义。理解这些物理量的矢量性、瞬时性。 3、理解运动方程的物理意义,理解角速度,角加速度,切向加速度和法向加速度的概念。4、掌握直线运动和圆周运动中运动学参量的计算。 | 4 | 1、2、4、5 |
质点动力学 | 1、牛顿运动定律 2、动量、动量守恒定律 3、功、 动能、 势能、 机械能守恒定律 | 1、掌握牛顿三大定律的内容和使用条件,能熟练地用之求解质点一维运动问题和部分二维运动问题。 2、理解动量、冲量概念。掌握动量定理和动量守恒定律内容及其应用。 3、理解功和能量的概念和保守力做功的特点及势能的概念。能使用微积分计算变力的功。能掌握几种主要保守力的势能计算方法。 4、理解动能定理、功能原理、机械能守恒定律以及适用条件,掌握运用动量和能量守恒定律分析力学问题的思想和方法。 | 6 | 1、2、3、5 |
刚体力学基础 | 1刚体、刚体定轴转动的描述 2、力矩、刚体定轴转动的转动定律 3、刚体定轴转动的动能定理 4、刚体定轴转动的角动量定理和角动量守恒定律 | 1、掌握刚体定轴转动的运动学描述,理解角速度、角加速度的物理意义,并掌握角量与线量的关系。 2、掌握转动惯量概念,了解典型刚体的转动惯量的计算方法。掌握刚体定轴转动的转动定律,并掌握相应的简单问题求解方法。 3、理解力矩和转动惯量概念。理解刚体定轴转动的转动动能概念。掌握刚体绕定轴转动的转动定理,能在有刚体绕定轴转动的问题中正确地应用机械能守恒定律。 4、理解角动量(动量矩)概念。掌握角动量守恒的条件和内容,能处理一般质点在平面内运动以及刚体绕定轴转动情况下的角动量守恒问题。 | 4 | 1、2、3、5 |
机械振动 | 1、简谐振动的动力学特征 2、简谐振动的运动学 | 1、理解描述谐振动和谐振动的各运动学量(尤其是相位)的物理意义及各量之间的关系。理解简谐运动的基本特征,能建立一维简谐运动的微分方程。 2、掌握振动的运动学方程,能根据给定的初始条件写出一维简谐运动的运动方程,并理解其物理意义。掌握描述简谐运动的旋转矢量法和图线表示法,并会用于简谐运动规律的讨论和分析。 | 2 | 1、2、3、4 |
机械波 | 1、机械波的形成和传播 2、平面简谐波的波函数 3、惠更斯原理、 波的叠加和干涉 4、驻波 | 1、掌握机械波产生的条件。理解描述简谐波的各物理量的意义及各量间的关系。 2、理解波动方程、波形曲线的物理意义、并能掌握有关问题的计算方法。掌握根据已知质点的谐振动方程建立平面简谐波的波动方程的方法。 3、理解惠更斯原理和波的叠加原理,波的相干条件。能掌握应用相位差或波程差概念,分析和确定相干波叠加振幅加强和减弱的条件。 4、了解驻波及其形成条件,了解驻波和行波的区别。 | 4 | 1、2、4、5 |
气体动理论基础 | 1、平衡态、 温度 2、理想气体状态方程 3、理想气体的压强 4、能量均分定理 5、理想气体的内能 | 1、能从统计意义上理解压强、温度、体积等概念。了解系统的宏观性质是微观运动的统计平均,理解平衡态、平衡过程、理想气体等概念。 2、理解三大实验定律;能用理想气体的状态方程来求解一般难度的相关问题。 3、理解理想气体的压强公式及其的物理意义。通过推导气体压强公式,了解从提出模型,进行统计平均,建立宏观量与微观量的联系,到阐明宏观量微观本质的思想和方法。 4、了解自由度概念,理解能量均分定理。 5、理解物体内能的概念;会计算理想气体的内能。 | 3 | 1、2、3、5 |
热力学基础 | 1、内能、功和热量、 准静态过程 2、热力学第一定律 3、热力学第一定律在理想气体等值过程中的应用 4、气体的摩尔热容 5、绝热过程 | 1、掌握内能、功和热量等概念,理解准静态过程。 2、掌握热力学第一定律的内容及其数学表达式。 3、能分析计算理想气体在等体、等压、等温过程中的功、热量和内能的改变量。 4、理解气体的热容与摩尔热容的定义,理解理想气体摩尔定体热容、摩尔定压热容的定义及数学表达式。 5、理解绝热过程的条件要求,了解绝热方程,能分析计算理想气体在绝热过程中的功、热量和内能的改变量。 | 5 | 1、2、4、5 |
