PAGE1PAGE5《理論力學》教學大綱一、課程基本信息課程代碼：092015課程名稱：理論力學英文名稱：TheoryMechanics課程學時（周數）：56學時實踐學時（周數）：0學時開設時間：三課程學分：3.5適用專業：（2020）車輛工程二、課程簡介1、課程性質理論力學是研究物體機械運動一般規律的科學。物體在空間的位置隨時間的改變稱為機械運動，機械運動是人們生活和生產實踐中最常見的一種運動，平衡是機械運動的特殊情況。課程的研究內容是速度遠小于光速的宏觀物體的機械運動，它以伽利略、牛頓總結的基本定律為基礎，屬于古典力學的范疇。課程的內容包括以下三個部分：1、靜力學——主要研究受力物體平衡時作用力所應滿足的條件；同時也研究物體受力的分析方法、力系簡化的方法等；2、運動學——只從幾何的角度來研究物體的運動（如軌跡、速度和加速度等），而不研究引起物體運動的原因；3、動力學——研究受力物體的運動與作用力之間的關系。在研究和學習理論力學的過程中，要堅持辯證唯物主義的認識論，實事求是，從實踐中來，到實踐中去。2．課程目標（一個課程目標對應一個畢業要求，一個畢業要求可由多個課程目標對應）本課程結合我國機床電氣控制的實際，吸收現代電氣控制新技術，具有實用性和先進性。各章節學時數僅供參考。前、后各章節聯系緊密，前面內容未基本掌握，后面學習就增加困難。要求學生有一定的電力拖動基礎知識，了解交直流電機的性能。通過本課程學習，學生要達到如下要求：1、熟悉受力物體平衡時作用力所應滿足的條件，掌握研究物體受力的分析方法、力系簡化的方法等。2、從幾何的角度來研究物體的運動（如軌跡、速度和加速度等），而不研究引起物體運動的原因。3、掌握受力物體的運動與作用力之間的關系。4、培養學生建立國家富強的民族自豪感和振興民族工業的責任感，引導學生建立愛崗敬業的社會主義核心價值觀和求真創新的社會責任感。引導學生熱愛勞動尊重勞動成果，腳踏實地掌握專業基本技能，才能勝任將來的工作并有利于個人的長遠發展。畢業要求指標點與課程目標的對應關系課程目標畢業要求指標點課程目標11課程目標23課程目標33課程目標45課程目標51課程目標67課程目標7123．教學要求本大綱是教師教學、學生學習的和考核的依據。以課堂教學為主，學生自學和討論為輔，教學必須完成大綱所規定的內容。對教學內容的安排順序、重點難點，教師可根據自己的教學經驗、科研成果和學生的實際情況作適當的安排調整。三、教學目的與基本要求理論力學是土木工程、機械設計制造及其自動化等專業的一門重要的、理論性較強的技術基礎課，也是各門力學課程(例如材料力學、機械原理、機械設計、結構力學、彈塑性力學、流體力學、振動理論及許多專業課程)的基礎，并在許多工程技術領域中有著廣泛的運用。本課程的任務是使學生掌握質點、質點系和剛體機械運動（包括靜力和動力平衡）的基本規律及其研究方法。初步學會使用這些理論和方法去分析、解決工程實際問題（包括把一些簡單的工程實際問題抽象為理論力學模型），為學習一系列的后繼課程打好必要的基礎，并為將來學習和掌握新科學技術創造條件。同時，結合本課程的特點，注意培養學生的辯證唯物主義世界觀，培養學生的辯證思維能力、抽象化能力、表達能力、計算能力和自學能力。總要求：對質點、質點系和剛體機械運動（包括平衡）的基本規律有較系統、全面的了解。掌握有關的基本概念、基本理論和基本方法及其運用。各部分基本要求：（一）靜力學1、熟悉各種常見約束的性質，對簡單的物體系統，能熟練地取分離體并畫出受力圖。2、熟悉力、力矩和力偶等基本概念及其性質，能熟練地計算力的投影、力對點之矩和力對軸之矩。3、掌握各種類型力系的簡化方法，熟悉簡化結果，能熟練地計算主矢量和主矩。4、能應用各種類型力系的平衡條件和平衡方程求解單個物體和簡單物體系統的平衡問題。對平面一般力系的平衡問題，能熟練地取分離體和運用各種形式的平衡方程求解。5、掌握計算物體重心的各種方法。6、理解滑動摩擦的概念和摩擦力的特征，能求解考慮摩擦時的平衡問題，了解滾阻的概念。（二）運動學1、掌握描述點運動的矢量法、直角坐標法和弧坐標法，能求點的軌跡，并能熟練地求解與點的速度和加速度的有關問題。2、熟悉剛體平動和定軸轉動的特征。能熟練地求解與定軸轉動剛體的角速度和角加速度以及剛體內各點的速度和加速度的有關問題。熟悉掌握角速度和角加速度以及剛體內各點的速度和加速度的矢量表示法。