104-《大學物理III》課程實施大綱目錄1.教學理念111.1關注學生的發展111.2關注教學的有效性111.3關注教學的策略121.4關注教學價值觀122．課程介紹122.1課程的性質132.2課程在學科專業結構中的地位、作用152.3課程的歷史與文化傳統162.4課程的前沿及發展趨勢162.5課程與經濟社會發展的關系212.6課程內容可能涉及到的倫理與道德問題222.7學習本課程的必要性223．教師簡介273.1教師的職稱、學歷273.2教育背景273.3研究興趣（方向）274．先修課程275．課程目標276．課程內容276.1課程的內容概要286.2教學重點、難點296.3學時安排307.課程實施.307.1教學單元一307.1.1教學日期307.1.2教學目標307.1.3教學內容（含重點、難點）317.1.4教學過程317.1.5教學方法327.1.6作業安排及課后反思327.1.7課前準備情況及其他相關特殊要求327.1.8參考資料（具體到哪一章節或頁碼）327.2教學單元二327.2.1教學日期327.2.2教學目標327.2.3教學內容（含重點、難點）327.2.4教學過程327.2.5教學方法337.2.6作業安排及課后反思337.2.7課前準備情況及其他相關特殊要求337.2.8參考資料（具體到哪一章節或頁碼）337.3教學單元三337.3.1教學日期337.3.2教學目標337.3.3教學內容（含重點、難點）337.3.4教學過程347.3.5教學方法347.3.6作業安排及課后反思347.3.7課前準備情況及其他相關特殊要求347.3.8參考資料（具體到哪一章節或頁碼）347.4教學單元四347.4.1教學日期347.4.2教學目標347.4.3教學內容（含重點、難點）347.4.4教學過程347.4.5教學方法357.4.6作業安排及課后反思357.4.7課前準備情況及其他相關特殊要求357.4.8參考資料（具體到哪一章節或頁碼）357.5教學單元五357.5.1教學日期357.5.2教學目標357.5.3教學內容（含重點、難點）357.5.4教學過程357.5.5教學方法367.5.6作業安排及課后反思367.5.7課前準備情況及其他相關特殊要求367.5.8參考資料（具體到哪一章節或頁碼）367.6教學單元六367.6.1教學日期367.6.2教學目標367.6.3教學內容（含重點、難點）367.6.4教學過程367.6.5教學方法377.6.6作業安排及課后反思377.6.7課前準備情況及其他相關特殊要求377.6.8參考資料（具體到哪一章節或頁碼）377.7教學單元七377.7.1教學日期377.7.2教學目標377.7.3教學內容（含重點、難點）377.7.4教學過程377.7.5教學方法407.7.6作業安排及課后反思407.7.7課前準備情況及其他相關特殊要求407.7.8參考資料（具體到哪一章節或頁碼）407.8教學單元八407.8.1教學日期407.8.2教學目標407.8.3教學內容（含重點、難點）407.8.4教學過程407.8.5教學方法447.8.6作業安排及課后反思447.8.7課前準備情況及其他相關特殊要求447.8.8參考資料（具體到哪一章節或頁碼）447.9教學單元九447.9.1教學日期447.9.2教學目標447.9.3教學內容（含重點、難點）447.9.4教學過程447.9.5教學方法507.9.6作業安排及課后反思507.9.7課前準備情況及其他相關特殊要求507.9.8參考資料（具體到哪一章節或頁碼）507.10教學單元十507.10.1教學日期507.10.2教學目標507.10.3教學內容（含重點、難點）507.10.4教學過程507.10.5教學方法547.10.6作業安排及課后反思547.10.7課前準備情況及其他相關特殊要求557.10.8參考資料（具體到哪一章節或頁碼）557.11教學單元十一557.11.1教學日期557.11.2教學目標557.11.3教學內容（含重點、難點）557.11.4教學過程557.11.5教學方法597.11.6作業安排及課后反思597.11.7課前準備情況及其他相關特殊要求597.11.8參考資料（具體到哪一章節或頁碼）597.12教學單元十二597.12.1教學日期597.12.2教學目標597.12.3教學內容（含重點、難點）597.12.4教學過程597.12.5教學方法617.12.6作業安排及課后反思617.12.7課前準備情況及其他相關特殊要求617.12.8參考資料（具體到哪一章節或頁碼）617.13教學單元十三617.13.1教學日期617.13.2教學目標627.13.3教學內容（含重點、難點）627.13.4教學過程627.13.5教學方法667.13.6作業安排及課后反思667.13.7課前準備情況及其他相關特殊要求667.13.8參考資料（具體到哪一章節或頁碼）667.14教學單元十四667.14.1教學日期667.14.2教學目標667.14.3教學內容（含重點、難點）677.14.4教學過程677.14.5教學方法707.14.6作業安排及課后反思707.14.7課前準備情況及其他相關特殊要求707.14.8參考資料（具體到哪一章節或頁碼）707.15教學單元十五717.15.1教學日期717.15.2教學目標717.15.3教學內容（含重點、難點）717.15.4教學過程717.15.5教學方法747.15.6作業安排及課后反思747.15.7課前準備情況及其他相關特殊要求747.15.8參考資料（具體到哪一章節或頁碼）747.16教學單元十六757.16.1教學日期757.16.2教學目標757.16.3教學內容（含重點、難點）757.16.4教學過程757.16.5教學方法797.16.6作業安排及課后反思797.16.7課前準備情況及其他相關特殊要求797.16.8參考資料（具體到哪一章節或頁碼）797.17教學單元十七807.17.1教學日期807.17.2教學目標807.17.3教學內容（含重點、難點）807.17.4教學過程807.17.5教學方法847.17.6作業安排及課后反思847.17.7課前準備情況及其他相關特殊要求847.17.8參考資料（具體到哪一章節或頁碼）847.18教學單元十八847.18.1教學日期847.18.2教學目標847.18.3教學內容（含重點、難點）847.18.4教學過程847