面对缤纷多彩的世界，人类一直不懈地找寻着其中隐藏的真理。

作为本科理工类各专业的基础课程，大学物理课程要求学生掌握物理学中最基本的概念和原理，对自然界中物质的基本结构、最基本最普遍的运动形态及其基本规律有比较系统的认识，并能运用所学的基本原理判断问题和解决简单的实际问题。培养学生科学思维和逻辑推理的能力、独立获取知识的能力、分析问题和解决问题的能力。

考核方式：平时成绩50%+期末考试成绩50%

本课程基于英文教材，采用全英文教学模式实施，在讲授相关物理知识点的同时助力学生逐步提高使用英文进行阅读和工作的能力。

《大学物理I（全英文）》教学大纲

    课程编号：PY006001

    课程名称：大学物理I（全英文）         英文名称：    University Physics I

学分/学时：3.5/58                       课程性质：     必修

    适用专业：本科工科各专业及理科          建议开设学期：第2学期

    先修课程：高等数学                      开课单位：     物理与光电工程学院

一、课程的教学目标与任务

大学物理课程是本科工科各专业基础课程，使学生对自然界中物质的基本结构、最基本最普遍的运动形态及其基本规律有比较系统的认识。使学生掌握物理学中最基本的概念和原理，以便在以后的学习和工作中能运用所学的基本原理判断问题和解决简单的实际问题。培养学生科学思维和逻辑推理的能力、独立获取知识的能力、分析问题和解决问题的能力。发挥物理学在培养学生建立辩证唯物主义世界观方面所起的作用。本课程基于英文教材，采用全英文教学模式实施，在讲授相关物理知识点的同时助力学生逐步提高使用英文进行阅读和工作的能力。

二、课程具体内容及基本要求

（一）质点力学 Mechanics of a Mass Point（14学时）

参照系和坐标系，质点；位置矢量，位移；速度，加速度；圆周运动，相对运动。牛顿运动定律及应用；惯性参照系和非惯性参照系；功，功率；动能，动能定理；势能，保守力和保守力；功能原理，机械能守恒定律；能量转换与守恒定律。冲量、动量、动量定理；动量守恒定律。

1.基本要求：

（1）．掌握位置矢量、位移、速度、加速度等描述质点运动和运动变化的物理量。能借助于直角坐标系熟练的计算质点在平面内运动（直线运动和曲线运动）时的速度和加速度（含切向加速度和法向加速度）。

