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课程教学大纲-电子科学学院物理系-东北石油大学

课程教学大纲-电子科学学院物理系-东北石油大学


东北石油大学

本科课程教学大纲
电子科学学院分册

东北石油大学教务处监印
二〇一四年七月


第一部分



物理系理论课教学大纲

《大学物理》 (96 学时本科)课程教学大纲 ............................................ 1 《大学物理》 (128 学时本科)课程教学大纲 ........................................... 9 《大学物理》 (铁人班)课程教学大纲................................................ 20 《核物理基础》课程教学大纲....................................................... 30 《电磁学》课程教学大纲........................................................... 38 《光学》课程教学大纲............................................................. 45 《理论力学》课程教学大纲......................................................... 55 《原子物理学》课程教学大纲....................................................... 65 《量子力学》课程教学大纲......................................................... 74 《计算物理》课程教学大纲......................................................... 81 《热力学与统计物理》课程教学大纲................................................. 88 《固体物理》课程教学大纲......................................................... 96 《非线性动力学与混沌基础》课程教学大纲 .......................................... 103 《电磁场理论》课程教学大纲...................................................... 109 《电动力学》课程教学大纲........................................................ 115 《应用物理学概论》课程教学大纲.................................................. 122 《力学》课程教学大纲............................................................ 128 《热学》课程教学大纲............................................................ 138 《激光原理与应用》课程教学大纲.................................................. 144 《数学物理方法》课程教学大纲.................................................... 151 《计算物理科学与工程》课程教学大纲.............................................. 161 《文科物理》课程教学大纲........................................................ 168

第二部分

电子科学与技术系理论课教学大纲

《半导体物理基础》课程教学大纲.................................................. 174 《光电子技术基础》课程教学大纲.................................................. 181 《量子力学》课程教学大纲........................................................ 188 《数学物理方法》课程教学大纲.................................................... 195 《物理光学》课程教学大纲........................................................ 205 《电子科学与技术专业英语》课程教学大纲 .......................................... 210 《光电子材料与器件》课程教学大纲................................................ 215 《光电成像技术》课程教学大纲.................................................... 221 《光电检测技术》课程教学大纲.................................................... 226 《光电图像处理及应用》课程教学大纲.............................................. 233

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《激光计量学》课程教学大纲...................................................... 238 《光纤光学及应用》课程教学大纲.................................................. 243 《薄膜光学》课程教学大纲........................................................ 249 《光电功能材料与应用》课程教学大纲.............................................. 255 《集成光学》课程教学大纲........................................................ 260 《光学系统设计》课程教学大纲.................................................... 265 《发光器件与显示技术》课程教学大纲.............................................. 270 《应用光学》课程教学大纲........................................................ 276

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《大学物理》 (96 学时本科)课程教学大纲
课程编号:09031001 课程名称:大学物理 英文名称:College Physics 课程类型:必修课 课程性质:公共基础课 总 学 时:96 学 分:6 讲课学时:96 实验(实践)学时:0

适用对象:理工科部分专业本科 先修课程:高等数学

一、编写说明
(一)制定大纲的依据 依据教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会, 物理基础课程教学指导分委员会 2010 年《理工科类大学物理课程教学基本要求》制订。 (二)课程简介 物理学的研究对象具有极大的普遍性,它的基本理论渗透在自然科学的一切领域,广泛地应 用于生产技术的各个部门,它是自然科学和工程技术的基础,也是许多高新技术发展的源泉和先 导。因此,《大学物理》课程是理工科各专业学生的一门重要必修基础课。以物理学为基础的大 学物理课程主要包括:力学、振动和波、热学、电磁学、光学、量子物理基础等方面的基本概念、 基本理论和基本运算技能。 (三)课程的地位与作用 大学物理课程所教授的基本概念、基本理论和基本方法是构成学生科学素养的重要组成部 分,是一个科学工作者和工程技术人员所必备的。 大学物理课程在为学生系统地打好必要的物理基础,培养学生树立科学的世界观,增强学生 分析问题和解决问题的能力,培养学生的探索精神和创新意识等方面,具有其他课程不可替代的 重要作用。 (四)课程性质、目的和任务 性质:以物理学基础知识为内容的大学物理课程是高等工科学校各专业本科生的一门重要的 必修基础课。 目的:物理学是整个自然科学的基础,高等学校中开设大学物理课的目的是使学生对物理学 的内容和方法、工作语言、概念和物理图象、及其历史、现状和前沿等方面,从整体上有个全面 的了解。 学好大学物理课不仅对学生在校的学习十分重要, 而且对学生毕业后的工作和进一步学 习新理论、新知识、新技术、不断更新知识都将发生深远的影响。 任务:在大学物理课程的各个教学环节中,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,努力实现学生知识、能力、素质的协调发展。 (五)与其他课程的联系

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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、掌握科学的学习方法、 培养独立获取知识的能力、以尽快适应大学阶段的学习特点等方面所起的作用是十分重要的。在 大学物理课的教学过程中,要充分利用高等数学工具。并且大学物理课程的学习可以为后继课程 的学习打下坚实的基础。 (六)对先修课的要求 熟练运用高等数学中关于一元函数的微积分、微分方程、矢量运算等知识。

二、大纲内容 第一部分
(一)教学目的和任务 通过本部分教学,使学生正确理解质点运动学、质点动力学、刚体力学的基本概念,掌握牛 顿三定律和三大守恒律,提高学生分析和解决问题的方法和技能。 (二)教学基本要求 1、掌握位置矢量、位移、速度、加速度等描述质点运动及运动变化的物理量。理解这些物 理量的矢量性、瞬时性和相对性。理解运动方程的物理意义及作用,能借助于直角坐标系计算质 点在平面内运动时的速度和加速度,能计算质点作圆周运动时的角速度、角加速度、切向加速度 和法向加速度。 2、掌握牛顿三定律及其适用条件。能用微分方程求解一维变力作用下质点运动问题。 3、掌握功的概念,能熟练地计算变力的功,理解保守力作功的特点及势能的概念,会计算 万有引力、重力和弹性力的势能。 4、掌握动量定理、动量守恒定律、动能定理、功能原理和机械能守恒定律,掌握运用守恒 定律分析问题的思想和方法。 5、理解刚体、力矩、转动惯量的概念。 6、掌握刚体绕定轴转动的转动定律和角动量守恒定律。 (三)教学重点和难点(1、重点 2、难点) 1、位置矢量,运动方程,切向加速度和法向加速度,牛顿定律的应用,保守力做功及势能, 动量守恒及机械能守恒定律,刚体绕定轴转动的转动定律和角动量守恒定律。 2、角加速度,切向加速度和法向加速度,保守力做功与势能的关系,刚体绕定轴转动的转 动定律,角动量守恒定律的应用。 (四)教学建议与说明 1、力学的重点是牛顿运动定律和三个守恒定律及其成立条件。 2、力学中除角动量、刚体部分外绝大多数概念学生在中学阶段已有接触,故教学中展开应 适度,以避免重复。 3、通过把力学的研究对象抽象为两个理想模型,质点、刚体,逐步使学生学会建立模型的 科学研究方法。 4、应注意学会矢量运算、微积分运算等方法在物理学中的应用。 (五)教学内容 1、质点运动学:位矢、位移、速度、加速度。圆周运动,切向加速度、法向加速度。角坐 标、角位移、角速度、角加速度。角量与线量的关系。 2、质点动力学:牛顿运动定律。动量、冲量、动量定理。动量守恒定律。动能、动能定理。
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力学

保守力与非保守力。势能。功能原理。机械能守恒定律。能量守恒与转化定律。 3、刚体的转动:刚体。力矩,转动定律,转动惯量。转动动能,力矩的功。角动量和角动 量守恒定律。

第二部分 振动与波
(一)教学目的和任务 通过本部分教学,使学生正确理解机械振动,机械波的基本概念,掌握振动方程和波动方程 的建立、应用及意义,熟悉位相和位相差的作用。使学生明确振动和波动是自然界极为普遍的运 动形式,简谐振动是研究一切复杂振动的基础。 (二)教学基本要求 1、掌握描述谐振动和简谐波的各物理量之间的关系。 2、掌握旋转矢量法。 3、掌握谐振动的基本特征。能建立一维谐振动的微分方程,能根据给定的初始条件写出一 维谐振动的运动方程,并理解其物理意义。 4、理解同方向、同频率谐振动的合成规律。 5、理解机械波产生的条件。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,以及波动方程的物理意义,理解波形曲线,了解波的能量传播特征及能流、能流密度等概 念。 6、了解惠更斯原理和波的叠加原理。掌握波的相干条件,能应用相位差或波程差分析和确 定相干波叠加后振幅加强和减弱的条件。 7、理解驻波及其形成条件,了解驻波和行波的区别。 (三)教学重点和难点(1、重点 2、难点) 1、简谐振动的动力学方程和运动学方程,简谐振动的圆频率、频率和周期,简谐振动的振 幅、位相和初位相,简谐振动的速度和加速度,旋转矢量法,同方向振动的合成,平面简谐波的 波动方程,波的干涉,驻波,半波损失。 2、谐振动的动力学方程和运动学方程,旋转矢量法,同方向振动的合成,平面简谐波的波 动方程,波的干涉,驻波。 (四)教学建议与说明 1、应强调简谐运动以及平面简谐波的描述特点及研究方法,突出相位及相位差的物理意义。 2、讲述机械波要为讨论电磁波(光波)以及物质波的概念提供基础。 3、振动和波是应用演示手段最为丰富的部分,教学中应充分应用演示实验和多媒体手段阐 述旋转矢量法,波动特征,并可鼓励学生自己设计展示物理思想和物理现象的多媒体课件。 (五)教学内容 1、机械振动:简谐振动。谐振动的运动学和动力学方程。频率、圆频率、周期、振幅和相 位。谐振动的旋转矢量表示法。谐振动的能量。同方向同频率谐振动的合成。 2、机械波:机械波的产生与传播。波速、频率和波长的关系。平面简谐波方程。波的能量, 能流,能流密度,波的强度。惠更斯原理。波的叠加与独立传播。相干波及波的干涉。驻波、半 波损失。

第三部分 波动光学
(一)教学目的和任务
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通过本部分教学,使学生正确理解波动光学的特点,掌握双缝干涉,等厚干涉,单缝衍射, 光栅衍射的一般分析方法,加深学生对自然界光现象的认识。 (二)教学基本要求 1、理解相干光的条件及获得相干光的方法。掌握光程的概念以及光程差和相位差的关系, 理解在什么情况下反射光有相位跃变。能分析确定杨氏双缝干涉条纹及等厚干涉条纹的位置。 2、了解惠更斯—菲涅耳原理及它对光的衍射现象的定性解释。理解用波带法来分析单缝的 夫琅和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,了解缺级现象。 4、理解自然光与偏振光的区别。理解布儒斯特定律和马吕斯定律。 (三)教学重点和难点(1、重点 2、难点) 1、光程,双缝干涉,等厚干涉,惠更斯—菲涅耳原理,单缝夫琅禾费单缝衍射,光栅衍射。 2、光程差(特别涉及半波损失)的计算,光栅方程,缺级公式。 (四)教学建议与说明 1、分波阵面干涉主要介绍杨氏双缝干涉。 2、分振幅干涉的教学重点是等厚干涉及其应用。 3、通过干涉和衍射的学习,使学生理解光栅光谱的特征以及光谱分析的意义。 4、光学也是演示手段较为丰富的一部分,可充分运用多媒体手段展示干涉和衍射现象的规 律及其变化、单缝衍射对光栅衍射的调制作用及缺级现象、偏振光的获得等内容,帮助学生加深 对光学基本理论的理解。 (五)教学内容 1、光的干涉:光矢量。单色光。光的相干性。光源。相干光的获得。杨氏双缝干涉。光程 与光程差。等厚干涉,劈尖与牛顿环。 2、光的衍射:光的衍射现象。惠更斯――菲涅耳原理。单缝衍射。半波带法。光栅,光栅 方程。 3、光的偏振:自然光和偏振光。起偏与检偏。马吕斯定律。反射和折射光的偏振,布儒斯 特定律。

第四部分
(一)教学目的和任务

热学

通过本部分教学,使学生正确理解气体分子动理论和热力学方面的基本知识,提高学生建立 模型和进行统计运算的能力。 (二)教学基本要求 1、了解气体分子热运动的图象。理解理想气体的压强公式和温度公式。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的微观本质的 思想和方法。能从宏观和统计意义上理解压强、温度、内能等概念。 2、了解麦克斯韦速率分布律及速率分布函数和速率分布曲线的物理意义。 3、理解气体分子能量按自由度均分定理,并会应用该定理计算理想气体的定压热容、定容 热容和内能。 4、掌握功和热量的概念。理解准静态过程。掌握热力学第一定律,能分析、计算理想气体 各等值过程和绝热过程的功、热量、内能改变量和卡诺循环等过程的效率。

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(三)教学重点和难点(1、重点 2、难点) 1、理想气体的微观模型,理想气体状态方程,理想气体的压强公式,温度的统计解释,自 由度,理想气体的内能,内能、功和热量,热力学第一定律,理想气体的等值过程、绝热过程, 循环过程,循环效率。 2、理想气体的压强公式,理想气体的内能,麦克斯韦速率分布律,热力学第一定律,理想 气体的等值过程、绝热过程,循环过程,循环效率。 (四)教学建议与说明 1、对于中学物理介绍得比较多的气体宏观规律,如气体的状态方程、热力学第一定律等应 注意展开适度,减少不必要的重复。 2、温度是热学的重要概念,除了说明温度的统计意义外,还应讲述为其提供实验基础的热 力学第零定律。 3、注重讲授大量粒子组成的系统的统计研究方法和统计规律,以及热现象研究中宏观量与 微观量之间的区别与联系。 4、通过理想气体的压强公式的建立进一步讲授科学研究的建模方法。 (五)教学内容 1、气体分子动理论:分子运动论的基本概念,热运动,平衡态及其统计规律。理想气体的 微观模型及其状态方程。压强公式。气体压强及温度的统计解释。能量按自由度均分定理。理想 气体的内能。麦克斯韦速率分布率,最概然速率、平均速率与方均根速率。 2、热力学基础:热力学系统及其内能、功和热量。热力学第一定律及其在理想气体等值过 程中的应用。绝热过程。气体的摩尔热容。循环过程。卡诺循环。热机效率。

第五部分
(一)教学目的和任务

电磁学

通过本部分教学,使学生正确理解电磁场方面的有相关知识,使学生对构建 20 世纪电气化 时代的电磁场理论有个基本的认识并为后续课的学习奠定坚实的基础。 (二)教学基本要求 1、掌握静电场的电场强度和电势的概念及电场强度和电势的叠加原理。掌握电势与电场强 度的积分关系。能计算一些简单问题中的电场强度和电势。 2、理解静电场的规律:高斯定理和环路定理。理解用高斯定理计算场强的条件和方法。 3、了解导体的静电平衡条件,了解电容。了解介质的极化现象及其微观解释。了解介质中 的高斯定理及电场能量。 4、掌握磁感应强度的概念。理解毕奥—萨伐尔定律。能计算一些简单问题中的磁感应强度。 5、理解稳恒磁场的规律:磁场高斯定理和安培环路定理。理解用安培环路定理计算磁感应 强度的条件和方法。 6、理解安培定律和洛仑兹力公式。了解电偶极矩和磁矩的概念。能计算简单形状载流导体 和载流平面线圈在磁场中所受的力和力矩。能分析点电荷受的洛仑兹力。 7、理解电动势的概念。掌握法拉第电磁感应定律。理解动生电动势及感生电动势。 8、了解涡旋电场。 (三)教学重点和难点(1、重点 2、难点) 1、静电场的电场强度和电势的概念以及电场强度和电势叠加原理,高斯定理和环路定理, 导体静电平衡的条件,静电平衡时导体的电荷分布,毕奥—萨伐尔定律,磁场中的高斯定理,安
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培环路定理,法拉第电磁感应定律,动生电动势和感生电场。 2、计算电场强度和电势的方法,电位移矢量,介质中的高斯定理,磁场中安培环路定理的 理解及其应用,动生电动势与感生电动势的计算。 (四)教学建议与说明 1、对中学物理介绍得比较多的电力、磁力、静电感应及电磁感应现象等内容,讲述中应注 意与中学教学的衔接,减少不必要的重复。 2、电磁学的重点在于通过库仑定律、高斯定理和环路定理、毕奥—萨伐尔定律、法拉第电 磁感应定律等,学习电磁场的概念以及场的研究方法。 3、突出介绍以点电荷的电场和电流元的磁场为基础的叠加法。强调电场强度、电场力、磁 感应强度、磁场力的矢量性。并加强学生应用微积分解决物理问题的训练。 (五)教学内容 1、真空中的静电场:电荷,电荷守恒定律。库仑定律。真空中的静电场。电场强度。电场 强度叠加原理。电场线,电通量。高斯定理。电场强度的计算。电场力的功。静电场的环路定理。 电势能,电势,电势差及其计算。 2、静电电场中的导体和电介质:导体的静电平衡。导体上的电荷分布。电容与电容器。电 场能量,能量密度。电介质的极化。电位移矢量。有电介质时的高斯定理。 3、稳恒磁场:磁场,磁感应强度。磁感应线,磁通量,磁场中的高斯定理。毕奥―萨伐尔 定律。安培环路定理。安培定律。磁场对载流导线及线圈的作用。洛仑兹力。带电粒子在磁场中 的运动。 4、电磁感应与电磁场:电源电动势。电磁感应现象。法拉第电磁感应定律。动生电动势。 感生电动势。涡旋电场。

第六部分 近代物理
(一)教学目的和任务 通过本部分教学,使学生正确理解量子力学的基本原理,帮助学生建立物质波粒二象性和量 子化的概念,体会从经典物理到量子物理过渡过程。 (二)教学基本要求 1、理解爱因斯坦光子假设,掌握爱因斯坦方程。理解光电效应和康普顿效应的实验规律以 及爱因斯坦的光子理论对这两个效应的解释,理解光的波粒二象性。 2、了解德布罗意物质波假设及电子衍射实验。了解实物粒子的波粒二象性。理解描述物质 波动性的物理量(波长、频率)和描述粒子性的物理量(动量、能量)之间的关系。 3、了解一维坐标动量不确定关系。 4、了解波函数及其统计解释。了解一维定态的薛定谔方程,以及量子力学中用薛定谔方程 处理一维无限深势阱等微观物理问题的方法。 (三)教学重点和难点(1、重点 2、难点) 1、光电效应,康普顿效应,德布罗意波,波函数,一维定态薛定谔方程,一维无限深势阱 问题。 2、波函数及其概率解释,薛定谔方程 (四)教学建议与说明 1、强调微观物质的描述方式和波函数的统计意义,并通过一维无限深势阱的量子力学描述 以及与经典驻波的比照,帮助学生理解波函数和薛定谔方程是量子力学状态描述的手段。
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2、注意通过几个重要实验和模型,给出量子力学作为新理论创立和发展的过程以及人们对 物质世界认识不断深化的过程,给学生以创新思维和探究精神的启迪。 (五)教学内容 量子力学的实验和理论基础:光电效应的基本规律。光子假设。爱因斯坦方程。光的波粒二 象性。康普顿效应。玻尔的氢原子理论。德布罗意假设,实物粒子的波粒二象性。不确定关系。 波函数。薛定谔方程及应用。

三、实验(实践)环节及要求


四、习题、课程讨论及要求
1、每堂课留 2~3 个作业题,要求学生必须独立完成和熟练掌握,每周收一次作业。 2、上习题课前要求学生预习全部习题。 3、习题课学时数不少于总学时的 15%。

五、教学方法与手段
本课程主要采用课堂讲授的方式进行,宜采用自学指导式、讨论式、研究式等多种启发式的 教学方法组织教学,适当配合课堂演示实验、多媒体的教学手段进行。

六、各教学环节学时分配
学 时 分 配 章 节 内 容 讲课 绪论 力学 振动和波 波动光学 热学 电磁学 近代物理 期末复习 合计 运动学、动力学、刚体力学 机械振动、机械波 光的干涉、衍射、偏振 分子运动论、热力学 电场、磁场、电磁感应 量子物理 2 10 10 10 10 24 8 2 76 习题课 讨论课 实验 0 4 2 2 2 8 2 0 20 其他 2 14 12 12 12 32 10 2 96 合计

序 号 1 2 3 5 4 6 7 8

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七、教学形式与考核方式
(一)教学形式 本课程主要采用课堂讲授和习题讨论的形式进行。 (二)考核方式 以平时考核(平时表现、作业、小论文)和期末闭卷考试结合的方式进行,综合评价学生的 学习成绩。其中总成绩=平时成绩*20%+期末成绩*80%

八、推荐教材和教学参考书
教 材:《物理学》第五版,马文蔚编著,高等教育出版社,2006 年。 参考书:《普通物理学》,程守洙编著,高等教育出版社,1999 年。 《大学物理学》,张三慧编著,清华大学出版社,2002 年。 《大学物理学》,卢德馨编著,高等教育出版社,2002 年。 《大学物理学习指导》,李贤丽编著,东北林业大学出版社,2005 年。

九、课程组成员

课程组负责人 李贤丽

课程组成员 白永强、杨旭、宋胜浩、秦显荣、韩春杰、齐绩 董向国、姜晓岚、张雨、张义勇、张秀龙、王升 孙宇、孙大为、赵鹏程、黄乃兴、王强、郝利丽

十、其他说明
无。

大纲制订人:杨旭 大纲审核人:白永强 董向国 大纲审批人:李贤丽 制订日期:2014 年 5 月

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《大学物理》 (128 学时本科)课程教学大纲
课程编号:09031002/09031003 课程名称:大学物理(上/下) 英文名称:College Physics 课程类型:必修课 课程性质:公共基础课 总 学 时:128 学 分:8 讲课学时:128 实验(实践)学时:0