.18.5教學方法897.18.6作業安排及課后反思897.18.7課前準備情況及其他相關特殊要求897.18.8參考資料（具體到哪一章節或頁碼）897.19教學單元十九907.19.1教學日期907.19.2教學目標907.19.3教學內容（含重點、難點）907.19.4教學過程907.19.5教學方法937.19.6作業安排及課后反思937.19.7課前準備情況及其他相關特殊要求937.19.8參考資料（具體到哪一章節或頁碼）937.19教學單元二十937.19.1教學日期937.19.2教學目標937.19.3教學內容（含重點、難點）937.19.4教學過程967.19.5教學方法977.19.6作業安排及課后反思977.19.7課前準備情況及其他相關特殊要求977.19.8參考資料（具體到哪一章節或頁碼）977.20教學單元二十一977.20.1教學日期977.20.2教學目標977.20.3教學內容（含重點、難點）977.20.4教學過程977.20.5教學方法987.20.6作業安排及課后反思987.20.7課前準備情況及其他相關特殊要求987.20.8參考資料（具體到哪一章節或頁碼）987.21教學單元二十二987.21.1教學日期987.21.2教學目標987.21.3教學內容（含重點、難點）987.21.4教學過程987.21.5教學方法997.21.6作業安排及課后反思997.21.7課前準備情況及其他相關特殊要求997.21.8參考資料（具體到哪一章節或頁碼）998．課程要求1008.1學生自學要求1008.2課外閱讀要求1008.3課堂討論要求1008.4課程實踐要求1009．課程考核1009.1出勤（遲到、早退等）、作業、報告等的要求1009.2成績的構成與評分規則說明1009.3考試形式及說明10010．學術誠信10010.1考試違規與作弊處理10010.2杜撰數據、信息處理等10010.3學術剽竊處理等10011．課堂規范10111.1課堂紀律10111.2課堂禮儀10112．課程資源10112.1教材與參考書10112.2專業學術著作10112.3專業刊物10112.4網絡課程資源10113．教學合約10213.1教師作出師德師風承諾10213.2閱讀課程實施大綱，理解其內容10213.2同意遵守課程實施大綱中闡述的標準和期望10214．其他說明1031．教學理念1.1關注學生的發展大學的根本職能是培養人才，它的終極目標應是造就高層次全面發展的人才，是對實現人的全面發展的一種高層次的追求，對實現社會政治、經濟、文化和科學技術全面發展并不斷創新的一種高層次的價值追求。臺灣社會學家楊國樞教授指出了大學教育必須同時達到以下五大類目標：（1）培養大學生對自己內在身心特質的了解；（2）培養大學生求取新知的方法與能力；（3）培養大學生適應個人生活所需要之較高品質的能力、情操及行為；（4）培養大學生適應社會生活所需要之較高品質的能力、情操及行為；（5）培養大學生理解與關懷全世界、全人類所需之較高品質的能力、情操及行為。大學物理課程以物理學基礎知識和物理學在科學技術上的應用為內容，是工科院校學生的一門必修課，不僅其知識內容是學生后續專業學習的必備基礎，更主要的是可以培養學生分析問題、解決問題的能力，這對他們以后的學習、工作和生活都非常重要。所以在教學中除了知識的傳授，更要注重學生能力的培養和提高。1.2關注教學的有效性有效教學是指教師在通過一段時間的教學之后，學生獲得了具體的進步或發展，也就是說，學生有無進步或發展是教學有沒有效益的唯一指標。為保證教學的有效性促成有效教學目的的實現,需做到以下幾點：（1）根據大學物理的特點，做好課堂設計；（2）努力營造以學生為本的和諧的課堂環境；（3）課堂上師生互動與溝通；（4）課堂外良好的師生交往。1.3關注教學的策略根據“以教師為主導，學生為主體”的教學理念，可將教學策略分為兩種基本類型：產生式教學策略和替代式教學策略。產生式教學策略是“以學為主”的策略。鼓勵學生自己從教學中建構具有個人特有風格的學習，讓學生自己安排和控制學習活動，在學習過程中處于主動地處理教學信息的地位。優點：（1）可以積極地把信息與他們自己的認知結構聯系起來，對信息的處理過程主動深入，因此學習效果較好；（2）允許學生自主地設計、實踐和改善他們的學習策略，有利于提高學生的學習能力；（3）由于產生式教學策略主要出自學生自己，因此可以激發起學生對學習任務和學習過程、學習策略的積極性，更利于培養學習興趣等。缺點：（1）該策略若設計不妥，可能導致認知超載或情緒低落，或是需要學生花費大量的時間進行學習；（2）學習的成功依賴于學生先前已具有的知識和學習策略的廣度。替代式教學策略是“以教為主”的策略。主要是教師替學生處理教學信息，它是傳統教學中的常用策略。它更多地傾向于教師給學生提出教學目標、組織提煉教學內容、安排教學順序、指導學生學習。優點：（1）比產生式教學策略效率高，能使學生在短期內學習許多內容；（2）知識儲備有限和學習策略不佳的學生可以獲得成功的學習。缺點：（1）因為學生智力投入少，信息處理的深度不夠，因此學習效果不如產生式策略好；（2）由于教學安排過于周密，學生在學習中被動學習多于主動學習，因而學生學習志趣難以得到充分的提升。只有根據不同專業、不同教學內容、不同基礎狀況的學生，將兩種教學策略有機地結合，才能既充分發揮教師在教學活動中的主導作用又能充分發揮學生的主體作用。從學生的角度來說，教師給予學生的正是學生需要的，才能激發他們學習的積極性和主動性，才能收到好的教學效果。1.4關注教學價值觀教學活動不可能回避價值觀問題。從歷史來看，每當社會發生重大轉型時，人們對教育的批判，往往是從價值批判開始的，以重新認識教育的價值和目的開始的，并且以此為依據和出發點，再對現實的教育活動作出更具體的評析，提出新的原則、方案乃至方式方法。究竟什么樣的教學才是對社會發展、國家興旺最有價值的教學，在當今由應試教育向素質教育轉變的時代，是當代關于中國社會發展和教育價值觀變革的研究的一大熱點。如何用正確的價值觀和人生觀去影響學生，努力使他們成長為身心健康的、德才兼備、有益于社會、有益于人民的人，同樣是大學物理教學的重要內容。隨著我國政治體制改革的不斷深入，經濟的長足發展和國外各種社會思潮的不斷涌入，國際國內形勢的深刻變化，人們的價值觀和人生觀也發生了深刻的變化。使人們的精神思想既面臨著有利的條件，也面臨著嚴峻的考驗。