前    言

本专业学生主要学习物理学的基本理论和基本知识，受到进行物理实验以及教育理论与实践的基本训练，初步具备进行物理学基本理论及其应用研究的能力、从事物理教学和教学研究的基本能力。

我系规定物理学专业导论课程第一学年开设 教学总时间定为10课时，全部为理论。学生应当通过听课，熟悉我院的该专业的设置情况，了解和掌握物理学专业的培养目标，专业的主要课程及相互关系，掌握学习该专业的主要方法，为以后学习各门课程做好准备。

根据上述教学内容，我们制订了物理学专业导论的教学大纲，供四年制物理学专业学生教学使用。 

第一章  物理学概述

第一节     什么是物理学

目    的：重点介绍物理学的概念、研究对象和研究内容。

学    时：1学时

教学内容：

  一、什么是物理学

  二、物理学研究对象

  三、物理学研究内容  

                         第二节  物理学发展的历史回顾

目    的：重点介绍物理学的发展历史，了解物理学的状况。

学    时：1学时

教学内容：

一、物理学的萌芽时期。

二、经典物理学时期

三、现代物理学时期

第二章 专业培养目标和课程介绍

第一节    专业培养目标

目   的：通过介绍我校的人才培养定位，专业培养目标，让学生认识到学习该专业的重要性。

学    时：1学时

教学内容：

 一、我校概况介绍

二、我校的人才培养定位。

三、物理系的历史和现状介绍

四、物理学专业的人才培养目标

    本专业学生主要学习物理学的基本理论和基本知识，受到进行物理实验以及教育理论与实践的基本训练，初步具备进行物理学基本理论及其应用研究的能力、从事物理教学和教学研究的基本能力。

毕业生应获得以下几方面的知识和能力：

1.具有物理学科的基本理论、基本知识以及实验研究的初步能力；

2.掌握数学的基本理论和基本方法，具有较高的数学修养；

3．掌握和运用现代教育技术，特别是多媒体、网络教育技术的能力； 
4.熟悉教育法规，掌握并能够初步运用教育学、心理学基础理论，具有良好的教师职业道德素养和从事物理学教学的基本能力；

5.了解物理学的前沿理论、应用前景及发展动态，以及物理学教学的新成果，具有一定的创造能力和自学能力；

6.掌握文献检索、资料查询的基本方法，具有初步的科学研究和实际工作能力

第二节   专业课程介绍

目    的：通过对本专业各门课程及其之间的相互关系的介绍，使学生认识和了解各门课程学习的主要内容和方法。

学    时：3学时

教学内容：

主要课程：高等数学、数学物理方法、力学、热学、电磁学、光学、原子物理学、理论力学、热力学.统计物理学、量子力学、电动力学、固体物理学、物理教学论，中学物理实验与教学技能基本训练。其中高等数学、数学物理方法两门课程为我们学习物理学提供数学工具，力学、热学、电磁学、光学、原子物理学是普通物理学的五个分支，而热力学.统计物理学、量子力学、电动力学就是我们的四大力学，物理教学论，中学物理实验与教学技能基本训练两门课程为我们的学生以后从事中学教育事业做准备。

（一）普通物理学的五大分支

1、《力学》是研究物体机械运动规律的一门学科。在经典力学中，一般把力学分为运动学、动力学和静力学三部分。运动学研究物体位置随时间变化的各种情况，动力学研究物体的机械运动和物体的相互作用力之间的关系，静力学研究在力的作用下物体获得平衡的问题。《力学》是学习普通物理学的起始课程，对后继物理学诸学科课程具有奠基作用。

2、《热学》是普通物理学重要的一门基础课。热学是研究物质热运动规律的学科，它是物理学的一个重要组成部分；是以物质的热运动与其他运动形式之间的转化规律为其研究对象的一门科学。热学理论在热机制造、化学、冶金、气象学的研究，以及原子反应堆的设计上，都有重要的应用。对热现象的研究有两种理论和方法：即热力学方法和统计物理学方法。一为宏观方法和宏观理论，一为微观方法和微观理论。二者相辅相成。

3、《电磁学》是普通物理学又重要的一门基础课。它主要研究由电荷、电流产生电场、磁场的规律，电场和磁场的相互联系；电磁场对电流、电荷的作用，以及电磁场对物质的各种效应等。

