《物理与人类文明》教学大纲

《物理与人类文明》课程教学大纲
课程编码：12171121 学时：36 学分：2
适用专业：物理教育专业主编：戴玉梅
一、课程的性质和任务
本课程把物理学的内容融入自然科学史和人类文明史的长河中，使学生了解物理学与人类文明之间的依存关系和相互影响。

为了提高学生的创新能力，本课程主要介绍了物理学与天文学发展的不平凡历程和一些最新成果，特别是有关相对论、黑洞和宇宙演化的知识；也介绍了许多科学家的珍闻趣事，介绍了一些重大科学发现的曲折过程。

为了让学生亲身感受物理与人类文明的交融，本课程带领学生参观科研场所，介绍基于物理原理设计的实验仪器在科研探索中的应用。

通过本课程的教学，课程宗旨为扩大学生的知识面，开阔学生的视野，激发学生的创新精神。

二、课程教学内容的基本要求、重点和难点及学时分配
要求学生了解科学研究中科学态度和思想方法的重要性，培养学生灵活运用知识的能力和对未知事物的探索精神。

1.文明的曙光（2学时）
1.1文明的起源
1.2海洋文明
1.3大河文明
1.4海洋文明
1.5文明的演进
1.6交流与繁荣
2. 远古的辉煌（2学时）
2.1地球与中心火
2.2苏格拉底、柏拉图与亚里士多德
2.3亚历山大科学院
2.4欧几里得与几何学
2.5阿基米德,杠杆原理与浮力定律
2.6希腊文明的衰落与东移
3. 科学的诞生（2学时）
3.1地心说
3.2地理大发现
3.3文艺复兴与宗教改革
3.4哥白尼与日心说
3.5布鲁诺与无限的宇宙
3.6望远镜与土星的光环
3.7伽利略的“认罪”声明
3.8第谷的精密观测
3.9开普勒与正多面体宇宙
3.10行星运动定律的发现
4. 物理的初创（2学时）
4.1自由落体定律
4.2惯性定律
4.3相对性原理
4.4上帝说：让牛顿去吧
4.5经典物理学的《圣经》
4.6牛顿与苹果落地的故事
4.7万有引力定律
4.8伏尔泰与思想启蒙
4.9这片空间会荒废吗？
4.10走下神坛的牛顿
5. 热学与统计（2学时）
5.1历史的火车头
5.2热的本质是运动
5.3第一定律：能量守恒
5.4第二定律：不可逆性与时间箭头5.5第三定律：绝对零度不可抵达5.6第零定律：热平衡的传递性
5.7玻耳兹曼与统计力学
5.8麦克斯韦妖与信息熵
5.9普里高津与耗散结构
6. 认识电与光（2学时）
6.1光的微粒说压倒波动说
6.2光的波动说战胜微粒说
6.3光速的测量与约定
6.4法拉第与电磁感应
6.5麦克斯韦与电磁理论
6.6波粒二象性
6.7激光
7. 走近相对论（2学时）
7.1两朵乌云
7.2爱因斯坦的学校生涯
7.3爱因斯坦的丰收年
7.4光行差现象
7.5迈克耳孙实验
7.6洛伦兹收缩与洛伦兹变换
7.7突破绝对时空观
7.8相对论的核心观念———“同时”的相对性7.9动尺缩短与动钟变慢
7.10双生子佯谬
7.11质能关系与质量公式
7.12四维时空
7.13相对性原理与光速的绝对性
7.14相对论的困难
8. 弯曲的时空（2学时）
8.1平行线只有一条吗？
8.2惯性的起源与等效原理
8.3万有引力是时空弯曲的表现
8.4广义相对论的实验验证
8.5引力波与引力透镜
8.6伟人和凡人
9. 原子与核能（2学时）
9.1周期律
9.2放射性
9.3原子模型
9.4电子自旋与泡利不相容原理
9.5中子的发现
9.6裂变与链式反应
9.7原子弹的研制
9.8聚变与热核反应
9.9中国打破核垄断
9.10核能的和平利用
10. 量子的世界（2学时）
10.1海森伯与矩阵力学
10.2薛定谔与波动力学
10.3最初的论战