社會思潮的多元化和差異性，導致人們不同程度地存在政治信仰迷茫、理想信念模糊、價值取向扭曲等問題，這就要求必須有統一的基本價值觀和價值標準，必須建設中國特色社會主義核心價值體系：堅持馬克思主義指導思想；堅持中國特色社會主義共同理想；堅持以愛國主義為核心的民族精神和以改革創新為核心的時代精神；堅持社會主義榮辱觀。物理學的發展史也是人類文明的進步史，科學的發展巨大地推動了人類文明的進步。而在物理學的發展歷史中，處處閃爍著科學家的智慧與人格的光輝。他們為探尋客觀真實而不畏艱險、不懼失敗的勇氣決心；為科學的發展而前仆后繼、堅持不懈的壯志豪情；為捍衛真理而勇往直前的獻身精神；在艱苦條件和惡劣環境中吃苦耐勞、奮斗不止的美好情操；在集體利益與個人利益發生沖突時顧全大局、不計名利得失的寬廣胸懷等無不激勵著后人。在教學中充分挖掘和利用教學素材，將智育與德育有機結合起來，積極培育和踐行社會主義核心價值觀，運用社會主義核心價值體系引領學生的理想信仰、價值取向是大學物理教學除知識、技能之外的又一的基本任務。在教學活動中，倡導富強、民主、文明、和諧；倡導自由、平等、公正、法治；倡導愛國、敬業、誠信、友善。為全社會形成巨大的價值共識和思想共鳴，保證中國特色社會主義發展的正確方向是師生的共同責任和義務。2．課程介紹2.1課程的性質物理學是研究物質的基本結構、基本運動形式、相互作用及其轉化規律的自然學科。以普通物理學基礎為內容的105學時大學物理課程內容包括力學、熱學、電磁學、波動光學、近代物理。該課程是理工科各專業學生一門重要的通識性的必修基礎課。它不僅為學生提供必備的物理基礎知識，而且在培養學生科學的世界觀、人生觀、價值觀、思維方法、探索精神、創新意識等方面具有不可替代的作用。本期開設的大學物理（Ⅲ），要求學生掌握機械振動與機械波、波動光學、狹義相對論基礎、量子物理基礎的基本知識，基本規律，解決物理問題的基本方法，以奠定后續專業課程學習的基礎。2.2課程在學科專業結構中的地位、作用物理學借助數學建立統一的理論體系，旨在盡可能廣泛深刻地揭示自然界的基本規律，從而使得物理學成為了自然科學和工程技術的理論基礎。它的基本理論滲透在自然科學的各個領域，應用于生產技術的各個部門。物理學基礎理論的突破導致重大高新技術領域的創立；通過物理學的進展而逐步形成科學的物質觀、自然觀、時空觀和宇宙觀，對整個人類的文化發展產生了深刻的影響。物理學不但為科學發展提供原理和知識，而且對社會各個方面產生直接巨大的推動或沖擊。在物理學研究中注重理性、崇尚實踐的精神尤為突出，是創造性人才必須具備的素質。非物理類專業學生學習物理學的目的，是掌握物質世界最基本、最普遍的規律，掌握物理學的科學思想和科學思維方法，為學習各自的專業和在各自的方向做出重大發現（通常與物理學有密切聯系）、發明，成為現代社會生活中的強者，為提高學生的整體素質和培養學生的科學研究能力與創新意識奠定基礎。（1）物理學為其它學科創立原理和技術近代幾乎所有的新技術領域(如微電子、原子核能、激光和信息技術等)的創立，事前均在物理學中經過了長期的醞釀，在理論和實驗上積累了大量的知識，然后才取得了突破。例如，1947年貝爾實驗室的巴丁、布拉頓和肖克萊發明了晶體管，標志著信息時代的開始，繼而發明了集成電路、大規模集成電路直到現代的信息技術的應用和發展，是一部科學界幾乎人人都熟悉的輝煌歷史。但鮮為人知的是，在此之前至少存在20年的“史前期”，在這個“史前期”中物理學為孕育它的誕生作了大量的理論和實驗準備。進一步的事實說明，工程技術中的基本規律均反映在物理學的各個分支領域中，物理學在交叉學科、邊緣學科的發展中最有生命力和最活躍的學科，當今納米技術的發展同樣也體現了物理理論的基礎地位。（2）物理學為一切學科提供了基本的實驗手段和基本研究方法實驗表明，幾乎一切現代的實驗分析方法或設備都源于物理學的相應原理或效應，如光譜分析法、X光分析、核磁共振譜分析等。（3）物理知識是促進各學科發展的重要基礎知識當今，科研成果轉化為生產力的周期在迅速縮短，知識更新的周期也在不斷地縮短，但作為知識的核心，物理基本理論相對而言更為成熟長久。物理基礎知識、原理和方法將使人們終生受益。深厚的科學素養、深刻的科學洞察力以及在此基礎上的不懈努力可以造就偉大的科學家，完成大發明。如新式顯微鏡——掃描隧道顯微鏡（STM）的發明就是巧妙地應用了物理學中的“隧道效應”改進了“場發射顯微鏡”，從而翻開了顯微鏡發展的新篇章．STM的分辨率達到0.10nm，使人類第一次能夠立體顯示單個原子在物質表面的排列狀態．不僅如此，人們還根據其原理研制了原子力顯微鏡，從而使人們實現了操縱原子的夢想。（4）物理學與數學的關系物理學包括其他的自然科學，都需要以數學為工具。因為數學是對數與形的簡捷的概括和優美的表達方式，所以物理規律需要用數學語言來表達，對物理規律的歸納和演繹也必須遵循數學邏輯。高等數學的微積分是由萊布尼茲和牛頓兩位科學家各自獨立地創建的理論。數學家萊布尼茲在研究曲線斜率時，發現了微積分。而當時的物理學家牛頓，為了描述他的力學定律而促使他創建了微積分（這也是他成為著名數學家的原因）。由此可見數學在物理學中的重要作用及密切關系。同樣，物理學對數學也有同等重要的作用。物理學是數學發展的基礎，很多數學模型的建立都是離不開具體的物理問題的。可以說數學和物理是一對姊妹學科，二者相互補充、相互促進，共同發展。數學是邏輯學，很容易漫無邊際地“歪曲”自然，而物理學是求實求真的科學，其根本任務是揭示自然界的真實面目。但是物理學要向前發展，從微觀和宇觀兩個方向更加逼近客觀真實的自然，產生新的理論，又必須依賴于數學上的突破。數學為物理學提供極至的思維和想象空間，而物理學又可以修正數學上的“異想天開”，數學中所有的悖論，本質上都是因為數學偏離了物理學所定義的自然，數學上遇到的問題往往可以通過物理思維解決。（5）物理學對化學的基礎作用物理學和化學從來都是并肩前進的。1998年的諾貝爾化學獎頒給了W.Kohn和J.A.Pople，以鼓勵他們在量子化學方面所做的開創性的貢獻。頒獎的公報說，量子化學將化學帶入一個新的時代，化學不再是純實驗科學了。如果說物理化學還是物理學與化學在唯象層次上的結合，則量子化學已深入到化學現象的微觀機理。近年來，量子化學、激光化學、分子反應動力學、固體表面催化和功能材料等物理學與化學的交叉學科，取得了長足的發展，今后兩學科之間的合作將越來越密切。（6）物理學與生物學的關系物理學與其他自然科學學科的交叉和相互作用，曾經產生并形成了物理化學、化學物理學、生物物理學和心理物理學以及天體物理、地球物理、大氣物理、海洋物理和空間物理等諸多交叉學科。