教學日歷課程中文名稱：力學課程英文名稱：Mechannics課程編號：課程性質：專業基礎課總學時：68學時授課習題課演示實習開課對象：物理學院本科生4820隨堂教材使用教材：《力學》，張漢壯編，高等教育出版社，2009年版參考教材：《力學》，鄭永令編，高等教育出版社，2002年版《力學》，漆安慎編，高等教育出版社，1997年版《力學》，趙凱華編，高等教育出版社，2004年版《力學與理論力學》，楊國楨編，科學出版社，2008年版教學手段：板書+多媒體+實物演示實習考核方式：平時考核+期中筆試+期末筆試教學目的：力學是研究物體機械運動規律的基礎課程，通過該課程的學習不但獲得專業知識，更重要的還要掌握學科體系以及解決科學問題的方法，培養邏輯思維以及接受新事物的能力，為后繼課程的學習奠定堅實的基礎。教學任務：對該課程的基本教學要求是闡明力學知識體系的邏輯結構和知識內容，通過典型例題，使學生掌握解決力學問題的一般方法。進一步可適當地將物理學的發展簡史，以及近代物理學的部分概念納入相關章節，活躍學生的思維，培養學生接受新事物的能力。課程基本教學內容與學時分配（總學時48+20=68）篇章內容提要學時分配授課習題演示第零篇緒論物理知識領域分類與力學發展簡史20隨堂教學第一篇：質點基本運動規律第一章：質點運動學引入質點的位置矢量、速度、加速度等參量，用以描述質點的運動。由微元法導出三者之間的矢量關系式，以此獲得運動參量之間的聯系。介紹矢量關系式在直角坐標、極坐標、本征坐標系下的分量表示方法，以方便實際運算。介紹同一質點的速度以及加速度在相對觀察者靜止和相對觀察者運動的參照系之間的變換關系，以解決相對運動中的參量變換問題。42第二章：慣性系下質點動力學從實驗觀察總結的角度，給出牛頓第一、二、三定律的描述，以確定慣性參照系下質點的基本運動定律。對自然界中所存在的力進行分類并總結力學中常見力的性質，以此體現物體之間的相互作用。介紹力學中的基本量、導出量以及量綱等概念，以實現對物理量度量單位的統一標準認識。32第三章：非慣性系下質點動力學從實驗觀察的角度總結慣性系與非慣性系，給出在不同慣性系下規律等價性的描述。引入慣性力，借助慣性系下的質點動力學方程導出非慣性系下的質點動力學方程，以獲得非慣性下的質點動力學規律。對引力場作用的慣性系與無引力場作用但加速運動的非慣性系的等價性給出描述，以體現對慣性力的本質認識。作為非慣性系下質點動力學方程的應用，分析地球表面常見的一些慣性力導致的自然現象，如，表觀重力、落體偏東、東北信風、傅科擺、太陽與月亮潮等。32第二篇：質點組運動定理與守恒定律第四章：質點組動量定理與守恒定律引入質點組的質心概念，導出質心所滿足的方程，用以描述質點組的整體運動規律。引入力的沖量和質點的動量概念，以牛頓第二定律為基礎，對力進行時間效果累計，導出質點的動量定理，進一步推廣為質點組動量定理，并在特殊條件下轉化為守恒定律，以獲得力對時間累計效果的運動定理。作為質點組動量定理的應用，討論變質量物體與附體之間的相互作用力關系式，并對火箭發射等變質量系統進行舉例分析。42第五章：質點組功能原理與守恒定律引入力的功和質點動能概念，以牛頓第二定律為出發點，對作用在質點上的合力進行空間標量累計積分，導出質點的動能定理，并進一步推廣為質點組動能定理，以初步獲得力對空間標量累計效果的運動定理。進一步分析質點組動能定理中內力功的特點，引入保守力、非保守力、勢能函數等概念，以此將質點組動能定理轉化為質點組機械能定理，并在特殊條件下轉化為守恒定律。