大学物理课程教案
力学基础教案
一力学基础（分成8讲，共计16学时）
经典力学的基础,包括质点力学和刚体力学定轴转动部分.着重阐述动量,角动量,和能量等概念及相应的守恒定律.
狭义相对论的时空观是当今物理学的基本概念,它和牛顿力学联系紧密.为此,把狭义相对论归入经典力学的范畴.
第01章质点运动学（4学时）
第02章质点运动定律（1学时）
第03章动量守恒和机械能守恒（3学时）
第04章刚体的定轴转动（4学时）
第05章万有引力场（部分内容穿插到第03章）
第18章相对论（4学时）
第01章质点运动学（4学时）
[教学内容]
§1-1 质点运动的描述
§1-2 加速度为恒矢量时的质点运动
§1-3 圆周运动
§1-4 相对运动
[基本要求]
1．掌握位置矢量、位移、加速度等描述质点运动及运动变化的物理量.理解这些物理量的矢量性、瞬时性和相对性.
2．理解运动方程的物理意义及作用.掌握运用运动方程确定质点的位置、位移、速度和加速度的方法，以及已知质点运动的加速度和初始条件求速度、运动方程的方法
3．能计算质点在平面内运动时的速度和加速度，以及质点作圆周运动时的角速度、角加速度、切向加速度和法向加速度 .
4．理解伽利略速度变换式, 并会用它求简单的质点相对运动问题
[重点]：
1．掌握位置矢量、位移、速度、加速度、角速度、角加速度等描述质点运动和运动变化的物理量，明确它们的相对性、瞬时性和矢量性。
2．确切理解法向加速度和切向加速度的物理意义；掌握圆周运动的角量和线量的关系，并能灵活运用计算问题。 3．理解伽利略坐标、速度变换，能分析与平动有关的相对运动问题。
[难点]：
1．法向和切向加速度 2．相对运动问题
§1-1质点运动的描述
§1-2 加速度为恒矢量时的质点运动（内容打乱当例子讲） [教学过程] 一、参考系
为了确定物体的位置而选作参考的物体称为参考系。要作定量描述，还应在参考系上建立座标系。 二、位矢与位移（为简化，讨论二维情况）
位置矢量（位矢）， r xi y j =+
大小 2||r r x y ==
+方向 cos x
r
α=
①运动方程
运动方程 ()()()()r r t x t i y t j z t k ==++
分量式()()
()x x t y y t z z t =??
=??=?
消去参数t ，可得轨道方程
②轨道方程（质点运动轨迹的曲线方程）：
(,)0f x y =
位移矢量（位移）：
()()B A B A B A r r r x
x
i y y j =-=-+-
[注]：一般情况下，路程≠位移，极限0t →时，dr AB =
三、速度
平均速度：r
v t
=
，方向：r 瞬时速度：dr dx dy dz v i j k dt dt dt dt
=
=++ 222
v v v v =++， 方向余弦：cos x
r
α=
， 。。。， 。。。 速率，是质点路程对时间的变化率：ds v dt
=
[例1]：（课本P7，例1）设质点运动方程为()()28
24
t r t t i j +=++， ()SI ，
求（1）3t s =时的v ，（2）运动轨迹。 解：（略）
[例2] （课本P7，例2）A 、B 由刚性杆l 连接，在光滑轨道上滑行。若A 以恒定的速率v 向左滑， 问：当60α=时B 的速度？
[例3]（课本习题1-3）如图所示，湖中有一小船，有人用绳绕过岸上h 高度处的定滑轮拉湖中的船向岸边运动。设该人以匀速率v 0收绳，绳不伸长、湖水静止，求小船的运动速度u 。
四、加速度，是质点速度对时间的变化率：
22
dv d r a dt dt ==
计算式：y x
x y dv dv a i j a i a j dt dt
=
+=+ 22
a a a a ==
+
[例3]：已以知一质点作匀加速直线运动，加速度为a 。求：它的运动方程。 解：dv a dt
=
直线运动
00
0t
v
v
adt dv at v v v v at =
?=-?=+?? ①
又
0dx
v v at dt
?=+ ()2
0000
12
t
x
x v at dt dt x x v t at +=?-=+
?? ② 故2012
x x vt at =++
[小结] 运动学问题有两类：①已知运动学方程求速度、加速度（微分法）
②已知加速度（或速度）和初始条件，求速度、位移。
[例4] 斜抛运动（课本p12-13内容）
§1-3 圆周运动 §1-4 相对运动
[教学过程]
一、自然坐标系：
沿轨道上某点，取切向t e 和法向n e 为两轴 二、圆周运动的法向加速度与切向加速度
000lim
lim lim lim n t n t t t t t v v v v v
a t t t t
→→→→+===+ n t n n t t a a a e a e =+=+
先求t a ：显然t v 是速率的变化量，故t dv
a dt
=，方向：切向。
（0t →时，t v 与v 同向，故切向！） 再求n a ：由相似形得
n v v R
BC = 即：n v
v BC R =
当0t →即0θ→时，弦长=弧长。BC BC =
故2
00lim
lim n n t t v v s v a t R t R
→→=== 方向：0t →时，n v v ⊥，故“法向”
2
t t n n t n dv v a a e a e e e dt R
=+=+
2
2
2
2dv v a a ????=+=a=a 推广至一般曲线：
()2
,
n t v dv a a dt
ρρ
=
=
曲率半径 说明：t a 由速率变化引起，n a 由速度方向变化引起。
三、圆周运动的角量描述（这是课本第4-1节的内容，为了减少第04章的压力，调整到第1-3节来） 课本.18p ，自己阅读掌握：
匀变速率圆周运动
202200122t t w t t w w w w t θββθβ?
=+??=-??
=+??
[例4]（课本P19例）：飞机在高空点A 时的水平速率为1940/km h ，沿近似圆弧的曲线俯冲到B 点，速率2192/km h ，经历时间为3s ，设圆弧半径为
3.5km ，俯冲过程可视为匀变速率圆周运动，不计重力加速度的影响， 求：（1）B 点加速度 （2）A B →经历的路程。
三、相对运动 1相对运动
a a a =+=+AB AC BC
AB AC BC
v v v
2． 时空观： 经典力学中，时间与空间的测量与参考系无关，即绝对。而质点r 、v 和轨迹与参考系的选择有关，即相对。
经典运用伽利略变换：
[例5]甲在车上发射弹丸，乙在地上看是竖直的。10(/)u m s =，60α=，求：v 。 解：v u v '=+
/)v utg m s α==
'x x vt y y z z t t '=+??
'=??
'=??=
?
km h的速度向东行驶，相对于地面竖直下落的雨滴，在车玻璃上形成的雨滴与竖直成30。求：雨滴对地、 [例6]火车以36/
对车的速率分别如何？
解：动体→雨滴
动系→火车
静系→地
第02章质点运动定律（1学时）
[教学基本要求]
一掌握牛顿定律的基本内容及其适用条件.
二熟练掌握用隔离体法分析物体的受力情况,能用微积分方法求解变力作用下的简单质点动力学问题 .
[课本内容]
§2-1 牛顿定律
§2-2 物理量的单位和量纲
§2-3 几种常见的力
§2-4 惯性参考系力学相对性原理
§2-5 牛顿定律的应用举例
[知识点]
1 牛顿三定律
2 单位和量纲
3 常见的力
[重点]：
1. 牛顿三定律的基本内容。
2. 应用牛顿定律解题的基本思路，特别是用微积分方法求解一维变力作用下的质点动力学问题。
3. 在非惯性系中求解力学问题；惯性力的物理意义
[难点]
1．变力作用下的质点运动问题。
[教学过程] 一、牛顿三定律
牛一定律：惯性定律。0F =时v 守恒
牛二定律： ()
d mv d p dv F m ma dt dt dt
=?== 牛三定律： F F '=-
二、惯性参照系
牛顿运动定律成立的参照系为惯性参照系。
生活实践和实验表明：地球可视为惯性系。车、地都是惯性系；此时车厢不再是惯性系 1．力学相对性原理
v v u '=+
因：u 是常量，故：a a '= （不同惯性系下，相同的力学形式） 推广：“不同惯性系下，牛顿力学的规律都等价” --力学相对性原理
2．非惯性系与惯性力 质量为m 的物体，在平动加速度为a 0的参照系中受的惯性力为0i F ma =-
第03章 动量守恒、能量守恒（3学时）
[教学基本要求]
1．理解动量、冲量概念,掌握动量定理和动量守恒定律 .