适用对象:理工科各专业本科 先修课程:高等数学

一、编写说明
(一)制定大纲的依据 依据教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会, 物理基础课程教学指导分委员会 2010 年《理工科类大学物理课程教学基本要求》制订。 (二)课程简介 大学物理课程是高等学校理工科本科各专业学生的一门重要的必修基础理论课,其主要内容 包括:质点运动学、牛顿定律、动量守恒定律和能量守恒定律、刚体的转动、热力学基础、气体 动理论、静电场、静电场中的导体与电介质、稳恒磁场、电磁感应、电磁场、机械振动、机械波、 电磁振荡和电磁波、波动光学、相对论、量子物理等方面的基本概念、基本理论和基本运算技能。 (三)课程的地位与作用 以物理学基础为内容的大学物理课程,是高等学校理工科各专业学生一门重要的通识性必修 基础课。该课程所教授的基本概念、基本理论和基本方法是构成学生科学素养的重要组成部分, 是一个科学工作者和工程技术人员所必备的。 大学物理课程在为学生系统地打好必要的物理基础,培养学生树立科学的世界观,增强学生 分析问题和解决问题的能力,培养学生的探索精神和创新意识等方面,具有其他课程不能替代的 重要作用。 (四)课程性质、目的和任务 通过本课程的学习,使学生较全面系统地获得自然界各种基本运动形式及其规律的知识,培 养学生的科学思想和研究方法,使学生在科学实验、逻辑思维和解决问题的能力等方面都得到基 本而系统的训练,为后续专业课程的学习奠定必需的基础。 本课程的主要任务是: 1、使学生理解物理学的基本规律,了解物理学基本理论在生产技术中的重要应用。 2、为学生学习专业知识和参加工程实践打下必要的物理基础。 3、使学生在思维能力方面受到一定的训练,培养学生分析问题与解决问题的能力和自学能 力,使学生毕业后在实际的工程技术工作中有一定的适应能力。 4、培养学生实事求是的科学态度和辩证唯物主义的世界观。

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(五)与其他课程的联系 本课程是其他理工科各专业课程的基础课程,为各专业课程的讲授提供了基本概念、基本规 律和基本方法,使学生受到提出问题、分析问题和解决问题的创新能力的训练。 (六)对先修课的要求 本课程要求在开课之前已经学习并掌握高等数学中关于一元函数的微积分、矢量代数运算等 基本知识。

二、大纲内容 绪论 第一部分
(一)教学目的和任务 通过本部分的教学,使学生正确理解力学中运动学和动力学问题的基本规律,掌握其基本概 念和计算方法,从而提高分析和解决力学问题的能力。 (二)教学基本要求 1、掌握位置矢量、位移、速度、加速度和角加速度等描述质点运动及运动变化的物理量。 理解运动方程的物理意义及作用,能借助于直角坐标系计算质点在平面内运动时的速度和加速 度,能计算质点作圆周运动时的角速度、角加速度、切向加速度和法向加速度。 2、掌握牛顿三定律及其适用条件。能用微积分方法求解一维变力作用下简单的质点动力学 问题。 3、掌握功的概念,能熟练地计算变力的功,理解保守力做功的特点及势能的概念,会计算 万有引力、重力和弹性力的势能。 4、掌握动能定理、动量定理,掌握机械能守恒定律和动量守恒定律,掌握运用守恒定律分 析问题的思想和方法,能分析简单系统在平面内运动的力学问题。 5、理解转动惯量概念。理解刚体绕定轴转动的转动定律和角动量守恒定律。 6、理解伽利略的相对性原理。理解伽利略坐标、速度变换。 (三)教学重点和难点 重点: 1、 位置矢量、运动方程,切向加速度和法向加速度;相对运动,伽利略相对性原理。 2、 牛顿定律的应用;保守力做功及势能;角动量和角动量守恒定律。 3、 刚体绕定轴转动的转动定律和角动量守恒定律。 难点: 1、 角加速度、切向加速度和法向加速度;相对运动。 2、 保守力做功与势能的关系。 3、 刚体绕定轴转动的转动定律;角动量守恒定律的应用。 (四)教学建议与说明 1、 力学中除角动量和刚体内容外绝大多数概念学生在中学阶段已有接触,因此教学中展开 应适度,避免重复。 2、 通过把力学的研究对象抽象为质点和刚体两个理想模型,逐步使学生学会建立理想模型 的科学研究方法。 3、 应注意矢量运算、微积分运算等方法在物理学中的应用。

力学

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(五)教学内容 1、绪论:物质与运动。物理学的研究对象和一般研究方法。物理学与科学技术的关系。大 学物理学在高等教育中的地位与作用。 2、质点运动学:位矢、位移、速度、加速度。圆周运动的加速度,切向加速度、法向加速 度。角坐标、角位移、角速度、角加速度。角量与线量的关系。相对运动。 3、质点动力学:牛顿运动定律。非惯性系和惯性力*。质点与质点系的动量定理。动量守恒 定律。质心、质心运动定理。变力的功、动能定理。保守力的功、势能(重力势能、弹性势能、 引力势能) 。机械能守恒定律。能量守恒与转化定律。对称性和守恒定律*。 4、刚体的转动:刚体。平动与转动。力矩,刚体定轴转动定律,转动惯量。转动动能,力 矩的功。质点、刚体的角动量和角动量守恒定律。刚体的进动*。

第二部分 机械振动与机械波
(一)教学目的和任务 通过本部分的教学,使学生正确理解机械振动与机械波的基本规律,掌握其基本概念和计算 方法,从而提高分析和解决问题的能力。 (二)教学基本要求 1、掌握描述简谐振动和简谐波的各物理量及各量之间的关系。 2、理解旋转矢量法。 3、掌握简谐振动的基本特征。能建立一维简谐振动的微分方程,能根据给定的初始条件写 出一维简谐振动的运动方程,并理解其物理意义。 4、理解同方向、同频率简谐振动的合成规律。 5、理解机械波产生的条件。掌握根据已知质点的简谐振动方程建立平面简谐波的波函数的 方法,以及波函数的物理意义,理解波形曲线,了解波的能量传播特征及能流、能流密度等概念。 6、了解惠更斯原理和波的叠加原理。理解波的相干条件,能应用相位差或波程差分析和确 定相干波叠加后振幅加强和减弱的条件。 7、理解驻波及其形成条件,了解驻波和行波的区别。 8、了解机械波的多普勒效应及其产生原因。在波源或观察者单独相对介质运动且沿两者连 线时的多普勒频移公式计算。 (三)教学重点和难点 重点: 1、简谐振动的动力学方程和运动学方程;简谐振动的圆频率、频率和周期;简谐振动的振 幅、位相和初位相;简谐振动的速度和加速度;旋转矢量;同方向振动的合成。 2、平面简谐波的波方程;波的能量,能量密度和能流密度;惠更斯原理,波的衍射;波的 叠加,波的干涉。驻波,半波损失。 难点: 1、谐振动的动力学方程和运动学方程;谐振动的速度和加速度;旋转矢量。谐振动的能量; 同方向振动的合成。 2、平面简谐波的波方程;波的干涉;驻波。 (四)教学建议与说明 1、应强调简谐振动以及平面简谐波的描述特点及研究方法,突出相位及相位差的物理意义。 2、讲述机械波要为讨论电磁波(波动光学)以及物质波的概念提供理论基础。
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3、教学中应充分应用演示实验和多媒体手段阐述旋转矢量法;展示阻尼振动、受迫振动和 共振现象、振动的合成、驻波等内容。 (五)教学内容 1、机械振动:简谐振动。简谐振动的运动学和动力学方程。振动的相位。简谐振动的旋转 矢量表示法。简谐振动的能量。阻尼振动、受迫振动和共振*。同方向同频率简谐振动的合成,同 方向不同频率简谐振动的合成,拍现象。两个相互垂直方向简谐振动的合成*。非线性振动简介*。 2、机械波:机械波的产生与传播。机械波的基本特征。平面简简谐波方程。波的能量,能 流密度。惠更斯原理。波的叠加、波的干涉。驻波、相位突变。机械波的多普勒效应。声波、超 声波和次声波;声强级*。

第三部分 波动光学
(一)教学目的和任务 通过本部分的教学,使学生正确理解波动光学的基本规律,掌握其基本概念和研究问题的方 法,从而提高分析和解决问题的能力。 (二)教学基本要求 1、理解获得相干光的方法。掌握光程的概念以及光程差和相位差的关系,理解相位跃变。 能分析确定杨氏双缝干涉条纹及薄膜干涉条纹的位置。 2、了解惠更斯—菲涅耳原理及对光的衍射现象的定性解释。掌握分析单缝的夫琅和费衍射 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,了解缺级现象。 4、理解自然光和偏振光。理解布儒斯特定律和马吕斯定律。了解线偏振光的获得方法和检 验方法。 (三)教学重点和难点 重点: 1、光程、双缝干涉、等厚干涉。 2、惠更斯—菲涅耳原理、单缝夫琅禾费衍射、光栅衍射。 3、线偏振光的获得方法和检验方法,马吕斯定律。 难点: 1、光程差(特别涉及半波损失)的计算。 2、光栅方程及缺级公式的有关问题。 (四)教学建议与说明 1、分波阵面干涉主要介绍杨氏双缝干涉,洛埃德镜干涉可突出相位突变的实验验证。 2、可充分运用多媒体手段展示干涉和衍射现象的规律及其变化,帮助学生加深对光学内容 的理解。 (五)教学内容 1、光的干涉:光的相干性。光源。相干光的获得。杨氏双缝干涉。光程与光程差。分波振 面干涉,分振幅干涉。等厚干涉及其应用。迈克尔逊干涉仪*。光的空间相干性和时间相干性*。 2、光的衍射:光的衍射现象。惠更斯—菲涅耳原理。夫琅和费单缝衍射。光栅衍射,光栅 方程。光学仪器的分辨本领。晶体的 X 射线衍射*。全息照相*。 3、光的偏振:自然光和偏振光。起偏与检偏。马吕斯定律。布儒斯特定律。光的双折射现 象。
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第四部分 热学基础
(一)教学目的和任务 通过本部分的教学,使学生正确理解热学问题的基本规律,掌握其基本概念和研究热学问题 的基本方法和思想,从而提高分析和解决问题的能力。 (二)教学基本要求 1、了解气体分子热运动的图像。理解理想气体的压强公式和温度公式。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的微观本质的 思想和方法。能从宏观和统计意义上理解压强、温度、内能等概念。了解系统的宏观性质是微观 运动的统计表现。 2、了解气体分子平均碰撞频率及平均自由程。 3、了解麦克斯韦速率分布律及速率分布函数和速率分布曲线的物理意义。了解气体分子热 运动的三种速率。 4、理解气体分子能量按自由度均原理,并会应用该定理计算理想气体的定压热容、定容热 容和内能。 5、掌握功和热量的概念。理解准静态过程。掌握热力学第一定律,能分析、计算理想气体 各等值过程和绝热过程的功、热量、内能改变量和卡诺循环等简单循环过程的效率。 6、了解可逆过程和不可逆过程。 7、了解热力学第二定律和统计意义,了解熵的概念及玻耳兹曼关系式。 (三)教学重点和难点 重点: 1、理想气体的微观模型,理想气体状态方程;理想气体的压强公式;温度的统计解释;自 由度。 2、理想气体的内能;麦克斯韦速率分布律。 3、内能、功和热量;热力学第一定律;理想气体的等值过程、绝热过程;循环过程,循环 效率。 4、热力学第二定律;玻尔兹曼熵关系式。 难点: 1、理想气体的压强公式;理想气体的内能;麦克斯韦速率分布律。 2、热力学第一定律;理想气体的等值过程、绝热过程;循环过程,循环效率。热力学第二 定律。 (四)教学建议与说明 1、 对于中学介绍得较多的气体宏观规律,如:气体的状态方程、热力学第一定律等应注意 展开适度,减少重复。 2、 进一步讲授科学研究的建模方法。注重讲授由大量粒子组成的系统的统计平均的研究方 法和统计规律,热现象研究中宏观量与微观量之间的区别与联系。 3、 要强调热力学第二定律的重要性,使学生理解和掌握熵和熵增加原理是自然界最为普遍 实用的定律之一。 (五)教学内容 1、气体分子动理论:分子运动论的基本概念,统计规律。理想气体的微观模型及其状态方 程。理想气体的压强和温度。能量按自由度均分定理。理想气体的内能。麦克斯韦速率分布率, 三种统计速率。玻耳兹曼分布*。气体分子的平均碰撞次数与平均自由程。输运现象*。
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2、热力学基础:热力学系统及其内能、功和热量。热力学第一定律及其在理想气体等值过 程中的应用。绝热过程。气体的摩尔热容。多方过程*。循环过程。卡诺循环。热机效率。致冷系 数。热力学第二定律。可逆过程与不可逆过程。熵和熵增加原理,玻尔兹曼熵关系式。范德瓦耳 斯方程*。

第五部分
(一)教学目的和任务

电磁学

通过本部分的教学,使学生正确理解电磁运动的基本规律,掌握其中的基本概念和分析问题 和解决问题的方法,从而提高学生分析和解决问题的能力。 (二)教学基本要求 1、掌握静电场的电场强度和电势的概念及电场强度和电势的叠加原理。掌握电势与电场强 度的积分关系。能计算一些简单问题中的电场强度和电势。 2、理解静电场的高斯定理和环路定理。理解用高斯定理计算场强的条件和方法。 3、了解导体的静电平衡条件,了解电容。了解介质的极化现象及其微观解释。了解介质中 的高斯定理及电场能量。 4、掌握磁感应强度和概念。理解毕奥—萨伐尔定律。能计算一些简单问题中的磁感应强度。 5、理解稳恒磁场的规律:磁场高斯定理和安培环路定理。理解用安培环路定理计算磁感应 强度的条件和方法。 6、理解安培定律和洛仑兹力公式。了解电偶极矩和磁矩的概念。能计算简单形状载流导体 和载流平面线圈在磁场中所受的力和力矩。能分析点电荷受的洛仑兹力。 7、了解介质的磁化现象及其微观解释。了解铁磁质的特性,了解介质中的安培环路定理和 磁场能量。 8、理解电动势的概念。掌握法拉第电磁感应定律。理解动生电动势及感生电动势。 9、了解自感、互感现象及自感系数、互感系数。 10、了解涡旋电场、位移电流的概念以及麦克斯韦方程组积分形式及物理意义。了解电磁场 的物质性。了解电磁波的性质。 (三)教学重点和难点 重点: 1、静电场的电场强度和电势的概念以及电场强度和电势叠加原理。高斯定理和环路定理。 2、导体静电平衡的条件。静电平衡时导体的电荷分布。 3、毕奥—萨伐尔定律、磁场中的高斯定理、安培环路定理。 4、法拉第电磁感应定律。动生电动势和感生电场。 5、麦克斯韦方程组的积分形式。 难点: 1、计算电场强度和电势的方法。电位移矢量,介质中的高斯定理。 2、磁场中安培环路定理的理解及其应用。 3、动生电动势与感生电动势的计算。 (四)教学建议与说明 1、对中学介绍得比较多的电场力、磁力、静电感应及电磁感应现象等内容,讲述中应注意 与中学教学的衔接,减少不必要的重复。 2、电磁学的重点在于通过库仑定律、高斯定理和环路定理、毕奥—萨伐尔定律、法拉第电
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磁感应定律等,学习电磁场的概念以及场的研究方法。 3、突出介绍以点电荷的电场和电流元的磁场为基础的叠加法。强调电场强度、电场力、磁 感应强度、磁场力的矢量性。并加强学生应用微积分解决物理问题的训练。 4、重点讲述法拉第电磁感应定律以及麦克斯韦关于涡旋电场和位移电流的基本假设,并阐 明麦克斯韦方程组的物理思想,帮助学生建立起统一电磁场的概念。 (五)教学内容 1、静电场:库仑定律。电场强度。电场强度叠加原理及其应用。电通量。静电场的高斯定 理。电场强度的计算。电场力的功。静电场的环路定理。电势、电势叠加原理及其计算。电场强 度与电势梯度的关系。导体的静电平衡。导体上的电荷分布。电容与电容器。电场能量。电介质 的极化及其描述*。电位移矢量。有电介质时的高斯定理。 2、稳恒磁场:磁场,磁感应强度。磁通量,磁场中的高斯定理。毕奥―萨伐尔定律,磁感 应强度的叠加原理。运动电荷的磁场。安培环路定理。安培定律。磁场对载流导线及线圈的作用。 洛仑兹力。霍耳效应*。磁介质。磁场强度矢量。介质中的安培环路定理。铁磁质,磁滞现象,磁 畴*。 3、电磁感应与电磁场:电源电动势。法拉第电磁感应定律。动生电动势。感生电动势。涡 旋电场。自感、互感。磁场能量。磁场能量密度。位移电流。全电流定律。麦克斯韦方程组的积 分形式。电磁波的产生及基本性质。麦克斯方程组的微分形式*。边界条件*。

第六部分 近代物理
(一)教学目的和任务 通过本部分的教学,使学生正确理解狭义相对论和量子物理的基本规律,掌握其基本概念和 研究问题的方法,从而提高分析和解决问题的能力。 (二)教学基本要求 1、了解爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设,了解洛伦兹变换式。 2、了解狭义相对论中同时性的相对性,长度收缩和时间膨胀的概念。了解牛顿力学的时空 观和狭义相对论的时空观以及二者的差异。 3、理解狭义相对论中质量与速度的关系,以及质量与能量的关系。 4、理解绝对黑体及黑体辐射的规律。 5、理解爱因斯坦光子假设,掌握爱因斯坦方程。理解光电效应和康普顿效应的实验规律以 及爱因斯坦的光子理论对这两个效应的解释,理解光的波粒二象性。 6、理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论。 7、了解德布罗意物质波假设及电子衍射实验。了解实物粒子的波粒二象性。理解描述物质 波动性的物理量(波长、频率)和描述粒子性的物理量(动量、能量)之间的关系。 8、了解一维坐标动量不确定关系。 9、了解波函数及其统计解释。了解一维定态的薛定谔方程,以及量子力学中用薛定谔方程 处理一维无限深势阱等微观物理问题的方法。了解一维势垒和隧道效应。 10、了解能量量子化、角动量量子化及空间量子化。了解施特恩—格拉赫实验及微观粒子的 自旋, 了解描述原子中电子运动状态的四个量子数。 了解泡利不相容原理和原子的电子壳层结构。 (三)教学重点和难点 重点:

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1、狭义相对论的基本原理,洛仑兹坐标变换式;长度收缩,时间延缓,质量与速度的关系; 相对论动量和能量。 2、黑体辐射定律,普朗克的量子假设;光电效应,康普顿效应,以及爱因斯坦的光子理论。 3、氢原子光谱的实验规律,玻尔的氢原子理论;德布罗意波。波函数,一维定态薛定谔方 程,一维无限深势阱问题。 难点: 1、洛仑兹坐标变换式,长度收缩,时间延缓,质量与速度的关系;相对论能量。 2、黑体辐射定律,康普顿效应。不确定关系,波函数,一维无限深势阱问题。 (四)教学建议与说明 1、本部分重点讲述狭义相对论的基本原理、研究方法,通过与绝对时空观的比较,帮助学 生建立狭义相对论的时空观。 2、突出讲授光的波粒二象性的物理思想,对中学已讲解的光电效应可适当简化,避免不必 要的重复。 3、重点介绍量子力学的基本原理,帮助学生建立物质波粒二象性和量子化的概念,完成从 经典物理到量子物理的过渡。理解微观粒子的描述方式和波函数的统计意义,并通过一维无限深 势阱的量子力学计算,帮助学生理解波函数和薛定谔方程是量子力学状态描述的手段。 (五)教学内容 1、狭义相对论基础:经典力学的时空观。迈克尔逊—莫雷实验*。狭义相对论的两个基本假 设。洛仑兹坐标变换和速度变换。同时的性的相对性、长度收缩和时间延缓。相对论动力学基础。 质量和速度的关系。相对论能量。能量和动量关系*。广义相对论的基本原理,时空特性*。 2、量子物理基础:黑体辐射、光电效应的基本规律。光子假设。爱因斯坦方程。康普顿散 射。光的波粒二象性。氢原子的光谱规律。玻尔氢原子理论*。戴维孙—革末实验,德布罗意的物 质波假设。物质波的统计解释。不确定关系。波函数及其统计解释。薛定谔方程。一维无限深势 阱。一维谐振子*。一维势垒,隧道效应。氢原子的能量和角动量量子化,电子自旋,施特恩—盖 拉赫实验。泡利原理、原子的壳层结构、元素周期表。

第七部分
(一)教学目的和任务

现代科学与高新技术物理基础专题

通过本部分的教学,使学生初步了解激光、半导体、超导电性和等离子体等现代物理问题的 基本概念及其应用前景,激发学生探索未知世界的积极性。 (二)教学基本要求 1、理解产生激光的原理,了解激光的特点及应用。 2、了解固体的能带结构。从固体的能带理论上区分导体、绝缘体和半导体。了解 P 型半导 体和 N 型半导体的导电机理。 3、了解超导体的主要特性和超导的应用前景。 4、了解等离子体的物理性质及应用。 (三)教学重点和难点 无。 (四)教学建议与说明

