《改变世界物理学》教学大纲2014.10.16.doc

1、改变世界的物理学教学大纲一、课程开设基本情况（一）开课单位：光电信息学院大学物理教研室（二）学分：2 学分 总学时：32 学时（理论教学 32学时，实践教学 0学时）（三）课程类别： 选修 考核方式：考查（四）课程负责人： 李丽君 （五）选课对象：全校非 “理学门类和工学门类”的学生二、本课程的目的、性质及任务改变世界的物理学以新的视角，重点勾勒20世纪物理学的重大成就以及物理学在现代高新技术中的主要应用。其主要内容是结合物理学在航天、激光、材料、信息、能源、医学、生命科学和宇宙学等方面的应用，介绍物理学基本知识，融物理知识和前沿应用为一体。 改变世界的物理学还重视对学生的科学素质的培养，结合

2、科学史介绍著名物理学家的创造性思维以及勇于探索的精神，并注意介绍我国科技方面的重大成就及我国科学家的贡献。因此，通过开设改变世界的物理学课程，不仅可使非理工科学生知道物理学的基本结构和基本知识，帮助学生了解物理学在航天、激光、信息、能源、医学、生命科学和宇宙科学等各方面的作用，激发学生的学习兴趣，促进学生掌握科学的思维方法，更重要的是可提高文科学生的科学素养，培养创造思维和勇于探索的精神，拓宽学生视野，建立正确的世界观和人生观。三、本课程的基本要求本课程主要是使学生通过学习，既学到知识又能学到科学思维方法，要学生通过学习能够了解基本的物理知识，同时了解它们在高新技术中的应用，同时要求学生能够掌

3、握物理学的方法论和认识论，提高科学素养。四、本课程与其它课程的关系1本课程的先修课程: 无2本课程的后续课程: 无五、本课程的重点、难点和深广度本课程的重点：万有引力定律；宇宙速度；机械能守恒；角动量守恒；人造卫星及应用；谐振动及其描述；声波及其描述；电磁波；光的干涉、衍射、偏振、反射、折射和全反射；无线电波的传播；光电效应；康普顿效应；光的“波粒二象性”；原子能级与光谱；光与原子的相互作用；红外线；紫外线；X-RAY及其应用；元素的放射性；核能； 、 、 衰变；激光产生的原理；激光器的结构；激光的应用；分子结构；扫描隧道显微镜及应用；原子显微镜及应用；能源的种类；能源与环境；热能与机械能；核

4、电站；超声波的产生及应用；放射性衰变的规律；放射性药物及应用；激光在医学上的应用；时间的相对性；空间的相对性；质能关系；哈勃红移；宇宙的背景辐射；本课程的难点：三个宇宙速度；机械能守恒；动量守恒；角动量守恒；波函数；双缝干涉；全息照相；光电效应；康普顿效应；能级跃迁的辐射；红外线和紫外线的产生；X-RAY的产生和X-RAY的谱；晶体的结构；n型和p型半导体；PN结和晶体管；核裂变的过程；半衰期和平均寿命；衰变常数和指数衰变；时间膨胀；长度收缩；质能关系；哈勃红移。本课程的深广度：火箭的推进原理；空间波传播；声压、声强级的概念；微波、雷达及应用；红外线和紫外线的应用；测不准关系；黑体辐射；原子的

5、玻尔模型；电子显微镜；电子透镜；激光器的种类；激光原理；同步辐射光源及应用；晶体的结构；n型和p型半导体；PN结和晶体管；超导材料；纳米材料及应用；核电站；核聚变反应的控制；生物电磁效应；粒子手术刀；洛仑兹坐标变换；广义相对论；宇宙的起源和演化。六、学时分配章 次 授 课 内 容 理论学时第一章第二章第三章第四章第五章第六章第七章第八章导论航天与力学无处不在的波奇妙的有色和无色世界光与物质的相互作用微观世界及其探索光彩夺目的新光源物理学是能源科学的基础医学中的物理学44444444合 计 32七、教学建议1启发式，渗透式，跳跃式。2加强应用，联系实际，重视问题的提出，分析问题，解决问题的研究方

6、法。3注意介绍科学研究的方法论和认识论，努力扩大学生的知识面，开阔学生的眼界。4加强电化教育手段，介绍物理学在近代科技中的应用。八、参考资料（一）教材1倪光炯等编著.改变世界的物理学. 复旦大学出版社，2000年（二）主要参考书目1张礼主编， 近代物理学进展 ，清华大学出版社，1996年；2 （英）戴维嗣编，易心德译， 原子中的幽灵 ，湖南科学技术出版社，1992年；3 （古希腊）亚里士多德著，张竹明译， 物理学 ，商务印书馆出版，1982年格式同上第一章 导论（一）世界为什么变化这么快（二）从自然哲学到物理学1 中国古代的世界图景和哲学观 2 古代西方哲学观和物理知识 3 古代阿拉伯的物理知