2．掌握功的概念,能计算变力的功,理解保守、力作功的特点及势能的概念,会计算万有引力、重力和弹性力的势能 . 3．掌握动能定理、功能原理和机械能守恒定律, 掌握运用守恒定律分析问题的思想和方法. 4．了解完全弹性碰撞和完全非弹性碰撞的特点 .
[教学内容]
§3-1 质点和质点系的动量定理 §3-2 动量守恒定律 §3-4 动能定理
§3-5 保守力与非保守力 势能 §3-6 功能原理 机械能守恒定律 §3-7 完全弹性碰撞 完全非弹性碰撞
02-1讲与第03-1讲合一）
§3-1 质点和质点系的动量定理 §3-2 动量守恒定律
[知识点]：
1． 动量定理：合外力的冲量等于质点（或质点系）动量的增量。其数学表达式为
2．动量守恒定律
当一个质点系所受合外力为零时，这一质点系的总动量矢量就保持不变。即
在直角坐标系中的分量式（略）
3. 质点的角动量定理
质点的角动量：对某一固定点有
v r m p r L ?=?= 角动量定理：质点所受的合外力矩等于它的角动量对时间的变化率
∑?
=-=i
i
t t P P P P dt F
,
1221常矢量时当外===∑
∑∑i
i i i i v m P F ,0
??? ???==
∑i
i i F r M
dt L d M 4.角动量守恒定律
若对某一固定点而言，质点受的合外力矩为零，则质点的角动量保持不变。即
[重点]：
1.掌握动量定理。学会计算变力的冲量，并能灵活应用该定理分析、解决质点在平面内运动时的力学问题。
2.掌握动量守恒定律。掌握系统动量守恒的条件以及运用该定律分析问题的思想和方法，能分析系统在平面内运动的力学问题。
3.掌握质点的角动量的物理意义，能用角动量定理计算问题。
4.掌握角动量守恒定律的条件以及运用该定律求解问题的基本方法。
[难点]：
1. 计算变力的冲量。
2. 用动量定理系统动量守恒分析、解决质点在平面内运动时的力学问题。
3. 正确运用角动量定理及角动量守恒定律求解问题。
[教学过程] §3-1 动量定理
引言：牛二定律揭示了力是改变运动状态的原因。此外，力作用于质点或质点组往往还有一段持续时间和持续空间。 一、冲量 质点的动量定理
()
d p F F dt d p d mv dt =
???→==变形21212
1
t
t
F dt p p mv mv ???→=-=-?积分
动量定理：在给定的时间间隔内，外力作用在顶点上的冲量，等于质点在此时间内动量的增量。 矢量性：某方向上的外力只改变该方向的p 。 优点：可忽略中间复杂过程，只看初末状态。
二、质点组的动量定理
常矢量时当===∑
0,0L L M
()1
1
1
10
2
1
t t
F f dt p p +=-? ①
()
2
1
2
2120t t F
f dt p p +=-? ②
①+②， (
)(
)()()
2
1
1212211020t t F F f f dt p p p p ??+++=+-+??
?
由牛三定律得，12f f =
故
()()()
1
2
1
2
10
202
1
t t
F F dt p p p p +=+-+?
推广：
02
1
t t
F dt p p =-∑∑∑?外
动量定理的微分形式：d p
F dt
=
外（质点组） [例1] 已知:：0.05m kg =的弹性刚球,设碰撞时间0.05t s =,1210/v v m s == 求:平均冲力(钢板所受) 解法一：()21cos cos 2cos x x x F t mv mv mv mv mv ααα=-=--= 210y y y F t mv mv =-=
2cos x y x mv F F F F t
α
=+==
（小球所受） 解法二：据矢量三角形，由几何边角关系求解。
(
)
F t m v m
==
[例2]（练习册 例3-6）如图，用传送带A 输送煤粉，料斗口在A 上方高h=0.5m 处，煤粉自料斗口自由落在A 上，设料斗口连续卸煤的流量为q m =40kg/s ，A 以v=2.0m/s 的水平速度匀速向右移动。求装煤的过程中，煤粉对A 的作用力的大小和方向. (不计相对传送带静止的煤粉质重)
§3-2 动量守恒定律
0F
=∑外
时，0p =
注：①内
外时，近似认为动量守恒。
②
0F
≠∑外
，但在某一方向上分量为零，则该方向上有动量守恒
③广泛适用，牛顿运动定律则不适于微观领域。
[例3] 炮车M 以仰角θ发射m ，m 相对于炮筒出口速度为v 。不计车与地面摩擦。求：炮车反冲速度大小。 解：（相对运动+动量守恒）综合题
设所求为V 。①水平方向上动量守恒；②统一参照系（地） ()cos m v V MV θ-= cos m V v M m
θ
∴=
+
[例4]（练习册 例3-5）三个物体A 、B 、C 每个质量都是M 。B 、C 靠在一起，放在光滑水平桌面上，两者间连有一段长为0. 4m 的细绳，原先放松着B 的另一侧用一跨过桌边的定滑轮的细绳与A 相连(如图)。滑轮和绳子的质量及轮轴上的摩擦不计，绳子不可伸长。问：
(1) A 、B 起动后，经多长时间C 也开始运动?
(2) C 开始运动时速度的大小是多少? (取g=10m ·s -2)
§3-4 动能定理
§3-5 保守力与非保守力 势能 §3-6 功能原理 机械能守恒定律 §3-7 完全弹性碰撞 完全非弹性碰撞
[知识点]：
1．功的定义
质点在力F 的作用下有微小的位移d r （或写为ds ），则力作的功定义为和位移的标积，即
θθcos cos Fds r d F r d F dA ==?=
对质点在力作用下的有限运动，力作的功为
?
?=b
a r
d F A
在直角坐标系中，此功可写为
???++=b
a z
b a y b a x dz
F dy F dx F A
应当注意，功的计算不仅与参考系的选择有关，一般还与物体的运动路径有关。只有保守力（重力、弹性力、万有引力）的功才只与始末位置有关，而与路径形状无关。
2. 动能定理
质点动能定理：合外力对质点作的功等于质点动能的增量。
2022121mv mv A -=
质点系动能定理：系统外力的功与内力的功之和等于系统总动能的增量。
0K K E
E A A -=+内外
应当注意，动能定理中的功只能在惯性系中计算。
3. 势能
重力势能：零势面的选择视方便而定。
弹性势能：规定弹簧无形变时的势能为零，它总取正值。
万有引力势能：取无穷远处为零势点，它总取负值。 4. 功能原理
)
()(00P K P K E E E E A A +-+=+非保内外
即：外力的功与非保守内力的功之和等于系统机械能的增量。
5. 机械能守恒定律
外力的功与非保守内力的功之和等于零时，系统的机械能保持不变。即
常量时，当非保内外=+=+P K E E A A 0
[重点]：
1.熟练掌握功的定义及变力作功的计算方法。
2.理解保守力作功的特点及势能的概念，会计算重力势能、弹性势能和万有引力势能。
3.掌握动能定理及功能原理，并能用它们分析、解决质点在平面内运动时的力学问题。
4.掌握机械能守恒的条件及运用守恒定律分析、求解综和问题的思想和方法。
[难点]：
1.计算变力的功。
2.理解一对内力的功。
3.机械能守恒的条件及运用守恒定律分析、求解综和问题的思想和方法。
[教学过程] §3-4 动能定理
前面讲了力对时的积累效果：212
1
t t F dt p p =-?
那么，力对空间的积累效果？
由牛顿运动定理：
22
212
2
1
1
1122r v r v
dv dv dr dv F m
m mv dt dr dt dt
F dr mvdv W mv mv ===?=?=-??