（2）．掌握质点作圆周运动时的角速度、角加速度的含义及计算方法。

（3）．理解质点模型以及参照系和坐标系。

（4）．理解相对运动概念，并会分析、计算较为简单的相对运动中的位移、速度和加速度。

（5）.掌握牛顿定律及其适用条件，能用微积分计算一维变力作用下质点的简单动力学问题。

（6）掌握功的概念，并能熟练地计算直线运动情况下变力的功。理解保守力作功的特点及势能的概念，并会计算重力，万有引力和弹性力的功。

（7）掌握功能关系的几个原理（动能定理，功能原理，保守力的功和势能的关系等）的内容，适用条件及应用。

（8）掌握冲量，动量的概念，动量定理的内容及应用。

（9）掌握机械能守恒定律，动量守恒定律以及适用条件。掌握应用守恒定律分析问题的思想方法。

（10）了解惯性参照系，力学相对性原理，非惯性参照系和惯性力。

（11）了解量纲的意义。

2.重点、难点

重点：位移、速度、加速度的微积分关系，牛顿定律，功和能，动量。

难点：物理量的矢量关系，动量守恒应用。

3.作业及课外学习要求：课后配套习题。

（二）刚体力学Mechanics of a rigid body（8学时）

刚体运动的概述；质心，质心运动定理；刚体的定轴转动（力矩，转动定律，转动惯量，定轴转动中的功与能）；角动量，角动量定理，角动量守恒定律；进动。

1.基本要求：

（1）理解刚体这一物理模型的意义，了解刚体运动的基本描述。

（2）了解质心概念及质心运动定理，并会用质心、质心运动定理处理有关问题。

（3）理解力矩、转动惯量的概念并能进行基本计算，了解转动惯量计算的平行轴定理。理解定轴转动定律以及应用。

（4）理解转动中的功、能概念及功能关系。

（5）理解角动量概念、角动量定理、角动量守恒定律的内容及适用条件，并能分析计算有关问题。

（6）了解进动。

2.重点、难点

重点：力矩、转动惯量、角动量。

难点：角动量守恒应用。

3.作业及课外学习要求：课后配套习题。

（三）机械振动和机械波 Mechanical Vibration & Mechanical Wave（12学时）

谐振动；谐振动的参量；旋转矢量；单摆和复摆；谐振动的能量；谐振动的合成；阻尼振动，受迫振动，共振。机械波的产生和传播；波长，波的周期和频率，波速；简谐波的波动方程，波的能量，惠更斯原理，波的衍射，波的干涉；驻波；多普勒效应。

1.基本要求：

（1）掌握谐振动的基本特征。能建立物体作谐振动时的微分方程。能根据所给初始条件写出一维谐振动的运动方程，并理解物理意义。

（2）掌握描述谐振动的物理参量（特别是相位）的物理意义及求法。

（3）掌握旋转矢量法。

（4）理解两个同方向同频率谐振动合成规律以及合振动振幅极大和极小的条件。了解拍的含义，形成拍的条件。

（5）了解相互垂直的两谐振动合成的处理方法。

（6）理解谐振动的能量。

（7）了解阻尼振动、受迫振动和共振。

（8）理解机械波产生的条件。了解波阵面、波线的意义及相互关系。

（9）掌握波动参量的物理意义及其关系。

（10）掌握根据已知质点的谐振动方程建立平面简谐波的波动方程的方法，以及波动方程的物理意义。理解波形图线。

（11）了解波的能量传播特征，了解能流、能流密度概念。

（12）理解惠更斯原理和波的迭加原理。

（13）掌握波的相干条件，能熟练地应用相位差或波程差概念分析和确定相干波迭加后振幅加强和减弱的条件

（14）掌握驻波的特点及形成条件，能建立驻波方程并进行分析讨论。理解驻波和行波的区别。

（15）了解机械波的多普勒效应及其产生原因，并能应用公式进行简单的计算。

2.重点、难点

重点：简谐振动及合成，简谐波及相干合成。

难点：旋转矢量法，驻波。

3.作业及课外学习要求：课后配套习题。

（四）波动光学 Physical Optics（12学时）

光源，光的单色性和相干性；杨氏双缝实验，洛埃镜；光程，薄膜干涉；劈尖，牛顿环；麦克尔逊干涉仪；光的衍射；单缝衍射；圆孔衍射，光学仪器的分辨率；衍射光栅；伦琴射线的衍射；自然光，偏振光；反射光和折射光的偏振；马吕斯定律；双折射，偏振棱镜。

1.基本要求：

（1）理解获得相干光的方法。

（2）掌握光程的概念以及光程差和相位差的关系。能分析确定杨氏双缝干涉条纹及薄膜等厚干涉条纹的位置。

（3）了解麦克尔逊干涉仪的工作原理。

（4）了解惠更斯――菲涅尔原理。

（5）掌握分析单缝夫琅禾费衍射条纹分布规律的方法。会分析缝宽及波长对衍射条纹分布的影响。

（6）了解圆孔衍射，了解光学仪器的分辨率。

（7）掌握光栅衍射公式。会确定光栅衍射谱线的位置和缺级。会分析光栅常数及波长对光栅衍射谱线分布的影响。

（8）了解伦琴射线的衍射及布喇格公式。

（9）理解自然光和线偏振光。理解偏振光的获得和检验方法。理解布儒斯特定律和马吕斯定律。

（10）了解双折射现象。

2.重点、难点

重点：干涉、衍射和偏振。

难点：光栅衍射。

3.作业及课外学习要求：课后配套习题。

（五）热学 Thermodynamic & Kinetics theory of Gas（12学时）

分子物理学和热力学的研究对象和研究方法；平衡状态与平衡过程，理解气体的压强公式；气体分子的平均平动动能与温度的关系；能量均分定理，理解气体的内能；麦克斯韦速率分布率；波耳兹曼能量分布率；分子的平均碰撞次数和平均自由程。内能，功，热量；热力学第一定律对于理想气体的应用；气体的摩尔热容；绝热过程；循环过程，卡诺循环；热力学第二定律；可逆过程和不可逆过程；卡诺定理；熵；热力学第二定律的统计意义和适用范围。