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为了拓展学生视野,培养学生的创新意识,夯实学生的物理基础,在基本要求的内容中包含 了四个现代科学与高新技术物理基础专题。教学中注意重点讲授激光、半导体、超导、等离子体 的基本理论、重要性质和应用前景。 (五)教学内容 1、自发辐射,受激辐射。激光产生的基本原理。激光的特性。 2、固体的能带结构。导体、半导体和绝缘体。PN 结。 3、超导电性。转变温度。超导体的主要特性*(零电阻率,临界磁场,迈斯纳效应) 。 4、等离子体。等离子体的特性。受控核聚变。

三、实验(实践)环节及要求


四、习题、课程讨论及要求
讨论课是启迪学生思维,培养学生提出、分析、解决问题能力的重要教学环节,提倡习题课 采用讨论的形式进行,在教师引导下以讨论、交流结合教师讲解进行,学时数不少于总学时的 15%。

五、教学方法与手段
本课程主要采用课堂讲授的方式进行,教学方法上应贯彻少而精、启发式和形象化等原则, 宜采用自学指导式、讨论式、研究式等多种启发式的教学方法组织教学。通过配合录像、课堂演 示、动画等多种媒体和课外参观演示实验室等途径扩大教学信息量,加深学生的印象,提高教学 效果。

六、各教学环节学时分配
学 时 分 配 章 节 绪论 力学 运动学、动力学、刚体力学 内 容 讲课 习题课 讨论课 实验 其他 1 13 10 10 30 12 18 4 2 2 8 2 4 1 17 12 12 38 14 22 合计

序 号 1 2 3 4 5 6 7

振动与波 机械振动、机械波 热学基础 分子运动论、热力学 电磁学 电场、磁场、电磁感应、电磁场

波动光学 光的干涉、衍射、偏振 近代物理 相对论、量子物理

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8 9

现代物理 激光、半导体、超导、等离子体 期末总结 合计

8 4 106 22

8 4 128

七、教学形式与考核方式
(一)教学形式 本课程主要采用课堂讲授和习题课讨论的形式进行。 (二)考核方式 以平时考核(平时表现、作业、小论文等)和期末考试相结合的方式进行,综合评价学生的 学习成绩。 总成绩的评定:平时考核成绩 20%(其中作业、平时表现等占 10%+课程小论文占 10%)+ 期末闭卷考试成绩占 80%。

八、推荐教材和教学参考书
教 材:《物理学》第五版,马文蔚编著,高等教育出版社,2006 年。 参考书:《普通物理学》,程守洙,江之泳主编(第五版),高等教育出版社,1999 年。 《大学物理学》,张三慧主编 (第二版),清华大学出版社,2002 年。 《大学物理学》,卢德馨主编,高等教育出版社,2002 年。 《大学物理学习指导》,东北林业大学出版社,2005 年。

九、课程组成员
课程组负责人 李贤丽 课程组成员 白永强、杨旭、宋胜浩、秦显荣、韩春杰、齐绩 董向国、姜晓岚、张雨、张义勇、张秀龙、王升 孙宇、孙大为、赵鹏程、黄乃兴、王强、郝利丽

十、其他说明
1、本课程为独立开设的必修基础课程。按大学物理(上)和大学物理(下)两个学期安排, 开设学期为一年级下学期和二年级上学期。其中上、下各 64 学时,上学期讲授力学、热学、振 动和波、光学部分,下学期讲授电磁学、量子物理和现代物理专题部分。 2、关于*号内容:带*号内容不属于教学最低基本要求内容。教师可以不讲授,也可根据专 业特点适当选择讲授。 3、教学过程中,应根据具体情况,充分利用演示、多媒体等形象化教学手段,以便提高教 学效果。在大学物理课程的各个教学环节中,都应在传授知识的同时,注重学生分析问题和解决

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问题能力的培养,注重学生探索精神和创新意识的培养,努力实现学生知识、能力、素质的协调 发展。

大纲制订人:李贤丽 大纲审核人:白永强 杨旭 大纲审批人:李贤丽 制订日期:2014 年 5 月

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《大学物理》 (铁人班)课程教学大纲
课程编号:09031002/09031003 课程名称:大学物理(上/下) 英文名称:College Physics 课程类型:必修课 课程性质:公共基础课 总 学 时:128 学 分:8 适用对象:勘资铁人班 先修课程:高等数学 讲课学时:128 实验(实践)学时:0

一、编写说明
(一)制定大纲的依据 依据教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会物理基础课程教学指导分委员会 2010 年《理工科类大学物理课程教学基本要求》制订。 (二)课程简介 大学物理课程是高等学校理工科本科各专业学生的一门重要的必修基础理论课,其主要内容 包括:质点运动学、牛顿定律、动量守恒定律和能量守恒定律、刚体的转动、热力学基础、气体 动理论、静电场、静电场中的导体与电介质、稳恒磁场、电磁感应、电磁场、机械振动、机械波、 电磁振荡和电磁波、波动光学、相对论、量子物理等方面的基本概念、基本理论和基本运算技能。 (三)课程的地位与作用 以物理学基础为内容的大学物理课程,是高等学校理工科各专业学生一门重要的通识性必修 基础课。该课程所教授的基本概念、基本理论和基本方法是构成学生科学素养的重要组成部分, 是一个科学工作者和工程技术人员所必备的。 大学物理课程在为学生系统地打好必要的物理基础,培养学生树立科学的世界观,增强学生 分析问题和解决问题的能力,培养学生的探索精神和创新意识等方面,具有其他课程不能替代的 重要作用。 (四)课程性质、目的和任务 通过本课程的学习,使学生较全面系统地获得自然界各种基本运动形式及其规律的知识,培 养学生的科学思想和研究方法,使学生在科学实验、逻辑思维和解决问题的能力等方面都得到基 本而系统的训练,为后续专业课程的学习奠定必需的基础。 本课程的主要任务是: 1、使学生理解物理学的基本规律,了解物理学基本理论在生产技术中的重要应用。 2、为学生学习专业知识和参加工程实践打下必要的物理基础。 3、使学生在思维能力方面受到一定的训练,培养学生分析问题与解决问题的能力和自学能 力,使学生毕业后在实际的工程技术工作中有一定的适应能力。 4、培养学生实事求是的科学态度和辩证唯物主义的世界观。

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(五)与其他课程的联系 本课程是其他理工科各专业课程的基础课程,为各专业课程的讲授提供了基本概念、基本规 律和基本方法,使学生受到提出问题、分析问题和解决问题的创新能力的训练。 (六)对先修课的要求 本课程要求在开课之前已经学习并掌握高等数学中关于一元函数的微积分、矢量代数运算等 基本知识。

二、大纲内容 绪论 第一部分
(一)教学目的和任务 通过本部分的教学,使学生正确理解力学中运动学和动力学问题的基本规律,掌握其基本概 念和计算方法,从而提高分析和解决力学问题的能力。 (二)教学基本要求 1、掌握位置矢量、位移、速度、加速度和角加速度等描述质点运动及运动变化的物理量。 理解运动方程的物理意义及作用,能借助于直角坐标系计算质点在平面内运动时的速度和加速 度,能计算质点作圆周运动时的角速度、角加速度、切向加速度和法向加速度。 2、掌握牛顿三定律及其适用条件。能用微积分方法求解一维变力作用下简单的质点动力学 问题。 3、掌握功的概念,能熟练地计算变力的功,理解保守力做功的特点及势能的概念,会计算 万有引力、重力和弹性力的势能。 4、掌握动能定理、动量定理,掌握机械能守恒定律和动量守恒定律,掌握运用守恒定律分 析问题的思想和方法,能分析简单系统在平面内运动的力学问题。 5、理解转动惯量概念。理解刚体绕定轴转动的转动定律和角动量守恒定律。 6、理解伽利略的相对性原理。理解伽利略坐标、速度变换。 (三)教学重点和难点 重点: 1、 位置矢量、运动方程,切向加速度和法向加速度;相对运动,伽利略相对性原理。 2、 牛顿定律的应用;保守力做功及势能;角动量和角动量守恒定律。 3、 刚体绕定轴转动的转动定律和角动量守恒定律。 难点: 1、 角加速度、切向加速度和法向加速度;相对运动。 2、 保守力做功与势能的关系。 3、 刚体绕定轴转动的转动定律;角动量守恒定律的应用。 (四)教学建议与说明 1、 力学中除角动量和刚体内容外绝大多数概念学生在中学阶段已有接触,因此教学中展开 应适度,避免重复。 2、 通过把力学的研究对象抽象为质点和刚体两个理想模型,逐步使学生学会建立理想模型 的科学研究方法。 3、 应注意矢量运算、微积分运算等方法在物理学中的应用。

力学

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(五)教学内容 1、绪论:物质与运动。物理学的研究对象和一般研究方法。物理学与科学技术的关系。大 学物理学在高等教育中的地位与作用。 2、质点运动学:位矢、位移、速度、加速度。圆周运动的加速度,切向加速度、法向加速 度。角坐标、角位移、角速度、角加速度。角量与线量的关系。相对运动。 3、质点动力学:牛顿运动定律。非惯性系和惯性力*。质点与质点系的动量定理。动量守恒 定律。质心、质心运动定理。变力的功、动能定理。保守力的功、势能(重力势能、弹性势能、 引力势能) 。机械能守恒定律。能量守恒与转化定律。对称性和守恒定律*。 4、刚体的转动:刚体。平动与转动。力矩,刚体定轴转动定律,转动惯量。转动动能,力 矩的功。质点、刚体的角动量和角动量守恒定律。刚体的进动*。

第二部分 机械振动与机械波
(一)教学目的和任务 通过本部分的教学,使学生正确理解机械振动与机械波的基本规律,掌握其基本概念和计算 方法,从而提高分析和解决问题的能力。 (二)教学基本要求 1、掌握描述简谐振动和简谐波的各物理量及各量之间的关系。 2、理解旋转矢量法。 3、掌握简谐振动的基本特征。能建立一维简谐振动的微分方程,能根据给定的初始条件写 出一维简谐振动的运动方程,并理解其物理意义。 4、理解同方向、同频率简谐振动的合成规律。 5、理解机械波产生的条件。掌握根据已知质点的简谐振动方程建立平面简谐波的波函数的 方法,以及波函数的物理意义,理解波形曲线,了解波的能量传播特征及能流、能流密度等概念。 6、了解惠更斯原理和波的叠加原理。理解波的相干条件,能应用相位差或波程差分析和确 定相干波叠加后振幅加强和减弱的条件。 7、理解驻波及其形成条件,了解驻波和行波的区别。 8、了解机械波的多普勒效应及其产生原因。在波源或观察者单独相对介质运动且沿两者连 线时的多普勒频移公式计算。 (三)教学重点和难点 重点: 1、简谐振动的动力学方程和运动学方程;简谐振动的圆频率、频率和周期;简谐振动的振 幅、位相和初位相;简谐振动的速度和加速度;旋转矢量;同方向振动的合成。 2、平面简谐波的波方程;波的能量,能量密度和能流密度;惠更斯原理,波的衍射;波的 叠加,波的干涉。驻波,半波损失。 难点: 1、谐振动的动力学方程和运动学方程;谐振动的速度和加速度;旋转矢量。谐振动的能量; 同方向振动的合成。 2、平面简谐波的波方程;波的干涉;驻波。 (四)教学建议与说明 1、 应强调简谐振动以及平面简谐波的描述特点及研究方法, 突出相位及相位差的物理意义。 2、讲述机械波要为讨论电磁波(波动光学)以及物质波的概念提供理论基础。
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3、教学中应充分应用演示实验和多媒体手段阐述旋转矢量法;展示阻尼振动、受迫振动和 共振现象、振动的合成、驻波等内容。 (五)教学内容 1、机械振动:简谐振动。简谐振动的运动学和动力学方程。振动的相位。简谐振动的旋转 矢量表示法。简谐振动的能量。阻尼振动、受迫振动和共振。同方向同频率简谐振动的合成,同 方向不同频率简谐振动的合成,拍现象。两个相互垂直方向简谐振动的合成。 2、机械波:机械波的产生与传播。机械波的基本特征。平面简简谐波方程。波的能量,能 流密度。惠更斯原理。波的叠加、波的干涉。驻波、相位突变。机械波的多普勒效应。声波、超 声波和次声波;声强级*。

第三部分 波动光学
(一)教学目的和任务 通过本部分的教学,使学生正确理解波动光学的基本规律,掌握其基本概念和研究问题的方 法,从而提高分析和解决问题的能力。 (二)教学基本要求 1、理解获得相干光的方法。掌握光程的概念以及光程差和相位差的关系,理解相位跃变。 能分析确定杨氏双缝干涉条纹及薄膜干涉条纹的位置。 2、了解惠更斯—菲涅耳原理及对光的衍射现象的定性解释。掌握分析单缝的夫琅和费衍射 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,了解缺级现象。 4、理解自然光和偏振光。理解布儒斯特定律和马吕斯定律。了解线偏振光的获得方法和检 验方法。 (三)教学重点和难点 重点: 1、光程、双缝干涉、等厚干涉。 2、惠更斯—菲涅耳原理、单缝夫琅禾费衍射、光栅衍射。 3、线偏振光的获得方法和检验方法,马吕斯定律。 难点: 1、光程差(特别涉及半波损失)的计算。 2、光栅方程及缺级公式的有关问题。 (四)教学建议与说明 1、分波阵面干涉主要介绍杨氏双缝干涉,洛埃德镜干涉可突出相位突变的实验验证。 2、可充分运用多媒体手段展示干涉和衍射现象的规律及其变化,帮助学生加深对光学内容 的理解。 (五)教学内容 1、光的干涉:光的相干性。光源。相干光的获得。杨氏双缝干涉。光程与光程差。分波振 面干涉,分振幅干涉。等厚干涉及其应用。迈克尔逊干涉仪。 2、光的衍射:光的衍射现象。惠更斯—菲涅耳原理。夫琅和费单缝衍射。光栅衍射,光栅 方程。光学仪器的分辨本领。晶体的 X 射线衍射。 3、光的偏振:自然光和偏振光。起偏与检偏。马吕斯定律。布儒斯特定律。光的双折射现 象。
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第四部分 热学基础
(一)教学目的和任务 通过本部分的教学,使学生正确理解热学问题的基本规律,掌握其基本概念和研究热学问题 的基本方法和思想,从而提高分析和解决问题的能力。 (二)教学基本要求 1、了解气体分子热运动的图像。理解理想气体的压强公式和温度公式。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的微观本质的 思想和方法。能从宏观和统计意义上理解压强、温度、内能等概念。了解系统的宏观性质是微观 运动的统计表现。 2、了解气体分子平均碰撞频率及平均自由程。 3、了解麦克斯韦速率分布律及速率分布函数和速率分布曲线的物理意义。了解气体分子热 运动的三种速率。 4、理解气体分子能量按自由度均原理,并会应用该定理计算理想气体的定压热容、定容热 容和内能。 5、掌握功和热量的概念。理解准静态过程。掌握热力学第一定律,能分析、计算理想气体 各等值过程和绝热过程的功、热量、内能改变量和卡诺循环等简单循环过程的效率。 6、了解可逆过程和不可逆过程。 7、了解热力学第二定律和统计意义,了解熵的概念及玻耳兹曼关系式。 (三)教学重点和难点 重点: 1、理想气体的微观模型,理想气体状态方程;理想气体的压强公式;温度的统计解释;自 由度。 2、理想气体的内能;麦克斯韦速率分布律。 3、内能、功和热量;热力学第一定律;理想气体的等值过程、绝热过程;循环过程,循环 效率。 4、热力学第二定律;玻尔兹曼熵关系式。 难点: 1、理想气体的压强公式;理想气体的内能;麦克斯韦速率分布律。 2、热力学第一定律;理想气体的等值过程、绝热过程;循环过程,循环效率。热力学第二 定律。 (四)教学建议与说明 1、 对于中学介绍得较多的气体宏观规律,如:气体的状态方程、热力学第一定律等应注意 展开适度,减少重复。 2、 进一步讲授科学研究的建模方法。注重讲授由大量粒子组成的系统的统计平均的研究方 法和统计规律,热现象研究中宏观量与微观量之间的区别与联系。 3、 要强调热力学第二定律的重要性,使学生理解和掌握熵和熵增加原理是自然界最为普遍 实用的定律之一。 (五)教学内容 1、气体分子动理论:分子运动论的基本概念,统计规律。理想气体的微观模型及其状态方 程。理想气体的压强和温度。能量按自由度均分定理。理想气体的内能。麦克斯韦速率分布率, 三种统计速率。
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2、热力学基础:热力学系统及其内能、功和热量。热力学第一定律及其在理想气体等值过 程中的应用。绝热过程。气体的摩尔热容。循环过程。卡诺循环。热机效率。致冷系数。热力学 第二定律。可逆过程与不可逆过程。

第五部分
(一)教学目的和任务

电磁学

通过本部分的教学,使学生正确理解电磁运动的基本规律,掌握其中的基本概念和分析问题 和解决问题的方法,从而提高学生分析和解决问题的能力。 (二)教学基本要求 1、掌握静电场的电场强度和电势的概念及电场强度和电势的叠加原理。掌握电势与电场强 度的积分关系。能计算一些简单问题中的电场强度和电势。 2、理解静电场的高斯定理和环路定理。理解用高斯定理计算场强的条件和方法。 3、了解导体的静电平衡条件,了解电容。了解介质的极化现象及其微观解释。了解介质中 的高斯定理及电场能量。 4、掌握磁感应强度和概念。理解毕奥—萨伐尔定律。能计算一些简单问题中的磁感应强度。 5、理解稳恒磁场的规律:磁场高斯定理和安培环路定理。理解用安培环路定理计算磁感应 强度的条件和方法。 6、理解安培定律和洛仑兹力公式。了解电偶极矩和磁矩的概念。能计算简单形状载流导体 和载流平面线圈在磁场中所受的力和力矩。能分析点电荷受的洛仑兹力。 7、了解介质的磁化现象及其微观解释。了解铁磁质的特性,了解介质中的安培环路定理和 磁场能量。 8、理解电动势的概念。掌握法拉第电磁感应定律。理解动生电动势及感生电动势。 9、了解自感、互感现象及自感系数、互感系数。 10、了解涡旋电场、位移电流的概念以及麦克斯韦方程组积分形式及物理意义。了解电磁场 的物质性。了解电磁波的性质。 (三)教学重点和难点 重点: 1、静电场的电场强度和电势的概念以及电场强度和电势叠加原理。高斯定理和环路定理。 2、导体静电平衡的条件。静电平衡时导体的电荷分布。 3、毕奥—萨伐尔定律、磁场中的高斯定理、安培环路定理。 4、法拉第电磁感应定律。动生电动势和感生电场。 5、麦克斯韦方程组的积分形式。 难点: 1、计算电场强度和电势的方法。电位移矢量,介质中的高斯定理。 2、磁场中安培环路定理的理解及其应用。 3、动生电动势与感生电动势的计算。 (四)教学建议与说明 1、对中学介绍得比较多的电场力、磁力、静电感应及电磁感应现象等内容,讲述中应注意 与中学教学的衔接,减少不必要的重复。 2、电磁学的重点在于通过库仑定律、高斯定理和环路定理、毕奥—萨伐尔定律、法拉第电 磁感应定律等,学习电磁场的概念以及场的研究方法。
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3、突出介绍以点电荷的电场和电流元的磁场为基础的叠加法。强调电场强度、电场力、磁 感应强度、磁场力的矢量性。并加强学生应用微积分解决物理问题的训练。 4、重点讲述法拉第电磁感应定律以及麦克斯韦关于涡旋电场和位移电流的基本假设,并阐 明麦克斯韦方程组的物理思想,帮助学生建立起统一电磁场的概念。 (五)教学内容 1、静电场:库仑定律。电场强度。电场强度叠加原理及其应用。电通量。静电场的高斯定 理。电场强度的计算。电场力的功。静电场的环路定理。电势、电势叠加原理及其计算。电场强 度与电势梯度的关系。导体的静电平衡。导体上的电荷分布。电容与电容器。电场能量。电介质 的极化及其描述。电位移矢量。有电介质时的高斯定理。 2、稳恒磁场:磁场,磁感应强度。磁通量,磁场中的高斯定理。毕奥―萨伐尔定律,磁感 应强度的叠加原理。运动电荷的磁场。安培环路定理。安培定律。磁场对载流导线及线圈的作用。 洛仑兹力。霍耳效应。磁介质。磁场强度矢量。介质中的安培环路定理。铁磁质,磁滞现象,磁 畴。 3、电磁感应与电磁场:电源电动势。法拉第电磁感应定律。动生电动势。感生电动势。涡 旋电场。自感、互感。磁场能量。磁场能量密度。位移电流。全电流定律。麦克斯韦方程组的积 分形式。电磁波的产生及基本性质。麦克斯方程组的微分形式。边界条件。