3、掌握運動合成與分解的基本概念和方法。熟練掌握點的速度合成定和牽連運動為平動時的加速度合成定理及其運用，掌握牽連運動為定軸轉動時的加速度合成定理及其運用。4、熟悉剛體平面運動的特征。能熟練運用基點法、瞬心法和速度投影法求解有關速度的問題。能熟練運用基點法求解有關加速度的問題。對常見平面機構能熟練地進行加速度分析。（三）動力學1、能建立質點的運動微分方程，能求解簡單情況下運動微分方程的積分。2、能理解并計算動力學中各基本物理量（動量、動量矩、動能、沖量、功、勢能等）。3、熟練掌握動力學普遍定理（包括動量定理、對固定點和質心的動量矩定理、動能定理）及相應的守恒定理，能熟練地選擇和運用這些定理求解質點、質點系的動力學問題。4、掌握剛體轉動慣量的計算，了解慣性積和慣性主軸的概念，會判定簡單情況下剛體的慣性主軸。5、能運用剛體定軸轉動和平面運動的微分方程求解有關問題。6、了解慣性力的概念，掌握剛體平動、對稱剛體作定軸轉動和平面運動時慣性力系簡化結果的計算。熟練掌握達朗伯原理（動靜法）的運用，了解定軸轉動剛體動反力的概念和消除動反力的條件。7、熟悉廣義坐標、自由度、虛位移和理想約束等概念。掌握虛位移原理的運用。8、能建立單自由度系統線性自由振動、衰減振動和強迫振動的微分方程，熟悉振動的特征，會計算振動的周期、頻率和振幅。了解臨界轉速和隔振的概念。四、教學進度章次題目教學時數緒論1學時第一部分靜力學16學時第一章靜力學公理和物體的受力分析 3.0學時第二章平面匯交力系與平面力偶系 3.0學時第三章平面任意力系 3.0學時第四章空間力系4.0學時第五章摩擦3.0學時第二部分運動學16學時第六章點的運動學2.0學時第七章剛體的簡單運動2.0學時第八章點的合成運動6.0學時第九章剛體的平面運動6.0學時第三部分動力學24學時第十章質點動力學的基本方程2.0學時第十一章動量定理3.0學時第十二章動量矩定理4.0學時第十三章動能定理4.0學時第十四章達朗貝爾原理4.0學時第十五章虛位移原理4.0學時第十六章機械振動基礎3.0學時總計56學時五、考核方式和成績評定辦法1、考核方式：筆試（閉卷考）2、成績評定辦法：平時、期末成績分別為30%、70%（平時成績由作業成績、課堂討論成績、中期小測驗成績等構成）六、內容摘要緒論（1學時）教學目的：了解理論力學的研究對象、主要任務、內容和學習方法。介紹一下力學的發展史及重要科學家的貢獻。比如，天才畫家達·芬奇，他在力學領域也做出了巨大貢獻，可以強調一下他的名言：一日充實，可以安枕；一生充實，可以無憾！讓學生課后進行一下人生規劃，讓大學生活過得充實和豐富多彩。教學重點：理論力學的研究方法和學習目的。教學難點：理論力學的實踐運用范圍主要教學方法：講授、舉例第一章靜力學公理和物體的受力分析（3學時）教學目的：理解靜力學的基本概念，掌握二力平衡公理，力的平行四邊形法則，三力平衡匯交定理，作用力與反作用定律及對物體進行受力分析的方法圖。掌握各種約束類型的約束反力的畫法；能熟練準確地畫出各種構件的受力圖。結合課程內容引入一些實際問題或人文故事。比如，在講“約束”一節時，首先要介紹自由體和非自由體，發現受到一定約束的非自由體才是最安全的。以此引申，可對學生說，做人也是一樣的，絕對的自由不是自由，具有一定約束的自由才是真正的自由。在講“滾動支座”時，發現滾動支座雖然可以左右滾動，但很多時候其效果卻比固定支座更好，比如隨處可見的鐵路、公路高架橋，橋面與橋墩中間都有一個滾動支座。人與人的關系也是如此，給予他人一定的空間，人際關系才會更好。教學重點：第一節靜力學公理第二節約束和約束力物體受力分析和受力圖力學模型和力學簡圖教學難點：受力圖本章基本概念：靜力學主要教學方法：講授、實踐例證、課后習題第二章平面匯交力系與平面力偶系（3學時）教學目的：掌握各種約束類型的約束反力的畫法；能熟練準確地畫出各種構件的受力圖。了解平面匯交力系合成的幾何法（力多邊形法則）；理解力在坐標軸上的投影及平面匯交力系的平衡條件與平衡方程；掌握力矩的概念及性質；掌握力偶系的合成與平衡條件。結合當今我國工業發展的現狀，闡述理論力學學習的重要性。教學重點：第一節平面匯交力系第二節平面力系對點之矩第三節平面力偶第三章平面任意力系（3學時）教學目的：掌握主矢、主矩的概念。