课程名称：基础物理学B I

英文名称：Fundamental PhysicsB I

【课程编号】GEN04132	【所属模块】数理基础与科学素养
【学分数】4学分	【适用专业】理工科非物理类专业基础课 其它专业选修
【学时数】64学时	【开设学期（春季）】 第一学期
【已开设次数】多次	【建议选课人数】 不超过120人 (需配备1~2名助教)
【授课教师姓名】 李融武、赵虎、张萍、张英、章梅、熊刚、邓富国、高有辉、吴新天 狄增如等	【授课教师职称】李融武：副教授， 赵虎：副教授，张萍：教授，张英：副教授，章梅：副教授，熊刚：副教授，邓富国：教授，高有辉：副教授，吴新天：副教授
【授课教师联系方式】 Email：rongwuli@bnu.edu.cn
【开课单位】物理学系
【先修课要求】高等数学

一、课程简介

物理学为自然科学提供了理论基础，是当代科学技术产生、发展和应用的重要支柱。以物理学基础为内容的基础物理课程是高等学校理工科各专业学生一门十分重要的通识性必修基础课。本课程传授理工科学生必需的物理基础知识。通过本课程的学习，使学生较全面系统地获得物质世界中最普遍、最基本的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、逻辑思维和分析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。

课程内容包括：力学、热学、波动光学方面的基本概念、基本理论和基本运算技能。

二、课程目标

本课程的教学目标是使学生掌握物理学的基本概念和基本原理，了解一些前沿性的研究成果；学习物理学研究问题的思想方法和科学态度；培养学生的自学能力和激发学生的探索与创新精神；同时也注意在教学过程中结合相关内容进行思想品德教育。

三、教学内容和学时分配

（一）第一章 导论　　2学时

主要内容：学习方法，物理学的形成与发展，物理学与技术，物质世界及其层次，物质的相互作用，物理学的特点，物理学中的理论与实验，物理学与数学，单位制与量纲。

（二）第二章 矢量　　2学时

主要内容：矢量的加法、减法、数乘；矢量的正交分解；矢量的标量积和矢量积；矢量的导数。

教学要求：掌握矢量的加、减、标量积、矢量积的运算法则，能够用矢量表示物理量。

重点：矢量概念的理解，矢量的加、减、标量积、矢量积的运算法则。

难点：矢量的矢量积，矢量导数运算。

第一篇 力学

（三）第三章 经典运动学 4学时

主要内容：经典运动学的基本概念：时间、时刻、时间间隔，参考系、坐标系，质点、刚体；质点运动的矢量描述：位置矢量、位移、速度、加速度，质点的运动学方程；质点平面运动的直角坐标描述和极坐标描述；质点平面运动的自然坐标描述；刚体平动与转动的描述。

教学要求：1）掌握内容：位移、速度和加速度的概念；在直角坐标系中计算质点的速度、加速度；在极坐标系中计算质点平面运动的速度、加速度；用微积分求解一维运动学问题。2）理解内容：描述质点运动的瞬时性、矢量性、相对性；矢量对物理规律进行描述可以不借助坐标系。

重点：位移、速度和加速度的概念；合理选择坐标系解决运动学问题。

难点：质点平面运动的极坐标描述和自然坐标描述；合理选择坐标系解决运动学问题。

（四）第四章 经典质点动力学 8学时

主要内容：

牛顿运动三定律；力学中常见的力；牛顿第二定律微分形式：质点动力学（微分）方程组；质点的动量定理的微分形式与积分形式和质点的动量守恒定律；质点的角动量定理和角动量守恒定律；质点的动能定理和机械能守恒定律；力学相对性原理、伽利略变换；非惯性系、惯性力。

