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《文科物理:物理思想与人文精神的融合》教学大纲

时间:2018-05-21作者:

课程编号:

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

学时/学分:

36/2

英文名称:

Arts Physics

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

大纲执笔人:

王怀谦李慧芳

先修课程:

大纲审核人:

王怀谦

适用专业:

文科专业

 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: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: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. GilbertWilly HaeberliPhysics in the ArtsAcademic Press2008