1.基本要求：

（1）能从宏观和统计意义上理解压强，温度等概念。了解系统的宏观性质是微观运动的统计表现。

（2）了解气体分子热运动。理解理想气体的压强公式，温度共公式及它们的物理意义。从推导压强公式中了解从提出模型，进行统计平均，建立宏观量与微观量的联系到阐明宏观微观本质的思想和方法。

（3）理解能量均分定理，并会应用该定理计算理想气体的内能。

（4）了解麦克斯韦速率分布率。了解速率分布函数分布曲线的物理意义。了解气体分子热运动三种特征速率（算术平均速率，均方根速率，最可几速率）的意义，并知其求法。

（5）了解波耳兹曼能量分布率。

（6）了解气体分子平均碰撞次数和平均自由程。

（7）掌握功，热量，内能的概念；理解平衡过程。

（8）掌握热力学第一定律，能熟练的分析，计算理想气体各等值过程和绝热过程中的功热量，内能改变及卡诺循环的效率。

（9）会应用能量均分定理计算理想气体的定压热容和定容热容。

（10）了解可逆过程和不可逆过程。了解热力学第二定律的两种表述，了解这两种表述的等价性。

（11）了解熵的概念，了解热力学第二定律的统计意义及无序性。了解上波耳兹曼表述式。

2.重点、难点

重点：热力学第一定律的应用。

难点：麦克斯韦速率分布。

3.作业及课外学习要求：课后配套习题。

三、教学安排及方式

总学时 58 学时，其中：讲授 54 学时，实验  0 学时，上机  0  学时，实践  0  学时，研讨  0  学时，线上  4  学时。

注：教学方式包括面授和线上，其中面授包括： 讲授、实验、上机、实践、研讨五种。

四、考核及成绩评定方式

最终成绩由平时作业成绩、阶段性考核成绩、课程论文成绩、期末考试成绩等部分组合而成。各部分所占比例如下：

平时作业成绩：20%。主要考核对每堂课知识点的复习、理解和掌握程度。根据学生平时完成作业的情况、课堂讨论和回答问题的情况进行评定；

课程论文成绩：10%。主要考核和检验学生查找科研文献、分析科研文献的能力。学生可自拟题目或根据任课教师提出的题目撰写课程学习小论文，对论文和相关课外活动情况进行评定；

阶段性考核成绩：20%。按照学习的阶段和内容进行考核，由力学、振动及波动内容阶段性考核、光学内容阶段性考核、期中考试成绩等部分组成；

期末考试成绩：50%。闭卷考试，强调学习的全面性，要求知识点覆盖广，考核学生分析和解决问题的综合能力。

过程成绩提交时间和总评成绩计算说明表

注：上表用于说明授课过程中分项成绩提交时间，教师应在规定的时间内提交对应成绩，提前或逾期无法提交，一旦提交无法修改。大纲可以根据需要自行定义提交成绩的次数、时间和名称或说明，总评成绩计算必须与考核和成绩评定方式中描述的一致。

五、教材及参考书目

教材：《西尔斯当代大学物理》，作者：休D.杨 (Hugh D.Young) / 罗杰 A.弗里德曼(Roger A.Freedman)，机械工业出版社，2011。

参考书目：

1.《大学物理学》，吴百诗主编，西安交通大学出版社。

2. Principles of Physics Third Ed., by Serway and Jewett, Harcourt College Publishers, 2003.。

3. Physics for Scientists and Engineers, by Fishbane, Gasiorowicz, and Thornton, Prentice Hall, 1993.

六、说明

（一）与相关课程的分工衔接

本课程先修课程为：高等数学。

（二）其他说明

本课程的教学安排和方式可根据学生课堂内容接受程度进行适当调整。

教材及参考书目

教材：《西尔斯当代大学物理》，作者：休D.杨 (Hugh D.Young) / 罗杰 A.弗里德曼(Roger A.Freedman)，机械工业出版社，2011。

参考书目：

1.《大学物理学》，吴百诗主编，西安交通大学出版社。

2. Principles of Physics Third Ed., by Serway and Jewett, Harcourt College Publishers, 2003.。

3. Physics for Scientists and Engineers, by Fishbane, Gasiorowicz, and Thornton, Prentice Hall, 1993.