教学要求：1）掌握内容 ：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；动量的概念、动量的矢量性，质点的动量定理及计算；动能的概念、质点的动能定理及计算；动量守恒定律，运用守恒定律分析问题和解决问题的思想和方法；角动量的概念及角动量守恒定律，能用它们分析、解决质点平面运动的简单力学问题；保守力与非保守力的区别，势能的概念；功的概念，会用积分法计算变力做功；功能原理、机械能守恒定律、能量守恒与转化定律，相对速度、相对加速度。2）理解内容：伽利略相对性原理，伽利略变换；力学中常见的力；非惯性系、惯性力。3）了解内容：如何在非惯性系中解决力学问题。

重点：质点的动量定理、动能定理、角动量定理；动量、角动量、机械能守恒定律及其应用。

难点：对固定点的力矩和角动量的概念；角动量定理和角动量守恒定律；守恒定律的综合应用。

（五）第五章 相对论基础　　6学时

主要内容：*狭义相对论的实验基础；狭义相对论基本原理；洛伦兹坐标变换；狭义相对论时空观； *双生子效应；*观测与观看；狭义相对论动力学基础； *广义相对论简介。

教学要求： 1）掌握内容：洛伦兹坐标变换，狭义相对论时空观，同时性的相对性，“尺缩”效应和“钟慢”效应；狭义相对论中质量和速度的关系、质量和能量的关系以及动量和能量的关系。2）理解内容 ：爱因斯坦狭义相对论的两个基本原理：相对性原理和光速不变原理；牛顿力学中的时空观和狭义相对论中的时空观以及二者的差异；狭义相对论的实验基础；双生子效应。3）了解内容：观测与观看的不同意义；广义相对论。

重点：狭义相对论基本原理；洛伦兹坐标变换；狭义相对论时空观；狭义相对论动力学基础。

难点：狭义相对论时空观的理解及有关公式的正确应用。

其它教学环节：结合狭义相对论的实验、爱因斯坦的主要贡献和创立相对论的思考过程，教育学生提出正确的问题与解决问题同等重要，深入思考与获取知识同等重要，鼓励学生阅读有关的课外读物。

（六）第六章 经典质点组动力学　　6学时

主要内容：质点组的动力学方程；质点组的动量定理，动量守恒定律，可变质量物体的动力学方程，质心和质心运动定理；质点组的角动量定理，角动量守恒定律，定轴转动刚体的转动定理；质点组的动能定理和机械能守恒定律； *同步卫星及其姿态稳定性、潮汐； *流体的运动。

教学要求：1）掌握内容：质心和质心运动定理；质点组的动量守恒定律；转动惯量、质点组对固定轴的角动量守恒定律；定轴转动刚体的转动定理；质点组的动量定理。2）理解内容：质点组对固定轴的角动量定理；质点组的动能定理和机械能守恒定律。3）了解内容：可变质量物体的动力学方程；质点组对固定点的角动量定理和角动量守恒定律；同步卫星及其姿态稳定性、潮汐；流体的运动。

重点：质心、转动惯量概念；质心运动定理和定轴转动刚体的转动定理；质点组的动量守恒定律和质点组对固定轴的角动量守恒定律。

难点：质心运动定理；质点组的角动量概念；质点组对固定轴的角动量定理。

其它教学环节：总结经典力学体系，理解守恒律在物理学研究中的重要地位，对称与守恒的关系。习题课。

（七）第七章 机械振动　　3学时

主要内容：简谐振动； *阻尼振动； *受迫振动、共振；同方向的简谐振动的合成； * 混沌简介。

教学要求：1)掌握内容：描述简谐振动的各物理量；简谐振动的基本特征，根据物理条件推导和求解一维简谐振动的微分方程；旋转矢量表示法；同方向、同频率的两个简谐振动的合成规律。2)理解内容：简谐振动的能量。3)了解内容：阻尼振动、受迫振动；同频率、不同方向的两个简谐振动的合成规律；混沌。

