1、1近代物理基础教学大纲（2011 年 1 月编制，民汉通用）课程编号： 课程类型：学科基础必修总 学 时：72/64 学 分：4适用对象：物理系材料物理/光电子专业本科生先修课程：高等数学，数学物理方法，物理类普通物理（力学，电磁学）使用教材：理论物理基础教程 ，刘连寿，高等教育出版社，2003 年 9 月参 考 书：理论物理基础 ，彭桓武/徐锡申，北京大学出版社，1998 年 4 月理论力学（第二版） ，周衍柏，高等教育出版社，2002 年 8 月电动力学（第三版） ，郭硕鸿，高等教育出版社，2008 年 6 月一、 课程性质、目的和任务根据物理系材料物理/光电子的专业特点，为有效地压缩理论
2、物理授课学时，特为两专业本科生开设近代物理基础课程。本课程为专业基础课，分两学期完成。近代物理基础包括分析力学 （含刚体力学）和电动力学 ， 近代物理基础 II包括量子力学和热力学与统计物理 ，课程总计四部分。近代物理基础重在讲授各组成部分的基本概念、基本理论和基本方法，在深度和广度上与普通物理相较应有一个较明显的区别和提升。本课程在程度上低于一般对四大力学的要求，但应当相对全面地讲授四大力学的基本内容。本课程在内容取舍方面，以反映物理学基本原理和理论结构为核心。在不牺牲严谨性和损害物理学主要结构的前提下，尽量简约内容，以使课程能在两个学期内完成。本大纲通用于物理系材料物理/光电子专业的民汉班
3、。二、 教学基本要求本课程为基础性理论课，通过该门课程的学习，培养学生抽象化和逻辑思维的能力及运用相应数学工具的能力，使学生初步掌握用数学语言去理解和描述各种物理现象和规律，解决实际物理问题，为学习后继课程和独立解决实际问题打下必要的基础。三、 教学内容及要求为有效压缩学时，理论物理的经典部份（力学、电动力学和狭义相对论）同普通物理的内容有较多的重复，考虑压缩，电介质、磁介质部份可去掉，静电场部份也可压缩。第一部分 分析力学第一篇 低速宏观物体的运动第一章 低速宏观运动的基本原理1.1.1 无约束质点的拉格朗日方程1.1.2 有约束情况下的拉格朗日方程1.1.3 最小作用量原理1.1.4 伽利
4、略相对性原理 自由质点的拉格朗日函数2第二章 守恒律1.2.1 动量和能量*1.2.2 守恒律与对称性的关系 角动量1.2.3 质点组的动量、能量与角动量 质心第三章 有心力场中的运动1.3.1 二体问题 约化质量1.3.2 有心力场中运动的一般分析1.3.3 平方反比引力 开普勒问题*1.3.4 碰撞与散射第四章 微振动1.4.1 无阻尼的微振动1.4.2 阻尼振动 共振1.4.3 多自由度的耦合振动第五章 刚体的运动1.5.1 刚体的角速度、角动量与转动能量1.5.2 刚体的运动方程1.5.3 非惯性系中的运动第六章 低速宏观运动规律的正则形式1.6.1 哈密顿方程1.6.2 守恒律 泊松
5、括号1.6.3 正则变换*1.6.4 作为坐标和时间函数的作用量 哈密顿雅可比方程第二部分 电动力学第二篇 高速运动的规律第一章 狭义相对论的实验基础和基本原理2.1.1 迈克耳孙莫雷实验2.1.2 相对论的基本原理 第二章 相对论的时空理论2.2.1 间隔 相对论的时空结构2.2.2 相对论的时空坐标变换公式2.2.3 相对论的速度变换公式2.2.4 相对论的时空性质*2.2.5 相对论时空理论的若干应用2.2.6 四维协变量及方程的协变性第三章 高速粒子的运动规律2.3.1 相对论力学的基本方程2.3.2 高速运动粒子的守恒定律2.3.3 电磁场中的带电粒子第四章 电磁现象的基本规律2.4
6、.1 电磁规律的三维表述2.4.2 电磁场的边值关系2.4.3 电磁场的守恒定律2.4.4 电磁规律的四维表述3第三篇 电磁场第一章 静电场3.1.1 静电势 静电问题的唯一性定理3.1.2 分离变量法3.1.3 电象法*3.1.4 格林函数法3.1.5 电多极矩法3.1.6 静电场的能量 电荷体系与外电场的相互作用第二章 静磁场3.2.1 矢势 静磁问题的唯一性定理3.2.2 磁标势3.2.3 磁多极子3.2.4 静磁场的能量 电流分布与静磁场的相互作用*3.2.5 超导体的电磁性质第三章 电磁波的传播3.3.1 平面电磁波3.3.2 电磁波在介质分界面的反射与折射3.3.3 电磁波在导体中
