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近代物理专题
主讲教师 林辉/合肥工业大学
学习人数 704
开课周期 2024年09月19日 ~ 2024年11月30日
教学进度
预报名
进行中
已结课
课程期次 共 11 周
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近代物理是指自20世纪初,相对论和量子力学建立而发展起来的物理学理论,以及以其为基础而发展的各种各样的新的理论应用与科学研究方向。

相对论、量子力学、原子核物理是近现代物理学的三大理论支柱。

作为《大学物理》的延续课程,《近代物理专题》为物理基础好、对物理学习有更多期盼的物理类与非物理类理工科本科生,提供更多物理新理论的“科普化”窗口,引导学生探究物理学更多的近、现代发展分支。

专题涉及广义相对论、量子力学、固体物理、天体物理、超导、激光、原子核物理与粒子物理等,以及衍生而出的众多新兴学科,如量子信息技术、半导体物理、同步辐射物理、计算物理、核技术应用等。

每专题从物理学的基本概念和原理出发,深入浅出地向学生介绍深奥的近现代物理学理论;并采用科普化的语言和丰富的视频、图片、慕课、网络资源等,向学生展示近代物理学与当代高新科技应用之间千丝万缕的联系。


课程概述

一、我为什么要学习这门课?

近代物理是指自20世纪初,相对论和量子力学建立而发展起来的物理学理论。

作为《大学物理》的延续课程,《近代物理专题》课程承担着补充、完善《大学物理》中难以在课时内完成的教学内容,满足部分物理基础好、对物理学习有更多期盼的物理类与非物理类理工科本科生对近代物理学知识的渴求。

《专题》围绕着近现代物理学的三大理论支柱(相对论、量子力学、原子核物理)展开,大量采用科普化的语言和丰富的视频、图片、慕课、网络资源等,向学生展示近代物理学与当代高新科技应用之间千丝万缕的联系。

《专题》涉猎面宽、知识丰富、信息量大,通过辅以互联网智慧教学平台线上线下相混合,四-维时空拓展教与学模式,不限时、不限地地实现近代物理学知识的传授。

 

二、这门课的主题是关于什么?

《近代物理专题》紧紧围绕着近现代物理学的三大理论支柱(相对论、量子力学、原子核物理)展开,内容涉及广义相对论、量子力学、固体物理、天体物理、超导、激光、原子核物理与粒子物理等,以及衍生而出的众多新兴学科,如量子信息技术、半导体物理、同步辐射物理、计算物理、核技术应用等。

每专题从物理学的基本概念和原理出发,深入浅出地向学生介绍深奥的近现代物理学理论,并采用科普化的语言和多媒体资料等向学生展示近代物理理论与当代高新科技应用之间千丝万缕的联系。

 

三、学习这门课可以获得什么?特别是对自己有什么帮助和应用。

通过《近代物理专题》课程的学习,使学生对近代物理学的发展历史与现状有所了解和掌握,从中体会物理学研究方法的奥妙。对于我们的课程,同学们都给出了积极评价,如许多同学反映“课程信息量大、资料丰富,引导我发现广阔的网络教学资源”(如 2022211769 智能制造,王康);有的同学反映“有许多生动的例子,比较贴近生活”(2022213290 新能源,张曦);还有些同学反映“通过学习《近代物理专题》,我对量子力学的基本原理有了更深入的理解,不仅改变了我们对物质世界的认识,还引发了许多哲学上的思考” 2022212369 智科,周国庆);“扩展了我的知识面,让我了解到了物理前沿的科技应用”(2022210027 生物医学工程,邓申昊)。同学们对于我们部分内容线上线下相混合的“翻转课堂”的教学方式也给予了肯定评价:“我认为线上线下相结合是一种很好的教学方式,因为它既能保证学生在课堂上与老师的互动和交流,又能充分利用网络资源进行自主学习和拓展。同时,线下课程可以让学生更好地理解和掌握一些复杂的概念和技能,线上课程则可以提供更灵活的学习时间和空间”(2022212369 智科,周国庆)。

 

 四、这门课有什么特色和亮点?

   根基础、登高博远

延续《大学物理》教学内容,各专题坚持“立根”物理基础理论、逾跨物理各分支学科的发展前沿。

围绕相对论、量子力学与原子核物理三大近现代物理理论支柱,以定性、轻松、科普的形式向学生展示物理学的发展前沿与相关科技信息。

②面向“新工科”

 专题设计注重物理理论与技术应用相结合,给学生传达“物理上的一小步,工程应用上的一大“跃””的科技学史理念。

 树立学生新认知:学习物理不仅仅是科学素养的提升,也是滋养未来专业发展的垫脚石。

    ③ 灵活开放的课程体系

 近代物理学包含着众多发展分支, 32/24学时完全不可能涵盖。《专题》课程通过发展满满“溢出”的专题菜单,基于各专题系列相对比较独立的特点,可根据选修学生的专业,点菜式多样化组合专题菜单, 做到“因专业个性化”施教。