4、《光学》是物理学的一个重要学科分支，它研究的内容十分广泛：包括光的发射、传播和接收的规律，光与其他物质的相互作用，光的本质及光在生产生活中的应用。主要包括：（1）几何光学：在光的传播的几个基本实验定律的基础上，用几何学方法研究光线方向的变化；（2）物理光学：研究光的本质，即讨论光的波粒二象性。物理光学可分为波动光学（研究光的波动本性，包括光的干涉、衍射、偏振现象），量子光学（研究光在与其他物质相互作用时表现出的粒子性），现代光学（是20世纪中叶新兴的光学分支）。

5、《原子物理学》是关于研究物质微观结构的一门科学，它包括原子物理学、原子核物理学和粒子物理学三部分。原子物理学就是研究原子的结构与性质及有关问题，它主要研究：原子的电子结构；原子光谱；原子之间或与其他物质的碰撞过程和相互作用。原子物理学的发展对激光技术的产生和发展，作出过很大的贡献。激光出现以后，用激光技术来研究原子物理学问题，实验精度有了很大提高，因此又发现了很多新现象和新问题；原子核物理学一方面是对原子核的结构、核力、核反应等问题的研究，另一个方面是原子能和放射性的应用；粒子物理学，又称高能物理学，它是研究比原子核更深层次的微观世界中物质的结构、性质，和在很高能量下这些物质相互转化及其产生原因和规律的物理学分支。

（二）理论物理四大力学

理论物理四大力学由传统的《理论力学》、《电动力学》、《量子力学》和《热力学、统计物理》组成，它是本科生在普通物理的基础上，为了进一步把感性认识提高到理性认识而必须学习的基础理论课程，在物理系本科生的基础课教学中占有核心的地位。理论物理学本身具有概念抽象、数学工具覆盖范围广的特点，其中理论力学以分析力学为核心，以完美的理论体系描述了粒子的机械运动，同时也为学习其它理论课程铺路。热力学与统计物理是凝聚态理论的基础理论，热力学总结了物质的宏观热现象（如压强、温度、体积的变化，物体间的能量转换等），而统计物理则从微观的观点（即认为物质由原子、分子组成，这些粒子间存在着相互作用）对宏观热现象作出了解释。电动力学以麦克斯韦方程为核心，以简洁的理论形式，高度概括了与电和磁相关的物理现象（包括电磁波的传播）。而量子力学讲述支配微观世界的规律，由于在21世纪人类对自然界的探索（如对生物过程的研究）将更多、更深入地在微观的层次进行，量子力学的重要性是不言而喻的。

1、理论力学

讨论经典力学问题。用分析力学（即拉格朗日力学和哈密顿力学）的观点处理牛顿力学问题，并加入混沌等较新的内容。本课程的内容概要为：质点和质点组动力学、运动学、刚体运动学、动力学；两体运动及转动参考系；拉格朗日方程建立及解；哈密顿正则方程建立及解；变分原理：哈密顿原理建立及解；微振动，正则变换，泊松括号及泊松定理等。

2、电动力学

电动力学的研究对象是电磁场的基本属性，它的运动规律以及它和带电物质之间的相互作用，是在电磁学的基础上系统的阐述电磁场的基本理论。

本课程主要阐述宏观电磁场理论。分为五个模块：第一模块是电磁现象的普遍规律。通过分析各个实验定律，利用数学工具从其中总结出电磁场的普遍规律。建立麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式。第二模块是静态场。讨论恒定电磁场问题，着重说明恒定场的基本性质和求解电场和磁场问题的一些基本方法. 第三模块是变化场，包含电磁波的传播和辐射。讨论电磁波的传播，包括无界空间中的电磁波的性质、界面上的反射折射以及有界空间中的电磁波问题；电磁波的辐射问题，介绍一般情况下势的概念和辐射电磁场的计算方法。第四模块是狭义相对论。从电动力学的参考系问题引入相对论时空观，由物理规律对惯性参考系协变的要求把电动力学基本方程表为四维形式，导出电磁场量在不同参考系间的变换，并说明相对论理学的基本概念，第五模块讨论带电粒子和电磁场的相互作用，并由此看出把宏观电动力学应用到微观领域的局限性。