功：（中学中）
(,)cos ,W FS
F S W F S W FS F S θ?=?=??=??方向一致中学（方向不一致）
大学：F 变力，则把S 微分： cos b
b
a a
W F d S F dS θ==?? 几个力作功之和：（代数和）合力作功=各力作功之和： 12W W W =++
功率：做功的快慢
cos cos dw dr
p f F v F v dt dt
θθ=
=== 平均功率：W
p t
=（瓦特）
说明：①功与能关系。功量度能，功是过程量，能是状态量 ②忽略复杂过程，只须看看末状态！
[例1]：m 落入水中，刚接触水面时0v ，水中浮力=重力，水的阻力r F bv =-，b 为常量，求阻力对球作的功。 解：建立坐标如图。由定义：
r dx
dx W F dr bv dx bv
bv dt dt xt
==-=-=-????
22
bv dt b v dt =-=-??
其中，v t ?关系可由上次课知：
r dv F bv m
dt =-=? 00t v
v b dv dt m v
-=???0ln b v
t m v -=?0b t m v v e -∴= 代入：2
220
00
22211122t
bt bt bt m m m m W bv
e dt
bv e mv e b ---??????=-=---=- ? ? ?
? ???
????
?
3-5 势能
引言：功可以量度功能，一些特殊力作功还可以引入另一种能-势能 一、万有引力作功
2
cos()m m dW F dr G
dr r πθ'
?=?=- 2
11A
B
B A A
B
r r dr
W dW Gmm Gmm r r r ??''==-=- ???
??
表明：只与初末位置有关，与路径无关。
二、重力作功
dW G dr mgdy ==-
()2
12
1
B
A
y y
W dW mgdy mgh mgh ==
-=--??
表明：只与初末位置有关，与路径无关。
三、弹性力作功
2
1
22211122x x dW Fdx kxdx
W kxdx kx kx ==-??=-=-- ?
??
?
表明：只与初末位置有关，与路径无关。
1保守力：做功与路径无关的力
数学语言：0l
w F d r =
?=?
??
?常见的保守力：重力，万有引力，弹性力，库仑力
常见的非保守力：摩擦力安培力
2势能：与位置有关的能量
重力势能：mgy =P E
引力势能：'
p mm E G r
=-
弹性势能212
P E kx =
()21P P P W E E E =--=-?
说明：1. k E ，p E 都是状态量。 2．p E 有相对性。
3-6 功能原理 机械能守恒
质点动能定理：0k k w E E =- (1)
质点系动能定理：()
0k k w w w E E ++=-外保内非保内……(2) (2)整理，得
()()00k
p k kp E E E E w w E w w +--=+?=+外非保内
外非保内 功能定理
显然，当0w w +=外非保内时，0E ?= 即机械守恒。
[例] 光滑圆环竖直放置，A 为轻弹簧原长R ，小球m 运动到底B 点时对环没有压力，求弹簧劲度系数。 解：m ，弹簧，地球系统。
G ，T 为保守内力，做功； N 为外力，不做功。 故 A B →，系统的能量守恒： (
)0
2
211
2sin 30
2
2
mg R R mv kR -=+……(1) 对 B 由牛顿第二定律：
2
v kR mg m R
-= (2)
联立（1），（2），解得： 2mg
k R
=
第04章 刚体的定轴转动（4四学时）
[教学基本要求]
一 理解描写刚体定轴转动的物理量，并掌握角量与线量的关系. 二 理解力矩和转动惯量概念，掌握刚体绕定轴转动的转动定理.
三 理解角动量概念，掌握质点在平面内运动以及刚体绕定轴转动情况下的角动量守恒问题.
四 理解刚体定轴转动的转动动能概念，能在有刚体绕定轴转动的问题中正确地应用机械能守恒定律，能运用以上规律分析和解决包括质点和刚体的
简单系统的力学问题.
[教学内容]
1.转动惯量
2.刚体定轴转动定律 [教学要求]
1.理解转动惯量
2.掌握转动定律，会熟练解题 [知识点]：
1.描述刚体定轴转动的物理量及运动学公式。
2.刚体定轴转动定律
βI M =
3.刚体的转动惯量
∑?=2
i
i r m I （离散质点）
?=dm r I 2
（连续分布质点）
平行轴定理
2
ml I I c
+=
4.定轴转动刚体的角动量定理
定轴转动刚体的角动量 ωI L =
5.角动量守恒定律
刚体所受的外力对某固定轴的合外力矩为零时，则刚体对此轴的总角动量保持不变。即
6.定轴转动刚体的机械能守恒
只有保守力的力矩作功时，刚体的转动动能与转动势能之和为常量。
常量=+c
mgh I 2
21
ω
常量
时当外
=∑∑=i
i
I M ω,0
大学物理教案
大学物理教案 第一篇 力 学 力学（一）“力学的基本概念” 第一章 力学的基本概念 §1-1 时间和空间 1、 时间：时间反映物理事件的先后顺序和持续性。 2、 空间反映物体位置的变化和物体的大小。 §1-2 物体运动的一般描述 一． 参照系和坐标系 运动是绝对的，而对运动的描述是相对的 1． 参照系：为描述运动而被选作参考的物体 从动力学角度看，参照系不可任选； 从运动学角度看，参照系可任选。但参照系选取恰当，对运动的描述简单；参照系选取不当，对运动的描述复杂 如：地心说（托勒玫）与日心说之争 要定量地描述运动，还须在参照系上建立计算系统 2． 坐标系：建立在参照系上的计算系统 常用：直角坐标系、自然坐标系、球坐标系和柱面坐标系 二． 质点和位矢 1. 质点：是理想模型。忽略了物体的形状、大小、颜色等次要因素，而抓住质量和位置两个主要矛盾 2. 位矢r :描述质点空间位置的物理量 矢量描述：k z j y i x r ++= 大小：222z y x r ++= 方向：r x cos = α r y cos =β r z cos = γ 而： 1222=++γβαcos cos cos
三． 运动方程和轨道方程 1. 运动方程 矢量式：k )t (z j )t (y i )t (x )t (r r ++== 分量式：)t (x x =，)t (y y =，)t (z z = 2. 轨道方程: 0=)z ,y ,x (f ，即运动方程消去t 如由：j t sin R i t cos R r ωω+= 可得：222R y x =+ 四、位移 1. 位移矢量 k )z z (j )y y (i )x x (r r r 1212121 2-+-+-=-=? 2 12212212)z z ()y y ()x x (AB r -+-+-== ? r x x cos ?α12-= , r y y cos ?β12-=, r z z cos ?γ1 2-= 2. 位移r ?与路程s ? 始末位置定，r ?单值，s ?多值，即：s r ??≠ 3. 位移的合成 遵循平行四边形或三角形法则 五、速度 1.平均速度和平均速率 平均速度：t r v ??= 平均速率：t s v ??= 一般情况下，v v ≠ 2. 瞬时速度和瞬时速率
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大学物理实验教案
大学物理实验教案 作者姓名王悦 学科(教研室) 大学物理教研室 所在院系电气工程系
第一讲：误差与数据处理 本节授课时数：2学时 一、教学内容及要求 1、测量与误差 1. 了解测量的含义，理解测量的分类和测量四要素并会判断； 2. 掌握误差的分类和误差的来源并会计算误差； 3. 熟练运用直接测量偶然误差的估计公式进行误差估计； 4. 了解系统误差的处理。 2、不确定度的概念 1. 了解不确定度的分类； 2. 熟练掌握直接测量不确定度和间接测量的不确定度的计算。 3、有效数字的处理 要求熟练掌握各种运算中的有效数字位数的取舍原则。 4、数据处理 1. 了解数据图表法的优点和缺点，会熟练作图和制表，给学生强调容易忽视 的细节：比如图名，物理量的表示和单位以及描点的要求。 2. 熟练掌握用作图法求直线的斜率和截距的方法。理解如何把曲线改直。 3. 熟练使用逐差法，了解其使用的前提和优点。