7、的传播3.3.4 谐振腔3.3.5 波导管第四篇 电荷体系与电磁场的相互作用第一章 宏观电荷体系辐射的电磁场4.1.1 电磁势的场方程 推迟势4.1.2 电偶极辐射第二章 运动带电粒子与电磁场的相互作用4.2.1 运动带电粒子的势和辐射的电磁场4.2.2 轫致辐射与同步辐射*4.2.3 切连科夫辐射*4.2.4 带电粒子的电磁场对粒子本身的反作用*4.2.5 电磁波的散射、吸收和色散四、 教学重点与难点第一部分 分析力学第一篇 低速宏观物体的运动第一章的重点是约束、自由度和广义坐标，拉格朗日方程，最小作用量原理。难点是虚位移、虚功原理与最小作用量原理。第二章的重点是守恒律。难点是对称变换。第三
8、章的重点是有心力场中运动的一般分析。难点是运动方程的解和比耐公式。第四章的重点和难点是阻尼振动。难点是多自由度的耦合振动。第五章的重点是刚体的运动方程。难点是惯量张量、惯量椭球，非惯性系。第六章的重点是哈密顿函数、正则方程及哈密顿原理。难点是正则变换。说明：分析力学是在牛顿力学基础上，用更普遍、 更一般的方法处理力学问题，具有更高的概括性。拉格朗日表述和哈密顿表述是经典力学原理的另外两种表述形式，更清楚地反映了客观规律的本质。4第二部分 电动力学第二篇 高速运动的规律第一章的重点相对论的基本原理。第二章的重点相对论的时空结构与时空性质。难点是四维协变量及方程的协变性。第三章的重点是相对论力学的
9、基本方程。难点是电磁场中的带电粒子。第四章的重点是麦克斯韦方程组的协变形式。难点是电磁场的守恒定律。第三篇 电磁场第一章的重点是静电势及其泊松方程，静电问题的分离变量法和电像法。难点是泊松方程的边值问题求解。第二章的重点是静磁场的矢势及其泊松方程，磁偶极子及其与外磁场的相互作用。难点是磁标势的引入。第三章的重点是电磁波在介质分界面的反射与折射。第四篇 电荷体系与电磁场的相互作用第一章的重点是电磁场的势和电偶极辐射。第二章的重点是运动带电粒子的势和辐射的电磁场。说明：电动力学是在电磁学的基础上系统阐述电磁场基本理论的重要基础理论，本课程的研究对象是电磁场，电磁场的基本属性及运动规律，以及它和带电
10、物质间的作用。学生应系统地掌握宏观电磁现象的基本理论，形成从场的角度整体思维观念。加深对电磁场性质和时空概念的理解。通过对电磁场运动规律和狭义相对论的学习，更深刻领会电磁场的物质性。五、实践环节 无六、学时分配 章 节 内 容 最少学时第一篇一绪论，拉格朗日方程，最小作用量原理，伽利略相对性原理，自由质点的拉格朗日函数 4二 动量，能量，角动量，守恒律与对称性的关系*，质点组的动量、能量与角动量 质心 4三 二体问题，有心力场中运动，平方反比引力，碰撞与散射* 4四 无阻尼的微振动，阻尼振动，共振，多自由度的耦合振动* 4五 刚体的角速度、角动量、转动能量与运动方程，非惯性系中的运动 4六 哈
11、密顿方程，守恒律，泊松括号，正则变换 6第二篇一 迈克耳孙莫雷实验，相对论的基本原理 1二相对论的时空结构，相对论的时空坐标变换、速度变换公式，相对论的时空性质，四维协变量及方程的协变性3三 相对论力学的基本方程，高速运动粒子的守恒定律， 45电磁场中的带电粒子四基础预备性知识：矢量分析电磁规律的三维表述，电磁场的边值关系，电磁场的守恒定律，电磁规律的四维表述4第三篇一静电势，静电问题的唯一性定理，分离变量法，电象法，格林函数法*，电多极矩法，静电场的能量，电荷体系与外电场的相互作用8二矢势，静磁问题的唯一性定理，磁标势，磁多极子，静磁场的能量，电流分布与静磁场的相互作用，超导体的电磁性质*6三 平面电磁波，电磁波在介质分界面的反射与折射，电磁波在导体中的传播，谐振腔，波导管 4第四篇一 电磁势的场方程，推迟势，电偶极辐射 4二运动带电粒子的势和辐射的电磁场，轫致辐射与同步辐射，切连科夫辐射*，带电粒子的电磁场对粒子本身的反作用*，电磁波的散射、吸收和色散*4注：由于法定公假的存在，学期内实际授课时间少于 72 学时，因此本大纲学时分配按最小 64 学时规定，授课教师可按实际教学情况作细微调整，但不应少于最小规定学时。带*号内容，作为选讲，可根据学时宽裕程度由教师自行掌握。教材原有带*号内容这里未列出。七、考核方式闭卷考试制定者： 霍文生 博尔汉校对者：审核者： 批准者：
