《大学物理》教学大纲

前言

物理学是自然科学中的基础学科，是支撑先现代科学技术的重要支柱。物理学的基本理论和研究方法以逐步渗透到化学、电子信息和生命科学等学科的前沿领域，并极大地影响了这些学科的发展方向。因此，为大学本科学生系统讲授物理学的基本理论和最新发展，提高他们的科学素养，是大学物理教学的主要任务。

本大纲于2002年2月制定，它适用于同济大学网络学院建筑工程、交通工程、环境工程和信息工程等本科专业的大学物理教学。在教学过程中，大纲要求在系统讲授物理学经典理论的同时，着重培养学生的科学世界观和科学方法论。本大纲也适当提高了对量子力学的教学要求，因为它是学生将来从事生命科学和信息科学等领域的科研工作所必要的自然科学基础。

理论教学内容及基本要求

教学内容包括力学基础、机械振动与机械波、分子动理论与热力学、电磁学、波动光学、近代物理，共六个部分。各知识点相应的基本要求分为三级：掌握、理解和了解。凡属了解的内容不要求定量计算。

第一篇力学的物理基础

（一）质点运动学

1. 理解运动的绝对性和描述运动的相对性。

2. 掌握描述质点运动的物理量：位置矢量、位移、速度和加速度。

3. 掌握由运动方程求运动质点的位置、位移、速度和加速度，由速度或加速

度和初始条件建立运动方程。

4. 掌握运动的叠加原理。

5. 掌握法向加速度和切向加速度的概念，并用来处理质点的圆周运动。

6. 理解角位置、角位移、角速度的概念及角量和线量之间的关系。掌握匀速

率和匀变速率圆周运动的角量描述及计算。

（二）质点动力学的基本定律

1. 掌握牛顿运动定律的物理内容。

2. 掌握力的概念和力学中常见的三种力，掌握运用隔离体法分析物体受力情

况。

3. 掌握运用牛顿定律解题的思路和方法。

（三）机械能守恒定律

1. 掌握功和功率的定义，并会计算恒力和变力的功。

2. 理解动能的概念，掌握质点动能定理及其应用。

3. 理解保守力的功、势能的概念，掌握重力势能和弹性势能。

4. 掌握系统功能原理及其应用。

5. 掌握机械能守恒定律及其应用。

（四）动量守恒定律

1. 理解冲量和动量的概念，掌握质点动量原理及其应用。

2. 掌握系统动量守恒的条件，及动量守恒定律，并能用来求解一维问题。

3. 掌握弹性碰撞、非弹性碰撞和完全非弹性碰撞的特点，并能综合运用机械

能守恒和动量守恒定律处理简单的碰撞问题。

（五）刚体的定轴转动

1. 理解刚体模型及其运动形式。

2. 掌握刚体定轴转动的角量描述、角位置、角速度和角加速度的定义、角量

的方向、角量与线量的关系，刚体作匀角速度、匀角加速度定轴转动的运动学方程。

3. 理解力矩和转动惯量的概念，掌握刚体的转动定律，并能结合牛顿运动定

律解简单的刚体、质点组动力学问题。

4. 理解冲量矩和角动量概念，掌握角动量原理及其简单应用。

5. 掌握角动量守恒定律的内容和适用条件，并会用来求解具体问题。

6. 理解力矩的功和定轴转动的动能定理及其应用。

第二篇机械振动和机械波

（一）机械振动

1. 掌握简谐振动的运动学和动力学的特征和定义。

2. 掌握简谐振动的运动方程及其表达式，以及表达式中各量的物理意义，掌

握振幅A、圆频率，频率、周期T、初相、相位和相位差的

概念，以及简谐振动的旋转矢量表示法。能根据简谐振动表达式或振动图线求出A、和，或由给定的初始条件写出简谐振动表达式，并绘出振动图线。

3. 理解简谐振动的速度、加速度，以及简谐振动的位置、速度和加速度之间

的相位关系。

4. 掌握简谐振动的能量特征。

5. 了解阻尼振动、受迫振动，理解共振现象。

6. 理解两个同方向同频率简谐振动的合成，并会借助于旋转矢量图示法来研

究。

7. 了解两个相互垂直的简谐振动的合成和李萨如图形。

（二）机械波

1. 了解机械波的产生和传播机理，振动与波动的区别与联系，理解纵波和横

波的区别，了解波的几何描述，波线、波阵面、平面波和球面波的概念。

2. 掌握波长、频率、周期T和波速的概念，以及它们之间的关系。

3. 掌握平面简谐波的波函数及其物理意义，由给定波函数确定波长（）、

频率（）、周期（T）和波速（），并掌握建立平面简谐波的波函数

的方法。

4. 理解波的能量特征，理解能流和能流密度的概念。

5. 理解惠更斯原理。

6. 理解波的叠加原理，掌握相干波的条件，两列波的相位差和波程差的概念

及其相互关系，两列相干波相干叠加的加强或减弱的条件；理解驻波的特征，波节和波腹的概念，了解驻波方程，理解半波损失的概念。

第三篇气体分子运动论和热力学基础

（一）气体分子运动论

1. 理解分子运动论的基本内容及其研究方法。

2. 理解理想气体的定义。理解平衡态、平衡过程的概念，以及在P-V图上

的表示；掌握描述气体（平衡态）状态的参量，掌握理想气体状态方程。

3. 了解理想气体分子运动模型（微观），推导理想气体压强公式的物理思想；

掌握气体的压强公式，理解其统计意义。

4. 掌握温度与分子平均平动动能之间的关系，理解温度的统计意义。

5. 理解自由度的概念，掌握能量按自由度均分原理及理想气体的内能，并会

计算。

6. 理解麦克斯韦分子速率分布曲线的物理意义，分布曲线与温度的关系。掌

握三种统计速率（方均根速率，最概然速率，平均速率）的概念及计算。

7. 了解气体分子碰撞的统计规律，平均碰撞次数和平均自由程的概念。

8. 了解气体的迁移现象：内摩擦现象，热传导现象，扩散现象。

9. 了解真实气体的等温线和范德瓦耳斯方程。

（二）热力学基础

1. 掌握热力学系统的内能、功和热量的概念，掌握热力学第一定律及其物理

意义。

2. 掌握热力学第一定律在理想气体各种等值过程中的应用，理解热容量，定

容摩尔热容，定压摩尔热容的概念。

3. 掌握热力学第一定律在绝热过程中的应用。

4. 理解循环过程的特点，掌握简单循环过程效率的计算，理解卡诺循环的特

点，卡诺循环效率的计算。

5. 了解可逆过程和不可逆过程的特点及卡诺定理，理解热力学第二定律的两

种表述的物理意义及其等效性，了解热力学第二定律的统计意义。

第四篇电磁学