 丰富的网络教学资源也为《近代物理专题》开放式课程体系提供了坚实的基础。不断更新的慕课资源也为课程及时获取信息、跟上科技发展的时代脚步提供了保障。通过选材合适的知识章节、有趣的实验片段、轻松的测验问题等,丰富教学内容。

 专属智慧教学平台课程的搭建,也为资料分类存储与调用带来方便。 

④ 扩展链接物理前沿讲座

   基于物理学院物理系近年来不断引进新方向、新人才的良好机遇,将合肥工业大学物理学院开设的专业研究生课程《学科前沿讲座》视频,作为《近代物理专题》课程拓展学习的高级版,提升课程的两性一度。


课程大纲
  • 第1章 绪论
  • 第2章 第一章 物理学的发展概述(线上)(林辉)
    • 第1节 什么是“物理学”?
    • 第2节 物理学对工程技术的推动
    • 第3节 经典物理学的发展概述
    • 第4节 近代物理学革命的序幕
    • 第5节 中国近代物理开创者——胡刚复
    • 第6节 章节测验(物理学发展概述)
  • 第3章 第二章 广义相对论(线下)(林辉)
    • 第1节 爱因斯坦和狭义与广义相对论
    • 第2节 狭义相对论
    • 第3节 广义相对论
      • 第1课时 惯性质量=引力质量?马赫原理
      • 第2课时 广义相对论基本原理
      • 第3课时 广义相对论的可观测效应
      • 第4课时 广义相对论例题 哲学意义 为爱因斯坦正名
    • 第4节 章节测验(相对论)
    • 第5节 学科融合案例1-1:GPS修正与广义相对论
    • 第6节 学科融合案例1-2:北斗导航系统修正与广义相对论
    • 第7节 学科融合案例1-3:空间站与广义相对论
  • 第4章 第三章 量子力学的建立(线上)(林辉)
    • 第1节 微观量子性的发现
    • 第2节 矩阵力学抑或波动力学?
    • 第3节 波尔与爱因斯坦的争论
    • 第4节 章节测验(量子力学的建立)
  • 第5章 第四章 薛定谔方程的典型应用
    • 第1节 物体微观运动状态描述
    • 第2节 薛定谔方程
    • 第3节 薛定谔方程的典型应用
      • 第1课时 一维无限深势阱
      • 第2课时 一维势垒 隧道效应
      • 第3课时 一维谐振子
      • 第4课时 量子力学中的氢原子问题
      • 第5课时 电子的自旋 原子的电子壳层结构
    • 第4节 章节测验(薛定谔方程应用)
  • 第6章 第五章 固体物理基础与能带理论
    • 第1节 固体物理基础
      • 第1课时 固体物理的发展
      • 第2课时 晶体的结构与唯象方法
      • 第3课时 倒格子空间与布里渊区
      • 第4课时 晶体的结合与晶格的振动
      • 第5课时 章节测验(固体物理基础)
    • 第2节 能带理论
      • 第1课时 金属电子论的发展
      • 第2课时 电子的共有化与能带理论
      • 第3课时 布洛赫原理 布里渊区与能带理论
    • 第3节 导电性原理&能带理论的成功与局限
    • 第4节 章节测验(能带理论)
  • 第7章 第六章 硅信息时代
    • 第1节 半导体的发现 半导体物理与半导体硅
    • 第2节 微电子:没有硝烟的战争
    • 第3节 微电子工艺技术
    • 第4节 后硅时代 与半导体物理趣闻
    • 第5节 章节测验(硅信息时代)
  • 第8章 第六章 激光(选学 / 线上 )
    • 第1节 激光简介
    • 第2节 激光原理与特性
    • 第3节 激光器及应用
    • 第4节 章节测验(激光)
  • 第9章 第七章 原子核物理与粒子物理
    • 第1节 原子核的基本性质
      • 第1课时 放射性的发现 原子核的电荷和质量
      • 第2课时 原子核的大小和形状 自旋与磁矩
      • 第3课时 核磁共振 核力和介子
    • 第2节 原子核的结合能 裂变和聚变
      • 第1课时 核素图 原子核的结合能
      • 第2课时 裂变和聚变
    • 第3节 原子核的放射性衰变
    • 第4节 粒子物理
    • 第5节 章节测验(原子核物理与粒子物理)
  • 第10章 第九章 复杂物理问题的数值计算——计算物理
    • 第1节 计算物理学科的形成
    • 第2节 典型的计算物理方法
    • 第3节 数值方法与数学方法
    • 第4节 科学的计算工具
    • 第5节 物理问题中的偏微分方程
    • 第6节 确定论方法与概率论方法
    • 第7节 章节测验(计算物理)
授课目标

1.了解物理学分支及近代物理学发展历史

2.理解掌握近代物理学的相关内容与应用

3.掌握近代物理学对现代科技的促进作用

4.学习掌握唯物辩证法和科学的方法论


预备知识

具有《大学物理》的基本知识:狭义相对论与 早期量子论

配套教材
参考教材
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2 这门课程是免费学习的吗?
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