《大学物理(二)》课程教学大纲
(University Physics (2))
课程代码:G10295 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:大学物理(一) 后续课程:部分专业基础或专业课程 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:2024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:电磁学的基本概念、基本原理及其应用;波动光学的基本概念、基本原理和应用;介绍量子物理基础。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,并具备初步的应用能力;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二年级的公共必修课,理论性较强。通过本课程的学习,学生应掌握电磁学、波动光学的基本原理和研究方法;了解量子物理的基础知识;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:掌握电磁学、波动光学的基本原理和研究方法;了解量子物理基础;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;能求解一般难度的电磁学问题,以及波动光学问题。 | 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 | 静电场 | 10(含线上1学时) | | 10 |
2 | 稳恒磁场 | 6(含线上2学时) | | 6 |
3 | 变化的电磁场 | 4(含线上2学时) | | 4 |
4 | 光的干涉 | 4(含线上1学时) | | 4 |
5 | 光的衍射 | 2 | | 2 |
6 | 光的偏振 | 2(含线上1学时) | | 2 |
7 | 量子物理基础 | 2(含线上1学时) | | 2 |
8 | 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 |
静电场 | 1、电荷、库仑定律 2、电场强度 3、电场强度叠加原理 4、电场强度的计算 5、电通量 高斯定理 6、高斯定理的应用 7、电场力的功 静电场的环路定理 8、电势能、电势、电势差、等势面 9、导体的静电平衡 10、导体壳和静电屏蔽 11、有导体存在的静电场电场强度与电势的计算 | 1、掌握库仑定律的内容及数学表达式,能用库伦定律求解相关问题。 2、理解静电场中的电场强度是矢量点函数。 3、了解电场强度叠加原理。了解电偶极子概念,能计算电偶极子在均匀电场中的受力和运动。 4、理解运用电场强度叠加原理求解电荷连续分布的带电体的电场的思路及方法。 5、理解静电场是有源场。掌握高斯定理的内容和数学表达式。 6、熟悉用高斯定理计算场强的条件和方法,并能熟练应用。 7、理解电场力的功和静电场的环路定理,认识静电场是保守场。 8、理解描述静电场的另一个基本物理量-电势的概念,并掌握计算电势的方法:电势叠加法、场强积分法(电势定义法)。 9、掌握静电平衡的条件以及导体处于静电平衡时的电荷、电势、电场分布。 10、了解静电屏蔽原理。 11、掌握有导体存在的静电场电场强度与电势的计算。 | 10 | 1、2、3、4、5 |
稳恒磁场 | 1、电流、电动势 2、磁场、磁感应强度 3、毕奥-萨伐尔定律 4、安培环路定理 5、磁场对载流导线的作用 6、磁场对运动电荷的作用 | 1、理解恒定电流产生的条件和电流密度和电动势的概念。 2、掌握描述磁场的物理量-磁感强度的概念,理解它是矢量点函数。理解稳恒磁场是无源场,理解稳恒磁场的高斯定理。 3、理解毕奥-萨伐尔定律,能利用它计算一些简单问题中的磁感强度。 4、安培环路定理的内容以及数学表达式,掌握运用安培环路定理计算磁感应强度的条件和方法,并能熟练应用。 5、理解安培定律的内容及其数学表达式,掌握简单几何形状载流导体和载流平面线圈在磁场中所受的力和力矩的计算方法。 6、理解洛伦兹力公式,能分析点电荷在均匀电磁场(包括纯电场、纯磁场)中受力运动的简单情况。 | 6 | 1、2、3、4、5 |
变化的电磁场 | 1、法拉第电磁感应定律 2、楞次定律 3、动生电动势 4、感生电动势 5、自感与互感 | 1、理解法拉第电磁感应定律内容及数学表达式。 2、能应用法拉第电磁感应定律和楞次定律来计算感应电动势,并判明其方向。 3、理解动生电动势的概念和规律,并能掌握有关问题的计算方法。 4、理解感生电动势的概念和规律。 5、了解自感和互感现象,会计算几何形状简单的导体的自感和互感系数。 | 4 | 1、2、3、5 |
光的干涉 | 1、光源、光的相干性 2、杨氏双缝干涉实验 3、光程与光程差 4、薄膜干涉 5、劈尖干涉、牛顿环 | 1、理解光源的发光机理、光的颜色和光谱、获得相干光的方法。 2、掌握杨氏双缝干涉实验的原理,能分析、确定杨氏双缝干涉条纹位置。 3、理解光程的概念以及光程差和相位差的关系。 4、了解薄膜干涉的原理,能分析薄膜等厚干涉条纹的位置。 5、能分析、确定劈尖干涉条纹位置,理解如何通过牛顿环实际测量平面凸透镜曲率半径的原理。 | 4 | 1、2、3、4、5 |
光的衍射 | 1、光的衍射 惠更斯-菲涅尔原理 2、单缝夫琅禾费衍射 3、衍射光栅 | 1、了解惠更斯菲涅耳原理。 2、了解用半波带法来分析单缝的夫琅禾费衍射条纹分布规律的方法,会分析缝宽及波长对衍射条纹分布的影响。 3、理解光栅衍射公式。会确定光栅衍射谱线的位置。会分析光栅常数及波长对光栅衍射谱线分布的影响。 | 2 | 1、2、3、4 |
光的偏振 | 1、自然光和偏振光 2、起偏和检偏、马吕斯定律 | 1、了解自然光与偏振光的区别。 2、理解马吕斯定律,能运用马吕斯定律求解线偏振光透过偏振片后的光强。 | 2 | 1、2、4、5 |
量子物理基础 | 1、黑体辐射与普朗克量子假设 2、光电效应与爱因斯坦光电效应方程 | 1、了解黑体辐射及其实验规律、普朗克的“量子(能量子)”假设、普朗克黑体辐射公式。 2、了解光电效应及其实验规律(重点列举不能用经典理论解释的规律)、爱因斯坦的“光子”假设(光的波粒二象性)、爱因斯坦光电效应公式及其对实验规律的解释。 | 2 | 4、5 |
期末复习 | 1、对电磁学内容各知识点进行总结、归纳。 2、对波动光学内容各知识点进行总结、归纳。 | 1、对电磁学各知识点有比较全面和系统的认识。 2、对波动光学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——对电磁学、波动光学的基本概念、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,陈熙谋.新概念物理教程•电磁学[M].第三版.北京:高等教育出版社,2023.07.
[5] 贾起民,郑永令,陈暨耀.电磁学[M].第四版.北京:高等教育出版社,2022.03.
[6] 赵凯华.新概念物理教程·光学[M].第二版.北京:高等教育出版社,2021.02.
[7] 吕智国.量子物理[M].上海:上海交通大学出版社,2023.02.