作為質點組的動量定理和機械能能定理的應用，介紹一維和二維的碰撞問題。62第六章：質點組角動量定理與守恒定律引入力的力矩、質點角動量概念，由牛頓第二定律導出質點角動量定理。由質點角動量定理進一步推廣為質點組角動量定理，在特殊條件下轉化為角動量守恒定律，以此獲得質點動力學的第三個推論。簡介哈密頓量的對稱性與守恒量的關系，以提升對守恒定律的認識。作為質點組的機械能和角動量守恒應用，討論三種宇宙速度、有效勢能、兩體化單體等有心力場問題。32第三篇：特殊質點組運動與質點組特殊運動形式第七章：剛體定義角位移、角速度、角加速度等參量，并給出它們之間的相互關系式，用以描述剛體的定軸轉動。在剛體定軸轉動的特殊條件下，將質點組角動量定理的一般表達式簡化為剛體定軸轉動時的轉動定律、角動量定理、動能定理等，用以解釋剛體定軸轉動的原因。介紹剛體的平面平行運動的處理方法，即，質心的平動加繞質心的轉動，并總結剛體質心和相對質心轉動所遵從的動力學方程，用以處理剛體一般的平面平行運動問題。引入瞬時軸概念，選取瞬時軸上的點為基點，介紹剛體的平面平行運動相對瞬時軸轉動所遵從的動力學方程，用以處理剛體繞瞬時軸轉動的問題。介紹剛體平衡所需滿足的方程，用以處理剛體的平衡問題。原理性解釋對稱剛體的定點進動和章動現象，以擴大質點組角動量定理的應用。62第八章：流體分析靜流體內各點壓強之間的關系，介紹浸在流體內的物體所受的浮力規律-阿基米德定律，以及密閉流體的壓力傳遞規律-帕斯卡原理，用以解決靜流體問題。介紹理想流體穩定流動時的基本運動規律-連續性方程和伯努利方程，用以解決理想流體的穩定流動問題。作為伯努利方程的應用，分析小孔流速、流體和氣體的流速與流量測量、虹吸現象、馬格努斯效應。介紹粘滯流體內流層之間相互作用力關系式-粘滯定律，以及小球在粘滯流體中作勻速直線運動所受的阻力關系式-斯托克斯公式，用以解決流體流動時粘滯力對流體和其內物體的影響問題。22第九章：振動以幾個例子導出系統簡諧振動的動力學方程，分析其動力學和運動學的共同特征，給出簡諧振動的幾何描述，介紹簡諧振動的合成，用以解決系統的簡諧振動問題。給出阻尼振動的微分方程以及運動學解，進一步分析弱阻尼時的系統的能量問題。給出受迫振動的微分方程及其運動學解，重點討論穩態振動時的共振特征。簡介二自由度振子的振動。42第十章：波動分析機械波產生的條件與特點，引入波前、波振面、波線等概念，以實現對機械波的定性描述。以張緊的弦線以及固體棒為例，導出波動方程。分析波動方程的通解形式及其傳播特點，以實現對介質中存在無數類型波的理解。重點分析介質中無數類型波中最簡單的波動簡諧波。引入波速、波長、振動周期、振動頻率等概念以及相互關系，以實現對簡諧波的運動學描述。進一步分析簡諧波的運動學特點，以實現由已知點振動確定簡諧波運動學方程。分析行波的能量、傳播、反射以及合成等問題，重點分析合成中的特殊現象—駐波的產生和特點。分析波源發出頻率與觀察者接收頻率的差別，以實現對多普勒效應的理解。62第四篇：空時結構第十一章：狹義相對論以伽利略變換的經典空時觀為基礎，介紹麥克爾遜－莫雷否定以太存在的實驗，以闡明經典空時觀與實驗的矛盾。承認觀測的事實，介紹愛因斯坦提出的兩條基本假設，以此為基礎導出洛倫茲變換以及洛倫茲速度變換，為解釋狹義相對論運動學現象奠定基礎。給出狹義相對論范疇內質點的動量、質能關系、動能、能量與動量的關系等關系式，以初步了解狹義相對論動力學規律的表述。30第十二章：廣義相對論與宇宙學簡介進一步分析引力與慣性系，以突出狹義相對論遺留的兩個問題。介紹愛因