但這種交叉和相互作用最突出的表現還在于20世紀生命科學在物理學的基礎上發生了革命性的的變化，結構的發現及其帶來的廣泛而深遠的影響。當前生命科學中分子生物學、量子生物學、遺傳信息學、蛋白質結構等新興學科的研究正方興未艾。人們說21世紀是生命科學的世紀，一位物理學家則說，21世紀是物理科學全面介入生命科學的世紀。以上列舉的僅僅是物理學與其它幾個最基礎的自然科學學科的關系及物理學的作用。實際上，物理學在所有的自然科學學科中都有重要的作用。同時物理學的研究也滲透到眾多學科。看看最近幾年物理學的許多重要期刊以及許多國際物理學術會議的議程，就會發現，諸如蛋白質折疊、免疫網絡、化學鍵斷裂、水土流失、交通堵塞等。大量本不屬于物理學內容的標題，赫然入目。不管什么問題，當物理學家用物理學的方法去研究它時，就把它變成了物理問題。物理學是一門理論與實驗高度結合結合的精確科學，物理學中有一套最全面、最有效的科學方法。我們說，在對學生的科學素質教育中，物理課有著不可替代的重要作用，根據就在于此。2.3課程的歷史與文化傳統大學物理是高等院校理工人文經管科各專業學生的一門重要的必修基礎課，包括力學、熱學、電磁學、振動與波、光學、近代物理等幾部分。其教學主要目的，一方面是傳授基礎物理知識，另一方面是培養學生科學的思維方法和研究問題的方法，即歸納法和邏輯演繹法，等等。在以往的物理學科教學中,鮮見中國傳統文化的影子。但是,本民族文化的繁榮是國家發展和創新的動力之源,因此,教學內容既要合理地吸收外來文化優秀成分,又要適當繼承發展本民族傳統文化的精華。以往的教育對于理性都非常重視，甚至過分強調理性。然而，人們漸漸地發現，理性并不能解決所有的問題。于是，輝煌了數千年、至今仍發揮著作用的中華文化被有心人拾了起來，掀起了復興中華文明的熱潮。在物理學研究過程中，西方注重歸納和邏輯演繹推理，對物理學的感悟即是理性。而結合中國傳統文化，學習象辭的做法，與物理學“合”，即通過感悟物理現象、物理規律來感悟人生，感悟社會，提高自身修養及心理境界，并且在物理教學中傳授或引導這種感悟，在傳授學生基本物理知識、培養其理性的同時，提高他們的心理境界，幫助他們樹立起現代的道德觀、人生觀，構筑現代社會的“和”，則是具有中國特色的物理教學思路。2.4課程的前沿及發展趨勢高速公路、納米加工和探索太空。很難設想，沒有科學技術的飛速發展，沒有原子能、沒有計算機、沒有半導體，現代生活將是什么樣子。與科學技術的發展一樣，物理學也經歷了深刻的革命。可以說，物理學每時每刻都在不停的發展，其活躍的前沿領域很多，是最有生命力、成果最多的學科之一。（1）物理學的前沿學科：從20世紀30年代開始，物理學理論和物理學的研究方法與其它學科滲透產生了一系列的新學科：如量子化學、生物物理學、天體物理學、廣義相對論宇宙學、高能物理學。研究的動態情況主要趨于兩個方向：一是對無限大系統的研究，偏重于對天體和宇宙的研究，如宇宙的產生、構成、物質的層次結構，宇宙的大爆炸形成理論等。二是對無限小系統的研究，偏重于對原子、原子核、基本粒子的研究，如基本粒子劃分的標準模型，基本粒子之間的相互作用等。（2）物理學發展的前沿技術：在21世紀，物理與其它學科交叉應用產生了一系列的新技術：如新材料（超導、納米、硅、無機稀有非金屬、網絡硬件材料等），如信息技術（光電子技術、人工智能技術、網絡、計算機技術等），如新能源技術（核聚變能、太陽能、海洋發電技術等），如空間技術（航天飛機、永久太空站等），還有激光技術，微電子技術，海洋開發技術，環境污染防治技術，生物工程技術等。今天的物理學是什么，已經很難用傳統的眼光來界定了。今天的物理學代表著一整套獲取知識、組織知識、運用知識的有效步驟和方法，即現在的物理學家們所做的工作就是物理學。（3）現代物理學的發展趨勢①．蒸蒸日上的凝聚態物理學自從上世紀80年代中期發現了所謂高臨界溫度超導體以來，世界上對這種有著廣泛的應用前景的新材料的研究熱情不減。這種新材料在液氮溫區下傳到電流而沒有阻抗。高臨界溫度超導材料的研究仍是今后凝聚態物理學中活躍的領域之一，目前，許多國家的科學工作者仍在爭分奪秒向更高溫區甚至室溫溫區超導材料的研究和應用努力，而且有些技術難題已經逐步得到解決。今天，超導技術已經取得了巨大突破，超導電機、超導磁懸浮列車、超導船、超導計算機等已經逐步面向市場，當今的磁懸浮列車已經用上了高溫超導技術。目前，中國擁有全球速度最快的計算機，在中國和日本的競爭下，美國情報部門已經啟動了為期多年的超導計算機研發項目，打造新一代的超級電腦。科學家們預測，隨著超導技術的大規模應用，可能引起一場新的工業革命。由不同材料的薄膜交替組成的超晶格材料可望成為新一代的微電子、光電子材料。目前，已利用半導體超晶格材料研制成很多新器件，它可以在原子上對半導體的組分摻雜進行人工“設計”，從而可以研究一般半導體根本不存在的物理現象，并將固態電子器件的應用推向一個新階段。一些科學家預測，下一代的電子器件，可能會被微結構器件替代，從而可能會帶來一場電子工業的革命。不過，微結構物理的研究還有許多新的物理現象有待于揭示，這一領域的研究在21世紀可能會說過累累，前景不可低估。近年來，兩種與磁阻有關的引起人們強烈興趣的現象就是所謂的巨磁阻與超巨磁阻現象。一般磁阻物質的電阻率在磁場中只發生輕微的變化，而巨磁阻和超巨磁阻物質的電阻率可以達到幾倍甚至幾千倍的變化。超巨磁現象令人吃驚的是，在很強的磁場中某些絕緣體會突變為導體。其中的原因目前尚不清楚，就像高臨界溫度超導材料超導性的原因難以捉摸一樣。目前，巨磁和超巨磁實現應用的主要障礙是強磁場和低溫的要求，這一難題一旦解決，前景是十分誘人的。新材料的發展已成為21世紀凝聚態物理學研究重要的發展方向之一。新材料的發展趨勢是：復合化、功能特殊化、性能極限化和結構微觀化。如：成分密度和功能不均勻的梯度材料；可隨空間時間條件而變化的智能材料；變形速度快的壓電材料以及精細陶瓷材料等都將成為重要的新材料。材料專家預計，21世紀新材料品種可能突破100萬種。②．等離子物理與核聚變當物質被加熱到足夠高的溫度或其他原因，原子的外層甚至內層的電子將擺脫原子核的束縛，成為自由電子，這時的物質變成了由正負離子組成的離子化氣體狀物質（俗稱離子漿），由于它近似為電中性，所以稱為等離子體，等離子體常被視為物質存在的第四態。等離子體的運動主要受電磁力支配，并表現出顯著的集體行為。它廣泛存在于宇宙中，是一種很好的導電體，利用經過巧妙設計的磁場可以捕捉、移動和加速等離子體。