4. 了解最小二乘法的由来和优点，能够熟练使用公式了解相关系数的意义。 二、教学重点与难点 重点： 1.系统误差和偶然误差的特点； 2.不确定度和置信概率的定义和其中的物理意义； 3.不确定度的分类和具体计算，有效数字的运算法则； 4.数据处理中的逐差法和最小二乘法。 难点：不确定度的传递和有效数字的运算法则。 三、教学后记 通过绪论课，不少同学应该都建立这样的思想：实验不仅仅是动手的过程，而操作后的数据是一个比较复杂和相当重要的工作。对于现在和以后的实验，不确定度的分析是占有很重要的地位。 实践部分：11个实验不同专业学生做的略有不同
大学物理学教案(上册)
大学物理学I 课程教案
大学物理学I 课程教案
第三章质点动力学 教材分析： 在前两章中，我们以质点为模型讨论了力学中的基本概念以及物体作机械运动的基本规律。在这一章中，我们将拓展这些概念和规律，把它们应用到刚体运动的问题中。本章主要讨论刚体绕定轴转动的有关规律，在此基础上，简要介绍刚体平面平行运动。 3.1 定轴转动刚体的转动惯量 教学目标: 1 理解刚体的模型及其运动特征； 2 理解转动惯量的概念和意义； 教学难点： 转动惯量的计算；动量矩守恒定律的应用 教学内容： 1 转动惯量的定义 2 转动惯量的计算(匀质长细杆的转动惯量、均匀细圆环的转动惯量、均匀薄圆盘的转动惯量、均匀球体的转动惯量) 3 平行轴定理 3.2刚体的定轴转动定理3.3 转动定理的积分形式——力矩对时间和空间的积累效应 3.5 守恒定律在刚体转动问题中的应用 教学目标: 1理解力矩的物理意义，掌握刚体绕定轴转动的转动定律 2 理解力矩的功和刚体转动动能的概念，并能熟练运动刚体定轴转动的动能定理和机械能守恒定律 3 用类比方法学习描述质点和刚体运动的物理量及运动规律 4 理解刚体对定轴转动的角动量概念和冲量矩的概念 5 掌握刚体对定轴转动的角动量定理和角动量守恒定律 教学难点： 刚体定轴转动定律 教学内容： 1 力矩 2 定轴转动的角动量定理 3 定轴转动的动能定理(力矩的功、定轴转动的动能、定轴转动的动能定理) 4 刚体的重力势能 5 机械能守恒定律的应用 6 角动量守恒定律及其应用 课后作业： 小论文： 1 关于转动惯量的讨论 2 陀螺运动浅析
第5章机械振动 教材分析： 与前几章所讨论的质点和刚体的运动相似，振动也是物质运动的基本形式，是自然界中的最普遍现象。振动几乎涉及到科学研究的各个领域。例如，在力学中有机械振动，在电磁学中有电磁振荡。近代物理学中更是处处离不开振动。本章将讨论机械振动的基本规律。 5.1 弹簧振子和单摆的运动方程 教学目标： 理解弹簧振子的动力学和运动学方程；理解单摆的动力学方程和运动学方程 教学重/难点： 弹簧振子的动力学方程的建立；单摆动力学方程的建立 教学内容： 弹簧振子的动力学方程、弹簧振子的运动学方程、单摆的运动方程 5.2 简谐振动 教学目标： 理解简谐振动的定义、简谐振动的运动方程 理解简谐振动的振幅、周期、相位的意义 掌握用旋转矢量表示简谐振动、理解简谐振动能量的特征 教学重/难点： 简谐振动的特征量：振幅、周期、相位 旋转矢量法、简谐振动的动能、势能 教学内容： 简谐振动的基本概念、简谐振动的旋转矢量图表示法、简谐振动的能量 5.3 同方向同频率的简谐振动的合成 教学目标： 理解同方向同频率的两个或多个简谐振动的合成 教学重/难点： 两个或多个同方向同频率简谐振动的合成 教学内容： 两个同方向同频率的简谐振动的合成、多个同方向同频率的简谐振动的合成 作业：P166 5.2 5.3 5.8 5.23
大学物理教案(下)
第十章 电磁感应 §10-1法拉第电磁感应定律 一、电磁感应现象，感应电动势 电磁感应现象可通过两类实验来说明： 1．实验 1）磁场不变而线圈运动 2）磁场随时变化线圈不动 2．感应电动势 由上两个实验可知：当通过一个闭合导体回路的磁通量变化时，不管这种变化的原因如何（如：线圈运动，变；或不变线圈运动），回路中就有电流产生，这种现象就是电磁感应现象，回路中电流称为感应电流。 3．电动势的数学定义式 () ??=l K l d K ：非静电力ρ ρρε （10-1） 说明：（1）由于非静电力只存在电源内部，电源电动势又可表示为 ??=正极负极 l d K ρρ ε 表明：电源电动势的大小等于把单位正电荷从负极经电源内部移到正极时，非静电力所做的功。 （2）闭合回路上处处有非静电力时，整个回路都是电源，这时电动势用普遍式 表示：() ??=l K l d K ：非静电力ρ ρρε （3）电动势是标量，和电势一样，将它规定一个方向，把从负极经电源内部到正极的方向规定为电动势的方向。
二法拉第电磁感应定律 1、定律表述 在一闭合回路上产生的感应电动势与通过回路所围面积的磁通量对时间的变化率成正比。数学表达式： dt d k i Φ -=ε 在SI 制中，1=k ，（S t V Wb :;:;:εΦ），有 dt d i Φ -=ε （10-2） 上式中“-”号说明方向。 2、i ε方向的确定 为确定i ε，首先在回路上取一个绕行方向。规定回路绕行方向与回路所围面积的正法向满足右手旋不定关系。在此基础上求出通过回路上所围面积的磁通量，根据 dt d i Φ -=ε计算i ε。 ,0>Φ00Φi dt d ε ,0>Φ00>?<Φ i dt d ε 沿回路绕行反方向 沿回路绕行方向:0:0<>i ε 此外，感应电动势的方向也可用楞次定律来判断。楞次定律表述：闭合回路感应电流形成的磁场关系抵抗产生电流的磁通量变化。 说明：（1）实际上，法拉第电磁感应定律中的“-”号是楞次定律的数学表述。 （2）楞次定律是能量守恒定律的反映。 例10-1：设有矩形回路放在匀强磁场中，如图所示，AB 边也可以左右滑动，设以匀速 度向右运动，求回路中感应电动势。 解：取回路顺时针绕行，l AB =,x AD =, 则通过线圈磁通量为 BLx BS 0cos BS S B ===?=Φορ ρ 由法拉第电磁感应定律有：
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第一章质点运动学 物理学是研究物质最普遍、最基本的运动形式的基本规律的一门学科,这些运动形式包括机械运 动、分子热运动、电磁运动、原子和原子核运动以及其它微观粒子运动等。机械运动是这些运动中最简单、最常见的运动形式,其基本形式有平动和转动。在平动过程中,若物体内各点的位置没有相对变化,那么各点所移动的路径完全相同,可用物体上任一点的运动来代表整个物体的运动,从而可研 究物体的位置随时间而改变的情况。在力学中,这部分内容称为质点运动学。 1．1参考系时间和空间的测量 1．参考系坐标系 一、参考系 在自然界中所有的物体都在不停地运动,绝对静止不动的物体是没有的。在观察一个物体的位置及位置的变化时,总要选取其他物体作为标准,选取的标准物不同,对物体运动情况的描述也就不同，这就是运动描述的相对性。 为描述物体的运动而选的标准物叫做参考系。不同的参考系对同一物体运动情况的描述是不同的。因此,在讲述物体的运动情况时,必须指明是对什么参考系而言的。参考系的选择是任意的。在讨论地面上物体的运动时,通常选地球作为参考系。 二、坐标系：建立在参照系上的计算系统 确定好参照系后，只能定性地描述物体的运动情况，为了定量地描述运动规律，即为了能给出物体运动的数学表达式，则需在参照系中建立坐标系。常用的坐标系是直角坐标系，另外还有极坐标系、球面坐标系和柱面坐标系。 1.1.2时间和空间 1、时间：时间反映物理事件的先后顺序和持续性。 2、空间反映物体位置的变化和物体的大小。 1.1.3长度的测量 质点运动的矢量描述 1.2.1质点 物体都有大小和形状,运动方式又都各不相同。例如,太阳系中,行星除绕自身的轴线自转外, 还绕太阳公转；从枪口射出的子弹,它在空中向前飞行的同时,还绕自身的轴转动；有些双原子分子,除了分子的平动、转动外,分子内各个原子还在振动。这些事实都说明,物体的运动情况是十分复杂的。物体的大小、形状、质量也都是千差万别的。 如果我们研究某一物体的运动,可以忽略其大小和形状,或者可以只考虑其平动,那么, 我们就可把物
大学物理教学大纲.