重点：描述简谐振动的各物理量；一维简谐振动的微分方程的导出与求解；旋转矢量表示法。

难点：相位的概念和初相位的确定；根据物理条件推导和求解一维简谐振动的微分方程。

（八）第八章 机械波4学时

主要内容：弹性体的应变和应力；机械波的基本概念；平面简谐波； *波动方程；波的能量、*波的强度；波的叠加原理，波的干涉，驻波； 多普勒效应。

教学要求：1)掌握内容 ：描述平面简谐波的各物理量；横波、纵波的概念；波方程的物理意义；由已知质点的简谐振动的运动学方程得出平面简谐波的波方程；波的叠加原理，波的干涉，驻波。2)理解内容：波的能量传播特征及能流、能流密度概念；半波损失。3)了解内容：弹性体的应变和应力；驻波和行波的区别；波动方程；机械波的多普勒效应及其产生原因。

重点：平面简谐波的波函数；波的能量；平均能流密度；波的干涉，驻波。

难点：由已知质点的简谐振动方程得出平面简谐波的波方程；波的干涉问题中相位差和波程差的分析；驻波。

第二编 波动光学

（九）第九章 光波　　4学时

主要内容：光波的电磁理论；光速，折射率，光强；惠更斯原理；光波的叠加：相干条件，光程，光程差，半波损失。

教学要求：1）掌握内容：光程、光程差、相位差及其关系；半波损失；光波的叠加原理，相干条件。2）理解内容：惠更斯原理；光波的电磁理论；光速，折射率，光强。

（十）第十章 光的干涉　　4学时

主要内容：分波前干涉：杨氏双缝干涉；薄膜干涉：等倾干涉、等厚干涉、迈克耳孙干涉仪； *多光束干涉。

教学要求：1）掌握内容：杨氏双缝干涉光强分布的特征及双光束干涉在实际中的应用；薄膜等厚干涉的基本概念，等厚干涉条纹的主要特征及应用；迈克耳孙干涉仪的工作原理。2）理解内容：获得相干光的方法。 3）了解内容 ：增透膜，多光束干涉及应用。

重点：光程的概念，正确计算各种干涉情形的光程差；双缝干涉，劈尖干涉，牛顿环，迈克耳孙干涉仪。

难点：正确计算各种干涉情形的光程差；牛顿环，迈克耳孙干涉仪。

（十一）第十一章 光的衍射　　3学时

主要内容：光的衍射现象；惠更斯-菲涅尔原理；夫琅禾费单缝衍射； *光栅衍射；夫琅禾费圆孔衍射；*全息照相；*傅里叶光学简介。

教学要求：1）理解内容：夫琅禾费单缝衍射，缝宽及波长对衍射条纹分布的影响；夫琅禾费圆孔衍射，艾里斑和光学仪器的分辨本领。2)了解内容：*光栅衍射公式； *全息照相 ； *傅里叶光学简介。

重点：惠更斯－菲涅耳原理；单缝夫琅禾费衍射。

难点：单缝衍射中的条纹分布规律与杨氏双缝及光栅衍射中的区别及其原因。

（十二）第十二章 光的偏振　　1学时

主要内容：自然光和偏振光；起偏和检偏；马吕斯定律；反射和折射时光的偏振； *光的双折射。

教学要求：1）掌握内容：马吕斯定律及布儒斯特定律，能进行较熟练的计算。2）理解内容：自然光和偏振光。3）了解内容：*光的双折射现象；线偏振光的获得方法和检验方法。

重点：自然光和偏振光；马吕斯定律；布儒斯特定律。

难点：略。

第三编 热学

（十三） 第十三章 热学的基本概念　　7学时

主要内容：平衡态，状态参数；温度；热力学第零定律；理想气体状态方程；统计规律；分子动理论；理想气体的压强；理想气体分子平均平动动能与温度的关系；麦克斯韦速率分布率。

