课程编号: |
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课程性质: |
通识教育选修课 |
课程名称: |
文科物理:物理思想与人文精神的融合 |
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学时/学分: |
36/2 |
英文名称: |
Arts Physics |
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考核方式: |
开卷笔试 |
选用教材: |
倪光炯等《文科物理》高等教育出版社、2005 |
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大纲执笔人: |
王怀谦、李慧芳 |
先修课程: |
无 |
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大纲审核人: |
王怀谦 |
适用专业: |
文科专业 |
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一、 教学目标
文科物理是人文科学类大学生了解自然科学的基础,完全符合“文理交融、理工结合、学科交叉、全面发展”的原则实施。该课程以提高学生科学素质,培养学生科学思想、科学方法、科学精神为目的,介绍物理学基本知识以及物理学在现代高新技术的应用,强调物理学与人文学科的关系,特别采用美学观审视物理概念、物理规律和物理研究方法,同时结合物理史介绍著名物理学家的科学和美学思想方法,一丝不苟的科学态度,勇于探索、敢于突破、善于发扬的创新精神。
通过本课程的学习,实现学生文理交融、理工结合的知识、能力、素质的协调发展:
1、改善人文科学类大学生的知识结构,培养其辩证唯物主义世界观,提高其创新精神和创新能力
2、通过本课程的学习,使学生系统地掌握物理学的基本原理、基础知识以及各种运动形态的基本规律,提高学生发现问题和提出问题的能力。
3、通过本课程和物理模拟实验的配合,使学生在运算能力、抽象思维能力等方面受到初步严格的训练,培养和提高他们分析问题与解决问题的能力。
4、通过教学实践,使学生能正确认识物理理论的建立和发展过程,逐步培养他们科学的思维方法和研究方法。
二、 教学基本内容
第一章 两种文化的历史演变
[主要内容]
探讨我国科学在历史上逐渐落后的原因--"李约瑟难题";试论东方哲学与西方哲学的异同;文艺复兴和科学革命 两种文化的分裂;可持续发展呼唤东西方文化的融合;21世纪的科学需要文理相通。
[重点]科学需要文理相通
[难点]我国科学在历史上逐渐落后的原因
要求学生:积极参与讨论,结合中国近现代史,展开思考。
第二章 经典力学的建立和发展
[主要内容]
(1)质点运动学:参照系与坐标系。质点。位置矢量。位移、速度与加速度。运动方程。运动叠加原理。切向加速度与法向加速度,角位移、角速度、角加速度。角量与线量的关系
(2)质点动力学:牛顿运动定律。惯性、质量、力的概念。力学的单位制和量纲。惯性系。伽利略相对性原理,功、功率。功能定理。保守力与非保守力。势能、势能曲线。功能原理。机械能守恒定律。能量转化与守恒定律,动量与冲量,动量定理。碰撞。动量守恒定律。
[重点]牛顿运动定律
[难点] 动量守恒定律
要求学生:能根据实际的物理问题,运用适当的物理方法,建立合适的物理模型,然后利用数学知识计算,解决实际的物理问题。
第三章 从静电现象到电磁波
[主要内容]
电荷,电荷量子化,电荷守恒定律。库仑定律。静电场。电场强度,电场强度叠加原理,电场强度的计算。电力线,电通量,真空中的高斯定理,电场力的功。电场强度环流。电势能,电势,电势差及其计算。等势面,电场强度与电势梯度的关系,导体的静电平衡。导体上的电荷分布。静电屏蔽。基本磁现象。磁场。磁感应强度,磁力线,磁通量。
电磁理论的基本概念:位移电流。麦克斯韦电磁理论的基本概念。麦克斯韦方程组的积分形式。麦克斯韦方程的微分形式。
[重点] 高斯定理
[难点] 麦克斯韦方程组
要求学生:了解电磁现象中一些基础知识。
第四章 光的本性是什么?