第六部分 近代物理
(一)教学目的和任务 通过本部分的教学,使学生正确理解狭义相对论和量子物理的基本规律,掌握其基本概念和 研究问题的方法,从而提高分析和解决问题的能力。 (二)教学基本要求 1、了解爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设,了解洛伦兹变换式。 2、了解狭义相对论中同时性的相对性,长度收缩和时间膨胀的概念。了解牛顿力学的时空 观和狭义相对论的时空观以及二者的差异。 3、理解狭义相对论中质量与速度的关系,以及质量与能量的关系。 4、理解绝对黑体及黑体辐射的规律。 5、理解爱因斯坦光子假设,掌握爱因斯坦方程。理解光电效应和康普顿效应的实验规律以 及爱因斯坦的光子理论对这两个效应的解释,理解光的波粒二象性。 6、理解氢原子光谱的实验规律及玻尔的氢原子理论。 7、了解德布罗意物质波假设及电子衍射实验。了解实物粒子的波粒二象性。理解描述物质 波动性的物理量(波长、频率)和描述粒子性的物理量(动量、能量)之间的关系。 8、了解一维坐标动量不确定关系。 9、了解波函数及其统计解释。了解一维定态的薛定谔方程,以及量子力学中用薛定谔方程 处理一维无限深势阱等微观物理问题的方法。了解一维势垒和隧道效应。 10、了解能量量子化、角动量量子化及空间量子化。了解施特恩—格拉赫实验及微观粒子的 自旋, 了解描述原子中电子运动状态的四个量子数。 了解泡利不相容原理和原子的电子壳层结构。 (三)教学重点和难点 重点: 1、狭义相对论的基本原理,洛仑兹坐标变换式;长度收缩,时间延缓,质量与速度的关系; 相对论动量和能量。
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2、黑体辐射定律,普朗克的量子假设;光电效应,康普顿效应,以及爱因斯坦的光子理论。 3、氢原子光谱的实验规律,玻尔的氢原子理论;德布罗意波。波函数,一维定态薛定谔方 程,一维无限深势阱问题。 难点: 1、洛仑兹坐标变换式,长度收缩,时间延缓,质量与速度的关系;相对论能量。 2、黑体辐射定律,康普顿效应。不确定关系,波函数,一维无限深势阱问题。 (四)教学建议与说明 1、本部分重点讲述狭义相对论的基本原理、研究方法,通过与绝对时空观的比较,帮助学 生建立狭义相对论的时空观。 2、突出讲授光的波粒二象性的物理思想,对中学已讲解的光电效应可适当简化,避免不必 要的重复。 3、重点介绍量子力学的基本原理,帮助学生建立物质波粒二象性和量子化的概念,完成从 经典物理到量子物理的过渡。理解微观粒子的描述方式和波函数的统计意义,并通过一维无限深 势阱的量子力学计算,帮助学生理解波函数和薛定谔方程是量子力学状态描述的手段。 (五)教学内容 1、狭义相对论基础:经典力学的时空观。迈克尔逊—莫雷实验。狭义相对论的两个基本假 设。洛仑兹坐标变换和速度变换。同时的性的相对性、长度收缩和时间延缓。相对论动力学基础。 质量和速度的关系。相对论能量。能量和动量关系。广义相对论的基本原理,时空特性。 2、量子物理基础:黑体辐射、光电效应的基本规律。光子假设。爱因斯坦方程。康普顿散 射。光的波粒二象性。氢原子的光谱规律。玻尔氢原子理论。戴维孙—革末实验,德布罗意的物 质波假设。物质波的统计解释。不确定关系。波函数及其统计解释。薛定谔方程。一维无限深势 阱。一维谐振子。一维势垒,隧道效应。氢原子的能量和角动量量子化,电子自旋,施特恩—盖 拉赫实验。泡利原理、原子的壳层结构、元素周期表。

第七部分
(一)教学目的和任务

现代科学与高新技术物理基础专题

通过本部分的教学,使学生初步了解激光、半导体、超导电性和等离子体等现代物理问题的 基本概念及其应用前景,激发学生探索未知世界的积极性。另外也使学生初步了解物理学的另一 分支计算物理学 (二)教学基本要求 1、理解产生激光的原理,了解激光的特点及应用。 2、了解固体的能带结构。从固体的能带理论上区分导体、绝缘体和半导体。了解 P 型半导 体和 N 型半导体的导电机理。 3、了解超导体的主要特性和超导的应用前景。 4、了解等离子体的物理性质及应用。 5、了解计算物理学。 (三)教学重点和难点 无 (四)教学建议与说明

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为了拓展学生视野,培养学生的创新意识,夯实学生的物理基础,在基本要求的内容中包含 了四个现代科学与高新技术物理基础专题。教学中注意重点讲授激光、半导体、超导、等离子体 的基本理论、重要性质和应用前景。 (五)教学内容 1、自发辐射,受激辐射。激光产生的基本原理。激光的特性。 2、固体的能带结构。导体、半导体和绝缘体。PN 结。 3、超导电性。转变温度。超导体的主要特性(零电阻率,临界磁场,迈斯纳效应) 。 4、等离子体。等离子体的特性。受控核聚变。 5、计算物理学的创生与发展

三、实验(实践)环节及要求
无。

四、习题、课程讨论及要求
讨论课是启迪学生思维,培养学生提出、分析、解决问题能力的重要教学环节,提倡习题课 采用讨论的形式进行, 在教师引导下以讨论、 交流结合教师讲解进行, 学时数不少于总学时的 15% (22 学时) 。

五、教学方法与手段
本课程主要采用课堂讲授的方式进行,教学方法上应贯彻少而精、启发式和形象化等原则, 宜采用自学指导式、讨论式、研究式等多种启发式的教学方法组织教学。通过配合录像、课堂演 示、动画等多种媒体和课外参观演示实验室等途径扩大教学信息量,加深学生的印象,提高教学 效果。

六、各教学环节学时分配
序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 学 时 分 配 章 节 绪论 力学 运动学、动力学、刚体力学 内 容 讲课 习题课 讨论课 实验 其他 1 13 10 10 30 12 18 8 4 2 2 8 2 4 1 17 12 12 38 14 22 8 合计

振动与波 机械振动、机械波 热学基础 分子运动论、热力学 电磁学 电场、磁场、电磁感应、电磁场

波动光学 光的干涉、衍射、偏振 近代物理 相对论、量子物理 现代物理 激光、半导体、超导、计算物理

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9

期末总结 合计

4 106 22

4 128

七、教学形式与考核方式
(一)教学形式 本课程主要采用课堂讲授和习题课讨论的形式进行。 (二)考核方式 以平时考核(平时表现、作业、小论文等)和期末考试相结合的方式进行,综合评价学生的 学习成绩。 总成绩的评定:平时考核成绩 20%(其中作业、平时表现等占 10%+课程小论文占 10%)+ 期末闭卷考试成绩占 80%。

八、推荐教材和教学参考书
教 材:《物理学》第五版,马文蔚编著,高等教育出版社,2006 年。 参考书:《普通物理学》,程守洙,江之泳主编(第五版),高等教育出版社,1999 年。 《大学物理学》,张三慧主编(第二版),清华大学出版社,2002 年。 《大学物理学》,卢德馨主编,高等教育出版社,2002 年。 《大学物理学习指导》,东北林业大学出版社,2005 年。

九、课程组成员
课程组负责人 白永强 课程组成员 宋胜浩 董向国 杨旭

十、其他说明
1、本课程为独立开设的必修基础课程。按大学物理(上)和大学物理(下)两个学期安排, 开设学期为一年级下学期和二年级上学期。其中上、下各 64 学时,上学期讲授力学、热学、振 动和波、光学部分,下学期讲授电磁学、量子物理和现代物理专题部分。 2、关于*号内容:带*号内容不属于教学最低基本要求内容。教师可以不讲授,也可根据专 业特点适当选择讲授。 3、教学过程中,应根据具体情况,充分利用演示、多媒体等形象化教学手段,以便提高教 学效果。在大学物理课程的各个教学环节中,都应在传授知识的同时,注重学生分析问题和解决 问题能力培养,注重学生探索精神和创新意识培养,努力实现学生知识、能力、素质的协调发展。 大纲制订人:董向国 大纲审核人:杨旭 白永强 大纲审批人:李贤丽 制订日期:2014 年 5 月
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《核物理基础》课程教学大纲
课程编号:09031006 课程名称:核物理基础 英文名称:The Basis of Nuclear Physics 课程类型:限选课 课程性质:专业基础课 总 学 时:48 学 分:3 讲课学时:48 实验(实践)学时:0

适用对象:地球物理学,勘查技术与工程专业 先修课程:高等数学,大学物理

一、编写说明
(一)制定大纲的依据 本教学大纲依据高等学校《核物理基础》课程教学基本要求和我校的教学实际制订。 (二)课程简介 根据“全国高等学校大学物理教学改革指南”的精神,本课程是以核物理基础知识及其在高 新技术中的应用为主要线索,力求以最简捷的叙述、最广泛的讨论来向学生介绍核物理这门学科 的最新发展及其应用。 原子核物理学是在 20 世纪初发展起来的一门科学,它是现代科学的基础,它的发展对现代 科学技术以及国防事业等都产生了深刻地影响。本课程将重点介绍石油测井中核物理基础知识及 其应用,本课程是主要针对勘技、地物和测控专业的一门专业基础课,它将为后续的专业课奠定 理论基础。通过本课程的学习,不仅能够掌握石油测井的核物理基础,还能从一些著名的现代物 理实验和著名科学家的重要贡献中得到启示,从而达到启迪科学思维、培养科学素质的目的。 主要内容有原子核的基本性质、放射性、射线与物质的相互作用、核反应、中子物理和射线 的探测与防护等。同时,结合专业的特点,介绍各种核测井方法的最新发展及其应用。 (三)课程的地位与作用 原子核物理学是在本世纪初发展起来的一门科学,它是现代科学的基础。目前,原子核物理 学在国防和国民经济各部门都有重要的应用,对于石油院校,它是一门重要的基础理论课。通过 本课程的学习,不仅能够加深对原子核物理科学领域的了解,还能从一些著名的现代物理实验和 著名科学家的重要贡献中得到启示,从而达到启迪科学思维、培养科学素质的目的,使学生能够 更快地适应 21 世纪科学技术发展的新形势。 (四)课程的性质、目的和任务 本课程是专业基础课,目的要使学生掌握和理解近代物理课程的方法体系,掌握和理解核物 理基础,并会应用理论解决实际问题。其任务是了解核物理发展的前沿和它的重要应用,掌握勘

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查技术与工程专业中所应用核物理方法的理论基础,能够应用这些理论基础来解决一些简单的地 球物理问题。 (五)与其他课程的联系 核物理基础这门课程是在学生掌握了大学物理的理论之后才能够开设的课程,是对近代物理 内容的深化和扩展,是应用相对论和量子力学的知识解决新问题的学科,核物理基础这门课程是 为以后专业课程的开设和学习奠定基础的。 (六)对先修课的要求 在开课之前学生已经学习高等数学、大学物理。

二、大纲内容


(一)教学目的和任务



1、通过绪论课的讲述使学生了解 20 世纪物理学的发展及其特点。 2、介绍核物理在现代科学技术和国防中的地位和作用。 (二)教学内容 1、主要介绍 19 世纪末 20 世初经典物理所面临的危机,以及物理学的三大发现、三大重要 假设和三个重要关系式,同时介绍以相对论和量子力学为支柱的近代物理的建立和发展,要求学 生了解现代物理的发展历史以及它的特点。 2、主要介绍核物理学在原子能及核技术方面的重要应用,以及它对国民经济和国防等方面 重要意义。

第一章 原子核的结构及基本性质
(一)教学目的和任务 强调核物理这门课程的特点,介绍核物理领域的发展状况,掌握核物理中处理问题的方法。 强调核物理中基本概念的重要性,掌握核物理的基本定律,并能熟练应用。 (二)教学基本要求 1、从原子入手,逐渐了解原子核的研究方法和思想。 2、准确理解原子核的基本概念和基本性质。 3、了解原子核结构的理论前沿。 4、了解核力的概念及其实质。 (三)教学重点和难点 1、重点:原子核的基本性质。 2、难点:原子核的结合能及核力。 (四)教学建议与说明 原子核的结构及其理论探讨至今仍然在不断的改进和深入,可以给学生介绍有关理论的观 点,并提出今后的发展方向。

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(五)教学内容 1、电子的发现及其效应 有关电子发现的背景知识以及它对物质的深层次结构具有的重要影响,同时介绍与电子相关 的新学科和新技术的发展,以及它们在现代科学中具有重要意义,要求学生掌握电子的性质,了 解发现电子的阴极射线实验和密立根油滴实验。 2、原子结构模型和玻尔原子理论 介绍卢瑟福散射及原子的核式模型,同时介绍玻尔关于原子的重要假设以及实验验证等。要 求学生能够用玻尔理论处理氢原子问题。 3、研究微观领域的量子理论 通过介绍原子理论,学习研究原子物理与核物理的研究方法。要求学生知道核物理学的物 理基础为量子物理和相对论。 4、原子核的基本性质,包括原子核的电荷、尺寸、质量宇称、自旋、磁矩和原子核的结构 等。 5、介绍质子和中子发现的背景材料。 6、核素、同位素、同质异能素等基本概念的定义,要求学生对原子核的结构和性质有一个 初步的认识。 7、原子核的结合能及核力。 8、原子核的质量亏损和结合能,一种新的相互作用力—核力。要求学生重点掌握结合能的 概念,能够用熟练地用公式计算原子核的结合能。

第二章 放射性现象和核衰变规律
(一)教学目的和任务 放射性是 19 世纪末 20 世纪初物理学的重大发现,放射性在国民经济和科学研究方面有着重 要的应用,本章主要介绍放射性发现的历史背景,放射性的特点及其应用。 (二)教学基本要求 1、了解放射性的发现背景,掌握放射性的特点以及放射性的基本规律等。 2、理解多次连续衰变的规律及应用,了解有关人工放射性和放射系等方面的知识。 3、了解核技术的最新应用,包括放射性及核技术在地质勘探、考古、医疗生物遗传和自动 检测等方面的最新应用。 (三)教学重点和难点 1、重点:放射性的基本规律。 2、难点:递次衰变和放射性平衡。 (四)教学建议与说明 强调放射性的基本规律的统计涨落性。 (五)教学内容 1、放射性现象 2、放射性原子核衰变的基本规律。 3、放射性活度和辐射强度。 4、两次连续衰变和放射性平衡。递次衰变和放射性平衡。 5、多次连续衰变规律和放射性
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6、核技术的最新应用。

第三章 放射性原子核的衰变类型
(一)教学目的和任务 使学生了解原子衰变的基本类型,掌握原子核衰变的实质以及各种衰变类型产生的条件。熟 悉三种衰变的衰变能的形式。 (二)教学基本要求 1、了解原子核衰变的特点和衰变的主要形式。 2、理解原子核衰变的实质,以及各种衰变的机理。 3、掌握核衰变的衰变能的释放形式以及能量公式。 4、通过该课程的学习,逐步使学生建立分析微观世界的思路和方法,培养学生分析问题、 解决问题的能力,为本专业后续课程打下良好基础。 (三)教学重点和难点 1、重点:原子核衰变的实质和衰变能。 2、难点:三种衰变方式满足的条件及同时发生衰变时,之间竞争体现。 (四)教学建议与说明 强调三种衰变的条件,以及衰变能的释放形式。 (五)教学内容 1、α 衰变 介绍 α 衰变的形式、衰变的条件、衰变能的释放形式和 α 衰变能谱。了解 α 衰变能谱分析及 在实际中的应用。 2、β 衰变 介绍 β 衰变的形式、衰变的条件、衰变能的释放形式和 β 衰变能谱的特征。通过 β 衰变能谱 分析及分析中微子的和发现。 3、γ 跃迁(γ 衰变) 介绍 γ 跃迁的两种形式:内转换过程和同质异能跃迁,重点介绍内转换系数及其计算方法。 4、核衰变的移位定则和衰变纲图 介绍核衰变的移位定则引入的物理意义,学习利用衰变纲图分析原子核衰变,并且学会画衰 变纲图。

第四章 地层岩石的天然(自然)放射性
(一)教学目的和任务 使学生掌握天然的放射性元素放出γ 能谱的特征,以及这些核素在地层中的分布。为自然伽 马测井以及能谱测井奠定基础。 (二)教学基本要求 1、了解自然放射性在岩石中存在的形式。 2、掌握放射性系和非放射性系的特征能谱。 3、了解自然伽马测井和能谱测井的原理。

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(三)教学重点和难点 1、重点:天然放射性物质的特征能谱,及在测井中的应用。 2、难点:自然伽马能谱测井的原理。 (四)教学建议与说明 培养学生的较强的独立思考能力和创造能力,把所学的理论知识和实际应用联系起来。 (五)教学内容 1、天然放射性核素。 介绍天然放射性核素的种类及其在测井中的应用。 2、天然放射性核素在地层岩石中的分布。 3、自然γ 能谱。 通过介绍能谱的分析,理解自然伽马测井和能谱测井的原理。

第五章 地层岩石的 γ 光子特性
(一)教学目的和任务 该部分内容是射线探测和防护的基础。要求学生能够掌握射线与物质相互作用的特点以及能 够熟练地运用公式计算问题。 (二)教学基本要求 1、理解射线与物质相互作用的特点。 2、掌握光电效应、康普顿效应和电子对效应的特征及产生的条件,熟练应用公式解决问题。 (三)教学重点和难点 1、重点:射线与物质相互作用的三种效应。 2、难点:电子对效应的产生条件。 (四)教学建议与说明 结合油田生产和科研的具体应用来讲解射线探测与防护事例和个案,以引起学生的兴趣和重 视。 (五)教学内容 1、γ 光子(射线)与地层相互作用 主要讲解射线与物质相互作用的光电效应、康普顿效应和电子对效应。 2、介绍这些效应的重要应用。 3、γ 光子在物质中的衰减。 4、伽玛射线的探测与防护。

第六章 地层岩石的中子特性
(一)教学目的和任务 中子的发现是原子核物理的一个里程碑,由于中子不带电,因此它有许多重要的应用,特别 是在地球物理中,中子的应用占有极为重要的地位,为此,在讲述中子的性质的基础上,介绍中 子源及其应用。使学生掌握科学的学习方法,真正达到从学会到会学。可采用从“渗透式”逐步 推广到“体会式”的教学法。
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(二)教学基本要求 1、人工核反应的发现以及历史上几个著名的核反应等。 2、核反应中所遵循的守衡定律及各粒子之间的能量关系,掌握核反应的 Q 方程及其应用。 3、了解原子核的重核裂变和轻核聚变的原理及有关反应式,掌握反应中能量的计算。 4、了解中子的性质,掌握与中子有关的核反应,能够计算中子核反应的能量。 5、了解中子源的原理以及它的种类,了解中子源的具体应用。 (三)教学重点和难点 1、重点:中子的性质及其应用、核反应中的能量(Q 方程)。 2、难点:核反应截面与产额、中子的探测与防护原理。 (四)教学建议与说明 结合油田中子测井的应用,讲述中子的探测与防护原理。 (五)教学内容 1、中子的性质及其应用。 2、中子源及其应用。 3、原子核反应及核反应中的能量。 4、核反应截面与核反应产额的概念,应用公式计算有关问题。 5、原子核的裂变和聚变反应。 6、核能的获取及应用,原子能反应堆。 7、国内外核电站的最新发展状况。 8、中子的探测与防护。


(一)教学目的和任务





为拓宽学生的知识面,提高学生分析问题和解决问题的能力,在本课结束前安排二次讲座, 一方面介绍核物理在油田勘探和开发中的应用,一方面介绍诺贝尔生平及诺贝尔科学奖,通过讲 座让学生了解科学家在科学发展历史中的作用,从而激发学生为科学而奋斗、献身的热情。 (二)教学内容 1、石油勘探和开发中的核测井方法简介 简要介绍伽马测井、 中子测井和同位素示踪测井等核测井方法的基本原理和重要应用。 同时, 介绍国外核测井的最新发展趋势。 2、诺贝尔物理学奖介绍及其评述 介绍诺贝尔生平及诺贝尔科学奖的颁奖情况,介绍获奖的世界各国科学家以及华裔科学家的 伟大贡献,同时对近一个世纪以来的诺贝尔物理学奖的颁奖情况做一综合评述。要求学生了解科 学家在物理学发展史中所起的重要作用。

三、实验(实践)环节及要求


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四、习题、课程讨论及要求
本课程不单独上习题课,对于具体问题采取课堂讨论的方式解决。

五、教学方法与手段
1、本课程以课堂讲授的方式为主,引导学生了解、理解和掌握原子核物理的基本理论和基 本规律,在此基础上与学生课堂讨论和座谈同学们感兴趣的物理前沿问题,进一步培养学生的自 学能力,使学生建立起一个较完整的核物理图象。 2、将重点和难点内容讲透,要把核物理内部的逻辑关系向学生交代清楚,通过训练使学生 了解和掌握近代物理学的研究方法。 3、结合科研实践,对核物理在石油工业(勘探、开发)中的应用进行讲座。

六、各教学环节学时分配
序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 学时分配 讲课 2 6 6 6 4 12 6 6 48 习题课 讨论课 实验 其他 合 计 2 6 6 6 4 12 6 6 48

章节 第零章 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 绪论

内容

原子核的基本性质 放射性现象和核衰变规律 放射性原子核的衰变类型 地层岩石的天然(自然)放射性 地层岩石的 Y 光子特性 地层岩石的中子特性 专题讲座及总结 合计

七、教学形式与考核方式
(一)教学形式 本课程主要采用课堂讲授和座谈讨论结合的形式进行。 (二)考核方式 撰写有关现代物理方面的论文(2000 字左右)占总成绩的 20%,期末考试占总成绩的 80%。

八、推荐教材和教学参考书

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材: 《核测井物理基础》,庞巨丰编著,石油工业出版社,2005 年。 年。 《原子核物理》,卢希庭编著,原子能出版社,1981 年。 《放射性测井原理》,黄隆基编著,石油工业出版社,1985 年。

参考书:《石油测井中的核物理基础》(第二版),郭余峰编著,石油工业出版社, 1997

九、课程组成员
课程组负责人 王 升 课程组成员 秦显荣 罗 伟

十、其他说明
1、教学要求中,有关定义、原理和基本规律等内容按“了解、理解和深刻理解”三个层次 要求;有关公式、计算等内容按“了解、掌握、熟练掌握”三个层次要求。 2、纲适用于地球科学学院的地球物理学,勘查技术与工程专业。对于其它院(系)的“近 代物理概论”可适当降低有关公式、计算等内容的难度,按“了解、理解和掌握”三个层次要求。