3、量子力学

量子力学是研究微观粒子（分子、原子、原子核、基本粒子等）运动规律的理论，它有助于人们对微观结构的认识，并具有跨学科的性质（比如量子化学、材料科学、量子电子学和量子生物学等），其内容包括波函数和薛定谔方程、量子力学中的力学量、态和力学量的表象、定态微扰理论和自旋与全同粒子等。量子力学与相对论一起构成了现代物理学的理论基础。

4、热力学与统计物理

该部分是研究热运动的规律和热运动对物质宏观性质的影响。热力学是热运动的宏观理论，用“唯象”的方法，回避了宏观物体的微观结构，使用有限的宏观量（如温度、能量、体积、熵、比热等）来描述，这种描述的基础是能量守恒等几个来自实践经验的宏观基本规律（热力学第零~~第三定律）。统计物理是热运动的微观理论，它用统计的方法去处理复杂的微观运动，认为物质的宏观性质可看成是大量粒子运动的集体表现，宏观量是微观量的某种统计平均值。热力学和统计物理是针对宏观和微观这两个极端情形发展起来的，是相辅相成的。

主要内容热力学的基本定律、热力学函数及应用、相平衡、统计物理学基本概念、玻尔兹曼分布率、量子统计学、系统理论、涨落理论等内容，使学生掌握与热现象有关的物质性质及有关规律性并建立微观与宏观的联系。

                    第三章  教师介绍和学习方法介绍

第一节   教师介绍

目    的：通过介绍物理系任课教师，介绍他们的研究方向，使学生了解和熟悉各位任课教师，注重学习他们的专长。

学    时：1学时

教学内容：

一、物理学专业主要任课教师情况介绍

力学：田野 王延峰  

热学：王增波 杨洋  

电磁学：王增波 孟旭东

光学：李建民

原子物理：牛振风

理论力学：王增波 田野

电动力学：宋元军

量子力学：牛振风 王星

热力学与统计物理：杨洋

二、其它任课教师介绍

杨富 南景宇 郑伟 韩冰 冯浩

三、分别说明他们的学历学位、研究方向和教学科研成果。

  第二节   学习方法介绍

    目    的：主要介绍学习本专业各门课程的学习方法，使学生在学习过程中能够熟练应用。

学    时：1学时

教学内容：

一、课堂学习：

 二、课下学习：

    三、阅读参考书

    四、讨论交流

五、参加和专业有关的各种活动

                 第四章  本专业的前沿成果和参考书目

第一节    本专业的前沿成果

目    的：通过介绍本专业的前沿成果，使学生了解学习本专业的意义及重要性，并能明确学习的方向。

学    时：1学时

教学内容：

    主要介绍我系各位教师的研究方向、研究内容及取得的那就成果。

第二节  参考书目

目    的：所选的参考书目，包括了必读书目和选读书目，供学生学习使用。

学    时：1学时

教学内容：

一、教材书目：

1、《力学基础》漆安慎主编 高等教育出版社

2、《热学》李椿等主编 高等教育出版社1978年

3、《电磁学》赵凯华主编 高等教育出版社  第二版2013

4、《光学教程》姚启钧主编 高等教育出版社1989年

5、《原子物理学》褚圣麟编 高等教育出版社

6、《理论力学》周衍伯（第二版）高等教育出版社1986年

7、《电动力学》郭硕鸿主编 高等教育出版社 第二版

8、《量子力学》周世勋主编 高等教育出版社1987年

9、《热力学与统计物理学》汪志诚主编 第二版 高等教育出版社1993年

二、参考书目：

1、《力学》郑永令等主编 高等教育出版社 第二版

2、《热学》李洪芳主编 第二版 高等教育出版社1994

3、《电磁学》梁灿彬主编 高等教育出版社

4、母国光《光学》人民教育出版社1979年

5、杨福家《原子物理学》高等教育出版社 2008年4月

6、金尚年、马永利《理论力学》（第二版）高等教育出版社2002年

7、梁绍荣《电动力学》北京师范大学出版社1986年

8、曾谨言 著《量子力学导论》北京大学出版社1998年

9、苏汝铿《统计物理学》复旦大学出版社1990年

物理学专业导论教学时数表

学时：理论课10