三學分 普通物理 的 教學計劃

課本 Bauer and Westfall - UNIVERSITY PHYSICS with Modern Physics

 

學習目標

認識方程式

物理量與物理現象的觀念的掌握

科學發現與人物的故事

能欣賞高科技的品味(通識教育)

Problem-Solving 的能力

 

 

各週單元規劃

總上課週數 15 週(每學期間共十八週,扣除第一週課程介紹、期中期末)或 14 週(期中考檢討兩小時),放總授課時數為 14*3 = 42 小時或 15*3 = 45 小時。

課本 Bauer and Westfall - UNIVERSITY PHYSICS with Modern Physics

 

每堂課上一章

 

week-01(第一週)

首週課程說明 ( Introduction and course briefing ) (Motivation)

 

Ch.1. Overview (Scale, Vector, Units, Problem-Solving Strategy, etc.)

數字與數量的概念

定性與定量的不同

獲得 "量" 的方法:測量

單位與單位因次

誤差(絕對、相對)

有效位數

數量級的估計

等號的兩邊單位因次相同

辦決問題的金字塔

 

Ch.2. 微積分基礎:(直線運動)速度與加速度 (Basic Calculus : velocity and accelration)

有沒有微積分差在那

誰發明了微積分(牛頓與萊布尼玆)

極限

連續

許多的自然界現象(物理量)是建續變化的

導數(幾何意義:斜率)

 

解析求解微積分問題

常見微分公式

常見積分公式

變換變數

分部積分

求解微分方程式

 

數值求解微積分

數值微分

 

week-02(第二週)

Ch.3. 向量與二、三維的運動 (Vectors) (Vector Quantilities) (Bauer text Motion in 2 and 3 Dimesions)

什麼是向量(即向量的定義)

向量與座標轉換間的關係

向量的基底展開

正交歸一性

向量空間

函數空間

 

Ch.4. 牛頓定律 (Newton's Law) (Bauer Force : force, Newton's Law, Types of Forces)

伽利略的貢獻

 

牛頓的故事

牛頓的童年

歐氏幾何與牛頓

"原理"

嚴謹論述之科學的里程碑

 

牛頓與光學

雙三錂鏡分光的實驗

 

三一學院

亨利八世的雄厚財力,禮拜堂中的大理石像群、大飯廳中的名人像、火戰車故事的大方庭、依成績排選定的房間、學院外及植物園的蘋果樹。

 

第一定律(慣性定律)

 

不受外力下,物體靜者恆靜,動者恆沿直線作等速運動。

 

第二定律(力與加速度定律)

f = ma

 

第三定律(作用與反作用定律)

 

二階微分方程式的求解與初始條件

二階微分方程式要能完整解出,有兩個未定常數

質量的來源:希格斯粒子

 

Ch.5. Kinetic Energy, Work, and Power

變速、換檔

功率的定義

 

week-03(第三週)

Ch.6. Potential Energy and Energy Conservation 能量守恆

 

找尋守恆量與對稱性

研究冥冥之中的機制或力量就是物理的職責--定義位能

動能與位能互換的實驗

機械能守恆能被證明嗎?

時間的對稱性與能量守恆

 

Ch.7. Momentum and Collisions

粒子之間有交互作用甚至碰撞,有沒有什麼是在過程的前後會守恆的?

空間的對稱性與動量守恆

幾種典型的碰撞結果

二維碰撞

 

Ch8. Systems of Particules and Extened Objects

 

week-04(第四週)

Ch.9. Circular Motion 圓周運動

Ch.10. Rotation and Angular Momentum 轉動與角動量(兩小時)

描述轉動的快慢,角速度

轉動與平移(移動);線動量與角動量的諸公式對等形式

 

Ch.11. Static Equilibrium; Elasticity and Fracture 靜力平衡、彈性與破裂

 

小考(第五週晚上)

 

 

week-05(第五週)

Ch.12. Gravitation 重力 (第一個超距力)

Ch.13. 固體與流體 (Solids and Fluids) (Haliday text Ch.14 Fluid)

固體的彈性 (Elasticity)

靜態 流體靜力學 (Hydrostatic)

動態 流體動力學 (Hydrodynamic)

 

Ch.14. Oscilations and Normal Modes Haliday textbook (where to place this chapter?)

 

week-06(第六週)

Ch.15. Waves (Haliday text Wave - I)

Ch.16. Sound (Haliday text Wave - II)

Ch.17. Themperature, Thermal Expansion, Ideal Gas Law (Haliday Ch.18)

 

week-07(第七週)

Ch.18. Heat and the First Law of Thermodynamics

Ch.19. (Kinetic Theory of) Ideal Gases

Ch.20. The Second Law of Thermodynamics (Haliday Ch.20)

 

Mid-term Exam(第八週)

"流體、波動、熱學"

 

試題檢討(第九週)

連兩次上課日發考卷

另一小時 上課

 

week-08(第十週)

Ch.21. Electrostatics (Haliday Ch.21)

Ch.22. Electric Fields and Gauss's Law (Haliday Ch.22, Ch.23)

Ch.23. Electric Potential (Haliday Ch.24)

 

week-09(第十一週)

Ch.24. Capacitors (Halliday Ch.25 )

Ch.25. Current and Registance (Halliday Ch.26 )

Ch.26. DC Circuits

 

week-10(第十二週)

Ch.27. Magnetism (Haliday Ch.28 Magnetism)

Ch.28. Magnetic Fields of Moving Charges (including Magnetic Materials)  (Halliday Ch.30-32 MagMatt)

Ch.29. Electromagnetic Induction : Faraday's Law (Halliday Ch.30 Induction)

 

week-11(第十三週)

Ch.30. EM Oscilation and Alternating Circuits

Ch.31. Maxwell Equations and EM waves

Ch.32.  Geometric Optics (Halliday Geom Opt)

 

小考 (第十四週晚上)

"電學與磁學"

 

week-12(第十四週)

Ch.33. Lenses and Optical Instruments

Ch.34. Wave Optics (Halliday Ch.35-36 Interference and Diffraction )

Ch.%. 影片欣賞:光們故事 (1)

 

week-13(第十五週)

Ch.%. 影片欣賞:光們故事 (2)

Ch.%. 影片欣賞:光們故事 (3)

Ch.%. 影片欣賞:光們故事 (4)

 

week-14(第十六週)

Ch.35. Relativity (Special and General) (Halliday text 37)

Ch.36. Quantum Physics (old quantum theory)

Ch.37. Quantum Machinics (Shrodinger Eq and Wave functions)

 

week-15(第十七週)

Ch.38. Atomic Physics (Spectra, and lasers)

Ch.39. Elementary Particle Physics (and Cosmlogy)

Ch.40. Nuclear Physicsv (with Radioactivity)

 

week-15(第 XX 週)

R1. 保留(期中檢討、分數更正、點名)

R2. 影片欣賞:光的故事(出國時、四小時)

R3. 複習

R4. 一小時小考

R5. 半導體、二極體、電晶體

R4. 電腦模擬示範

 

Final Exam 期末考(第十八週)

 

 

其他教科書之資源

人物介紹:引自 Serway

開場問題(動腦總是比不動好)

簡單版:Giancoli

深度版:Halliday & Walker

有趣版:Walker 飛行馬戲

積分公式表:Serway

 

創新之上課方法

隨堂 Open Book 填空考試(名詞、人物、觀念、方程式、圖形)

社區服務加分

博士生視訊家教