[主要内容]
光的微粒说,光的波动说,光的干涉 衍射 偏振,光的波粒二象性,多普勒效应,玻尔公式 光的共振吸收 激光原理,激波和切连科夫辐射
[重点]光的波粒二象性
[难点] 光的波粒二象性
要求学生:运用物理相关的知识解释分析现实中一定的物理现象和物理问题。
第五章 打开微观世界研究大门的三大发现
[主要内容]
X射线的发现,放射性的发现,电子的发现。
[重点] X射线及放射性发现在医学上
[难点]放射性的衰变规律
要求学生:理解X射线的发现,放射性的发现,电子发现的意义。
第六章 物质观的革命--量子论
[主要内容]
开创物理学新时代的量子概念的提出。光电效应,黑体辐射,光的波粒二象性。量子观念的发展。卢瑟福的原子核式结构模型的提出。中子发现的重大意义。玻尔模型的提出。
[重点]量子论概念及意义。
[难点]光电效应原理及应用
要求学生:简单了解量子论初步知识。
第七章 统计规律性 混沌 熵与信息
[主要内容]
力学中的机械决定论。混沌现象。宏观不可逆性与熵的概念。麦克斯韦速率分布与玻尔兹曼分布。从比热看物质结构。信息与概率的关系。
[重点] 麦克斯韦速率分布与玻尔兹曼分布
[难点] 宏观不可逆性与熵的概念
要求学生:简要了解统计规律性、信息与概率的关系。
第八章 时空观的革命--相对论
[主要内容]
经典力学的时空观。狭义相对论基本原理。洛仑兹变换。狭义相对论的时空观(同时性、运动物体长度缩短,时间膨胀),相对论力学的基本方程。质量和速度的关系。质量和能量的关系。
[重点] 相对论力学的基本方程
[难点] 狭义相对论基本原理
要求学生:了解狭义相对论和量子物理的一些基础知识。
第九章 天体物理学的新发展
[主要内容]
宇宙大爆炸理论,哈勃红移,宇宙微波背景辐射,白矮星和中子星,宇宙中的X射线源,X射线天文学的基本困难,g射线暴,黑洞,暗物质与暗能量之谜。
[重点] 宇宙大爆炸理论
[难点] 黑洞
要求学生:了解宇宙大爆炸理论、黑洞现象的物理本质。
第十章 物理亦文化
[主要内容]
认识论的相对性原理,测量与信息,物质结构的演变,现代物理学的方法论,对称性在物理学的地位,从相对真理到绝对真理。
[重点] 对称性在物理学的地位
[难点] 现代物理学的方法论
要求学生:了解现代物理学的方法论,发现物理思想中的美。
三、建议教学进度
课程内容 |
授课学时 |
第一章 两种文化的历史演变 |
2 |
第二章 经典力学的建立和发展 |
4 |
第三章 从静电现象到电磁波 |
4 |
第四章 光的本性是什么? |
2 |
第五章 打开微观世界研究大门的三大发现 |
4 |
第六章 物质观的革命--量子论 |
4 |
第七章 统计规律性 混沌 熵与信息 |
2 |
第八章 时空观的革命--相对论 |
2 |
第九章 天体物理学的新发展 |
2 |
第十章 物理亦文化 |
2 |
复习 |
2 |
开卷考试 |
2 |
合计 |
32 |
四、教学方法
1、融物理知识于生活,激发学生学习物理的兴趣,通过阐述基本原理,理论联系实际,培养学生物理分析能力
2、采用多媒体课件、电子备课和传统教学相结合进行教学培养学生热爱科学热情。
3、通过例题分析,培养和提高他们分析问题与解决问题的能力
4、理论教学与演示实验相结合,强化他们科学的思维方法和研究方法的培养
5、借助QQ、微信等网络平台,创建QQ、微信交流群及时沟通互动,给学生课后答疑
五、考核方式
开卷笔试
六、成绩评定方法
笔试成绩70%,平时成绩30%
七、教学参考书
1.倪光炯、王炎森,《改变世界的物理学》,第2版,复旦大学出版社,2005
2. 倪光炯、王炎森,《物理与文化–物理思想与人文精神的融合》,第3版,高等教育出版社,2015
3.张三慧,《大学物理学》,第6版,北京:清华大学出版社,2014
4.马文蔚《物理学》,第5版,高等教育出版社,2006
5. P.U.P.A. Gilbert、Willy Haeberli《Physics in the Arts》Academic Press,2008