《大学物理》教学大纲 一、课程简介 大学物理是一门重要的专业基础课，大学物理课程既为学生打好必要的物理基础，又在培养学生科学的世界观，增强学生分析问题和解决问题的能力，培养学生的探索精神、创新意识等方面，具有其他课程不能替代的重要作用。 物理学的理论体系具有完美性和系统性。物理思想的表述，定律、定理的表达式，问题的科学处理方法，物理常量的测量等形成了完美的理论体系，对学生后续课程的学习具有重要的意义。近代物理内容的教学，使学生了解科学发展的前沿问题，为学生的创新奠定基础。 二、课程目标 通过本课程的学习，要求学生能够： 1、通过本课程的学习，要求学生能够对物理学的内容和方法、概念和物理图像、物理学的工作语言、物理学发展的历史、现状和前沿、及其对科学发展和社会进步的作用等方面在整体上有一个比较全面的了解，对物理学所研究的各种运动形式，以及它们之间的联系，有比较全面和系统的认识，并具有初步应用的能力。 2、注重物理学思想、科学思维方法、科学观点的传授。通过介绍科学研究的方法论和认识论，启迪学生的创造性思维和创新意思，培养学生的科学素质。 3、熟练掌握矢量和微积分在物理学中的表示和应用。了解物理学在自然科学和工程技术中的应用，以及相关科学互相渗透的关系。 4、通过学习科学的思维方法和研究方法，使学生具备综合运用物理学知识和数学知识解决实际问题的能力，提高发现问题、分析问题、解决问题的能力和开拓创新的素质。为学生进一步学习专业知识奠定良好的基础，也为学生将来走向社会从事科学技术工作和科学研究工作打下基础。 5、通过该课程的学习，使学生树立科学的唯物主义的世界观、方法论和认识论，具备独立分析和处理相关问题的能力，具有较强的自学和吸收新知识的能力。
大学物理教案上
第一章质点运动学 §1-1 质点运动的描述 一、参照系坐标系质点 1、参照系 为描述物体运动而选择的参考物体叫参照系。 2、坐标系 说明：参照系、坐标系是任意选择的，视处理问题方便而定。 3、质点 说明：⑴ ⑵质点突出了物体两个基本性质1）具有质量 2）占有位置 ⑶物体能否视为质点是有条件的、相对的。 二、位置矢量运动方程轨迹方程位移 1、位置矢量 定义：由坐标原点到质点所在位置的矢量称为位置矢量（简称位 矢或径矢）。如图1—2，取的是直角坐标系，r 为质点P的位置矢 量 k z j y i x r + + =（1-1） 位矢大小： 2 2 2z y x r r+ + = = （1-2） r 方向可由方向余弦确定： r x = α cos， r y = β cos， r z = γ cos 2、运动方程 质点的位置坐标与时间的函数关系，称为运动方程。 运动方程⑴矢量式：k t z j t y i t x t r )( )( )( )(+ + =（1-3） ⑵标量式：)(t x x=，)(t y y=，)(t z z=（1-4） 3、轨迹方程 从式（1-4）中消掉t，得出x、y、z之间的关系式。如平面上运动质点，运动方程为t x=，2t y=，得轨迹方程为2 x y=（抛物线） 4、位移 以平面运动为例，取直角坐标系，如图1—3。设t、t t? +时刻 质点位矢分别为r 、r ，则t?时间间隔内位矢变化为 （1-5） 称r ? j y y i x x r r r ) ( ) ( 1 2 1 2 1 2 - + - = - = ?（1-6） 大小为 讨论：⑴比较r ?与r ：二者均为矢量；前者是过程量，后者为瞬时量 ⑵比较r ?与s?（A→B路程）二者均为过程量；前者是矢量， 后者是标量。一般情况下s r? ≠ ? 。当0 → ?t时，s r? = ? 。 ⑶什么运动情况下，均有s r? = ? ？ 三、速度 图 1-3 图 1-2 y 图 1-1
大学物理电子教案运动学
大学物理电子教案 （electronic teaching plan for university physics） 绪论 （introduction） 一、什么是物理学what is physics 1、概念（conception） 研究物质结构及运动规律的学问 2、时间（time） 10-43s（普朗克时间）～1039s（质子寿命） 3、空间（space） 10-15m（质子半径）～1026m（至类星体距离） 二、为什么要学物理学（why study physics） 1、物理学是其它自然学的基础physics is basis of science （1）物理与化学（举例） （2）物理与生物学（举例） 2、物理学是工程技术的基础（physics is basis of technology） （1）工程技术是物理知识的一种应用（举例） （2）工程技术革命离不开物理学（举例） 3、物理学就在你身边（举例） （physics is your side） 三、如何学习物理学（how study physics） 1、抓住三个基本（grip three bases） 基本概念、规律、方法 2、注意理论联系实际（note integrate with practice） 工程实际（习题模拟）,生活实际,培养应用能力 3、注意看书技巧（note skill at reading） 先广博，后精专 Know something about evening， Know evening about something 第一章运动学 （Kinematics） §1-1 质点参考系与坐标系 （particle reference system and coordinate system） 一、质点（particle ） 1、概念（concept） 形状大小可忽略，而仅有质量的物体 2、质点是个理想模型（particle is an ideal model） 突出主要矛盾，忽略次要矛盾 3、何物可视为质点（which body can look upon particle） 形状大小对讨论问题影响不大之物 二、参考系（reference system） 1、概念（concept） 被选作参考的物体 2、作用(use) 使运动描述具体化。 物体运动相对参考系而言才有意义 如黑板，对教室，静止，对太阳，在运动。 三、坐标系(coordinate system) 1、概念(concept) 固联在参考系上的正交数轴组成的系统。
大学物理教案真空中的静电场
第五章真空中的静电场 第一节电荷、库仑定律 一、 电荷 电子具有电荷191.6021910e C -=-?(库仑)，质子具有电荷 191.6021910p C e -=?，中子不带电。物理学对电荷的认识可概括为： (1)电荷和质量一样，是基本粒子的固有属性； (2)电荷有两种：正电荷和负电荷，一切基本粒子只可能具有电子或质子所具有电荷的整数倍； (3)电荷具有守恒性； (4)电荷之间的相互作用，是通过电场作媒质传递的。 不同质料物体相摩擦后，每个物体有若干电子脱离原子束缚，进入到对方物体中去，双方失去电子数目不一样，一个净获得电子，一个净失去电子，这就是摩擦起电。核反应中，电荷也是守恒的，例如 用α粒子42He 去轰击氮核147 N ，结果生成178O 和质子11H 反应前后，电荷总数皆为9e 。 根据(2)，电荷€电场€电荷，质量€引力场€质量。 在电解液中，自由电荷是酸碱盐溶质分子离解成的正、负离子；在电离的气体中，自由电荷也是正、负离子，不过负离子往往就是电子；在超导中，传导电流的粒子是电子对(库珀对)，还可能是极化子、双极化子、孤子等。
从微观上去看，电荷是分立的，宏观上来看，其最小变化量与宏观粒子系统的总电荷量比较完全可被当作无穷小处理。所以宏观小微观大的带电体，电荷的连续性与分立性得到了统一。 二、 库仑定律 12301 4q q F r r πε=r r 或122014r q q F e r πε=r r 0ε为真空电容率(vacuumpermittivity)， 其数值为()()1222122208.85418781810/8.8510/C N m C N m ε--=??≈?? 介质中的库仑力 0r εεε=是电介质的介电常数，r ε是相对介电常数。 电介质中作用力比真空中小，是因为介质极化后，在点电荷周围出现了束缚电荷。它削弱了原点电荷之间的作用。 三、 叠加原理 实验表明，如果同时存在多个点电荷相互作用，则任意两个点电荷之间的相互作用，并