等離子體物理的發展為材料、能源、信息、環境空間、空間物理、地球物理等科學的進一步發展提供了新的技術和工藝。海水中含有大量的氫和它的同位素氘和氚。氘即重氫，氧化氘就是重水，每一噸海水中含有140克重水。如果將地球海水中所有的氘核能都通過核聚變方式釋放出來，那么它產生的能量足以提供人類使用數百億年。但是，核聚變需要幾億度的高溫，氘氚混合燃料形成高溫等離子體態，所以等離子體物理是核聚變反應的理論基礎。1991年11月在英國卡拉姆的JET實驗裝置上首次成功地進行了氘氚等離子體聚變實驗。在圓線圈內2億度的高溫下，氘氚氣體相遇爆炸成功，產生了200kw的能量，雖然只持續了1.3秒，但這為人類探索新能源——核聚變能的實現邁出了一大步。要實現人工控制核聚變反應速度，將核聚變能平穩而緩慢地釋放出來，投入實際應用還有相當大的距離，技術上還有許多難題需要解決。如：在實驗室怎樣才能將等離子加熱到幾億度的高溫？高溫等離子體與盛裝它的容器壁相接觸時，等離子體要降溫，容器也會被燒壞，這就是如何約束的問題。這些難題在21世紀極有可能突破，核聚變能作為一種重要的新能源的夢想總有一天會變為現實。③．納米技術正向我們走來所謂納米技術就是在10-9m（十億分之一米）水平上，研究應用原子和分子現象及其結構信息的技術，即通過特定的技術設計，在納米量級的粒子表面實現原子或分子的排列組成，使其產生某種特殊結構，并表現特異的技術性能或功能。運用納米技術，可以制造出在光、電、熱、磁、吸收、反射、吸附、催化、生物活性、硬度、強度、韌性及導電性等方面都遠遠優于常規材料的新材料。所以，納米材料被譽為“21世紀最有前途的材料”。納米機械加工，也稱為分子機器，它可以不用部件制造出幾乎無任何縫隙的物體，每秒可完成幾十億次的操作，可以制造出人類想得到的任何微型產品。目前采用分子機器加工已研制出世界上最小的（米粒大小）的蒸汽機、微型汽車、微型發電機、微型馬達、微型機器人和微型手術刀。微型機器人可以進入血管清理血管壁上的沉積脂肪，疏通腦血管的血栓，殺死癌細胞，嚼碎泌尿系統的結石、修復損壞的組織和基因等。微型手術刀只有一根頭發絲的百分之一大小，不用開胸破腹就能完成手術。生物分子機器在不久的將來也會出現，放在人腦中的納米計算機，實現人機對話，并且有自身復制的能力。人類利用納米技術還可能制造出新的智能生命，實現物種再構。隨著人們生活水平的日益提高，人們對環保的重視程度不斷加強，空氣質量與工業廢水處理已經城市的一個生活生存質量標志，納米材料由于其特有的表面吸附特性，使其在空氣凈化與工業廢水處理方面有著很大的發展前景。納米技術與電子學的交叉形成的納米電子技術，是以研究納米級芯片、器件、超高密度信息存儲為主要內容的一門新技術，目前超高密度的信息存儲的最高存儲密度已超過1012比特/平方厘米，其信息存儲量為常規光盤的106倍以上。在紡織和化纖制品中添加納米微粒，可以除味殺菌、消除靜電現象；在玻璃和瓷磚表面涂上納米薄層，可以制成自潔玻璃和自潔瓷磚，不用擦洗；含有納米微粒的建筑材料，可以吸收對人體有害的紫外線；納米陶瓷有望成為汽車、輪船、飛機等發動機部件的理想材料，能大大提高發動機效率、工作壽命和可靠性；納米衛星可以隨時向駕駛人員提供交通信息，幫助其安全駕駛。納米技術的應用已經深入到人類的衣食住行醫的各個方面。④．“無限大”和“無限小”系統物理學“無限大”和“無限小”系統物理學是當今物理學發展非常活躍的領域。天體物理和宇宙物理學就屬于“無限大”系統物理學的范疇，它從早期對太陽系的研究，逐步發展到銀河系，直到對整個宇宙的研究。熱大爆炸宇宙模型作為上世紀后半葉自然科學中四大成就之一是當之無愧的。利用該模型已經成功地解釋了宇宙觀測的最新結果。如宇宙膨脹，宇宙年齡下限，宇宙物質的層次結構，宇宙在大尺度范圍是各向同性等重要結果。可以說具有暴脹機制的熱大爆炸宇宙模型已經現代宇宙學奠定了一定基礎。但是到目前為止，關于宇宙起源的問題仍然沒有得到完全的解決，暴脹宇宙論也并非十全十美，要建立完善的宇宙理論還有待于進一步的努力和探索。“無限大”系統物理學還有兩個比較重要的問題是“類星體”、“暗物質”和“暗能量”。“類星體”是1961年發現的，一個類星體發出的光相當于幾千個星云，而每個星云又相當于一萬億個太陽發出的光，所以對類星體的研究具有十分重大的意義。60年代末，科學家們發現一個編號為3C271的類星體，一天之內它的能量增加了一倍，到底是什么原因使它的能量如此迅速有待于21世紀得到解決。“暗物質”及“暗能量”被認為是宇宙研究中最具挑戰性的課題。根據最新的觀測結果，“暗物質”及“暗能量”代表了宇宙中96%左右的物質含量，而我們可以看到的物質（普通物質）只占宇宙物質總量的4%左右。暗物質及暗能量雖然無法直接觀察到，但它卻能干擾星體發出的光波或引力，其存在能被明顯的感受到。“暗物質”與“暗能量”是相區別的，科學家們從引力場觀測到了暗物質的存在，約占宇宙物質總量的23%，但暗物質究竟是什么至今尚未搞清楚。暗能量是在近些年宇宙學研究中才發現的一個里程碑性的重大成果。支持暗能量的主要證據有兩個。一是對遙遠的超新星所進行的大量觀測表明，宇宙在加速膨脹。按照愛因斯坦引力場方程，加速膨脹的現象推論出宇宙中存在著壓強為負的“暗能量”。另一個證據來自于近年對微波背景輻射的研究精確地測量出宇宙中物質的總密度。所有的普通物質與暗物質加起來與宇宙中物質的總密度出現了73%的短缺，這一短缺的物質稱為暗能量，其基本特征是具有負壓，在宇宙空間中幾乎均勻分布或完全不結團。按照相對論，這種負壓強的暗能量在長距離類似于一種反引力，近年來所發現的宇宙加速膨脹現象表明，主導今天宇宙的就是占絕對統治地位的暗能量。但是，諾貝爾物理學獎獲得者美國華裔科學家李政道在探討暗能量的可能來源研究中，提出了一個新的觀念是“天外有天”：因為暗能量，我們的宇宙之外可能有很多個宇宙；而在另一項試探和解釋美國高能核物理的新發現和暗能量的關系的研究中，他提出的觀念是“核天相連”：核能也許可以和宇宙中的暗能量相變相連。李政道認為，“20世紀初的大問題是太陽能的來源；21世紀初的大問題是暗能量的來源”。他說，了解暗物質和暗能量，是人類在21世紀向科學的大挑戰。原子核物理和粒子物理學則屬于“無限小”系統物理學的范疇，它從早期對原子和原子核的研究，逐步發展到對粒子的研究。粒子主要包括強子（中子、質子、超子、π介子、K介子等）、輕子（電子、μ子、τ子、中微子等）和媒介子（光子、膠子等）。強子是參與強相互作用的粒子的總稱，其數量占粒子種類的絕大部分；輕子是參與弱相互作用和電磁相互作用的粒子，不參與強相互作用；而媒介子是傳遞相互作用的粒子。目前，粒子物理學已經建立起了關于基本粒子的“標準模型”，“標準模型”可以正確地描述基本粒子之間的相互作用。在標準模型中，科學家把基本粒子分為玻色子和費米子兩大類，玻色子和費米子是物質世界的兩種存在。玻色子是物質存在的基礎，費米子是物質存在的形式。基本粒子中所有的物質粒子都是費米子，是構成物質的原材料(如輕子中的電子、組成質子和中子的夸克、中微子)。而傳遞作用力的粒子(光子、介子、膠子、W和Z玻色子)都是玻色子。粒子物理學標準模型中，所有的強子都是由夸克組成，夸克分為上夸克、下夸克、底夸克、頂夸克、粲夸克、奇異夸克6味