10.4不确定关系
10.5能量量子化势垒贯穿
10.6态叠加原理与测量
10.7薛定谔猫
10.8 EPR佯谬、隐变量与贝尔不等式
11. 粒子与对称（2学时）
11.1强作用与弱作用
11.2真空不空
11.3反物质的预言与发现
11.4费曼图与路径积分
11.5李、杨动摇宇称守恒
11.6对称性与守恒律
11.7补偿效应与规范场
11.8基本粒子与夸克模型
11.9弱电统一与色动力学
11.10标准模型与基本规律
12. 恒星的演化（2学时）
12.1赫罗图
12.2恒星的演化
12.3白矮星
12.4脉冲星和超新星爆发12.5中子星
12.6黑洞的形成
13. 黑洞的启示（2学时）
13.1历史上的黑洞
13.2球对称黑洞
13.3转动的黑洞
13.4激发的黑洞
13.5黑洞热力学
13.6霍金辐射
13.7不等价的真空
13.8信息疑难
13.9坚强的天才
14. 辽阔的星空（2学时）
14.1太阳、地球与月球
14.2八颗行星
14.3小行星与彗星
14.4银河系
14.5星空巡礼
14.6河外星系,红移与哈勃定律14.7类星体
14.8活动星系核与喷流
15. 演化的宇宙（2学时）
15.1均匀的宇宙
15.2有限无边的宇宙
15.3膨胀的宇宙
15.4火球模型
15.5早期宇宙
15.6宇宙有限还是无限
15.7暗物质与暗能量
15.8连接宇宙的虫洞———时空隧道
15.9对时空隧道的物理要求
15.10穿越时间的可行性
16. 时间的性质（2学时）
16.1古人对时间的哲学思考
16.2牛顿与莱布尼兹的不同时空观
16.3相对论与量子论对时空观的影响
16.4物理学把时间“空间化”了吗？
16.5用周期运动度量时间
16.6用运动定律度量时间———“好钟”
16.7时间测量的基础———“约定光速”
16.8异地时钟的校准———“同时”的定义
16.9“同时”具有传递性的条件
16.10“钟速同步”与第零定律
16.11绵延的相等———“时间段”相等的定义
16.12“约定光速”等价于“约定时空的对称性”
16.13奇性疑难———时间的开始与终结
16.14奇性疑难———猜想与探索
16.15时间箭头———时间的流逝性
16.16热、引力与时间
17. 参观光学综合实验室（2学时）
18. 参观区域污染环境生态修复教育部重点实验室（1学时）
19. 参观辽宁省新功能材料和化学工艺重点实验室（1学时）
三、参考教材和主要参考文献
参考教材：
《物理学与人类文明十六讲》，赵峥，高等教育出版社，2008。

主要参考资料：
1.《近代物理》，杨桂林等，科学出版社，2004。

2.《现代科学技术概论》，刘金寿，高等教育出版社，2008。

3.《科学技术概论》，胡显章、曾国屏，高等教育出版社，2006。

4.《今日物理》，高崇寿等，高等教育出版社，2004。

5.《近代物理与高新技术物理基础》，陈泽民，清华大学出版社，2001。

6.《近代物理与高新技术》，吴平、许秋生、杨雁南，国防工业出版社，2004。

四、考核形式和考核要求
1.考核形式：
课程根据本教学大纲及课程考核说明的要求，采用提交论文的形式进行考核。

2.考核要求：
本课程的学习成绩（100％）＝平时成绩（30％）＋论文成绩（70％）。

平时成绩的评定是依据各次课的出勤、课堂表现情况、参与课堂讨论情况。

论文：学期末上交论文一篇。

五、有关说明
该大纲依据于国家教育部理科物理教学指导委员会制定的“理科物理教学基本要求”，结合沈阳大学培养目标和专业要求编写的。

执笔人：戴玉梅审核人：林欣悦批准人：高树祥。