大学物理教案
大学物理教案 第一篇力学 力学（一）“力学的基本概念” 第一章力学的基本概念 § 1-1时间和空间 1、时间：时间反映物理事件的先后顺序和持续性。 2、空间反映物体位置的变化和物体的大小。 § 1-2物体运动的一般描述 一. 参照系和坐标系 运动是绝对的，而对运动的描述是相对的 1. 参照系：为描述运动而被选作参考的物体 从动力学角度看，参照系不可任选； 从运动学角度看，参照系可任选。但参照系选取恰当，对运动的描述简单； 参照系选取不当，对运动的描述复杂 女口：地心说（托勒玫）与日心说之争 要定量地描述运动，还须在参照系上建立计算系统 2. 坐标系：建立在参照系上的计算系统 常用：直角坐标系、自然坐标系、球坐标系和柱面坐标系 二. 质点和位矢 1. 质点：是理想模型。忽略了物体的形状、大小、颜色等次要因素，而抓 住质量和位置两个主要矛盾 2. 位矢r:描述质点空间位置的物理量 一一■ 矢量描述：r =xi yj zk 大小：r = ； x2 y2■ z2 方向：COS〉=- r cos ：=— r ②建立坐标 cos =- ①选参照系 r ③描述位置
而：cos2工'cos2：cos2 =1
运动方程和轨道方程 运动方程 矢量式：r =r(t) =x(t)i y(t)j z(t)k 分量式：x=x(t), y=y(t), z=z(t) 2. 轨道方程： f(x,y,z)=O，即运动方程消去t 如由：r =Rcos ti Rs in tj 可得：x2 y2= R2 四、位移 1. 位移矢量 二r = r2 _ H =(X2-xji (y2-yjj (Z2-zi)k Q r] =|AB =(X2 _X1 )2 ( y2 _ y1 )2(Z2 _乙)2 1. 2. 位移L r与路程 始末位置定，?汀单值，多值，即：- s 3. 位移的合成 遵循平行四边形或三角形法则 五、速度 1. 平均速度和平均速率 r 平均速度：v二一 豪 平均速率：V = —s A t 一般情况下，V#v 2. 瞬时速度和瞬时速率
大学物理课程教案
力学基础教案 一力学基础（分成8讲，共计16学时） 经典力学的基础,包括质点力学和刚体力学定轴转动部分.着重阐述动量,角动量,和能量等概念及相应的守恒定律. 狭义相对论的时空观是当今物理学的基本概念,它和牛顿力学联系紧密.为此,把狭义相对论归入经典力学的范畴. 第01章质点运动学（4学时） 第02章质点运动定律（1学时） 第03章动量守恒和机械能守恒（3学时） 第04章刚体的定轴转动（4学时） 第05章万有引力场（部分内容穿插到第03章） 第18章相对论（4学时） 第01章质点运动学（4学时） [教学内容] §1-1 质点运动的描述 §1-2 加速度为恒矢量时的质点运动 §1-3 圆周运动 §1-4 相对运动 [基本要求] 1．掌握位置矢量、位移、加速度等描述质点运动及运动变化的物理量.理解这些物理量的矢量性、瞬时性和相对性. 2．理解运动方程的物理意义及作用.掌握运用运动方程确定质点的位置、位移、速度和加速度的方法，以及已知质点运动的加速度和初始条件求速度、运动方程的方法 3．能计算质点在平面内运动时的速度和加速度，以及质点作圆周运动时的角速度、角加速度、切向加速度和法向加速度 . 4．理解伽利略速度变换式, 并会用它求简单的质点相对运动问题 [重点]： 1．掌握位置矢量、位移、速度、加速度、角速度、角加速度等描述质点运动和运动变化的物理量，明确它们的相对性、瞬时性和矢量性。 1 / 35
2 / 35 2．确切理解法向加速度和切向加速度的物理意义；掌握圆周运动的角量和线量的关系，并能灵活运用计算问题。 3．理解伽利略坐标、速度变换，能分析与平动有关的相对运动问题。 [难点]： 1．法向和切向加速度 2．相对运动问题 第01-1讲 §1-1质点运动的描述 §1-2 加速度为恒矢量时的质点运动（内容打乱当例子讲） [教学过程] 一、参考系 为了确定物体的位置而选作参考的物体称为参考系。要作定量描述，还应在参考系上建立座标系。 二、位矢与位移（为简化，讨论二维情况） 位置矢量（位矢）， r xi y j =+v v r 大小 22 ||r r x y ==+v 方向 cos x r α= ①运动方程 运动方程 ()()()()r r t x t i y t j z t k ==++v v v v v 分量式()()()x x t y y t z z t =?? =??=? 消去参数t ，可得轨道方程 ②轨道方程（质点运动轨迹的曲线方程）： (,)0f x y = 位移矢量（位移）： ()()B A B A B A r r r x x i y y j =-=-+-r r r r r V
(整理)大学物理授课教案 第三章 动量守恒和能量守恒定律.
第三章 动量守恒和能量守恒定律 §1-1质点和质点系的动量定理 一、质点的动量定理 1、动量 质点的质量m 与其速度v 的乘积称为质点的动量，记为P 。 （3-1） 说明：⑴P 是矢量，方向与v 相同 ⑵P 是瞬时量 ⑶P 是相对量 ⑷坐标和动量是描述物体状态的参量 2、冲量 牛顿第二定律原始形式 )(v m dt d F = 由此有)(v m d dt F = 积分： 1221 21p p P d dt F p p t t -==?? （3-2） 定义：?21 t t dt F 称为在21t t -时间内力F 对质点的冲量。 记为 （3-3） 说明：⑴I 是矢量 ⑵I 是过程量 ⑶I 是力对时间的积累效应 ⑷I 的分量式 ??? ????===???2 12121t t z z t t y y t t x x dt F I dt F I dt F I
∵ ??? ? ???=-=-=-???2 121 21)()()(12121 2t t z z t t y y t t x x dt F t t F dt F t t F dt F t t F （3-4） ∴分量式（3—4）可写成 ??? ??-=-=-=) ()()(121212t t F I t t F I t t F I z z y y x x （3-5） x F 、y F 、z F 是在21t t -时间内x F 、y F 、z F 平均值。 3、质点的动量定理 由上知 12p p I -= （3-6） 结论：质点所受合力的冲量=质点动量的增量，称此为质点的动量定理。 说明：⑴I 与12p p -同方向 ⑵分量式??? ??-=-=-=z 1z 2z y 1y 2y x 1x 2x p p I p p I p p I （3-7） ⑶过程量可用状态量表示，使问题得到简化 ⑷成立条件：惯性系 ⑸动量原理对碰撞问题很有用 二、质点系的动量定理 概念：系统：指一组质点 内力：系统内质点间作用力 外力：系统外物体对系统内质点作用力 设系统含n 个质点，第i 个质点的质量和速度分别为i m 、i v ，对于第i 个质点受合内力为内i F ，受合外力为外i F ，由牛顿第二定律有 dt v m d F F i i i i ) ( =+内外 对上式求和，有 ∑∑∑∑======+n 1 i i i n 1i i i n 1i i n 1i i )v m (dt d dt )v m (d F F 内 外 因为内力是一对一对的作用力与反作用力组成，故0=合内力F ， 有 P dt d F =合外力 （3-8） 结论：系统受的合外力等于系统动量的变化，这就是质点系的动量定理。 式（3-8）可表示如下
大学物理学教案
《大学物理学》教案 教学课题：§8.2 电通量高斯定理 选用教材：赵近芳.《大学物理学》（第3版）.北京邮电大学出版社
