大学物理—近代物理
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课程评价
spContent=量子力学和相对论统称为近代物理学,是20世纪物理学最伟大的发现,没有它们就不会有今天的计算机、激光、核能、纳米、宇宙探索等各种各样的高新技术。本课程认真贯彻以学生为主体、教师为主导的教育理念,遵循学生远程学习的认知规律,体现“导学”、“督学”、“自学”、“促学”的近物教学设计思想。
—— 课程团队
课程概述

     物理学是研究物质的基本结构、基本运动形式、相互作用的自然科学,它具有完整的科学体系、独特有效的研究方法、丰富的知识,所有这些对于培养21世纪的科学研究工作者及工程技术人员都是必不可少的。因此以物理学基础为内容的大学物理课程是理、工、经、管、文等本科各非物理专业必修的一门基础课。大学物理课程根据高素质创新人才的培养目标,在保证对学生物理知识传授和基本技能培养、打好物理基础的同时,进一步强化对学生的科学思维方法、创新意识和综合应用能力的培养,为提高学生的科学素质发挥积极作用。在大学物理课的各个教学环节中,一方面可以培养学生独立解决问题的能力、理论联系实际的能力和创新能力;使他们了解物理学的发展历史、新进展及前沿物理中的新知识。另一方面可以提高学生树立正确的辩证唯物主义世界观和科学素质。本课程所讲授的近代物理学是大学物理的一部分。主要包括相对论和量子物理两部分内容,其中相对论部分着重介绍狭义相对论的基本原理、洛伦兹变换、相对论的时空效应以及动力学方面的内容,还简要介绍广义相对论的基本原理和时空观;量子物理部分着重介绍微观粒子的波粒二象性、薛定谔方程及其应用、固定物理基础等。给学生创新思维和探究精神的启迪。.

授课目标

本课程在相对论部分关于洛仑兹变换、时空观和时空几何的讨论,如同时性的相对性、动钟变慢和长度缩短及动力学方面的内容如相对论质量和动量、相对论能量,有助于加深对狭义相对论的理解。在量子物理部分着重引入量子物理中一些基本概念、规律和方法,使同学们从中体会和欣赏微观世界的和谐与优美。

课程大纲

第一周

第一讲  狭义相对论的基本原理

第二讲  洛 仑 兹 变 换

第三讲  相对论的时空效应(一)

第四讲  相对论的时空效应(二)

第一周单元测验

第一周作业

第二周

第五讲  相对论的时空效应(三)

第六讲  洛仑兹变换再讨论

第七讲   相对论速度变换及相对论动力学基础

第八讲  相对论动力学基础及广义相对论简介

第二周单元测验

第二周作业

第三周

第九讲 黑体辐射  普朗克能量子假设

第10讲 光电效应  爱因斯坦光量子理论

第11讲 康普顿效应及其光量子理论解释

第12讲 氢原子光谱  玻尔原子理论

第三周单元测试

第三周单元作业

第四周

第13讲 粒子的波动性

第14讲 玻恩的统计解释

第15讲 不确定关系

第16讲 薛定谔方程

第四周单元测试

第四周单元作业

第五周

第17讲 一维无限深方势阱中的粒子

第18讲 一维方势垒  势垒贯穿

第19讲 简谐振子

第20讲 氢原子

第21讲 电子自旋

第五周单元测试

第五周单元作业

第六周

第22讲 电子在原子核外的排布

第23讲 激光

第24讲 金属中的自由电子

第25讲 固体能带理论

第26讲 半导体

第六周单元测试

第六周单元作业


预备知识

高等数学

证书要求

完成课程学习并考核合格(>60分)的可获得合格证书,成绩优秀(>85分)的可获得优秀证书。

参考资料

[1] 胡海云,缪劲松,冯艳全,吴晓丽.《大学物理(第四卷)——近代物理》[M]. 北京:高等教育出版社,2017.

[2] 苟秉聪,胡海云主编. 《大学物理学》(下册) (第2版) [M]. 北京:国防工业出版社,2011.

[3] 张三慧主编. 大学物理学(第一、五册) (第2版) [M]. 北京:清华大学出版社,1999.

[4] 程守诛,江之永编. 普通物理学(上、下册)[M]. 北京:高等教育出版社,2006.

[5] 赵凯华,罗蔚茵. 新概念物理教程(力学、量子物理)[M]. 北京:高等教育出版社, 1995.

[6] 张三慧、李椿等译;D. Halliday,R. Resnick,J. Walker著. 《物理学基础(Fudamentals of Physics)》(第6版)[M]. 北京:机械工业出版社,2005. 

常见问题

1.狭义相对论建立了新的时空观,并在此基础上给出了高速运动物体的力学规律。但狭义相对论时空观与我们实际经验完全不同,而且我们目前还不能坐上接近光速运动的车。所以学习狭义相对论需要丰富的想象力才能超越一己的认识和朴素常识的局限性。

2.狭义相对论与经典力学的鲜明差别往往使同学们在学习中缩手缩脚、无所适从,例如多个有关联的事件在不同惯性系之间的时空坐标变换,以及相关的时间、长度的计算有时是非常繁杂的问题。根据我们的经验,明确被研究对象和观察者所处的坐标系,并且注意在同一个惯性系中“路程=速度´时间”这一生活经验仍然成立,能够帮助我们深入浅出地理解这类问题。

3.同学们初步接触量子化、二象性、概率波等概念,由于没有直接的生活经验,所以建议同学们理清基本线索和基本内容,掌握基本概念与原理。做到“知其然、知其所以然”;以把握物理实质为原则,避免钻牛角尖。如果发现自己在某个方面卡壳了,最好是去研究有关的物理实例。对一些重要的例子,应反复“品尝”其中的“滋味”,多多琢磨。切记对原理的领会与掌握应结合实例。似是而非、似非而是的地方要特别小心,切忌轻信妄断。不妨多问问自己“我真懂了没有?”。