大纲制订人:王升 大纲审核人:秦显荣 罗伟 大纲审批人:李贤丽 制订日期:2014 年 5 月

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《电磁学》课程教学大纲
课程编号:09031009 课程名称:电磁学 英文名称:Electro Magnetics 课程类型:必修课 课程性质:专业技术基础课 总 学 时:64 学 分:4 适用对象:应用物理学专业 先修课程:数学,力学,热学 讲课学时:64 实验(实践)学时:0

一 、编写说明
(一)制定大纲的依据 1、根据“教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会,物理类专业分委会”的有关要 求及相关文件; 2、根据东北石油大学“应用物理学”专业本科生培养方案; 3、参照中国石油大学、西安交通大学、南京大学等校的电磁学教学大纲。 (二)课程简介 电磁学是物理学中一个重要的分支,它研究宏观电磁现象的基本规律和基本理论体系,以及 电磁学的应用。 该课程从库仑定律出发引出电场强度和电势的概念。 在介绍了真空中静电场之后, 进一步讨论电介质中的电场以及电介质在电场中的行为。同时要讨论电容器及静电场的能量。在 稳恒电流一章中主要讨论欧姆定律、电源的电动势和基尔霍夫定律。由电流的磁场引出磁场强度 的概念,介绍磁场对电流的力的作用。本课程还要重点介绍电磁之间的相互转化和描述电磁场基 本性质的麦克斯韦方程组,并引出电磁波的概念。同时还要向学生介绍电磁学在国民经济发展中 的重要作用。 (三)课程的地位与作用 电磁学理论的发展和完善导致了人类进入电气时代,直接促进了人类的文明和进步,促进了 世界范围内的经济、科技、教育、文化、艺术等各领域的飞速发展。电磁学是应用物理类专业的 专业技术基础课,通过这门课的教学,不仅使学生对基本电磁现象规律有较系统地了解,还能培 养学生的科学思维方法,提高学生的科学素养和分析问题、解决问题的能力,帮助学生树立辩证 唯物主义的世界观和方法论。 (四)课程性质、目的和任务 电磁学是“应用物理学”专业本科生必修的一门专业技术基础课。 其主要目的就是使学生系统且扎实地掌握电磁学的基础知识,构建起更加合理、完善和系统 的物理学知识结构。为学生进一步学习“原子物理”、“电动力学”、“量子力学”和 “光电 检测技术”等后续课程奠定良好基础,同时为其以后在工作中应用电磁学原理、方法和技术解决 实际问题提供较充分的知识和能力储备。

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其主要任务是系统地讲解电磁学的基本概念、规律、基本原理和典型应用,介绍电磁学的主 要研究内容和常用研究方法,培养学生的自学能力、独立获取知识的能力、分析问题和解决问题 的能力,培养学生的创新理念、创新思维和创新精神,养成良好的科学素质。 (五)与其他课程的联系 本课程以高等数学、力学、热学为基础,是应用物理学专业学生的专业技术基础课,是后续 课程电动力学、量子力学、电子技术基础等课的必修先行课。 (六)对先修课的要求 要求掌握高等数学、力学、热学的基础内容。学生应具有一定的微积分知识,具有解简单微 分方程的能力,还要具有矢量代数的基础知识,同时能对一些简单的受力现象进行分析,当然还 要具有科学的世界观和方法论。

二、大纲内容 第一章 真空中的静电场
(一)教学目的和任务 本章的教学任务和教学目的是介绍电场强度的概念,电场强度的计算,电势的概念和电势差 的概念,电场强度和电势的关系。通过通量的概念引出高斯定理,介绍高斯定理的意义,为静电 学的教学打下坚实的基础。 (二)教学基本要求

1、了解场的概念,场的物质性。
2、理解场强与电势的关系。 3、掌握矢量场通量的概念,并能够计算较简单的电荷分布的场强和电势的计算。 (三)教学重点和难点 重点:电场强度、电势、高斯定理、场强与电势的关系。 难点:高斯定理。 (四)教学建议与说明 在高斯定理和场强与电势关系的教学中采用多媒体教学,场强的计算应注意练习矢量场的分 解与合成。 (五)教学内容 本章的教学内容包括物质的电结构、电荷的量子性及电荷守恒定律。库仑定律。电场强度、 电场的叠加原理。高斯定理。电力线及其性质。静电场的环路定理、电位与电位差。电场的叠加 原理。等位面场强与电位的微分关系。

第二章 静电场中的导体和电介质
(一)教学目的和任务 本章主要介绍静电场中的导体, 电介质的极化, 电容器的电容, 电位移矢量和静电场的能量, 通过本章的教学使学生明确真空中的静电场与电介质中静电场之间的联系与区别。 (二)教学基本要求 1、掌握导体在静电场中的电学特性。 2、理解电介质的极化机理及电介质中电场的计算。 3、掌握电容器电容的定义及电容的计算方法。
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4、了解静电场能量的计算,了解压电效应及应用。 (三)教学重点和难点 重点:静电场中的导体、电容和电场能量。 难点:电介质的极化、边值问题。 (四)教学建议与说明 1、在讲解静电场中导体时,侧重讲清静电场中导体的电学特性。 2、在讲解电解质的极化时,侧重讲清电解质极化后对原场的影响。 3、在讲解电容及其计算时,侧重介绍电容的计算过程。 (五)教学内容 本章的教学内容包括静电场中的导体、导体的静电平衡条件、电荷分布和尖端放电。电容及 电容器的联接。带电体系的静电能、电容器的储能、静电场的能量。电介质的极化、极化强度与 极化电荷。介质中的场强、电位移矢量、介质中的高斯定理。介质中静电场的基本方程、边界条 件。电场的能量、电能密度。压电效应、铁电体。

第三章
(一)教学目的和任务

稳恒电流

本章主要介绍电流的概念,电动势的概念,欧姆定律的微分形式,基尔霍夫定律,温差热现 象和接触电势差,为电学的应用打下坚实的基础。 (二)教学基本要求 1、掌握电动势的概念和欧姆定律的微分形式。2、了解温差电效应及其应用。 (三)教学重点和难点 重点:电动势、欧姆定律、基尔霍夫定律。 难点:金属电子论。 (四)教学建议与说明 重点讲清电动势的概念,在讲电流的连续性方程时可以采用多媒体教学,对于基尔霍夫定律 的应用可适当多举一些实例。 (五)教学内容 本章的教学内容包括电流强度与电流密度、 电流的连续性方程、 稳恒电流与电场。 直流电路、 欧姆定律、焦耳定律、电流的功和功率、经典金属电子论。电阻的串联和并联。电流、电压和电 阻的测量、安培计和伏特计、欧姆计。电源和电动势、含源电路的欧姆定律、直流电路的能量转 换。基尔霍夫方程组、惠斯登电桥。接触电位差、温差电现象及其应用。

第四章
(一)教学目的和任务

稳恒磁场

本章主要介绍磁场的概念,电流及运动电荷的磁场,电流及电荷在磁场中的受力,磁通量的 概念,磁场的高斯定理及安培环路定理,电磁感应定律。建立电与磁之间的相互联系。 (二)教学基本要求 1、掌握毕奥-萨伐尔定律,安培环路定理及其应用,从而能计算简单电流的磁场。 2、掌握磁场对电流力的作用。 3、理解磁场和电场的相对性。 (三)教学重点和难点
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重点:电流的磁场、安培力。 难点:毕奥-萨伐尔定律。 (四)教学建议与说明 在电流磁场的计算中和安培环路定理的应用中可采用多媒体教学。在毕奥-萨伐尔定律的教 学中应多举应用实例。 (五)教学内容 本章的教学内容包括基本磁现象。 磁感应强度矢量、 磁感应线、 运动电荷在磁场中受到的力。 毕奥-萨伐尔定律、几种典型载流导体的磁场、运动电荷的磁场。磁通量、磁场的 “高斯定理”。 安培环路定理及其应用。带电粒子在磁场中的运动、回旋加速器。磁场对载流导体的作用、安培 力公式、均匀磁场中的矩形载流线圈、磁电式电流计原理。闭合电流的磁矩。电流间的相互作用、

“安培”的定义。 第五章
(一)教学目的和任务 本章主要介绍磁介质的磁化,特别是铁磁质的磁化和磁滞回线,介绍磁感应强度 B 和磁场强 H 之间的关系,介绍磁场的能量,从而对铁磁质中的磁场有较深刻的认识。 (二)教学基本要求 1、了解“顺磁质和抗磁质”的磁化机理。 2、理解铁磁质的磁化规律,理解磁路定理。 3、掌握有磁介质时的高斯定理。 (三)教学重点和难点 重点:有磁介质时磁场的基本规律。 难点:磁介质的磁化。 (四)教学建议与说明 重点讲清抗磁质和铁磁质的磁化机理。 (五)教学内容 本章的教学内容包括介质的磁化、磁化强度、磁化电流、磁介质存在时静磁场的基本规律。 顺磁性与抗磁性。铁磁性与铁磁质、铁磁质的磁化性能、铁磁质的分类与铁磁性起因。磁荷观点、 永磁体。磁路及其计算、磁路定理、铁磁屏蔽。磁场的能量、磁能密度。

磁介质

第六章
(一)教学目的和任务

电磁感应

本章是电磁学最重要的一章,主要介绍电磁感应定律和楞次定律。动生电动势和感生电动势 的概念,蜗旋电场的概念,自感和互感以及自感电动势和互感电动势,为电磁学的应用打下坚实 的基础。 (二)教学基本要求 1、掌握电磁感应定律和楞次定律。动生电动势和感生电动势的概念,涡旋电场的概念,自 感和互感以及自感电动势和互感电动势。 2、理解三种暂态过程。 3、掌握磁能的计算。

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(三)教学重点和难点 重点:感生电动势和动生电动势。 难点:感生电场。 (四)教学建议与说明 在教学中适当采用多媒体教学,重点练习感生电动势和动生电动势的计算。 (五)教学内容 本章的教学内容包括电磁感应现象、电磁感应定律。动生电动势、交流发电机的基本原理。 感生电动势与感生电场、电子感应加速器。自感、互感、感应系数、互感线圈的联接。涡电流、 趋肤效应。RL、RC、RLC 电路的暂态过程。磁能、自感线圈的磁能、互感线圈的磁能。

第七章 电磁场和电磁波
(一)教学目的和任务 本章主要介绍位移电流的概念,麦克斯韦方程组和电磁波的概念。 (二)教学基本要求 1、理解位移电流的概念。 2、了解麦克斯韦方程组的积分形式及其含义。 3、了解电磁波的产生及传播机理以及平面电磁波的性质。 (三)教学重点和难点 重点:麦克斯韦方程组的建立。 难点:位移电流。 (四)教学建议与说明 电磁波及产生机理的教学可采用多媒体教学。 (五)教学内容 本章的教学内容包括位移电流、电磁场。麦克斯韦方程组。平面电磁波、能流密度。偶极振 子的辐射场、赫兹实验、电磁波谱。

第八章 电磁学与当代高新技术
(一)教学目的和任务 本章的内容是介绍电磁学在高新技术领域中的应用,通过本章的教学使学生开阔视野,对物 理学的前沿有一个初步的了解。 (二)教学基本要求 1、了解超导理论和磁电子学的基本概念及其应用。 2、了解磁光效应、等离子体的基本概念和应用。 (三)教学重点和难点 重点:超导原理。 难点:超导的 BBS 理论。 (四)教学建议与说明 采用课堂讲解及介绍。 (五)教学内容 本章的教学内容包括磁电子学磁光效应。等离子体。超导体。

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三、实验(实践)环节及要求
本课程实验已安排在“普通物理实验(96 学时) ”和“应用物理实验(64 学时) ”之中,采 用单独开课方式,进行集中训练。

四、习题、课程讨论及要求
1、每堂课留 2~3 道作业题,要求学生必须独立完成和熟练掌握,课后其他习题由学生自主 学习和了解。 2、安排三次左右习题课,主要解决在答疑和作业批改过程中反应出来的学生普遍存在的问 题,讲清典型题培养学生分析问题和解决问题的方法和思路。

五、教学方法与手段
1、采用板书授课,对于难点和重点补充例子反复讲解说明,并经常采取提问的方式,增加 与学生的互动。 2、对于典型问题、共性问题,组织学生分组讨论,适当使用多媒体教学,加强演示教学。

六、各教学环节学时分配
序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 学 时 分 配 讲课 习题课 讨论课 12 10 8 6 4 8 6 2 56 8 2 2 2 2 实验 其他

章 节 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章





合计 14 12 8 8 4 10 6 2 64

真空中的静电场 静电场中的导体和电介质 稳恒电流 稳恒磁场 磁介质 电磁感应 电磁场和电磁波 期末复习 合计

七、教学形式与考核方式
(一)教学形式

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教师以课堂讲解为主,在有必要的章节尽量采用多媒体教学;采用面对面答疑和网络答疑相 结合的方式对学生进行课外辅导;采用出题目和简要提示等方式,指导学生结合本课程内容撰写 有一定扩展和研究性质的小论文;认真批改学生作业。 (二)考核方式 以平时考核(平时出勤率、作业等)占 20%和期末闭卷考试占 80%相结合的方式进行,综 合评价学生的学习成绩。

八、推荐教材和教学参考书
教 材:《电磁学》,贾瑞皋、薛庆忠编著,高教出版社,2003 年。 《电磁学》,赵凯华、陈熙谋编著,人民教育出版社,1978 年。 《电磁学》,陈鹏万编著,人民教育出版社,1978 年。 《物理学》,[美]哈里德,瑞斯尼克著,李仲卿译,科学出版社,1979 年。 《电磁学》,[美]珀塞尔著,南开大学物理系译,科学出版社,1979 年。

参考书:《电磁学》,梁灿彬、秦光戎、梁竹健编著,人民教育出版社,1981 年。

九、课程组成员
课程组负责人 张 雨 课程组成员 张义勇 郝利丽

十、其他说明


大纲制订人:张雨 大纲审核人:张义勇 郝利丽 大纲审批人:李贤丽 制订日期:2014 年 5 月

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《光学》课程教学大纲
课程编号:09031010 课程名称:光学 英文名称:Optics 课程类型:必修课 课程性质:专业技术基础课 总 学 时:64 学 分:4 适用对象:应用物理学 先修课程:高等数学,力学 讲课学时:64

一、编写说明
(一)制定大纲的依据 1、根据“教育部物理学类专业指导委员会”的有关要求及会议精神。 2、遵循东北石油大学应用物理学专业本科生培养方案。 3、参照大连理工大学、哈尔滨工业大学、吉林大学、武汉大学、湖南大学等院校“光学” 及相关课程的教学大纲。 (二)课程简介 光学是物理学中一门研究光的本性以及光与物质相互作用的基础学科,即它研究光的本性、 光的产生与控制、光的传输与检测、光与物质的相互作用以及它的各种应用,它是物理学科各专 业后继课的必修基础课。 本课程主要讲解光学科学中的“几何光学”、“波动光学”和“非线性光学”等三部分内容, 并以波动光学为主要内容和重点。在“几何光学”中主要讲解:几何光学的基本定律和费马原理、 成象的基本概念、傍轴条件下的单球面折射成像、薄透镜成像、共轴球面系统、光学系统中的光 阑和像差等内容;在“波动光学”中主要讲解:光波场的描述、光通过各向同性介质及其界面所 发生的现象、光的干涉、光的衍射、空间频率滤波与全息术、光在各向异性介质中的传播等内容; 在“非线性光学”中主要讲解:概述、光频率转换、自聚焦、自相位调制等内容。另外,简单介 绍成像仪器、光谱仪和光源等内容。 (三)课程的地位与作用 物理学一般分为“力、热、电、光、原子及近代”等学科,光学是物理学的重要组成部分。 光学及其应用技术的发展已成为一个国家国民经济和军事国防建设中的重要环节,已成为衡 量一个国家先进程度的主要指标之一。光学已成为现代高新技术的重要基础, “光子学”被预言 为 21 世纪科学技术的主要支柱,其重要地位具有十分显著的战略意义。 我校“应用物理学”专业的专业培养方向为“检测技术”和“计算物理”,该课程是光电检 测技术培养方向的基础课程之一,将为学生的专业方向、知识和能力打下坚实的基础。另外也将 为计算物理培养方向奠定必要的物理学知识基础。 (四)课程性质、目的和任务
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光学是“应用物理学”专业本科生必修的一门专业技术基础课。 其主要目的就是使学生系统且扎实地掌握光学的基本知识,构建起更加合理、完善和系统的 物理学知识结构。为学生进一步学习“原子物理” 、 “激光原理与技术” 、 “量子力学”和“光电检 测技术”等后续课程奠定良好基础,同时为其以后在工作中应用光学原理、方法和技术解决实际 问题提供较充分的知识和能力储备。 其主要任务是系统地讲解光学的基本概念、规律、基本原理和典型应用,介绍光学的主要研 究内容和常用研究方法,培养学生的自学能力、独立获取知识的能力、分析问题和解决问题的能 力,培养学生的创新理念、创新思维和创新精神,养成良好的科学素质。 (五)与其他课程的联系 光学的内容和思想涉及到物理学的方方面面,要求学生必须具备较全面和较扎实的物理、数 学及相关学科的知识和能力,因此“光学”这门课程与“应用物理学”专业的几乎所有其他课程 都有较密切的联系。联系最直接和最紧密的课程主要有“高等数学”、“力学”、“电磁学”、 “量子力学”、“激光原理与技术”和“原子物理”等。 (六)对先修课的要求 本课程的先修课程为“高等数学”和“力学”,学生必须全面掌握这两门课程的知识结构和 关键知识点,能够熟练运用这两门课程的相关知识理解光学的有关内容,解决光学的有关问题。 另外,本门课程的许多知识、思想和理论涉及到后续的“电磁学”、“量子力学”和“原子物理” 等课程, 这就对教师的授课和学生的学习提出了更高的要求, 也是本课程难教、 难学的症结所在。

二、大纲内容 绪
(一)教学目的和任务 通过 2 学时的绪论,使学生对光学的主要研究内容、光学的重要性、光学的发展历程以及本 课程的主要内容、特点和要求等有一个整体的了解和掌握,以便提高学生对本门课程的重视程度 和学习的积极性。同时使学生初步了解光波与电磁波、光子与电子的主要区别与联系。 (二)教学基本要求 1、了解光学的主要研究内容、光学的重要性、光学的发展历程以及本课程的主要内容、特 点和要求。 2、理解光波与电磁波、光子与电子的主要区别与联系。 (三)教学重点和难点 重点:光学的发展历程。 难点:本课程的主要特点 (四)教学建议与说明 1、最好采用多媒体教学,以增大信息量。 2、多举一些日常生活中有关光学现象的实例。 (五)教学内容 光学的主要研究内容,光学的重要性,光学的发展历程,本课程的主要内容、特点和要求, 光波与电磁波,光子与电子。



第一章

几何光学
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(一)教学目的和任务 通过本章教学,使学生全面了解和掌握几何光学的主要知识和内容,为后续内容的学习奠定 良好的基础,完成其作为本门课程“切入点”的作用。 (二)教学基本要求 1、了解几何光学的主要研究内容、常用方法、依据及适用条件,掌握几何光学的基本定律 和成像的基本概念。 2、了解单球面折射成像的傍轴条件和符号规则,掌握单球面在傍轴条件下成像的过程、物 像间的各种关系式及其推导过程,理解薄透镜成像规律。 3、了解共轴球面系统及常用的三种研究方法,了解光阑尤其是孔径光阑和视场光阑的定义 和重要作用,了解相差的概念、种类和形成原理。 (三)教学重点和难点 重点:费马原理及傍轴条件下的单球面折射成像。 难点:光阑和像差。 (四)教学建议与说明 1、在讲解各部分内容时,注意与中学有关内容的区别与联系。 2、尽量多举一些与几何光学有关的实际例子。 (五)教学内容 几何光学的主要研究内容、常用方法、依据及适用条件。几何光学的基本定律和成像的基本 概念。单球面折射成像的傍轴条件、符号规则及在傍轴条件下成像的过程、物像间的各种关系式 及其推导过程。薄透镜成像规律。共轴球面系统及常用的三种研究方法。光阑尤其是孔径光阑和 视场光阑的定义和重要作用。相差的概念、种类和形成原理。

第二章 光波场的描述
(一)教学目的和任务 通过本章教学,使学生了解和掌握与波动光学有关的数学方法和工具以及常用的物理方法和 原理。 (二)教学基本要求 1、了解振动和波动的概念,掌握一维和三维简谐波的数学描述,掌握球面波的傍轴近似和 远场近似。 2、了解波动方程的概念及数学表示,掌握叠加原理的内容、条件、内涵,了解线性系统、 非线性系统和非线性效应。 3、掌握付里叶级数及积分的数学处理方法,了解付里叶分析的目的,熟练掌握空域傅里叶 变换。 4、了解光的电磁理论的有关概念和基本内容,了解光的偏振的定义和分类,掌握两个频率 相同、振动方向相互垂直的简谐波叠加的过程、图像和结论。 (三)教学重点和难点 重点:波动方程和叠加原理 难点:付里叶分析 (四)教学建议与说明 1、在讲解有关数学知识时,要侧重讲解其在本门课程中的应用。

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2、在讲解“叠加原理、非线性和偏振”等基本物理现象和概念时,最好结合物理世界的本 质,并举例讲解。 (五)教学内容 振动和波动,一维和三维简谐波的数学描述,球面波的傍轴近似和远场近似,波动方程的概 念及数学表示,叠加原理,线性系统、非线性系统和非线性效应,付里叶级数及积分,空域傅里 叶变换,光的电磁理论,光的偏振,两个频率相同、振动方向相互垂直的简谐波的叠加。