教学指标 课题：§8.2 电通量高斯定理 课型：新授课 课时：1课时 教学目标： 1.学生理解电通量的概念 2.学生掌握各种几何面电通量的计算 3.学生通过典型例题分析，自行导出高斯定理 4.学生正确理解高斯定理的含义，并能简单运用 教学内容： 1.电通量指电场线对于某几何面的通过量值，对电通量概念的理解是导出 高斯定理的前提与基础。 2.高斯定理是静电学部分非常重要的定理之一，是计算具有高度对称性静 电场的强大理论工具。 3.高斯定理表明了场强通过任意闭合曲面的通量与闭合曲面内的电荷之间 的数值关系，高斯定理内容的正确理解是准确运用高斯定理的保证。 教学重点：高斯定理内容 教学难点：高斯定理理解 教学方法与手段：知识点的推进遵从循序渐进、由表及里的原则。以多媒体教学为主要手段，辅以板书展示，利用详细语言讲授的方法，让学生通过眼、耳、大脑共同的感知，达到传授理论的目的。讲解过程结合适当练习达到具体、直观强化理论的目的。
教学过程： （一）导入新课 前面我们已经开始了静电场部分的学习，首先学习了库仑定律，我们知道了静止电荷周围存在静电场，并且用电场强度 q F E =定量的描述电场的性质，还学习了电场的计算，由点 电荷的电场r r q E 2041 πε= ，采用叠加原理计算各种带电体的电场分布。 我们本节课内继续研究静电场，进入本章第二节，电通量 高斯定理，这两点就是本堂课的重点。我们将学习电通量的计算、导出高斯定理、并准确理解定理内容。 （二）讲授新课 § 8.2 电通量 高斯定理 一、电场线 (Electric Field Lines) 1、 电场线 曲线上每一点的切线方向与该点电场方向E 一致 2、 E 的量值。 板书1： 点电荷的电场 r r q E 2 041 πε= 幻灯片1 根据点电荷电场线图理解定义， 电场线不仅要体 现各点场强方向还应反应出各点场强大小，如何？ 幻灯片2 板书2： 正点电荷电力线
大学物理电子教案10电磁场理论
《大学物理》教案 二〇一五年三月 第10章 电磁场理论 内容：全电流定律 麦克斯韦方程组 10.1全电流定律 麦克斯韦对电磁场的重大贡献的核心是位移电流的假说。位移电流是将安培环路定理运用于含有电容器的交变电路中出现矛盾而引出的。 我们知道，在稳恒电流中传导电流是处处连续的，磁场与传导电流之间满足安培环路定理 电流是稳恒的，所以∑i I 应该是穿过以该闭合回路L 为边界的任意形状曲面S 的传导电流。在非稳恒条件下，安培环路定理是否还成立？ 对于S 1曲面，因有传导电流穿过该曲面，故应用安培环路定理 而对于S 2面来说，因没有传导电流通过S 2，因此有 可见，在非稳恒电流的磁场中，把安培环路定理应用到以同一闭合回路L 为边界的不同曲面时，得到完全不同的结果。也就是说安培环路定理在非稳恒的情况下不适用了。 麦克斯韦注意到了安培环路定理的局限性，他注意到电容器充放电时，极板间虽无传导电流，却存在着变化的电场。麦克斯韦在仔细审核了安培环路定理后，肯定了电荷守恒定律，对安培环路定理作了修改。为了解决电流不连续的问题，麦克斯韦提出了位移电流的假设，把变化的电场 视为电流，称为“位移电流”。 电容器充放电时，设t 时刻A 极板电荷 为＋q ，电荷密度为＋σ，B 极板电荷为－q ， 电荷密度为－σ，极板面积为S ，则导线中 传导电流为 图10-2 位移电流 在电容器充放电过程中，板上的电荷面 密度为σ，两极板之间的电位移矢量大小 D=σ和电位移通量DS D =Φ都是变化的，电位移通量对时间的变化率就称为“位移电流”I d ，即
dt dD j d = （10-2） 麦克斯韦称I d 为位移电流强度，称j d 为位移电流密度。当电容器充电时，板上σ增加，极板之间电场E 也增大，电位移随时间变化率dt dD 的方向与电场方向一致，同时也与导体中电流方向一致；当放电时，板上σ减小，极板之间电场E 也减小，电位移随时间的变化率dt dD 的方向与D 方向相反同时也与导体中电流方向一致。为此，麦克斯韦提出假设：电容器中变化的电场可以看作是一种电流，其大小等于传导电流，方向与传导电流相同，即位移电流。这样，电容器两极板之间传导电流虽然中断了，但是有位移电流接替，于是解决了含有电容器的电路中电流不连续的问题。 10.1.2 全电流定律 麦克斯韦认为与传导电流的磁效应相同，位移电流按同样的规律在空间激发涡旋磁场，称为感生磁场。麦克斯韦的这一观点现在已为实验证实。导线中传导电流Ic 产生的磁场强度为B 1，应用安培环路定理可得： 以B 2表示感生磁场的磁场强度，仿照传导电流的情形可以建立关于I d 的安培环路定理： 麦克斯韦把传导电流I c 和位移电流I d 合称为全电流。B=B 1+B 2是全电流产生的磁场强度，称为全电流定理。 需要指出的是，虽然位移电流与传导电流一样激发涡旋磁场，但两者有根本区别：传导电流是由电荷的宏观定向运动形成的，而位移电流则是由变化电场所激发的。 麦克斯韦所作的两个基本假设是：变化磁场激发感生电场和变化电场激发感生磁场，将电场与磁场更为紧密地联系在一起，形成统一电磁场。麦克斯韦根据变化电场和变化磁场的相互激发，预言了电磁波的存在。20年后赫兹用实验证实了这一预言，从而也证实了上述两个基本假设的正确性。 只有那种有准备的头脑，才不会放过科学的机遇。 10.2麦克斯韦方程组 麦克斯韦电磁场理论的基本概念包括两个主要内容，即：①除静止电荷激发无旋电场外，变化的磁场还将激发涡旋电场；②变化的电场和传导电流一样激发涡旋磁场。这就是说，变化的电场和磁场不是彼此孤立的，它们相互联系、相互激发组成一个统一的电磁场。 （1）静电场的高斯定理
大学物理教案(上)
第一章 质点运动学 §1-1 质点运动的描述 一、参照系 坐标系 质点 1、参照系 为描述物体运动而选择的参考物体叫参照系。 2、坐标系 为了定量地研究物体的运动，要选择一个与参照系相对静止的坐标系。如图1-1。 说明：参照系、坐标系是任意选择的，视处理问题方便而定。 3、质点 忽略物体的大小和形状，而把它看作一个具有质量、占据空间位置的物体，这样的物体称为质点。 说明：⑴ 质点是一种理想模型，而不真实存在（物理中有很多理想模型） ⑵ 质点突出了物体两个基本性质 1）具有质量 2）占有位置 ⑶ 物体能否视为质点是有条件的、相对的。 二、位置矢量 运动方程 轨迹方程 位移 1、位置矢量 定义：由坐标原点到质点所在位置的矢量称为位置矢量（简称位矢或径矢）。如图1—2，取的是直角坐标系， r 为质点P 的位置矢量 k z j y i x r ++= （1-1） 位矢大小： 222z y x r r ++== （1-2） r 方向可由方向余弦确定： r x = αcos ，r y = βcos ，r z =γcos y 图 1-1 图 1-2
2、运动方程 质点的位置坐标与时间的函数关系，称为运动方程。 运动方程 ⑴ 矢量式：k t z j t y i t x t r )()()()(++= （1-3） ⑵ 标量式：)(t x x =，)(t y y =，)(t z z = （1-4） 3、轨迹方程 从式（1-4）中消掉t ，得出x 、y 、z 之间的关系式。如平面上运动质点，运动方程为t x =，2t y =，得轨迹方程为2x y =（抛物线） 4、位移 以平面运动为例，取直角坐标系，如图1—3。设t 、 t t ?+时刻质点位矢分别为1r 、2r ，则t ?时间间隔内位矢变化为 （1-5） 称r ?为该时间间隔内质点的位移。 j y y i x x r r r )()(121212-+-=-=? （1-6） 大小为 212212)()(y y x x r -+-=? 讨论：⑴ 比较r ?与r ：二者均为矢量；前者是过程量，后者为瞬时量 ⑵ 比较r ?与s ?（A →B 路程）二者均为过程量；前者是矢量，后者是标量。一般情况下s r ?≠? 。当0→?t 时，s r ?=? 。 ⑶ 什么运动情况下，均有s r ?=? ？ 三、速度 为了描述质点运动快慢及方向，从而引进速度概念。 1、平均速度 如图1-3， 定义： t r v ??= （1-7） 称v 为t t t ?+-时间间隔内质点的平均速度。 j v i v j t y i t x t r v y x +=??+??=??= (1-8） v 方向：同r ?方向。 说明：v 与时间间隔)(t t t ?+-相对应。 2、瞬时速度 粗略地描述了质点的运动情况。为了描述质点运动的细节，引进瞬时速度。 定义：dt r d t r v v t t =??==→ ?→?00lim lim 图 1-3