(flavour))，每一味又分為紅綠藍三色，而且都有其反粒子，共36種。輕子有電子、μ子、τ子、中微子νe、中微子νμ、中微子ντ及對應的6種反粒子，共12種。膠子分為8種色荷，共8種膠子。因W玻色子有反粒子，所以W玻色子有2種。光子、Z玻色子和希格斯玻色子都沒有反粒子。所以，在粒子物理學標準模型中的基本粒子總共有36+12+8+2+3=61種。標準模型已經計算出已知的各種費米子彼此間以強力、弱力、電磁力或引力作用于對方，這些粒子通過交換規范玻色子（膠子、光子、引力子、W及Z玻色子）而實現相互作用。粒子物理學標準模型中的61種基本粒子，現今只剩下希格斯玻色子（H粒子）尚未被發現。希格斯玻色子也被稱之為“上帝粒子”，被認為是物質的質量之源，在宇宙的形成和演化扮演著重要角色．2010年，據國外媒體報道，參與大型強子對撞機（LHC）項目的科學家表示，他們可能已經“接近”了希格斯玻色子，一旦找到了“上帝粒子”，人類對時空及宇宙的認識將進入一個嶄新的時代。從表面上看，“無限大”系統物理學與“無限小”系統物理學似乎沒有必然聯系。其實不然，宇宙系統與原子系統在某些方面有著驚人的相似性。宇宙和天體物理學家利用廣義相對論來描述引力和宇宙的大尺度結構；而粒子物理學家則用量子力學來處理一些微觀區域的現象。熱大爆炸宇宙模型就是這兩種物理學的結合的典范。21世紀這兩種物理學的結合會更加緊密，這兩種物理學的結合對人類加深對宇宙起源的認識以及科技的發展和應用方面都會產生巨大的影響。2.5課程與經濟社會發展的關系知識經濟時代科學技術突飛猛進新技術層出不窮。物理學的發展作為20世紀的領頭科學對世界經濟的發展起了至關重要的作用。物理學作為一切自然科學的基礎已經滲透到了社會生活的各個領域哪里有人類活動，哪里就有物理學文化氣息。百年來物理學的發展一次次的推動了世界經濟的發展。經典物理學推動了第一次工業革命，帶給人類第一次經濟飛躍；電磁理論的建立為人來帶來了第二次經濟飛躍；原子能、電子計算機和空間技術的廣泛應用為人來帶來了第三次經濟飛躍；物理學的發展必將再次推動世界經濟的發展迎來第四次工業革命的誕生。2.6課程內容可能涉及到的倫理與道德問題物理學研究是運用嚴密的科學方法，從事有目的、有計劃、有系統的認識客觀世界，探索客觀真理的活動過程，是對研究變量或指標的共同的本質的概括。而當代“倫理”概念蘊含著西方文化的理性、科學、公共意志等屬性，“道德”概念蘊含著更多的東方文化的情性、人文、個人修養等色彩。我們所講的科學研究中的倫理與道德，是科學研究者應當秉持的研究規則和行為規范，使倫理道德規范運用到涉及科技活動現實的具體問題的規范問題。科學研究的基本任務是探索、認識未知。理想的科學研究被描述為一個科學家求真、至善、臻美的過程。在這個過程中，科學家揭示著自然界的客觀規律，開發應用有利于人類利益的技術，去追求人類社會的持續、和諧的發展。但是，理想狀態只能是一個無限接近到無法到達的狀態，科學和現實社會可能會產生各種各樣的沖突和矛盾，科學研究中的倫理道德就成一個為人們關注的焦點。我們講科學研究中的倫理與道德，并不是指科技成果本身有什么倫科學研究的發展一日千里，科學研究中的倫理與道德問題也引起了人類的極大關注。科學發展是有無限的可能性的，但為了人類整體的利益，研究者和社會公眾達成一定的社會倫理和法律共識對其發展進行規范是很有必要的。不同的科學研究領域存在著不同的倫理問題，同一研究領域的倫理問題也會隨著該領域的發展而不斷改變。一套具體的既定的靜態準則，不可能解決所有（包括新出現的）倫理、道德問題，為此，研究者必須具備一種分析科學活動中倫理沖突的實質的能力。2.7學習本課程的必要性《大學物理》作為高等院校理工科各專業一門重要的基礎課程，對人才培養有著不可替代的作用。通過本課程學習，獲取必備的物理基礎知識和基本技能，為后續專業課的學習奠定基礎物理學的研究對象十分廣泛，大至宏觀宇宙，小至微觀粒子，它們的運動規律、基本結構、演化過程無所不包。一切的其它自然科學學科與物理學都存在不同程度的交叉滲透，物理學的基本概念、基本規律、分析和解決問題的基本方法、物理實驗的基本技能等都是其它學科所要求、或多或少要用到的。所以物理學是一切自然科學學科的基礎，它對于其他學科的作用并不亞于數學。沒有《大學物理》作為先行課程，或者對該門課程的學習未能達標的理工科大學生，勢必會影響后續專業課學習。通過本課程學習，提高科學素質和科學研究能力物理學的特點是以系統的觀察、實驗同嚴密的邏輯體系相結合，把實驗結果進行高度的分析和概括，或運用數學為推理工具，建立物理量之間的定量關系，從而得出反映客觀事物的基本規律，最后運用它們分析和解決實際問題。所以，大學物理學習是理工科大學生科學能力提升的重要途徑。①．培養學生實事求是的科學態度和頑強的意志科學活動是人類追求真理本性的集中體現，物理學是探求自然真理的事業。事物的本質屬性和相互關系并不是裸露直呈的，科學規律往往深藏于表象的背后，只有在求真的基礎上，以實事求是的科學態度，運用正確的科學方法，進行深入的探索、思考才能得到。物理學的重大發現都經歷了實踐——認識——再實踐——再認識．．．的艱難歷程，也正是歷代科學家鍥而不舍地長期探究物理世界內在奧秘的科學實踐活動中，逐漸認識了物質世界的本來面目，揭示了物質世界運動變化的客觀規律，創造了豐富的理論與應用的成果，鑄就了人類矢志不渝追求真理的科學傳統與求真精神。物理學史中有很多科學家堅定不移地追求真理的故事，在教學過程中，用科學家堅忍不拔、奮斗拼搏的精神去熏陶和感染學生，可以引導學生與困難做堅決的斗爭，培養學生頑強的意志。②．培養學生的觀察和實驗能力觀察和實驗是一切自然科學學科發現規律、建立理論的共同手段，也是一切理工科專業學生獲取知識、提升能力的共同途徑。