第三章
(一)教学目的和任务

光通过各向同性介质及其界面所发生的现象

通过本章教学,使学生对光在通过各向同性介质及其界面所发生的各种现象有一个全面和深 入的了解和掌握,同时对近场光学和非线性光学有一个初步的印象和了解。 (二)教学基本要求 1、理解菲涅耳公式的内容及含义,掌握反射光、折射光的偏振态、相位变化以及能流分配 等与入射角和界面两端介质折射率之间的关系。 2、掌握布儒斯特定律及主要用途,了解反射光和折射光的偏振态,理解全反射及隐失波和 受抑全反射等近场光学的主要内容及用途。 3、掌握光的吸收、色散和散射的基本概念和规律,了解不同吸收现象、色散现象和散射现 象的产生机理及区别。 (三)教学重点和难点 重点:菲涅耳公式及光在各向同性介质界面上的反射和折射 难点:光的色散 (四)教学建议与说明 1、要注意本章内容与几何光学有关内容的区别与联系。 2、对于近场光学和非线性光学的内容,尽管是非重点内容,也应加重讲解。 (五)教学内容 菲涅耳公式,反射光和折射光的偏振态、相位变化以及能流分配,布儒斯特定律,全反射及 隐失波,受抑全反射,光的吸收、色散和散射。

第四章
(一)教学目的和任务

光的干涉

通过本章教学, 使学生对光的干涉的现象、 规律和典型应用有一个全面和深入的了解和掌握。 (二)教学基本要求 1、掌握相干条件,掌握相干叠加的现象、原因、条件及规律,了解非相干叠加的原因和条 件,了解光源辐射的特点,掌握获取相干光的方法。 2、掌握杨氏干涉的装置、光强分布及条纹的形状,了解影响干涉条纹可见度的主要原因, 理解光源的时间相干性和空间相干性。 3、了解薄膜干涉的基本概念、现象和条纹的定域,掌握薄膜干涉与杨氏干涉的主要区别, 掌握等倾干涉的现象、理论和结论。 4、掌握等厚干涉的原理及主要应用,了解迈克尔逊干涉仪的结构及干涉原理,理解 F-P 干 涉仪的结构,掌握多光束干涉的原理及有关结论。

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5、了解光学薄膜的基本概念及常用研究方法,掌握单层增透膜与增反膜的工作原理,理解 多层介质高反射膜及干涉滤光片的结构和工作原理; (三)教学重点和难点 重点:等倾干涉和等厚干涉 难点:多光束干涉和光学薄膜 (四)教学建议与说明 1、应注意结合波的干涉和常见的光的干涉现象进行讲解。 2、应注重原理和应用的讲解。 (五)教学内容 相干条件,相干叠加,非相干叠加,光源辐射,获取相干光的方法,杨氏干涉,时间相干性 和空间相干性,薄膜干涉,条纹的定域,等倾干涉,等厚干涉,迈克尔逊干涉仪,F-P 干涉仪, 多光束干涉,光学薄膜,单层增透膜与增反膜,多层介质高反射膜,干涉滤光片。

第五章
(一)教学目的和任务

光的衍射

通过本章教学, 使学生对光的衍射的现象、 规律和典型应用有一个全面和深入的了解和掌握。 (二)教学基本要求 1、了解衍射的基本概念及常用分析方法,理解并掌握“惠更斯原理”、“惠更斯-菲涅耳 原理”、“菲涅尔-基尔霍夫衍射积分”并掌握它们之间的联系、优缺点及适用范围。了解“菲 涅耳衍射”和“夫琅禾费衍射”的概念及成立条件,理解其计算公式。 2、掌握夫琅禾费衍射与屏函数的傅里叶变换之间的联系和对应关系,了解透镜具有的傅里 叶变换的作用,理解正弦光栅的概念、作用和衍射特性,理解超高频衍射产生隐失波的原理、条 件和重要性质。 3、了解夫琅禾费衍射在单缝、矩形孔和圆孔衍射中的具体应用,掌握上述三种衍射花样的 特点,了解振幅矢量分析法,理解瑞利判据。 4、了解光栅,掌握多缝衍射的实质,理解多缝衍射光强分布公式,掌握多缝衍射光强分布 图样的主要特征,了解光栅的分光原理,理解并掌握闪耀光栅的设计思想和分光原理。 5、掌握菲涅耳半波带的思想和划分方法,掌握菲涅耳圆孔及圆屏衍射(点光源)的光强分 布和主要特征,掌握菲涅耳波带片的原理、功能和主要用途,了解互补屏,理解巴比涅原理。 (三)教学重点和难点 重点:夫琅禾费衍射 难点:菲涅耳衍射 (四)教学建议与说明 1、应注意结合波的衍射和常见的光的衍射现象进行讲解。 2、应注重原理和应用的讲解。 (五)教学内容 衍射的基本概念及常用分析方法, “惠更斯原理” 、 “惠更斯-菲涅耳原理”和“菲涅尔-基 尔霍夫衍射积分” , “菲涅耳衍射”和“夫琅禾费衍射” ,夫琅禾费衍射与屏函数的傅里叶变换, 透镜的傅里叶变换作用,正弦光栅,超高频衍射产生隐失波,夫琅禾费单缝、矩形孔和圆孔衍射, 振幅矢量分析法,瑞利判据,光栅及多缝衍射,光栅的分光原理,闪耀光栅的设计思想和分光原 理,菲涅耳半波带的思想和划分方法,菲涅耳圆孔及圆屏衍射,互补屏及巴比涅原理。
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第六章 成像仪器与光谱仪
(一)教学目的和任务 通过本章教学,使学生对典型和常用的成像仪器和光谱仪的结构、原理及主要性能指标有一 个全面和深入的了解和掌握。 (二)教学基本要求 1、了解人眼的结构、视角及最小可分辨角,掌握放大镜的原理及视角放大率,掌握显微镜 的原理、视角放大率及分辨本领,理解扫描探针显微术,掌握望远镜的原理、放大率及分辨本领, 理解自适应光学和主动光学。 2、了解光谱仪的种类和特点,掌握色散光谱仪的主要性能指标,了解棱镜、光栅、F-P 干涉 仪的主要性能,理解付里叶变换光谱仪的基本原理和主要特点。 (三)教学重点和难点 重点:光谱仪 难点:自适应光学和主动光学 (四)教学建议与说明 1、应侧重从实际应用的角度出发进行讲解。 2、尽管不是重点内容,但应对扫描探针显微术进行较深入的讲解。 (五)教学内容 人眼,放大镜,显微镜,扫描探针显微术,望远镜,自适应光学和主动光学,光谱仪的种类、 特点和主要性能指标,棱镜、光栅、F-P 干涉仪的主要性能,付里叶变换光谱仪。

第七章 空间频率滤波与全息术
(一)教学目的和任务 通过本章教学,使学生对空间频率滤波和全息术的基本概念、原理和重要作用有一个概括性 和较深入的了解和掌握。 (二)教学基本要求 1、理解并掌握阿贝成像原理及阿贝-波特实验,了解空间频率滤波,掌握全息照相的基本 原理和方法,了解全息术的种类、常见方法及主要应用。 (三)教学重点和难点 重点:阿贝成像原理 难点:全息原理 (四)教学建议与说明 1、在讲解空间频率滤波时,应结合光学图像处理来讲解。 2、在讲解全息术时,应结合摄影和计量来讲解。 (五)教学内容 阿贝成像原理及阿贝-波特实验,空间频率滤波,全息照相和全息术。

第八章 光在各向异性介质中的传播
(一)教学目的和任务 通过本章教学,使学生对光在各向异性介质中传播时所发生的各种现象、遵循的规律和重要 作用有一个概括性和较深入的了解和掌握。 (二)教学基本要求
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1、理解双折射现象,掌握晶体的光轴、主截面和主平面的概念及含义,理解并掌握马吕斯 定律,掌握单轴晶体中点光源的波面,了解用惠更斯作图法确定晶体中 o 光和 e 光的传播方向的 方法,了解产生线偏振光的主要元件的原理及用途。 2、掌握波片改变光的偏振态的原理及结果了解两类补偿器的工作原理,掌握各种偏振光的 检测方法,了解分振动面干涉的概念,掌握平行偏振光干涉的原理及结果。 3、了解应力双折射的现象和主要应用,掌握其实验规律。了解电光效应,理解其工作原理 和主要应用。掌握旋光现象及其实验规律,了解其菲涅尔解释及实验验证,理解法拉第磁致旋光 效应。 (三)教学重点和难点 重点:线偏振光的产生与检测 难点:双折射 (四)教学建议与说明 1、应重点讲清“各向异性的含义”。 2、最好结合实例进行讲解。 (五)教学内容 双折射现象,晶体的光轴、主截面和主平面,马吕斯定律,单轴晶体中点光源的波面及 o 光 和 e 光的传播方向,产生线偏振光的主要元件,波片及补偿器,各种偏振光的检测方法,分振动 面干涉,应力双折射,电光效应,旋光现象。

第九章
(一)教学目的和任务

光源

通过本章教学,使学生对光的产生、计量及光的本性有一个较全面的了解和掌握。 (二)教学基本要求 1、掌握辐射度量和光度量的体系和基本物理量,了解光源的种类、特点及辐射过程,了解 黑体辐射的有关规律和重要意义,掌握普朗克能量量子化假说,了解普朗克公式,理解光量子假 说和光的波粒二象性。 (三)教学重点和难点 重点:黑体辐射及光的波粒二象性 难点:辐射度量和光度量 (四)教学建议与说明 应侧重从量子的角度进行讲解。 (五)教学内容 辐射度量和光度量,光源的种类、特点及辐射过程,黑体辐射,普朗克能量量子化假说,普 朗克公式,光量子假说和光的波粒二象性。

第十章 非线性光学
(一)教学目的和任务 通过本章教学, 使学生对非线性光学的有关概念和常见知识有一个初步的了解和掌握, 同时, 较好地理解和掌握科技论文的撰写方法。 (二)教学基本要求

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1、了解非线性的实质,了解非线性光学的发展历程、产生条件和主要研究内容,掌握二次 谐波、光学混频和参量放大等光频率转换的原理和主要用途,了解自聚焦和自相位调制的主要表 现和机理。 2、理解科技论文的常规撰写方法。 (三)教学重点和难点 重点:非线性的实质。 难点:常见非线性光学现象。 (四)教学建议与说明 最好用多媒体教学,以加大信息量。 (五)教学内容 非线性及非线性光学,二次谐波、光学混频和参量放大,自聚焦和自相位调制,科技论文的 常规撰写方法。

三、实验(实践)环节及要求
本课程实验已安排在“普通物理实验(96 学时)”和“应用物理实验(64 学时)”之中, 采用单独开课方式,进行集中训练。

四、习题、课程讨论及要求
1、每堂课留 2~3 个作业题,要求学生必须独立完成和熟练掌握,课后其他习题由学生自主 学习和了解。 2、安排三次左右习题课,主要讲解:在答疑和作业批改过程中反应出来的学生普遍存在的 问题、典型题以及分析问题和解决问题的主要方法和思路等。

五、教学方法与手段
以板书和课堂讲解为主要教学方法和手段,在 “绪论”和“光路图” 等较合适的章节采用“多 媒体辅助教学”。在课堂上时刻注意采用“启发式”和“讨论式”等灵活有效的教学方法,引导 和启发学生提出问题、分析问题和解决问题。采用引导和出参考题目等方法,指导学生撰写“课 程小论文”。

六、各教学环节学时分配
学 时 分 配 章 节 内 容 讲课 习题课 讨论课 实验 其他 第0章 第1章 第2章 绪论 几何光学 光波场的描述
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序 号 1 2 3

合计

2 6 4 1 0.5

2 7 4.5

4 5 6 7 8 9 10

第3章 第4章 第5章 第6章 第7章 第8章 第9章

光通过各向同性介质及其界面所发生 的现象 光的干涉 光的衍射 成像仪器与光谱仪 空间频率滤波与全息术 光在各向异性介质中的传播 光源与辐射度量

8 8 10 4 2 6 2 4 2

0.5 1 1 0.5 0.5 1

8.5 9 11 4.5 2.5 7 2 4 2

11 第 10 章 非线性光学 12 总结复习 合计

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6

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七、教学形式与考核方式
(一)教学形式 教师以课堂讲解为主,在有必要的章节(如:绪论、光路图等)尽量采用多媒体教学;采用 面对面答疑和网络答疑相结合的方式对学生进行课外辅导;采用出题目和简要提示等方式,指导 学生结合本课程内容撰写有一定扩展和研究性质的小论文;认真批改学生作业。 (二)考核方式 学生成绩的考核方法和评定主要由三部分组成:作业( 5%)、研究小论文(15%)、期末 考试(80%)。

八、推荐教材和教学参考书
教 材:《光学》,游璞 于国萍编著,高等教育出版社,2003 年 7 月。 《光学》,易明编著,高等教育出版社,2001 年 7 月。 《OPTICS》,Eugene Hecht 原著,张存林改编,高等教育出版社,2005 年 3 月。

参考书:《光学教程》,姚启钧编著,高等教育出版社,2003 年 4 月。

九、课程组成员
课程组负责人 罗 伟 课程组成员 白永强 张 雨

十、其他说明

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大纲制订人:罗伟 大纲审核人:白永强,张雨 大纲审批人:李贤丽 制订日期:2014 年 5 月

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《理论力学》课程教学大纲
课程编号:09031012 课程名称:理论力学 英文名称:Theoretical Mechanics 课程类型:必修课 课程性质:专业课 总 学 时:48 学 分:3 适用对象:应用物理学专业 先修课程:力学、高等数学、线性代数 讲课学时:48 实验(实践)学时:0

一、编写说明
(一)制定大纲的依据 本教学大纲是依据高等学校《理论力学》课程教学的基本要求及我院应用物理学专业培养目 标制订。在大纲制定过程中充分考虑到《理论力学》是物理系学生学的第一门专业理论课,是以 后学习理论物理课及其他后续课基石。在《理论力学》教学大纲制定时充分调研了国内外各高校 《理论力学》课程教学动态和发展,结合我院人才培养的要求,以突出课程的基础性与先进性为 特色,强调教学内容改革,现代教育手段的使用。 (二)课程简介 理论力学是一门专业理论课,它在普通物理力学课程基础上运用高等数学工具,全面、系统 地阐述宏观机械运动的普遍规律。通过本课程的学习,使学生对经典力学的理论体系、内容、方 法及其在物理学中的地位和作用有较好的理解,能掌握处理力学问题的一般方法。理论力学课程 推理严密、体系完整、理论性较强,是学生接触到的第一门理论物理课程,与普通物理力学相比, 它在理论上和解决问题的方法上都有较大提高。 (三)课程的地位与作用 理论力学是普通物理力学的延续课,又是学生接触到的第一门理论物理课。 由于本课程在内容上和方法上具有基础的性质,它不仅为学生学习后继理论物理课程起着打 基础的作用,并且在培养、造就高素质人才过程中起着重要作用。通过本课程的学习,除使学生 受到理论物理研究方法的初步训练,还应培养学生严密逻辑推理的能力、抽象思维的能力、从一 般到特殊的分析方法及运用高等数学方法解决力学问题的能力,并较好理解数学与物理的密切关 系。 (四)课程性质、目的和任务 理论力学是应用物理学专业很重要的一门专业理论必修课,是学习理论物理、空间物理学等 本科、研究生后继课程的重要基础。通过本课程的学习: 1、使学生对宏观机械运动的规律有一较全面的认识并掌握处理问题的一般方法,为后继理 论物理课程的学习打下坚实基础。

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2、在力学理论的学习中结合运用数学工具处理问题,加强抽象思维,以培养学生独立分析 问题和解决问题的能力以及创新能力,为今后独立工作创造条件。 3、在学习过程中培养学生辨证唯物主义的世界观。 理论力学的任务是全面阐述宏观机械运动的基本概念和基本规律,是承前启后的一门专课。 学习过程中必须完成两次学习方法上的飞跃:第一是从普通物理到理论力学,要求学生学会系统 的应用数学工具,尤其是矢量运算与解微分方程。第二是在学习分析力学时,由于学生第一次接 触抽象空间,应在这部分一开始就多作深入分析,多做训练以解决这一问题。 (五)与其他课程的联系 本课程是在完成高等数学、力学等课程的学习后开设的。同时,理论力学是后继专业课的基 础。建议它在《近代物理实验》课程之前开设,可以为学生打下良好的理论基础。 (六)对先修课的要求 学习本课程时, 学生应具备以下基础知识:普通物理力学,矢量代数,线性代数,微积分 与微分方程。通过本课程的学习,要求学生能处理力学中的一些基本问题,同时为学习后继理论 课程打下坚实的基础。

二、大纲内容 第0章 第一章
(一)教学目的和任务 使学生了解质点运动学和动力学的基本规律,掌握运动学的基本公式,动力学的几个基本定 理、守恒律,并能够运用以上知识解决基本的质点运动问题。 (二)教学基本要求 1、理解牛顿力学的基础:牛顿运动定律和力的独立作用原理及相应的时空观。理解牛顿力 学的适用范围。 2、掌握质点的受力分析和质点运动微分方程的建立;掌握几种常见情况下运动微分方程的 求解析解的方法(如质点分别在弹性力、万有引力、与速度一次方成正比的空气阻力、及洛仑兹 力作用下的运动)。 3、理解约束的概念,约束力的特点,掌握约束运动的处理方法。 4、了解由于运动微分方程的非线性,确定性的方程也可能产生混沌现象。 5、理解三个定理是分别揭示机械运动在三个不同方面的客观规律,是力学和物理学中最具 普遍意义的定理,并能运用各定理去分析、解决力学问题。 6、理解点矩和轴矩、功和保守力等重要概念。掌握保守力存在的条件和力与势能的关系, 并会求与保守力相应的势能。 7、掌握三个守恒定律(包括沿某一固定方向或某一固定轴的守恒)。理解运用它们解决力 学问题的优越性。 8、理解势能曲线的意义及其应用。 9、掌握质点在一维势场中的平衡条件和平衡具有稳定性的条件。 10、了解势能的概念和机械能守恒定律。
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绪论

牛顿力学的基本原理(质点力学)

(三)教学重点和难点 重点:速度、加速度在不同坐标系上的分量表示,运动微分方程的建立与求解,势能的物理 意义及其与作用力的关系,运动定理与守恒律。 难点:运动学部分:运动学四要素——位矢、速度、加速度及轨道;常用坐标系的选取及位 矢、速度、加速度在各坐标系下分量表示;运动学问题的求解。动力学部分:运动微分方程的建 立与求解,三种典型情况的求解。势能的概念,三个基本运动定理与三个守恒律。 (四)教学建议与说明 质点力学是经典力学的基础, 也是本课程的重点之一。 这部分用的主要数学内容是矢量数学, 应使学生尽快熟悉矢量运算,特别是矢量函数对时间微商的概念。这对整个课程的学习都有重要 影响,必须给予注意。运动学与动力学部分,学生在普通物理力学中已接触过,因此概念部分不 会遇到太大困难。这部分内容应在普通物理力学的基础上,进一步加深、提高与系统化,避免不 必要的重复。 在教学过程中,特别要注意使学生清楚地理解力学中所阐述的基本物理内容,提高他们的分 析能力,使他们能比较灵活自如地应用基本规律处理各种类型的力学问题。 (五)教学内容 绪论 1、质点运动学 (1)质点运动学的基本概念:参考系和坐标系;运动学方程和轨道;位移和路程。 (2)速度;加速度。 (3)速度、加速度在几种常用坐标系中的表达式。 (4)描述质点运动的自然坐标法。 2、质点动力学 (1)牛顿运动定律和力的独立作用原理,力学相对性原理和经典力学时空观,牛顿力学的适 用范围。 (2)质点运动微分方程和第一积分,约束和约束力,自由质点动力学,非自由质点动力学。 (3)质点的动量定理和动量守恒定律。 (4)质点的角动量定理和角动量守恒定律,矢量的点矩和轴矩。 (5)功、质点动能定理、保守力、势能和机械能守恒定律。 (6)势能曲线,质点的平衡和平衡的稳定性。

第二章
(一)教学目的和任务

有心力

使学生了解有心运动的基本特点,掌握用牛顿定律及守恒定律处理有心运动的一般方法。 (二)教学基本要求 1、掌握质点在有心保守力场中运动存在的两个守恒律。 2、了解有效势的概念和方法,理解用这种方法解决问题的优越性。 3、掌握比耐公式的应用。

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4、掌握质点在平方反比引力场中运动时求解轨道的方法。掌握轨道类型与总能量的关系, 在椭圆轨道情况下半长轴与总能量的关系。了解轨道离心率与角动量的关系。 5、了解求行星运动学方程的方法。 6、掌握 α 粒子散射问题和散射角的求法,理解 α 粒子散射问题在物理学史中的重要意义。 7、掌握解决圆轨道运动稳定性问题的两种方法。 8、掌握二体问题的处理方法和折合质量的概念。 9、了解质心坐标系和实验室坐标系。 (三)教学重点和难点 重点:有心力的基本性质与运动微分方程,*有效势能。轨道微分方程(比耐公式)。平方 反比引力 :行星运动,开普勒定律、*宇宙速度与宇宙航行、*圆轨道运动的稳定性。平方反比斥 力 :α 粒子散射,轨道方程。 难点:散射截面,卢瑟福公式。 (四)教学建议与说明 1、本部分的重点是:有心力的概念与性质;有心力作用下质点的运动微分方程;有心力作 用下质点的轨道方程——比耐方程 2、二体问题,折合质量,弹性碰撞,粒子反射等内容,要安排学时选择适当内容课堂讲授, 其余安排学生通过自学认真学习。 (五)教学内容 1、质点在有心力场中运动的一般规律、动力学方程、有效势,轨道微分方程、平方反比引 力场中的运动、开普勒第三定律的证明。 2、α 粒子散射。 3、圆轨道运动的稳定性(有效势方法和微扰法)。 4、二体问题,约化质量,对开普勒第三定律的修正。 5、两体散射,实验室坐标系和质心坐标系。