教学要求：1）掌握内容：理想气体的状态方程及其计算；分子动理论，理想气体的压强公式及其计算；理想气体分子平均平动能与温度的关系公式及其计算；麦克斯韦速率分布率，运用速率分布函数求分子速率的三个统计值；温度的统计意义；混合理想气体的状态方程；2）理解内容：平衡态与非平衡态的区别；温度，温标及建立温标的三要素；概率的定义与基本属性，统计平均值。3）了解内容：分子热运动的特征与统计描述方法；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；系统的宏观性质是微观运动的统计表现。

重点：压强公式；温度的统计意义；理想气体模型及状态方程；速率分布函数，分子速率的三个统计值。

难点：通过压强公式的推导，理解阐明宏观量微观本质的思想和方法；速率分布函数的物理意义及计算。

（十四）第十四章 热力学第一定律6学时

主要内容：功和热量；内能和热力学第一定律；准静态过程和准静态过程的功；比热容和热量的计算；理想气体的内能和摩尔热容；能量均分定理；热力学第一定律对理想气体准静态过程的应用；绝热过程；卡诺循环及其效率；卡诺逆循环及致冷系数。

教学要求：1）掌握内容：功、热量和内能的概念及计算；通过理想气体的刚性分子模型，理解气体分子平均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、定体热容和内能；掌握热力学第一定律，能分析、计算理想气体等值过程和绝热过程中的功、热量、内能改变量及卡诺循环等简单循环的效率；应用热力学第一定律分析热力学过程的基本方法。2）理解内容：准静态过程；自由度。

（十五）第十五章 热力学第二定律　　4学时

主要内容：热力学第二定律；可逆过程与不可逆过程；卡诺定理；熵与熵增加原理；热力学第二定律的统计意义。

教学要求：1)掌握内容：热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯表述及其等价性；卡诺定理；熵及熵增原理，熵的计算。2)理解内容：可逆过程和不可逆过程，热力学第二定律的实质； 3)了解内容：热力学第二定律的统计意义；熵增加与能量退化。

重点：热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯表述及其等价性；可逆过程和不可逆过程；热力学第二定律的实质；熵及熵增原理。

难点：熵及熵增原理；热力学第二定律的统计意义

其它教学环节：复习讨论课：能量和熵

（十六）*第十六章 非理想气体及非平衡热力学初步

注：本章属于自学了解内容。

四、教材与学习资源

教材：梁绍荣，管靖．基础物理学（上、下册），靖uanq…. 北京：高等教育出版社，2002.经系教学指导委员会同意，教师也可以根据需要选择其它教材。

参考书：

[1] 张三慧. 大学物理．北京：清华大学出版社，1998.

[2] 程守洙．普通物理学．第五版．北京：高等教育出版社，2003．

[3] Sears and Zemansky’s.University Physics，西尔斯物理学（英文影印版）．北京：机械工业出版社，2003．

[4] 李炳虎．大学物理课程学习指导．长沙：湖南大学出版社，1998.

[5] 赵凯华．新概念物理教程．北京：高等教育出版社，1996．

五、教学策略与方法建议

基础物理是一门基础课，以教师讲授为主，配合演示实验、录像、计算机多媒体等综合运用进行教学，也可以选择少部分内容，指导学生自学。课程班规模最好控制在每班100人以内。

六、考核方式

本大纲各章所提到的教学要求中各细目都是理论课考核的内容范围。试题覆盖到章，适当突出重点章节，加大重点内容的覆盖密度。（大纲中*号部分是教师根据讲课院系的专业特点选讲内容）

试卷中的不同层次要求的试题所占的比例大致是：“了解”占20%，“理解”占35%，“掌握”占45%。；难易程度分为五档：易、较易、一般、较难、难。这五档在各份试卷中所占的比例依次为1:2:4:2:1 。

期末考核方式为闭卷、笔试，考试时间为120分钟。评分采用百分制，占综合成绩的6080%。平时成绩(作业、课堂讨论和小论文等) 占综合成绩的2040%。

 

 

【编写日期】：2014年11月