形成良好的實驗和觀察習慣、掌握正確實驗及觀察方法和技能，是學習好相關理論課程的重要保證。《大學物理》雖然只是一門理論課，但在教學過程中的演示實驗是必不可少的，可以是用儀器進行真實的實驗操作，也可以是用動畫做模擬的實驗演示，還可以是真實實驗與模擬演示相結合。不管哪一種方式，在實驗方案的設計、操作過程的控制、現象的觀察、數據的記錄與分析，在每一個環節都是師生共同從事的科學研究活動。學生通過演示實驗，借助于科學儀器，有目的、有計劃地感知客觀現象而獲取科學知識，教師教給學生正確的操作要點、科學的觀察方法，分析和處理數據的注意事項，鼓勵學生養成良好的實驗和觀察習慣。理論課中的演示實驗，是為相關理論的教學做準備，具有直接的針對性，既促進了理論知識的教學，又提高了學生的觀察、實驗和科學研究能力。③．培養學生的科學思維和分析解決問題的能力物理學的形成和發展是科學的思想與科學的方法論相結合的結果。普通物理學中的研究對象基本上都是理想化的物理模型，理想化模型作為從簡單研究過渡到復雜研究的一種手段，是一種重要的研究方法。利用理想化模型方法，能夠排除非本質因素的干擾，舍棄次要因素和無關因素，突出反映事物的本質特征從而使現象或過程得到簡化和理想化。在大學物理教學中，學生通過對理想模型和理想化方法的學習，不僅可以培育理工科學生的科學思想和方法，培養科學的抽象思維能力，同時也為今后更深入地學習和研究做好思想和方法上的準備。教師通過對物理學中各類微積分問題的講解，可以讓學生形成將復雜對象或過程進行分割求和、等效替代的科學思想和微元法處理問題的方法技能。利用微積分工具在處理連續的非均勻分布的物理對象、連續的非均勻變化物理過程時，通過無限分割，將非均勻簡化為“均勻”，將變化簡化為“恒定”，將彎曲簡化為“平直”，從復雜形狀中切割出“簡單圖形”，從紛亂無序中建立“局域有序”．．．，利用有關物理規律或公式對極端簡化后的微元寫出元量后，再累積求和（積分）。微積分中充滿了科學家的智慧，用微積分方法分析和解決較為復雜的物理問題，不僅能讓學生感受到物理學研究中的美妙與神奇，激發學習興趣，更有利于培養學生的辯證思維和哲學素養。觀察、實驗、假說、驗證等是物理學的基本研究方法，不僅適用于自然科學的研究，也適用于其它科學技術領域和各種工作領域。分析、綜合、抽象、概括、歸納、演繹、類比等是物理學科中常用的科學方法，更普遍應用于各種生活和工作活動中，科學方法可以說是一個人終身不可缺少的基本素質。理工科學生在物理課中受到的科學方法教育，以及在發現問題、分析問題和解決問題過程中運用科學方法取得成功的經驗，會在以后的問題中自覺地運用并逐漸得到升化。當今后走上工作崗位，即使忘記了具體的物理概念和規律，但物理思想方法仍然能指導他們作為社會的人，形成善于分析問題、歸納總結、分類評價、綜合比較、概括判斷等工作方法，自覺運用內化了的物理思想方法思考問題、解決問題，并具備實事求是、嚴謹科學的意識。理工科學生在普通物理中受到的物理思想方法的教育和培育，將終身受益。④．培養學生的專業素養和創新能力物理學在長期的發展過程中，形成了一整套科學思維方法，這些思維方法是物理學的紐帶，使整個物理學體系渾然一體。在大學物理學習中了解科學家建立物理概念、發現物理規律的歷史過程，循著科學家的思維方法和探索途徑來“發現”物理概念和規律，從而受到科學家的思維方法和研究方法的熏陶。如科學家通過抽象與概括得出了質點、剛體、理想氣體、點電荷、試驗電荷、純電阻、純電容等物理模型來區分物理對象及過程的主要因素和次要因素，以便于思考和研究；牛頓通過分析和綜合的方法得出了最基本的力學定律——牛頓第二定律；庫侖在萬有引力定律的啟發下精心設計扭秤實驗，發現了電磁學史上的第一個定量規律——庫侖定律；愛因斯坦受麥克斯韋電磁場理論中的真空中光速為普適量，與光源和觀察者的運動無關的啟發，為了解釋邁克爾孫——莫雷實驗的“零結果”，提出了光速不變原理及相對性原理，在此基礎上建立了全新的時空理論——狹義相對論，并在狹義相對論的基礎上，巧妙地運用等效思維，將引力幾何化，進一步發表了廣義相對論；普朗克為了解釋黑體輻射的實驗結果，徹底打破了經典的能量連續觀念，提出了全新的量子化概念，為量子力學的建立奠定了基礎。相對論和量子力學成為了現代物理學的兩大理論支柱。通過物理課的學習，明白物理學家是如何進行研究工作的，可以幫助學生奠定科研基礎，提高專業素質。學習大學物理是培養創造力的一種有效措施。在大學物理教學中，從真實的物理學認識發展的歷史進程中，展示物理學探索過程中問題背景的演化，闡明重大物理學問題的產生的歷史條件，及其所導致的深遠影響，可以培養學生提出科學問題的能力和獨立思考的能力。物理學是一門以實驗為基礎的科學，它的基本理論和公式的得出過程完整地再現了科學家通過獨立思考、實驗、分析、綜合、創造和再發現的認知過程。在物理學習的過程中，可以學習復制各種與物理學家曾今使用過的類似的實驗儀器，重復和驗證物理學的重要規律，使用構建現代科學的系統方法、信息方法、統計方法和計算機技術進行物理系統的分析和研究，利用計算機仿真技術構建一些新的實例，通過觀察分析圖表數據的變化，對實例進行研究，總結出新的結論，不斷嘗試用此方法分析和研究新的問題，在潛移默化中不斷形成和提高創新能力。通過本課程學習，培養人文素養和辯證唯物主義世界觀物理學的發展史物理學與人文學科相互融合滲透的過程，從亞里士多德時代的自然哲學到牛頓時代的經典力學，直到現代物理學中的相對論和量子力學，都是物理學家的科學素質、科學精神以及科學思維的有形體現。在大學物理教學中多視角、多方面、多途徑的滲透人文教育，可以提高學生的思想品質、倫理道德和品格情操。培養學生的民族自豪感和愛國主義熱情早在春秋戰國時期，以《墨經》和《考工記》為代表的中國古代典籍中就大量記載了對物理現象的認識和應用，尤其是《墨經》對力學和光學方面的探索，當時就給出了杠桿定律的定性表述和光學方面的基本規律，完全可以與阿基米德的杠桿定律和歐幾里得的相媲美。先秦兩漢開始到隋唐五代1200年間，我國的古代物理學取得了較大發展，如漢代的透光鏡、銅鏡，東漢的渾天儀和地動儀，后漢的龍骨水車等，都在全世界的科學史上留下了光輝的一頁。通過對我國物理學史的介紹，有利于學生樹立民族自豪感和自信心，激發學生對祖國的熱愛，肩負起強烈的社會責任感和民族復興的使命感。培養學生的審美素養加深對科學美的認識大學物理中蘊含著大量的形式多樣的科學美，如對稱、和諧、簡潔、多樣統一等。物理學之美包括理論之美和現象之美。