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《文科物理》课程教学大纲

( 72学时,4学分)

* 课程性质、目的与任务
教学对象:高等院校文史哲、管理、经济、法学、商学、政治、语言、艺术以及建筑等非理工科学生。
教学目的:使学生从物理学的研究方法中获得教益,从而有助于他们从事其他行业的工作,提高其分析问题处理问题的能力;使学生对现代科技,特别是面向二十一世纪的新科技有一个初步的了解,对他们将来从事的工作有裨益;使学生体会自然的美和自然科学的美,体会自然的伟大和自然科学家的伟大,体会探究的乐趣,从而树立社会可持续发展的观点,提高终生学习的愿望。

* 课程基本要求
根据学生的专业的不同,要求有所侧重。要求学生了解物理学的基本规律,了解物理学与其它学科以及技术的一些关系,了解物理学的发展过程中的一些重大事件和重要人物,对物理学的研究范围有一个整体认识。

* 课程教学基本内容
整个课程内容分上、中、下三篇, 以物理学史和自然哲学为主要线索阐明物理学的认识论和方法论,用比较通俗的语言介绍现代科技及其与物理学的关系。 目录如下。

绪论 物理学与科学技术
物理学与自然哲学
物理学与美学
物理学与社会学
上篇 经典物理基础 第一章 时空与运动的经典表述
第二章 场和波
第三章 温度、能量和熵
第四章 十九世纪物理学的成就与危机
中篇 现代物理基础 第五章 相对论
第六章 相对论与宇宙学
第七章 量子论
第八章 物质结构
下篇 物理学与现代科技 第九章 物理学与新材料
第十章 激光与信息科学
第十一章 物理学与新能源
第十一章 物理学与生命科学
结束语 物理学的百年辉煌

* 实验或课程设计的内容
课堂用演示实验,见第六条。探索室组织参观一次。

* 与各课程的关系
如果该专业培养计划中有高等数学,就在高等数学开始学习后第二学期开始本课程。

* 学时分配

周次

教 学 内 容

教 学 辅 助 手 段

1

绪论:文科学生为什么要学物理,
物理学与科学技术;物理学的认识论;
物理学的真理观;物理学中的辨证法;
物理学与美学;物理学与社会科学。
时空与运动 , 古代天文学的发展 , 伽利略对天文学的贡献。

多媒体

2

牛顿和经典力学;伽利略对力学的贡献;
牛顿力学的建立 ;牛顿的绝对时空观 ; 伽利略的相对性原理。万有引力定律的建立;守恒定律:动量守恒,角动量守恒。

角动量守恒演示实验 多媒体

3

机械能守恒定律;三个宇宙速度。

电磁场的统一理论概况;静电场概念;电荷守恒定律;库仑定律。

奥斯特电流的磁效应演示实验

带电体相互作用实验 多媒体

4

静电场基本概念;电场强度定义;电通量;高斯定理;静电场的环流定律;电势定义;电场力作功的性质。电场中的导体特性;静电感应;静电平衡。

尖端放电演示实验:⑴静电吹烛;

⑵避雷针。

静电屏蔽演示实验;电力线演示实验。多媒体

5

磁场的基本性质;磁感应强度;毕 - 萨定律;安培环路定理;带电粒子在磁场中的运动;麦克斯韦电磁场理论;电磁波。

⑴安培力演示实验 ;⑵洛仑兹力演示实验 ;⑷电磁感应演示实验 ;⑸涡电流演示。 多媒体

6

光学:历史上关于光的微粒说与光的波动说的争论;光源和光的干涉;杨氏双缝实验。光栅干涉;光程;薄膜干涉;光的衍射;自然光与偏振光;光的颜色和光谱;光的散射 。

⑴ 双缝干涉演示实验;

⑵ 光栅干涉演示实验 ; 光的偏振演示实验 多媒体

7

温度;热力学第零定律;绝对零度的探索;热力学第一定律;内能、功;循环过程及其效率;卡诺循环。

录象:热机与循环 多媒体

8

热力学第二定律;可逆和不可逆过程;熵和熵增加原理;玻尔兹曼熵;热力学第二定律的统计意义。气体分子动理论;理想气体的状态方程;压强与温度的微观解释;理想气体的内能。

速率分布演示实验 多媒体

9

现代物理学基础;19 世纪物理学发展特征;经典物理框架的完善;世纪之交的三大发现:电子的发现;x 射线的发现;放射性的发现。

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10

牛顿的绝对时空观;狭义相对论的基本原理;洛仑兹坐标变换;狭义相对论时空观。狭义相对论动力学;相对论质量、动量、能量。

录象:狭义相对论 多媒体

11

广义相对论;等效原理;时空弯曲;引力场方程;广义相对论的实验验证;引力红移;水星近日点的进动;光在引力场中弯曲;宇宙学问题;宇宙模型;大爆炸理论;黑洞。

宇宙学录象片 多媒体

12

早期量子论;黑体辐射;普朗克量子假设;光电效应;康普顿效应;氢原子光谱;玻尔理论。

光电效应录象 多媒体

13

机动,参观探索室

14

德布罗意波;波函数的统计假说;不确定关系;玻尔的互补原理;量子场——物质存在的基本形式。

录象:波粒二象性 多媒体

15

物质结构综论;卢瑟福实验;中子的发现;原子核的结构;β衰变和中微子;正电子的发现和反粒子;核力的特征;电磁力的启发:π介子和μ介子。

16

基本粒子相互作用;电磁力;弱相互作用力;强相互作用力。混沌;分形、分岔。物理学与新材料;超导;超导的应用。

录象:低温技术与应用

录象:混沌

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17

人工设计材料;超晶格材料;光子晶体;纳米材料。 激光;激光的应用;全息摄影。

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18

物理学与新能源;核能的利用;太阳能的利用。 结束语

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* 教材与主要参考书
教材:《文明之源——物理学》吴翔等编著 上海科技出版社
主要参考书:部分有兴趣同学可参考工科物理教材。

 


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