北京理工大学

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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。本课程所讲授的力学和热学是大学物理的一部分。
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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。

预备知识

高等数学

授课大纲

《大学物理-力学、热学》教学大纲

(编写:北京理工大学大学物理教研室)

 

   

        一、目的与任务

       

力学和热学是物理学的两个重要分支,研究对象分别为机械运动和热运动。这部分内容涉及的是物理学最基本的知识和最具有普适性的研究方法,在航天、机械、化学、材料、生命科学等领域有着重要的应用。

 

通过此模块的学习,要掌握研究机械运动和热运动的基本方法,包括描述系统所用的参量,描述系统的方法,系统所遵循的基本方程及其应用。掌握力学、热学的基本观点和基本规律,如能量的观点、熵的观点以及守恒定律。熟悉典型的运动,如刚体的定轴转动、气体的等值过程等,能够对具体的运动或系统进行合理地分析与判断,并熟练地运用微积分和矢量运算解决力学和热学中的基本问题。此外,学生在此模块的学习过程中还会受到科学方法的训练,提高解决问题的能力,学会用力学和热学的知识,分析解释生活和自然界中的相关现象。

 

二、教学内容

 

第1章  质点力学

1.1 质点的运动 

  1.1.1 位置矢量与位移

  1.1.2 速度

  1.1.3 加速度

  1.1.4 相对运动

  1.1.5 匀加速运动

  1.1.6 圆周运动

1.2 牛顿运动定律及其应用

  1.2.1 牛顿运动定律

  1.2.2 自然界中的力

  1.2.3 牛顿运动定律的应用

  1.2.4 非惯性系与惯性力

1.3 动量

  1.3.1 质点的动量定理

  1.3.2 质点系的动量定理

  1.3.3 动量守恒定律

  1.3.4 质心

1.4 角动量

  1.4.1 质点的角动量

  1.4.2 角动量定理

  1.4.3 角动量守恒定律

1.5 功和能

  1.5.1 功

  1.5.2 动能定理

  1.5.3 保守力和势能

  1.5.4 机械能守恒

 

第2章  刚体

2.1 刚体的定轴转动

  2.1.1 平动和转动

  2.1.2 角速度和角加速度

  2.1.3 定轴转动刚体的转动惯量

  2.1.4 定轴转动刚体的角动量

2.2 定轴转动定律及其应用

  2.2.1 刚体定轴转动定律

  2.2.2 刚体定轴转动定律的应用

2.3 角动量守恒

  2.3.1 角动量定理

  2.3.2 角动量守恒定律

  2.3.3 回转仪

2.4 刚体定轴转动的功和能

  2.4.1 力矩的功和功率

  2.4.2 定轴转动刚体的机械能

  2.4.3 定轴转动刚体的动能定理

 

第3章  气体动理论

3.1 热力学系统  状态  理想气体状态方程 

  3.1.1 热力学系统和状态

  3.1.2 温度  热力学第零定律

  3.1.3 理想气体状态方程

3.2 理想气体宏观状态参量的微观本质

  3.2.1理想气体的微观模型

  3.2.2理想气体压强的微观描述

  3.2.3 理想气体温度的微观解释

3.3 能均分定理和理想气体内能

  3.3.1 自由度的概念

  3.3.2 能均分定理

  3.3.3 理想气体内能

3.4 麦克斯韦速率分布律

  3.4.1 统计规律性和概率分布

  3.4.2 麦克斯韦速率分布律

  3.4.3 麦克斯韦速率分布律的实验验证

3.5 玻尔兹曼分布律

  3.5.1 麦克斯韦速度分布律

  3.5.2 重力场中粒子按高度的分布

  3.5.3 麦克斯韦-玻尔兹曼分布律

3.6 实际气体的状态方程

3.7 气体分子平均自由程

 

第4章  热力学基础

4.1 准静态过程  功  热量

  4.1.1 准静态过程和过程曲线

  4.1.2 体积功

  4.1.3 热量

4.2 热力学第一定律

  4.2.1 内能  能量守恒和转换定律

  4.2.2 热力学第一定律

4.3 理想气体的三个等值过程  热容

  4.3.1 等体过程  摩尔定体热容

  4.3.2 等压过程  摩尔定压热容

  4.3.3 等温过程

  4.3.4 热力学第一定律应用

4.4 准静态绝热过程  绝热自由膨胀

  4.4.1 理想气体的准静态绝热过程

  4.4.2 理想气体的绝热自由膨胀

4.5 循环过程 卡诺循环

  4.5.1 循环过程及其效率

  4.5.2 卡诺循环

  4.5.3 制冷循环

4.6 热力学第二定律

  4.6.1 自然过程的方向性

  4.6.2 热力学第二定律及其微观意义

  4.6.3 热力学概率

  4.6.4 玻耳兹曼熵

4.7 熵  熵增加原理

  4.7.1 可逆过程及卡诺定理

  4.7.2 克劳修斯熵

  4.7.3 熵增加原理及其举例

 

三、大纲说明

1.       本大纲根据国家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于2008年颁布的《理工科类大学物理课程教学基本要求》,参照国际相应课程的教学内容编制而成。

2.       本大纲面向工科学生和非物理专业的理科学生。

3.       通过本课程的学习,学生应初步具备以下能力:

1)       根据物理学的理论、观点、方法,利用矢量代数、矢量分析和微积分等数学工具,分析研究计算一般难度的物理问题;

2)       掌握基本物理模型,了解物理学中建立模型的意义;根据具体情况,进行简单、合理的模型设计;

独立阅读有关参考书,文献资料,并会写出笔记或读书心得。

 

参考资料

选用教材:

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

[2] 张三慧主编. 大学物理学(一、二册) [M]. 北京:清华大学出版社,1999.

[3] 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.

[4] 钟锡华 陈熙谋主编,钟锡华,周岳明编著,力学[M]. 北京:北京大学出版社,2011.

[5] 钟锡华 陈熙谋主编,刘玉鑫编著,热学[M]. 北京:北京大学出版社,2010.

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

[7] 刘兆龙改编. Alan Giambattista, Betty McCarthy Richardson and Robert C. Richardson原著. College Physics, with an integrated approach to forces and kinematics.Vol.1. [M]. 北京:机械工业出版社2013.

常见问题

要注意的问题:

 

在大学物理课程中,研究和描述运动的方法会更加深入与普适。请注意大学物理与高中物理的不同之处以及它们之间的联系。要掌握物理学的基本观点与理论,以及更普遍的分析物理问题的方法。在数学知识的应用方面,要重点培养应用高等数学解决物理问题的能力,例如:利用微积分、矢量分析等解题,会解简单的微分方程,等等。此外,热学中用到的物理量和概念较多,有些概念容易混淆,还有些难以理解,一定要及时总结,并认真进行分析对比,才能较好地掌握相应知识。