簡潔生動的愛因斯坦相對論，對稱和諧的麥克斯韋方程組，婀娜百態的李薩茹曲線，絢麗多彩的牛頓環光斑都給人美的享受。愛因斯坦相對論是科學美的典范，集經典物理之大成而加以發展，使空間和時間、質量與能量、慣性質量與引力質量、動量守恒與能量守恒、慣性系與非慣性系統一了起來，無論是內容還是形式都給人美不勝收的感受。對科學美認識越深刻，則對物理規律的理解也就越透徹，例如對“洛倫茲變換”的理解。讓我們從審美的角度來學習這組方程，理解其深刻的內涵。首先，從簡潔美的角度理解：洛倫茲變換應該是線性的，否則會破壞時間和空間的均勻性。其次，從對稱美的角度理解：時間和空間的地位應該是對等的，空間和時間變換相互依賴。最后，從和諧美的角度理解：時間不再是一個獨立的參量，應該是“時空四維坐標”中的一個坐標軸。大學物理中的科學美比比皆是，通過大學物理學習，能加深對科學美的認識，提高對自然科學的學習興趣。③．培養學生的辯證唯物主義世界觀通過《大學物理》學習，會加深對辯證唯物主義認識論、方法論的理解，如“世界是物質的”、“運動是物質不可分割的屬性”、“物質的運動的發展變化是有其基本規律的”。物理學的發展與人類哲學理論的發展有著極為特殊的密切關系。大學物理教學結合物理學的具體內容，可以生動而深刻揭示物質第一性、物質的運動性、對立與統一、量變與質變、否定之否定等規律。從而使學生深刻領會辯證唯物論是關于自然界、人類社會和思維發展最一般的規律，是正確且科學的世界觀。例如：從盧瑟福對原子核式結構模型的建立，到玻爾將量子論引入原子系統對盧瑟福原子模型的修正，再到現代量子力學對玻爾原子理論的揚棄；從亞里士多德自然哲學對運動與力的關系的認識，到牛頓在伽利略斜面實驗啟發下建立的力學運動定律，再到愛因斯坦相對論對牛頓力學的修改和發展等都會使學生體會到只有辯證唯物主義才是真正科學的世界觀，而且人類對客觀世界的認識是永無止境的，需要我們不斷地用辯證唯物主義認識論和方法論來進行研究。3．教師簡介4．先修課程高等數學5．課程目標5.1知識與技能方面本課程的作用，一方面在于為學生較系統地打好必要的物理基礎；另一方面使學生初步學習科學思想方法和研究問題方法。這些都起著開闊思路、激發探索和創新精神、增強適應能力，提高人才素質的重要作用。學好本課程，不僅對學生在校的學習十分重要，而且對學生畢業后的工作和進一步學習新理論、新知識、新技術，不斷更新知識，都將發生深遠的影響。5.2過程與方法方面本課程是在大學二年級第一學期開設的，在前期大學物理學習的基礎之上，使學生樹立正確的學習態度、掌握科學的學習方法，培養獨立獲取知識的能力，以盡快適應大學階段的學習規律，為培養具有較強工程實踐能力和工程創新意識的應用型高級工程技術人才服務等方面所起的作用也是十分重要的。5.3情感、態度與價值觀方面培養學生的合作、交流與創新能力。6.課程內容6.1課程的內容概要第六章《機械振動》6.1簡諧振動6.2描述簡諧振動的物理量6.3簡諧振動的幾何表示法6.4簡諧振動的能量6.5簡諧振動的合成第七章《機械波》7.1機械波的產生和傳播7.2平面簡諧波的表達式7.3波的能量和能流密度7.4惠更斯原理和波的衍射7.5波的疊加原理和波的干涉7.6駐波第十七章《波動光學基礎》17.1光波、光源、光的相干疊加和非相干疊加17.2由分波前法產生的光的干涉17.3分振幅法產生的光的干涉——薄膜干涉17.4邁克耳孫干涉儀17.5光的衍射現象和惠更斯—菲涅耳原理17.6單狹縫夫瑯和費衍射17.7圓孔夫瑯和費衍射17.8衍射光柵17.9自然光和偏振光17.10光在各向同性介質分界面上反射和折射時的偏振17.11光的雙折射現象第十八章《狹義相對論基礎》18.1力學相對性原理、伽利略變換經典力學時空觀18.2狹義相對論的兩個基本假設和洛倫茲變換18.3狹義相對論時空觀18.4狹義相對論動力學基礎第十九章《量子物理基礎》19.1熱輻射和普朗克的輻射量子論19.2光電效應和愛因斯坦的光量子理論19.3康普頓效應和光的波粒二象性19.4氫原子光譜規律和玻爾的氫原子理論19.5實物粒子的波粒二象性19.6不確定關系19.7波函數及其統計解釋19.8一維無限深勢阱19.10氫原子的量子力學處理和電子自旋19.11多電子原子和原子的殼層結構6.2教學重點、難點第六章：重點：簡諧振動表達式、同方向同頻率簡諧振動的合成。難點：相位的概念、旋轉矢量。第七章：重點：波動方程、波的干涉。難點：波動方程。第十七章：重點：楊氏雙縫干涉、薄膜干涉、衍射光柵。難點：薄膜干涉、雙折射。第十八章：重點：狹義相對論的時空觀，狹義相對論的基本結論。難點：洛侖茲坐標變換，相對論速度變換。第十九章：重點：愛因斯坦光電效應方程及光的波粒二象性；玻爾的氫原子理論；德布羅意關系式，不確定關系式；波函數的統計解釋及條件；四個量子數；泡利不相容原理和能量最小原理。難點：光的波粒二象性；玻爾的氫原子理論；不確定關系；波函數的統計解釋；四個量子數的意義；泡利不相容原理和能量最小原理。6.3學時安排6.3學時安排系統單元教學時數教學單元數機械振動63機械波84波動光學126狹義相對論基礎63量子物理基礎126綜合復習427.課程實施7.1第六章機械振動7.1.1單元教學日期第1-2單元：第1周；第3單元：第2周；7.1.2單元教學目標第一單元：掌握簡諧振動的特征和規律——動力學方程和振動表達式（振動方程），能夠用代數解析法、旋轉矢量法及振動曲線求解描述簡諧振動的物理量和振動方程。第二單元：能夠從彈簧振子與單擺的初始運動狀態求出振動方程。掌握簡諧振動的能量特征。會根據振動方程計算諧振子的振動速度與加速度、平均動能與平均勢能。第三單元：掌握同方向同頻率的簡諧振動的合成規律，能夠計算合振動的振幅、初相，寫出合振動方程。理解互相垂直、同頻率的兩個簡諧振動的合成規律。了解互相垂直、不同頻率的兩個簡諧振動的合成、李薩茹圖形。7.1.3單元教學內容（含重點、難點）第一單元：簡諧振動，描述簡諧振動的物理量重點：簡諧振動表達式。難點：相位的概念。第二單元：簡諧振動的幾何表示法，簡諧振動的能量重點：旋轉矢量法的理解及應用，諧振能量守恒難點：旋轉矢量法的理解及應用第三單元：簡諧振動的合成第七章7.1機械波的產生和傳播重點：兩個同方向同頻率簡諧振動的合成；難點：兩個同方向同頻率簡諧振動的合成。7.1.4單元教學過程（按照參考教材章節，描述教學實施過程）索引用時/分 內容提要教學目標教學方法1單元第1節1.引入2.諧振定義3.諧振狀態描述4.習題1單元第2節1.實例2.確定諧振方程3.實例2單元第1節1.物理模型2