第三章
(一)教学目的和任务

相对运动

了解转动参照系的特点,掌握惯性力、非惯性系动力学方程,并且能用相关知识处理简单的 非惯性系运动问题、解释常见的惯性力引起的现象。 (二)教学基本要求 1、掌握两种矢量导数的概念和运算。掌握联系两者的普遍公式的意义和运用。 2、掌握绝对运动、牵连运动、相对运动、绝对速度、牵连速度、相对速度,绝对加速度、 牵连加速度、相对加速度等重要概念和与之相应的数学表达式。理解科氏加速度的概念及其产生 的原因,掌握它的计算。掌握两个参考系间速度、加速度的变换关系的推导、意义和运用。掌握 借助动坐标系对较复杂运动进行分解的方法。 3、理解惯性力的概念,掌握各种惯性力存在的条件和计算公式。掌握非惯性系内质点动力 学方程的建立。

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4、理解地球自转对地面附近物体运动的影响,能对一些常见的现象作出解释。对落体偏东 和傅科摆的运动能分别用非惯性系的观点和惯性系的观点作出定性解释。 (三)教学重点和难点 重点:绝对运动、相对运动与牵连运动三者的关系,牵连运动的加速度公式,科里奥利加速 度。 难点:相对运动动力学方程,惯性力的概念及作用。 (四)教学建议与说明 本部分内容重点讲转动参照系,平动部分的内容已插在前面的质点力学部分中,这里不再列 出。学生普遍反映本章内容较难掌握,尤其对不同参照系间表示的运动关系不易搞清。在分析某 些问题时,用两种参照系(如用绝对参照系与相对参照系或用惯性参照系与非惯性参照系)进行 处理并作比较以加深理解。 转动参照系的内容学生较难理解,故在数学处理问题前,应将物理图象交代清楚。运动方程 建立后,还要回过头来逐项加以解释,有些问题建议用惯性系与转动参照系进行对比处理。转动 非惯性系可以用地球作为典型的例子,就落体偏东或傅科摆问题进行分析。 (五)教学内容 1、两参考系间速度和加速度的变换关系。 2、非惯性系内质点动力学,惯性力。 3、地球自转的动力学效应,质点相对地球的运动微分方程,表观重力,科氏力对水平运动 的影响,落体偏东,佛科摆。

第四章
(一)教学目的和任务

质点组力学

使学生了解质点组的内力的基本特点,明确质心系在描述质点组运动规律时的特殊地位,掌 握质点组三个运动定理及三个守恒律并可以运用这些规律。 (二)教学基本要求 1、理解质点组的三大定理是宏观机械运动最普遍的规律,是牛顿力学中最重要的内容,对 各定理的内容应有准确的理解,理解各定理所能提供的独立方程数,掌握运用三定理分析解决实 际力学问题的方法。 2、理解内力在三个定理中的作用。了解利用系统选择的技巧解决实际问题的方法。 3、理解质心的概念。掌握利用质心和质心系对质点组的角动量和动能进行分解。理解质心 系的概念。掌握质点组在质心系中的三个相应定理及其应用。 (三)教学重点和难点 重点:质点组的三个基本定理与三个守恒定律;质心的概念,质心坐标系在质点组力学中的 地位;内力在质点组力学中的作用。 难点:从方法论上应首先指出质点组力学的处理方法与质点力学的不同,明确本章是以讨论 质点组运动的总趋势及其特征为中心的。 (四)教学建议与说明

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1、质点组力学是质点力学的内容向多质点体系的推广,所以与前一部分有密切联系,同时 从广义上讲,力学中所有的问题都是质点组的问题,因此这部分内容具有普遍意义,它也是刚体 力学的理论基础。 2、由于质点组内的质点数目众多,加之内力一般都是未知的,因此决定每一个质点的运动 是非常困难的。在这一部分里,将只借助于三个运动定理或守恒律,以便了解质点组运动的总趋 势及某些特征。 (五)教学内容 1、质点组;内力和外力;质点组动力学的研究方法。 2、质点组的动量定理和动量守恒定律,质心,质心运动定理,质心系,变质量质点的运动, 火箭的运动。 3、质点组的角动量定理和角动量守恒定律,质点组角动量的分解,质点组相对质心系的角 动量定理。 4、质点组的动能定理和机械能守恒定律,柯尼希定理,质点组在质心系中的动能定理。

第五章
(一)教学目的和任务

刚体力学

了解刚体运动的分析、欧勒角的概念、力系的简化、转动惯量、刚体的运动方程与平衡方程。 掌握刚体静力学及平面平行运动及定点转动的基本规律。 (二)教学基本要求 1、刚体运动学 (1)掌握刚体五种类型运动的定义、自由度和描述方法(欧勒角及欧勒运动学方程移至刚 体定点运动的动力学中讲授)。 (2)掌握作定轴运动的刚体上一点的速度和加速度的矢量表达式。 (3)掌握刚体平面平行运动的两种描述法(基点法和瞬心法)及其上一点的速度和加速度 的矢量表达式。 (4)理解刚体定点运动中瞬时轴的存在和瞬时角速度的矢量性。理解刚体有限转动不是矢 量。掌握作定点运动的刚体上任一点的速度和加速度的矢量表达式。 (5)掌握刚体自由运动的分解,及其上任一点的速度和加速度的矢量表达式。理解刚体角 速度与基点选择无关。 2、刚体运动的动力学 (1)掌握刚体定轴转动中确定转动规律的方程。 (2)掌握刚体平面平行运动动力学问题的处理方法。 (3)掌握欧勒角和欧勒运动学方程。 (4)理解惯量、张量的概念和惯量主轴的概念,会通过对称性分析确定某点的惯量主轴。 了解确定惯量主轴的一般数学方法。 (5)掌握刚体定点运动的角动量和动能的计算。 (6)掌握用牛顿力学方法导出欧勒动力学方程,掌握其中坐标系与参考系的选择。能直接 运用角动量定理和质心运动定理,解决刚体定点运动动力学的一些较简单的问题。

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(7)理解自由转动轴的概念。 (8)掌握欧勒—潘索情况的求解。 (9)了解刚体拉格朗日情况动力学方程的建立和存在的守恒律,了解方程求解的结果,对 陀螺的章动、自转和进动三种运动有较好的理解。 (三)教学重点和难点 重点:刚体的自由度、角速度矢量。惯量主轴与主转动惯量,刚体动量矩与转动动能表达式。 定点转动的欧勒运动学与欧勒动力学方程。 难点:本章的许多内容在普物中未接触过,难点较多,如欧勒角的概念,惯量张量与惯量椭 球等。 (四)教学建议与说明 1、刚体的定轴转动与平面平行运动在普通物理中已经讲授得较多,可简要提一下,把重点 放在没有讲过或讲解不够透彻的地方,如变角加速度转动问题及动平衡问题等。 2、动量矩定理对于分析刚体的转动是十分重要的。要使学生深刻领会转动惯量、动能与动 量矩这几个概念,以及动量矩对时间微商的矢量特征,要求学生会用动量矩定理分析刚体的转动 问题。 (五)教学内容 1、刚体运动学 (1)刚体的平动及其描述。 (2)刚体的定轴转动及其描述;作定轴转动时刚体上任一点的速度、加速度的矢量表达式。 (3)刚体平面平行运动及其描述;基点法和瞬心法;作平面平行运动时刚体上任一点的速 度、加速度的矢量表达式;刚体的定点运动;达朗贝尔定理;瞬时转动轴;角速度矢量;刚体的 有限角位移不是矢量;作定点运动时刚体上任一点的速度、加速度的矢量表达式;本体极面和空 间极面。 (4)刚体的自由运动;刚体自由运动的分解;刚体角速度与基点选择无关;刚体作自由运 动时其上任一点的速度、加速度的矢量表达式。 (5)自由度。 2、刚体运动的动力学 (1)刚体比较简单的运动:定轴转动和平面平行运动。 (2)刚体定点运动的角动量;惯量张量;惯量主轴;刚体作定点运动时的动能;惯量椭球。 (3)欧勒动力学方程。 (4)欧勒—潘索情况。 (5)拉格朗日—泊松情况。 (6)高速回转器的近似理论;回转效应及其应用。

第六章
(一)教学目的和任务

分析力学

通过系统的学习使学生掌握分析力学的基本思想与基本方法,学会用拉格朗日方程处理力学 问题。

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(二)教学基本要求 1、理解约束的概念和约束的分类。 2、理解完整系自由度的概念并掌握完整系自由度的确定方法。了解非完整系自由度的概念。 3、理解广义坐标的概念,在实际问题中能适当地选择广义坐标并能建立坐标变换方程。 4、理解虚位移的概念及它与实位移的区别。 5、理解虚功原理的内容和适用条件。理解广义力的概念,掌握它的计算方法。掌握利用虚 功原理(微分变分原理)和广义平衡方程,求解力学问题的统一程序和方法。了解利用虚功原理 求约束力的方法。 6、理解分析力学是经典力学在牛顿力学后发展起来的新的理论体系,理解它的优越性和它 对力学和物理学发展的重要作用。 7、掌握利用拉格朗日方程建立各种完整力学系统(包括有势系和非有势系)运动微分方程 的程序和方法。理解拉格朗日函数的概念,掌握力学系统拉格朗日函数的建立。 8、理解循环坐标的概念。理解广义动量积分和广义能量积分的意义和存在的条件。 (三)教学重点和难点 重点:约束,自由度,广义坐标;虚功原理;拉格朗日方程。 难点:约束,自由度,广义坐标;拉格朗日方程与拉格朗日函数。 (四)教学建议与说明 1、分析力学是在牛顿力学的基础上,用更普遍、更一般的方法来处理力学体系的运动问题, 并为理论物理的其它课程提供必要的准备。这部分内容较抽象,用的数学也较多,应作为重点内 容。在教学中应强调力学的物理实质,避免完全陷入抽象的数学推导之中。 2、本部分以讲授完整系为主。在讲约束类别时,提出什么是非完整系,可以不作深入讨论。 达朗伯原理在推导拉格朗目方程时引入,可不作详细讨论。 (五)教学内容 1、约束的分类,自由度,广义坐标,坐标变换方程。 2、虚位移和实位移,虚功,理想约束。 3、虚功原理,广义平衡方程,广义力,利用虚功原理求约束力。 4、有势系的拉格朗日方程,广义动量积分,广义能量积分。 5、一般形式的拉格朗日方程。 6、拉格朗日方法的特点和意义。

三、实验(实践)环节及要求


四、习题、课程讨论及要求
理论力学课程不仅理论性较强,而且在应用基本理论处理实际问题上也有较大的难度与灵活 性。在每章教学内容和任务完成之后,尽量给同学们安排一些习题课和讨论课。学生通过演算一

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定数量的习题加深对理论的理解,以培养分析问题与解决问题的能力。习题课是教学过程的一个 重要环节。习题课应以发展学生分析能力为主。每次习题课可分析解算 3~4 道习题。同一道习 题可以从不同的角度,用不同的方法进行求解,达到加深理解的目的。除必做的题目外,还可以 适当增添一两道难度稍大的选做题,让学有余力的学生选做。在练习和讨论的过程中使学生认识 到理论力学在物理学中的重要地位,激发其学习的积极性。不仅要求学生能够全面、深入理解和 熟练掌握所学内容,把握基本概念和基本原理的实质,而且能准确把握各原理之间的关系,灵活 应用理论力学的方法分析和解决实际问题。

五、教学方法与手段
本课程为物理专业本科理论物理课程之一,理论性强,数学工具使用较多,难度较大,故教 学以课堂讲授为主同时辅以自学引导式、讲座式、研究式等多种教学方法组织教学,适当配以课 堂演示实验、多媒体教学手段进行以提高教学效率。 由于学时较少,在教学时应注意: 第一,课堂教学中的讲授应注意做到“精讲”,要讲重难点,讲要领,讲物理思想,并指导 学生课后“多练”; 第二,对安排学生自学的内容要加以引导,并予检查以保证学习效果。

六、各教学环节学时分配
序 号 1 2 3 4 5 6 7 学 章 节 绪论 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 质点力学 有心运动 非惯性系力学 质点组动力学 刚体力学 分析力学 合计 内 容 讲课 2 6 4 6 4 8 6 36 2 2 2 2 2 2 12 习题课 讨论课 实验 其他 2 8 6 8 6 10 8 48 时 分 配 合计

七、教学形式与考核方式
(一)教学形式 以课堂讲授为主,答疑及一对一指定辅导为辅。 (二)考核方式

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本课程采用闭卷笔试的方式进行考核。成绩评定:平时作业及表现占 20%+期末考试 80%。

八、推荐教材和教学参考书
教 材:《理论力学简明教程》陈世民著,高等教育出版社,2003 年。 《理论力学简明教程》肖士荀著,高等教育出版社,2001 年。 《理论力学基础教程》胡慧玲著,高等教育出版社,2002 年。 《理论力学上、下册》郭士昆著,高等教育出版社,2001 年。

参考书:《理论力学教程(第二版)》周衍柏著,高等教育出版社,2004 年。

九、课程组成员
课程组负责人 宋胜浩 课程组成员 张秀龙 张 雨

十、其他说明
教学过程中,应根据具体情况,尽量多利用演示、多媒体等形象化教学手段,以便提高教学 效果。

大纲制订人:宋胜浩 大纲审核人:张秀龙 张 雨 大纲审批人:李贤丽 制订日期:2014 年 5 月

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《原子物理学》课程教学大纲
课程编号:09031013 课程名称:原子物理学 英文名称:Atomic Physics 课程类型: 专业技术基础课 课程性质:必修 总 学 时:48 学 分:3 讲课学时:48 实践(实验)学时:0

适用对象: 应用物理学专业 先修课程:高等数学、力学、热学、电磁学、光学

一、编写说明
(一)制定大纲的依据 根据“教育部物理学类专业指导委员会”的有关要求及会议精神,遵循东北石油大学“应用 物理学”专业本科生培养方案制定。 (二)课程简介 原子物理学属于近代物理的范畴,是今后学习理论物理和从事光学、激光技术、材料科学、 化学、生命科学研究的基础。在内容体系的描述上,原子物理学采用了普通物理的描述风格,讲 述量子物理的基本概念和物理图象,并在此基础上讨论物质结构在原子、原子核层次的性质、特 点和规律。该课程大体可分为原子结构模型、玻尔旧量子理论、波函数和薛定谔方程、量子化条 件、单电子原子、多电子原子、磁场中的原子、元素周期律和 X 射线、原子核等。本课程在体系 上强化了量子力学的思想,体现了教学内容的现代化。 (三)课程的地位与作用 原子物理学是应用物理学专业的一门重要基础课,是最先应用量子理论处理原子问题的课 程。本课程是学生建立量子力学思想的入门和基础,是近代物理学的重要组成部分。由于原子物 理学研究物质的微观结构, 因此是更深入更基本的物理问题, 它的发展影响到物理学的全部领域。 原子物理学与现代生产有广泛而密切的联系,在现代生产中所起的作用是最基本的。 (四)课程性质、目的和任务 原子物理学为应用物理学专业技术基础课。课程的目的是使学生掌握微观世界的物理规律, 构建起更加合理、完善和系统的物理学知识结构。为学生进一步学习后续课程奠定良好基础。本 课程的主要任务是介绍原子物理学的研究内容和研究方法,培养学生运用已学过的知识思考和认 识新事物的技能,培养学生的自学能力、独立获取知识的能力、分析问题和解决问题的能力,培 养学生的创新理念、创新思维和创新精神,养成良好的科学素质。 (五)与其他课程的联系 本课程要求学生具备较全面和较扎实的高等数学、电磁学、光学及相关学科的知识,为近 代物理实验、量子力学、热力学与统计物理学、固体物理学等课程奠定良好的基础。 (六)对先修课的要求 本课程的先修课程为高等数学、力学、热学、电磁学和光学,要求学生掌握这些课程的知识
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结构和关键知识点,能够熟练运用这些课程的相关知识解决原子物理学的有关问题。

二、大纲内容 绪论
(一)教学目的和任务 通过绪论课的教学, 使学生初步了解物质世界的无限可分性, 了解一些正在发展的学科前沿, 引导学生勇于思考、乐于探索发现,以培养学生对本门课程的学习兴趣。 (二)教学基本要求 1、掌握原子物理的研究对象、内容、特点和研究方法。 2、了解原子物理的发展历史及在材料科学、激光物理、生物物理等学科的应用。 3、了解原子物理正在发展的学科前沿。 (三)教学重点和难点 重点:原子物理的研究对象、内容、特点和研究方法。 难点:原子物理的研究内容、特点和研究方法。 (四)教学建议与说明 利用多媒体教学。 (五)教学内容 原子物理学的研究对象、内容和研究方法,原子物理学的发展历史和特点,原子物理学的地 位、作用和发展前景。

第一章 原子的核式结构模型
(一)教学目的和任务 通过本章教学,使学生掌握 α 粒子散射实验等实验事实,通过推导、应用库仑散射公式和卢 瑟福散射公式,使学生初步了解原子的原子核大小的估计和原子的核式结构模型的建立过程。 (二)教学基本要求 1、掌握原子的静态性质;理解阿伏伽德罗常数的物理意义。 2、了解电子的发现。 3、掌握 α 粒子散射实验等实验事实。 4、掌握库仑散射公式和卢瑟福散射公式的推导。 5、掌握卢瑟福公式的实验验证、原子核大小的估计和原子的核式结构。 (三)教学重点和难点 重点:卢瑟福散射公式和原子的核式模型。 难点:库仑散射公式和卢瑟福散射公式推导。 (四)教学建议与说明 1、对学生已掌握的原子知识,可作简单介绍。 2、对重要实验的背景知识应鼓励学生自己去查阅参考文献。 3、教学中可适当利用多媒体以增强教学效果。 (五)教学内容 原子的基本状况,原子的核式结构模型,α 粒子散射理论及实验验证,原子核大小的估计。
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第二章 玻尔氢原子理论
(一)教学目的和任务 通过本章教学,使学生了解玻尔原子模型的产生背景,掌握玻尔模型的三个基本假设、玻尔 模型的实验验证、以及玻尔模型的推广,能利用这部分知识解决氢光谱和类氢离子光谱的问题。 (二)教学基本要求 1、掌握氢原子光谱规律及巴尔末公式。 2、掌握玻尔基本假设、圆轨道的量子化条件、半径公式、能量公式、氢原子能级图,以及 一些有关的重要常数值。 3、掌握玻尔氢原子理论,能够解释氢原子和类氢离子光谱的实验规律,掌握光谱项的物理 意义。 4、掌握夫兰克–赫兹实验的原理、方法、实验结果的分析及结论。 5、掌握索末菲量子化通则和电子椭圆轨道的特性。 6、掌握施特恩–盖拉赫实验原理、方法、实验结果的分析和结论,掌握原子磁矩的概念和 原子空间量子化理论,掌握旧量子数的取值范围和所表征的物理量表达式。 7、理解玻尔对应原理、玻尔理论的地位和缺陷。 (三)教学重点和难点 重点:玻尔氢原子理论、夫兰克–赫兹实验、量子化通则、旧量子数的取值范围和所表征的 物理量表达式。 难点:量子理论的建立、空间量子化 (四)教学建议与说明 1、对背景知识中的黑体辐射问题可作简单介绍。 2、关于玻尔氢原子理论的角动量量子化要进行相应的推导。 3、强调玻尔理论的局限性。 (五)教学内容 氢原子光谱的实验规律,玻尔的氢原子理论,类氢离子光谱,夫兰克–赫兹实验,量子化通 则,索末菲对玻尔理论的发展,施特恩–盖拉赫实验与原子空间取向的量子化,玻尔对应原理及 玻尔理论的地位。

第三章 量子力学初步
(一)教学目的和任务 通过本章教学,使学生了解物质的波粒二象性、薛定谔方程在量子力学中的作用。掌握不确 定关系,掌握运用定态薛定谔方程求解氢原子问题的基本步骤,并能利用不确定关系解决简单的 问题。 (二)教学基本要求 1、掌握黑体辐射的量子理论、爱因斯坦光量子假说和光电效应方程。 2、掌握德布罗意假设和波粒二象性,了解戴维孙–革末实验和双缝干涉实验。 3、掌握不确定关系,并能用其解决简单的问题。 4、掌握波函数的物理意义。 5、了解薛定谔方程在量子力学中的作用,掌握定态的概念,了解求解定态薛定谔方程(本 征问题)的基本步骤。

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6、掌握运用定态薛定谔方程求解氢原子问题的基本步骤,掌握描述电子空间运动的三个量 子数。 (三)教学重点和难点 重点:德布罗意假设和微观粒子的波粒二象性、波函数的统计解释、不确定关系、定态的概 念、求解定态薛定谔方程(本征问题)的基本步骤、量子力学对氢原子的描述及三个量子数。 难点:波函数的统计解释、不确定关系、量子力学对氢原子的描述。 (四)教学建议与说明 1、此部分内容可适当放一些教学录象对物理学史作简单介绍。 2、不确定关系教学中,说明不确定关系是波粒二象性的必然结果。 3、量子力学对氢原子的处理部分,强调三个量子数。 (五)教学内容 电磁辐射的量子理论, 德布罗意假设及实验验证, 海森伯不确定关系, 波函数及其统计解释, 薛定谔方程,一维定态问题,量子力学对氢原子的处理。