期末复习 | 1、对力学内容各知识点进行总结、归纳。 2、对气体动理论和热力学知识点进行总结、归纳。 | 1、对力学各知识点有比较全面和系统的认识。 2、对气体动理论和热力学基础各知识点有比较全面和系统的认识。 | 2 | 1 |
五、课程考核评价方式
1、考核性质:考试
2、考核方式:闭卷
3、成绩评定办法: 总评成绩100分=闭卷考核成绩50%+过程考核成绩50%
考核项目 | 考核要求 | 总比例 | 支撑课程目标 |
期末考试(50%) | 基本概念与知识点——对力学、气体动理论和热力学基本概念、基本原理掌握情况 | 10% | 1 |
计算分析题——分析、计算能力及应用能力 | 30% | 1、2 |
简答分析题——自主学习等能力及分析问题、解决问题的能力 | 10% | 2、3、5 |
线上学习(30%) | 线上视频学习情况 | 5% | 1、2、5 |
线上作业平均成绩 | 10% | 1、2、4、5 |
线上讨论平均成绩 | 5% | 1、2、3、4、5 |
线上测验平均成绩 | 10% | 1、2、5 |
线下作业(8%) | 作业1、计算、分析一般难度物理问题的能力 | 4% | 1、2 |
作业2、自主学习、独立解决问题的能力 | 4% | 4、5 |
课堂表现(7%) | 学生参与课堂讨论、互动情况 | 7% | 1、2、3、4、5 |
课堂考勤(5%) | 执行学校课堂考勤管理制度,对每次课出勤进行考核 | 5% | 1、2、3、4、5 |
注:其中作业1和作业2均为多次作业,可综合取平均分。
(1)闭卷考试50%:根据课程教学目标,重点考核学生对基本知识、重难点知识的理解和应用情况,能反映学生的分析问题、自主学习等能力;考核内容与类型能支撑课程目标的达成。
(2)过程考核50%:包括线上视频学习5%、线上作业10%、线上讨论5%、线上测验10%、
线下作业8%、课堂表现7%,课堂考勤5%。(或过程性考核按百分制计算为线上视频学习10%、 线上作业20%、线上讨论10%、线上测验20%、线下作业16%、课堂表现14%,课堂考勤10%)。
线上学习主要根据学生线上视频学习情况、线上多次作业的平均成绩、线上参与专题讨论情况、线上测验平均成绩按考核占比统计出该项成绩;线下作业由科任老师根据学生作业完成情况给出该项成绩;课堂表现由科任老师根据学生参与课堂讨论、互动情况给出该项成绩;课堂考勤主要考核学生上课出勤情况,由任课老师根据课堂考勤统计情况给出该项成绩。过程考核还应强调独立完成作业的重要性,培养学生计算分析能力和独立解决问题的能力。
六、教材及参考资料
1、建议使用教材
[1] 赵近芳,王登龙.大学物理学[M].第6版.北京:北京邮电大学出版社,2021.12.
2、建议使用教学参考资料
[2] 东南大学等七所工科院校编;马文蔚,周雨青,解希顺改编.物理学[M].第七版.北京:高等教育出版社,2020.10.
[3]张三慧,杜旭日,杨宇霖,程再军,王灵捷.大学物理学[M].第三版.北京:清华大学出版社.2021.02
[4] 赵凯华,罗蔚茵.新概念物理教程 •力学[M].第三版. 北京:高等教育出版社,2023.07.
[5] 刘兆龙,冯艳全,石宏霆.大学物理(第一卷)力学与热学[M].第二版.北京:高等教育出版社,2024.02.
[6] 黄淑清,聂宜,申先甲,隗功民,姜宏伟.热学教程[M].第四版.北京:高等教育出版社,2020.04.