7、识4 欧洲中世纪的科学为何发展缓慢（三）经典物理学产生的条件和建立过程1文艺复兴2天文学的突破3伽利略和近代力学的诞生 4笛卡儿、惠更斯和牛顿（四）19世纪物理学的成就和危机1电磁现象的研究 2从法拉第到麦克斯韦3热力学与统计物理的建立和发展 4经典物理学的“危机”，两朵乌云和三大发现（五）20世纪物理学的发展及其特点1向微观世界和宇宙空间进军 2向新事物和“复杂性”进军 3物理学与高新技术（六）物理学的社会教育和思想文化功能1科学的双重功能2物理学是“求真”的3物理学是“至善”的 4物理学是“美” 的第二章 航天与力学（一） 万有引力定律的发现 1牛顿生平2月亮为什么不掉下来3万有引力定律的

8、建立4海王星的发现（二）宇宙速度与动量及机械能守恒1火箭推进原理与动量守恒定律 2机械能守恒定律 3三个宇宙速度 4多级火箭（三）卫星运动与角动量守恒1人造地球卫星是怎样发射的2椭圆轨道与角动量守恒定律3失重现象及其解释（四）人造地球卫星的应用1通信卫星2气象卫星3地球资源卫星4科学探测卫星5太空实验第三章 无处不在的波（一）振 动1一个弹簧振子的振动2振动的描述3电（偶极）振子模型（二）声 波1声波纵波2波的描述3声压、声强级和噪声（三）电磁波概述1电磁波发现的历史2电磁波谱3无线电波的产生4电磁波横波（四）光的反射、折射和全反射1惠更斯原理2镜面反射3两种媒质界面上光的折射和反射4全反射（

9、五）光的干涉、衍射和偏振1光的干涉2光的衍射和分辨本领3全息 照相4有趣的偏振光（六）无线电波、广播和电视1无线电波的传播2无线电广播3传真和电视4频带宽度、载波频率和频道数目的关系（七）微波、雷达及其应用1 微波通信2雷达、多普勒效应3微波能的利用第四章 奇妙的有色和无色世界光与物质的相互作用（一）光的量子性1光电效应2康普顿效应3电子对效应4三种效应的相对重要性5光的“波粒二重性”（二）量子能级间的跃迁和辐射谱1原子的定态和量子能级2能级间跃迁的玻尔公式3原子、分子和固体的光谱概述（三）颜色从哪里来1光的三原色2色视觉3光与原子相互作用的振子模型4天空为什么是蓝色的5云为何是白色的6物质的

10、颜色和光的吸收（四）红外线与紫外线1红外线的产生和吸收2红外线的探测及其应用3紫外线的性质、应用及其防护第五章 微观世界及其探索（一）揭开研究微观世界序幕的三大发现1X射线的发现2放射性的发现3电子的发现（二）原子结构1卢瑟福散射和原子核的发现2玻尔模型3电子的波粒二重性4粒子运动的测不准关系（三）X射线与原子结构1X射线的产生和X 射线谱2X射线的应用（四）原子核的结构1中子的发现2一种新的相互作用力核力3核能来源4，和放射性衰变5核子结构6神秘的反物质（五）探索微观世界奥秘的近代技术1电子显微镜2质子激发X射线荧光分析（PIXE ）3中子活化分析4高能电子散射和粒子对撞机5扫描隧道显微镜（

11、STM）6原子力显微镜第六章 光彩夺目的新光源（一）激光产生原理与激光器结构1激光产生原理2激光简史和我国的激光技术3激光器的结构4激光器的种类（二）激光的特性及应用1激光的主要特性2激光应用简介（三）同步辐射光源的发现和特性1同步辐射的发现2中国科学家的贡献3同步辐射的特性（四）同步辐射装置和应用简介1同步辐射光源的组成部分2同步辐射装置的发展3同步辐射应用简介第七章 物理学是能源科学的基础（一）能源概况1能源及其分类2物理学与能源科学3能源与环境4能源危机（二）能源利用和开发1热能及其到机械能的转换2电 能3机械能4太阳能5干净的氢能（三）裂变反应堆核电站1裂变发现及裂变能的释放2链式反应的可能性及可控性3可控链式反应的实现4核电站简介