第四章 碱金属原子
(一)教学目的和任务 通过本章教学,使学生了解氢原子光谱的精细结构,掌握碱金属原子光谱的精细结构并能够 分析产生精细结构的原因。 (二)教学基本要求 1、掌握碱金属原子光谱规律和碱金属原子结构特点,原子实的极化和轨道贯穿,会计算量 子亏损、光谱项和屏蔽系数。 2、掌握电子自旋、单价电子总角动量的合成方法和描述电子量子态的四个量子数。 3、掌握造成碱金属原子能级精细结构的原因,能写出电子自旋与轨道的相互作用能的表达 式。 4、掌握单电子跃迁选择定则,并能画出碱金属原子精细能级跃迁图,解释碱金属原子精细 光谱的形成,写出用光谱项符号表示的谱线的公式。 5、掌握氢原子能级的狄拉克公式和光谱的精细结构;了解氢原子能谱的研究进展。 (三)教学重点和难点 重点:碱金属原子光谱、电子自旋、单电子角动量的合成、四个量子数、单电子跃迁选择定 则、原子光谱的精细结构。 难点:单电子角动量的合成、电子自旋与轨道运动的相互作用、碱金属原子和氢原子能级分 裂情况的分析。 (四)教学建议与说明 1、此部分内容可适当放一些教学录象对物理学史作简单介绍。 2、能级结构的教学中,可利用多媒体教学。 (五)教学内容 碱金属原子光谱,原子实的极化和轨道贯穿,碱金属原子光谱的精细结构,电子自旋及其与 轨道运动的相互作用,氢原子光谱的精细结构。

第五章 多电子原子
(一)教学目的和任务
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通过本章教学,使学生了解氦原子、镁原子等复杂原子光谱的一般规律,掌握洪特定则、朗 德间隔定则和辐射跃迁选择定则,能够通过原子耦合求出原子态。 (二)教学基本要求 1、掌握氦原子、镁原子等具有两个价电子原子的光谱和能级。 2、掌握原子的耦合矢量模型(L-S 耦合和 J-J 耦合)的步骤、适用范围,正确地求出电子组 态构成的原子态(光谱项) 。 3、掌握洪特定则、朗德间隔定则和电偶极辐射跃迁选择定则,并能正确画出能级图,解释 氦原子、镁原子等具有两个价电子原子的光谱的形成。 4、了解复杂原子光谱一般规律。 5、掌握泡利不相容原理,正确构造出同科电子原子态。 6、了解爱因斯坦原子激发和受激辐射跃迁的基本概念,了解氦氖激光器的原理。 (三)教学重点和难点 重点:L-S 耦合、多电子原子的光谱、能级图和原子态、泡利原理和同科电子原子态的确定、 辐射跃迁的普用选择定则。 难点:L-S 耦合、多电子原子基态的确定和能级高低的判别、泡利原理和同科电子原子态的 确定。 (四)教学建议与说明 1、此部分内容可适当放一些教学录象对物理学史作简单介绍。 2、能级结构的教学中,可利用多媒体教学。 (五)教学内容 氦原子及镁原子的光谱和能级,具有两个价电子的原子态,泡利原理和同科电子,复杂原子 光谱的一般规律,辐射跃迁的普用选择定则,原子的激发和受激辐射跃迁、氦氖激光器。

第六章 在磁场中的原子
(一)教学目的和任务 通过本章教学,使学生掌握原子有效磁矩概念和有关计算,利用原子在外磁场中附加能量公 式,解释原子能级在外磁场中分裂现象,从而解释塞曼效应。 (二)教学基本要求 1、掌握原子有效磁矩概念和有关计算,会计算磁场中原子的拉莫尔旋进圆频率。 2、掌握原子在外磁场中附加能量公式,并能用来解释原子能级在外磁场中分裂现象。 3、正确解释施特恩–盖拉赫实验的结果。 4、掌握正常塞曼效应、反常塞曼效应、帕邢–巴克效应的基本概念及它们的特征、区别, 会用量子理论对其做出正确解释。 5、了解物质的磁性,了解顺磁共振、核磁共振的概念、原理和应用。 6、了解斯塔克效应。 7、了解光谱的宽度和激光光谱学的概念。 (三)教学重点和难点 重点:原子有效磁矩、原子能级在磁场中的分裂、塞曼效应(正常、反常) 、史特恩-盖拉赫 实验结果的再分析。 难点:拉莫尔进动频率、反常塞曼效应、顺磁共振、核磁共振。 (四)教学建议与说明
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1、原子磁矩教学中,讲清原子的有效磁矩。 2、塞曼效应教学中,应配合多媒体或实验。 3、教学内容中,带“*”的为选学内容,可根据实际情况选讲。 (五)教学内容 原子的磁矩,外磁场对原子的作用,施特恩–盖拉赫实验结果的再分析,塞曼效应与帕邢– 巴克效应,物质的磁性、顺磁共振、核磁共振,斯塔克效应,光谱线的宽度和激光光谱学。

第七章 原子的壳层结构
(一)教学目的和任务 通过本章教学, 使学生对元素周期表的结构进一步的了解, 能正确写出原子基态的电子组态, 并求出其基态的原子态符号。 (二)教学基本要求 1、了解元素周期表的结构,掌握玻尔对元素周期表的物理解释。 2、掌握电子填充原子壳层的原则:泡利原理和能量最小原理,理解并掌握原子的电子壳层 结构,能正确写出原子基态的电子组态,并求出其基态的原子态符号。 3、掌握莫塞莱定律,并以此解释电子填充壳层时出现能级交错的原因。 (三)教学重点和难点 重点:玻尔对元素周期表的解释、电子填充壳层的原则。 难点:原子基态电子填充壳层的顺序。 (四)教学建议与说明 对元素性质的周期性变化只作简单的了解,对原子基态电子填充壳层的顺序要重点讲授。 (五)教学内容 元素性质的周期性变化,原子的电子壳层结构,原子基态的电子组态。

第八章
(一)教学目的和任务

X 射线

通过本章教学,使学生对 X 射线的发现、产生方法、有一定的了解。掌握 X 射线的连续谱 与标识谱,解释同 X 射线有关的原子能级产生的原因。 (二)教学基本要求 1、了解 X 射线的发现、产生方法,掌握 X 射线的连续谱与标识谱的特征和产生的机制,解 释同 X 射线有关的原子能级产生的原因。 2、了解 X 射线的吸收的规律,掌握康普顿散射,理解光子与物质的相互作用,了解同步辐 射装置的原理与应用。 3、了解 X 射线在晶体中的衍射规律。 (三)教学重点和难点 重点:X 射线连续谱与标识谱及产生机制、莫塞莱定律、康普顿散射。 难点:X 射线的连续谱与标识谱产生的机制、莫塞莱定律、康普顿散射。 (四)教学建议与说明 1、最好利用多媒体介绍 X 射线的发现及应用。 2、对 X 射线的连续谱与标识谱产生的机制应在教学中重点强调。 (五)教学内容
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X 射线的产生及性质,X 射线发射谱,同 X 射线有关的原子能级,X 射线与物质的相互作用 (散射、吸收),X 射线在晶体中的衍射。

第九章
(一)教学目的和任务

原子核

通过本章教学, 使学生对原子的性质, 原子能的应用有基本的了解, 掌握原子核的衰变规律、 核反应方程。 (二)教学基本要求 1、掌握原子核具有的各种性质:原子核的组成、电荷、质量和大小、结合能、自旋、磁矩、 宇称和统计性质。 2、掌握原子核的放射性衰变规律及衰变常数,半衰期,平均寿命,放射性强度等概念。 3、掌握 α、β 和 γ 衰变的规律。 4、了解核力的性质,了解几种核结构模型(重点是液滴模型和壳层模型)。 5、掌握核反应遵循的守恒定律、核反应中的反应能和阈能的计算。 6、理解重裂变的机制、链式反应、原子弹、反应堆。 7、理解轻核聚变的机制,了解热核聚变,了解氢弹和太阳能,了解其应用。 (三)教学重点和难点 重点:核结合能、原子核模型、衰变规律、重核裂变和轻核聚变。 难点:核力、原子核模型、核反应机制、重核裂变机制。 (四)教学建议与说明 1、在教学中,对原子核部分的前沿知识,可根据情况多做一些介绍。 2、教学内容中,带“*”的为选学内容,可根据实际情况选讲。 (五)教学内容 原子核的基本性质,原子核的放射衰变,原子核结构模型,原子核反应,原子核裂变和原子 能,原子核的聚变和原子能利用展望。

三、实践(实验)环节及要求
本课程实验已安排在“普通物理实验(96 学时)”之中,采用单独开课方式,进行集中训练。

四、习题、课程讨论及要求
1、每堂课留 2~3 个作业题,要求学生必须独立完成和熟练掌握,课后其他习题由学生自主 学习和了解。 2、习题课主要讲解在答疑和作业批改过程中反应出来的学生普遍存在的问题、典型题以及 分析问题和解决问题的主要方法和思路等。

五、教学方法与手段

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1、本课程以课堂讲授为主。讲授中强调物理实验的分析、物理概念和物理图象的建立,突 出近代物理的研究方法。 2、教学中应注意演示仪器与 CAI 课件的使用。 3、在课堂上时刻注意采用“启发式”和“讨论式”等灵活有效的教学方法,引导和启发学 生提出问题、分析问题和解决问题。 4、增大知识容量,拓宽知识视野,引导学生自学。

六、各教学环节学时分配

序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 8 9 10

学 时 分 配 章 节 绪论 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章 原子的核式结构模型 玻尔氢原子理论 量子力学初步 碱金属原子 多电子原子 在磁场中的原子 原子的壳层结构 X 射线 原子核 复习 合计 内 容 讲课 2 4 8 6 4 6 6 2 4 4 2 48 习题课 讨论课 实验 其他

合计

2 4 8 6 4 6 6 2 4 4 2 48

七、教学形式与考核方式
(一)教学形式 1、本课程以课堂讲授为主。讲授中强调物理实验的分析、物理概念和物理图象的建立,突 出近代物理的研究方法。 2、教学中应注意演示仪器与 CAI 课件的使用。 3、采用层次目标激活课堂教学模式,增大知识容量,拓宽知识视野,引导学生自学。 (二)考核方式 1、学生成绩由平时成绩(20%)和卷面成绩(80%)组成。 2、试卷命题以基本概念、理解、知识应用的题目为主,适量增加综合提高性题目。

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八、推荐教材和教学参考书
教 材:《原子物理学》,杨福家编著,高等教育出版社,2000 年。 《原子物理学》,顾建中编著,高等教育出版社,1986 年。 《原子物理》,邓乐民编著,北京大学出版社,2000 年。 九、课程组成员 课程组负责人 秦显荣 课程组成员 罗 伟 王 升

参考书:《原子物理学》,诸圣麟编著,高等教育出版社,1979 年。

十、其他说明
1、教学中注意通过实验事实讲述原子模型的建立过程,不要求过于严密的推导。 2、教学内容按“了解、理解、掌握、熟练掌握”几个层次要求。 3、在教学过程中,以教材为主,应适当参考其它相关书籍和文献。对一些前沿知识,要求 学生自己查阅参考文献,培养学生的自学能力。

大纲制订人: 秦显荣 大纲审核人: 罗伟 王升 大纲审批人: 李贤丽 制订日期:2014 年 5 月

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《量子力学》课程教学大纲
课程编号:09031015 课程名称:量子力学 英文名称:Quantum Mechanics 课程类型:必修课 课程性质:专业课 总 学 时:64 学 分:4 适用对象:应用物理学专业 先修课程:高等数学、线性代数、数学物理方法、普通物理、原子物理学、理论力学 讲课学时:64 实验(实践)学时:0

一、编写说明
(一)制定大纲的依据 本教学大纲依据高等学校《量子力学》课程教学基本要求制订。遵循东北石油大学“应用物 理学”专业本科生培养方案,参照了兰州大学、湖南师范大学、新疆大学、湖南大学“量子力学” 及相关课程的教学大纲。 在大纲制定时充分考虑量子力学是一门与实践密切联系的课程,在量子力学教学中,强调理 论与实际的联系,这样可以激发学生学习的主动性、自觉性和创造性,使学生感到所学知识的用 处和价值。 (二)课程简介 《量子力学》是研究反映微观粒子(电子、原子、原子核、基本粒子等)运动规律的学科, 是固体物理、半导体物理、高等量子力学等课程的基础,是电子和应用物理等专业的一门重要的 必修课,在教学培养计划中列为主干课程。本课程教学内容包括:波函数与薛定谔方程;量子力 学中的力学量;态和力学量表象;微扰理论;自旋与全同粒子等。 (三)课程的地位与作用 量子力学是近代物理学两大支柱之一,是描述微观世界运动规律的基础理论。凡是涉及到微 观粒子(比如分子、原子、电子等)的各门学科和新兴技术,都必须掌握量子力学。量子力学是 迄今人类对微观物质世界的最深刻的理解。它彻底改变了基于传统的牛顿力学的整个概念系统及 其规律,并对人类的认识论和自然观产生深远的影响。它的特点在微观世界最为突出,量子力学 彻底改造材料物理、生物学和化学等学科,它将成为二十一世纪的重要学科之一,具有重大的科 学意义和应用价值。 量子力学课程是物理系本科生必修的四大力学之一,是他们今后继续提高物理专业水平的一 门专业理论基础课程。 (四)课程性质、目的和任务 《量子力学》是物理系学生的重要专业基础课,也是物理学工作者从事现代物理学研究不可 缺少的基本知识和基本训练。作为专业必修课,量子力学是反映微观粒子(电子、原子、原子核、
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基本粒子等)运动规律的理论。本课程的目的是使学生掌握量子力学的基本原理和处理具体问题 的一些重要方法,并初步培养学生运用这些方法解决较简单问题的能力,培养学生的辩证唯物主 义的世界观和方法论。激发每个学生的特长和潜能,鼓励并引导他们的好奇心、求知欲、想象力、 创新欲望和探索精神。 (五)与其他课程的联系 学习本课程,必须具备普通物理、高等数学、线性代数、数学物理方法、原子物理学、理论 力学等知识,同时它又是固体物理、半导体物理、高等量子力学等课程的基础。量子力学与前期 物理课程既有联系又有区别,联系在于量子力学需要有深厚的普通物理和理论力学的基础知识。 但更重要的是区别,这主要表现在,一方面,量子力学对微观粒子运动规律的描述完全不同于经 典力学(牛顿力学)。量子力学的基本概念、方法和原理是前期物理课程没有接触到的,相对来 说是比较抽象的,这部分内容必须讲授;另一方面,从培养和训练具有创造性思维和技术创新能 力的人才出发, 在要求学生掌握基本概念、 方法和原理的基础上, 进一步拓宽专业基础理论知识。 (六)对先修课的要求 学习《量子力学》需要的数学基础是微积分、线性代数及数学物理方程。在学习《量子力学》 之前还应掌握普通物理、原子物理学、理论力学等课程中的一些基本物理知识和概念并了解一些 实验现象。

二、大纲内容 第一章
(一)教学目的和任务 通过本章的教学,使学生了解十九世纪末到二十世纪初经典物理学所暴露出来的困难,旧量 子论的产生、发展及其缺陷,量子力学的产生与发展;掌握光的波粒二象性,原子结构的玻尔理 论,微观粒子的波粒二象性等内容。 (二)教学基本要求 1、了解经典物理学的困难。 2、理解光和粒子的波粒二象性。 3、掌握德布罗意假设及其实验验证。 (三)教学重点和难点 重点:光和粒子的波粒二象性。 难点:微观粒子的波粒二象性。 (四)教学建议与说明 1、对有关经典物理学的困难的内容,仅作适当介绍和举例说明。 2、关于微观粒子的波粒二象性要作重点的说明。 (五)教学内容 经典物理学的困难,光的波粒二象性,原子结构的玻尔理论,微观粒子的波粒二象性。

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第二章 波函数和薛定谔方程
(一)教学目的和任务 通过本章的教学,使学生掌握波函数的统计假设和量子态的表示形式,理解态的迭加原理及 其物理意义,掌握薛定谔方程,粒子流密度和粒子数守恒定律,定态薛定谔方程,一维定态问题 的一般性质,一维无限深势阱,一维线性谐振子,了解一维有限深势阱。 (二)教学基本要求 1、理解波函数的统计解释。 2、掌握态迭加原理,明确它和经典波叠加原理的区别。 3、理解 Schrodinger 方程的建立的原则,掌握自由粒子的 Schrodinger 方程;熟练掌握含时 Schrodinger 方程。 4、掌握几率流密度和粒子数守恒定律,并能熟练运用。 5、掌握定态的概念和性质,熟练运用定态 Schrodinger 方程求解能量本征值问题。 6、掌握一维束缚态、无限深势阱和线性谐振子的求解过程和结论。 (三)教学重点和难点 重点:态迭加原理,Schrodinger 方程,一维无限深势阱,线性谐振子。 难点:运用定态 Schrodinger 方程求解能量本征值问题。 (四)教学建议与说明 1、强调波函数的统计解释,并作重点说明。 2、关于势垒贯穿只做介绍不必强调计算和求解。 (五)教学内容 波函数的统计解释,态迭加原理,薛定谔方程,粒子流密度和粒子数守恒定律,定态薛定谔 方程,一维无限深势阱,线性谐振子,势垒贯穿。

第三章 量子力学中的力学量
(一)教学目的和任务 通过本章的教学,使学生掌握力学量的算符表示,算符的一般运算规则,线性算符,厄米算 符;掌握表示力学量算符的一般性质、力学量测量结果的几率及平均值和两个不同力学量同时有 确定值的条件,熟练应用测不准原理解题。 (二)教学基本要求 1、掌握量子力学关于力学量的算符假定,明确厄密算符的概念及其性质。 2、掌握动量算符和角动量算符的对易关系及其本征值问题的求解,理解自由粒子波函数箱 归一化问题。 3、了解电子在库仑场中的运动的能量本征方程的求解过程,并掌握其结论。 4、理解氢原子(类氢原子)求解过程,掌握结论。 5、掌握算符的对易关系、两个力学量算符有共同本征函数的条件及力学量完全集的概念。 6、熟练推导测不准关系,并能运用其解决有关问题。 (三)教学重点和难点 重点:算符与力学量关系,算符的对易关系,测不准关系。

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难点:电子在库仑场中的运动,氢原子。 (四)教学建议与说明 1、对于算符与力学量关系作重点说明,并说明测不准原理与实际测量之间的关系。 2、加强不同力学量之间对易关系证明的练习,以达到熟练运用的目的。 (五)教学内容 表示力学量的算符,动量算符和角动量算符,电子在库仑场中的运动,氢原子,厄密算符本 征函数的正交性,算符与力学量关系,算符的对易关系,两力学量同时有确定值的条件,测不准 关系,力学量平均值随时间的变化,守恒定律。

第四章 态和力学量的表象
(一)教学目的和任务 通过本章的教学,使学生理解表象理论,力学量的表象;掌握量子力学公式的矩阵表示,常 见的几个基本表象;了解表象的变换;掌握并熟练应用狄拉克符号,粒子数表象。 (二)教学基本要求 1、理解态的表象。 2、掌握算符的矩阵表示。 3、掌握量子力学公式的矩阵表示。 4、了解表象变换。 5、掌握 Dirac(狄拉克)符号。 6、掌握线性谐振子与占有数表象。 (三)教学重点和难点 重点:算符的矩阵表示,么正变换,Dirac(狄拉克)符号。 难点:量子力学公式的矩阵表述,利用幺正变换解方程的本征值。 (四)教学建议与说明 1、对于态的表象,可用经典力学和坐标系作类比说明。 2、关于线性谐振子与占有数表象不必强调计算问题。 3、表象变换部分注重物理思维的培养,关键要强调方法而不是做习题。 (五)教学内容 态的表象,算符的矩阵表示,量子力学公式的矩阵表述,么正变换,狄拉克符号,线性谐振 子与占有数表象。

第五章
(一)教学目的和任务

微扰理论

通过本章的教学,使学生掌握非简并定态微扰理论,简并情况下定态微扰理论,理解氢原子 的一级斯塔克效应,变分法,了解氦原子基态(变分法)。 (二)教学基本要求 1、掌握非简并定态微扰论和简并微扰论,并能熟练运用其解决有关问题。 2、了解变分法求解有关问题的思路,并能运用其解决实际问题。

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(三)教学重点和难点 重点:应用非简并定态微扰理论和简并情况下的微扰理论求解问题,氢原子的一级斯塔克效 应的应用。 难点:利用变分法解题。 (四)教学建议与说明 1、对于非简并定态微扰论和简并微扰论,在解题的同时强调关于求解方程近似解的方法的 理解。 2、与变分法有关的知识不要求作大量的习题,但要明确变分法的思想。 (五)教学内容 非简并定态微扰理论,简并情况下的微扰理论,氢原子的一级斯塔克效应,变分法。

第七章
(一)教学目的和任务

自旋与全同粒子

通过本章的教学,使学生理解电子自旋实验事实,掌握自旋算符和自旋波函数,掌握两个角 动量的耦合,全同粒子的特性,全同粒子体系的波函数。 (二)教学基本要求 1、掌握电子自旋、自旋算符与自旋波函数。 2、掌握全同粒子的特性。 3、理解泡利原理,能正确写出玻色子体系和费密子体系的波函数 (三)教学重点和难点 重点:电子的自旋算符和自旋函数,两个角动量的耦合,全同粒子的特性,泡利原理。 难点:电子自旋,两个角动量的耦合。 (四)教学建议与

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