大学物理课程教学设计方案总结
大学物理课程教学设计方案总结 大学物理课程教学设计方案总结 《大学物理》课程教学设计方案总结 一、课程的地位和任务 物理学是研究物质最基本,最普遍的运动形式及其相互转化规律的科学.物理学的研究对象具有极大的普遍性,它的基本理论渗透在自然科学的一切领域中,应用于生产技术的各个部门,它是自然科学的许多领域和工程技术的基础.因此,我院将”大学物理”列为各专业的一门必修的统设公共基础课.课程的教学目的和任务是: 1.使学生对物理学的基本内容有较全面,较系统的认识.即学生通过学习物理学的基本概念,基本规律和实验课教学,了解自然界比较完整的物理图象,对物理学所研究的各种运动形式以及它们之间的联系有较全面,较系统的认识,对物理学的当代发展和成就以及物理学在工程技术中的应用有初步的了解. 2.使学生在逻辑思维能力,抽象思维能力以及分析问题与解决问题的能力方面受到初步训练;使学生掌握基本物理实验技能;使学生对科学实验在物理学研究和发展中的作用有正确的认识. 3.提高学生的科学素养,帮助学生增强爱国主义观念并建立辩证唯物主义世界观. 4.为学生进一步学习专业知识,掌握工程技术以及今后知识更新打下必要的物理学基础. 二、课程的特点和教学要求
本课程是一门公共基础课.根据郑州电力职业技术学院培养应用型工程技术人员的培养目标,并参照近年来国际上物理学课程教学改革的趋势,本课程应具有以下的特点: 1.保持物理学的核心内容系统,完整;在讲授经典物理学的有关概念,规律时尽早介绍相应的近代物理学的观点;注意增强对当代发展较活跃的物理学领域的成果和进展的介绍. 2.以中学物理为起点,注意知识衔接,避免简单重复. 3.本课程应安排在高等数学讲授完微商和不定积分的有关内容之后开始.应注意训练学生使用已掌握的高等数学知识来表达物理规律,分析和处理物理问题.对学生计算能力的要求应适当. 对本课程教学内容的基本要求分为以下三级: 1.深入理解,熟练掌握(属较高要求):规定为深入理解或熟练掌握的内容,要求学生在学习后能准确,完整地理解有关物理概念,规律的表达及其依据的现象,实验,能运用这些概念和规律,熟练地分析和解决一些问题,包括某些带有综合性的问题. 2.理解,掌握(属一般要求):规定为理解或掌握的内容,要求学生在学习后能依据这些概念和规律进行简单的分析,判断,能应用所学的公式进行计算.能正确地调整和操作有关的常用物理实验仪器,能应用处理实验数据的有关方法. 3.了解(属较低要求):规定为了解的内容,要求学生学习后知道其所涉及的物理现象,概念和规律,能识别其主要特征,方法和结论.对当代物理前沿专题部分标明的有关概念的定义能够识记.三、学时与作业本课程共需64学时学时分配如下:
大学物理教案机械振动与机械波
教学目标 1.掌握简谐振动的定义、表达方式、简谐振动的合成方法；了解自由、阻尼、强 迫等各类简谐振动的特点和规律。 2.掌握振动和波的关系、波的相干条件、叠加原理、驻波的形成条件、驻波的振 幅、相位和能量的空间分布，半波损失。 3.学会建立波动方程。 教学难点 多自由体系的小振动 第十一章 机械振动 振动是指物体或系统在其平衡位置附近的往复运动。(例子：物体位置、电流强度、电压、电场强度、磁场强度等)。 物体或系统质点数是无穷的，自由度数也是无穷的，因此存在空间分布和时间分布，需要用偏微分方程描述 (如果一个微分方程中出现多元函数的偏导数，或未知函数与几个变量有关，而且未知函数对应几个变量的导数，那么这种微分方程就是偏微分方程。例如弦包含很多的质点，不能用质点力学的定律研究，但是可以将其细分成若干个极小的小段，每小段可以抽象成一个质点，用微分的方法研究质点的位移，其是这点所在的位置和时间变量的函数，根据张力，就可以建立起弦振动的偏微分方程) 。 一、简谐振动(单自由度体系无阻尼自由小振动) 虽然多质点的振动要用偏微分方程描述，但是我们可以简化或只考虑细分成的每一小段，那么就成为单质点单自由度(只需一个坐标变量)的振动。 2222 22222,,0 cos():0i i t F k k F kx a x m m m d x d x a x a x dt dt x A t Ae e i ，令特征方程特征根：?ωωωωω?λωλω =-= =-==-=∴+==+=+==±A (振幅)、?(初相位)都是积分常数，k 为倔强系数。 在微分方程中所出现的未知函数的导数的最高阶数称为这个方程的阶。 形如 ()()dx P t x Q x dt +=的方程为线性方程，其特点是它关于未知函数x 及其导数dx dt 都是一次的。若()0Q x =，则()0dx P t x dt +=称为齐次的线性方程。 二阶常系数齐次线性微分方程的解法： ()() 1 2 121212121,212cos sin t t t t x c e c e x c c t e i x e c t c t λλλαλλλλλαβββ≠=+==+=±=+ 由cos()sin()x A t v A t ω?ωω?=+?=-+ 按周期定义， ()()cos()cos sin()sin A t A t T A t A t T ω?ω?ωω?ωω?+=++???? -+=-++???? ，同时满足以上两方程的T 的 最小值应为 2p w 1,2T n w pn ==，w 称为圆频率或角频率。不像A 、
大学物理电子教案
[第一次] Ⅰ 上学期考试情况总结 Ⅱ 本学期授课内容、各篇难易程度、各章时间安排、考试时间及形式等 第十章 静电场 【教学目的】 ☆ 掌握静电场的电场强度和电势的概念以及场的叠加原理。掌握电势与场强的积分关系。了解场强与电势的微分关系。能计算一些简单问题中的场强和电势。 ☆ 理解静电场的规律，高斯定理和环路定理。掌握用高斯定理计算场强的条件和方法，并能熟练应用。 【重点、难点】 ※ 本章重点：电场强度和电势的概念、叠加原理、场强和电势的计算、 高斯定理、高斯定理的应用 ▲ 本章难点：场强和电势的计算、高斯定理的理解 【教学过程】 ·库仑定律、电场、电场强度 2学时 ·电场强度计算、电力线、电通量 2学时 ·高斯定理及应用 2学时 ·电场力的功、环路定理、电势能、电势 2学时 ·电势计算、电势与场强的关系、习题 2学时 《 讲 授 》 〖引言〗电荷 电场 ·电荷 物质电结构 静电力 ·电场 静电场: ⑴定义 ⑵对外表现 ·电荷守恒定律（或称电量守恒定律） 一、库仑定律 电介质的影响 1 内容：⑴叙述 ⑵公式 12 12 122211221r r q q k r f f ?=-= 2 理解：⑴点电荷 ⑵常数k 2292291000.9109880.8--???≈???=C m N C m N k
令 0 41πε= k 于是 1212 122210122141 r r q q r f f πε= -= 式中恒量0ε称为真空的介电系数。介电系数亦称电容率． 2121201085.8 41 ---???≈= m N C k πε 3 电介质的影响 ⑴导体与电介质 ⑵自由电荷与束缚电荷 ⑶电介质中 2 2 12 2104141r q q r q q f r ? = ?= πεεπε εεε=0r ，ε称为电介质的介电系数． 二、电场强度 1 电场强度E 定义： ⑴ 0 q f E = ：大小、方向、单位 ⑵ 取10=q ：则电场强度为单位正电荷在电场中受到的电场力。 2 场强叠加原理 力的叠加原理：f = f 1+f 2+…+f n 两边除以q 0，得 ++=02010q q q f f f …0 q n f + 即 ++=21E E E …n E +（注：叙述） 3 场强的计算 ． ⑴点电荷电场中的场强 0200200 44r r f r qq r r qq πεπε== r f E 3 004r q q πε== （注：球对称场） ⑵点电荷系电场中的场强 ++=21E E E (i) n i i i n r q r E ∑== +1 304πε 无限大均匀电介质中 i n i i i r q r E ∑ ==1 34πε ⑶任意带电体电场中的场强