能夠應用力的平移定理把平面任意力系向已知點簡化；理解平面力偶系和平面匯交力系的合成結果，得到平面力系簡化結果；理解平面任意力系的平衡方程及應用平衡方程解決物體平衡問題的方法。熟練掌握應用平面任意力系平衡方程求解實際問題的方法步驟。對比中外力學的發展，重點介紹我國力學學科領先的高校。教學重點：第一節平面任意力系的簡化第二節平面任意力系的平衡條件和平衡方程第三節物體系的平衡、靜定和超靜定問題教學難點：力系的平衡、靜定和超靜定、內力計算本章基本概念：平面主矢、主矩主要教學方法：講授、實踐例證、課后習題第四章空間力系（4學時）教學目的：掌握力在空間坐標軸上的投影和力對軸之矩的計算方法，了解空間力系的簡化結果和空間任意力系平衡方程。介紹機械專業較好的高校，引導學生積極提高學校和學歷檔次。教學重點：第一節空間匯交力系力對點與軸的矩空間力偶第四節空間任意力系向一點的簡化、主矢和主矩第五節空間任意力系平衡方程第六節重心教學難點：力對軸之矩的計算方法本章基本概念：空間主矢、主矩主要教學方法：講授、實踐例證、課后習題第五章摩擦（3學時）教學目的：理解滑動摩擦力，滑動摩擦定律，摩擦系數和摩擦角，自鎖現象。掌握考慮摩擦時的平衡問題;了解滾動摩阻的概念。由機械的摩擦引申到人文的摩擦，教授學生如何處理與人相處時摩擦的方法，比如張廷玉“六尺巷”的故事。教學重點：第一節滑動摩擦第二節摩擦角和自鎖現象考慮摩擦是物體的平衡問題教學難點：摩擦角、摩擦時的平衡問題本章基本概念：滑動摩擦、摩擦角、自鎖、滾動摩擦主要教學方法：講授、實踐例證、課后習題第六章點的運動學（2學時）教學目的：掌握點的運動方程、速度、加速度的矢量表示；掌握點的速度、加速度、在直角坐標軸上的投影；了解自然軸系；點的速度、加速度在自然軸上的投影。教授學生分析問題如何由簡入繁。教學難點：點的速度、加速度、在直角坐標軸上的投影第一節矢量法第二節直角坐標法自然法本章基本概念：自然軸系、矢量、運動學主要教學方法：講授、實踐例證、課后習題第七章剛體的簡單運動（2學時）教學目的：掌握剛體平動的特點和剛體定軸轉動的轉動方程；轉動剛體內各點的速度和加速度的分析及計算。告訴學生，上大學是來吃苦的，理論力學課程就需要吃苦，理工科后續還有很多需要吃苦的課程，從心理上就要先強化吃苦精神。教學重點：剛體的平行移動剛體繞定軸轉動轉動剛體內各點的速度和加速度教學難點：剛體定軸轉動的轉動方程本章基本概念：平動、轉動主要教學方法：講授、實踐例證、課后習題第八章點的合成運動（5學時）教學目的：理解合成運動的基本概念；掌握動點、動系的選擇方法；熟練應用速度合成定理求解合成運動的速度問題。掌握三種加速度的概念；掌握牽連運動為平動時點的加速度合成定理的應用。了解科氏加速度的概念和計算方法。講“科氏加速度”可以舉例臺風氣旋。教學重點：相對運動牽連運動絕對運動點的速度合成定理牽連運動為平動時的加速度合成定理教學難點：速度合成定理本章基本概念：合成運動、動點動系、科氏加速度主要教學方法：講授、實踐例證、課后習題第九章剛體的平面運動（5學時）教學目的：掌握剛體平面運動的特點；理解剛體平面運動的分解；掌握求平面圖形任一點速度的基點法和瞬心法，熟練掌握平面運動剛體上各點速度的分析方法（基點法）。掌握確定某瞬時剛體的速度瞬心的方法；熟練應用速度瞬心法求解平面圖形內各點的速度。掌握平面圖形內各點加速度分析的基本方法。舉例說明我國制造業的優勢和不足，使學生具有正確的認識，培養使命感。目前我國在一些特鋼制造和高鐵車軸等方面與一些發達國家都還有不小的差距，技術受制于人，作為學機械的學生是不是任重而道遠啊？教學重點：第一節剛體平面運動的概述和運動分解第二節求平面圖形各點速度的基點法求平面圖形各點速度的速度瞬心法教學難點：平面圖形任一點速度的基點法和瞬心法本章基本概念：基點法、瞬心法主要教學方法：講授、實踐例證、課后習題第十章質點動力學的基本方程（2學時）教學目的：掌握質點動力學基本定律。熟練應用質點運動微分方程解題。熟練掌握質點動力學第一類問題以及質點動力學第二類問題的解法。講述我國力學學科的發展史以及部分著名科學家的生平事跡，如錢學森。教學重點：動力學的基本定律質點的運動微分運動方程教學難點：質點運動微分方程本章基本概念：質點、動力學主要教學方法：講授、實踐例證、課后習題第十一章動量定理（4學時）教學目的：理解動量、沖量的概念，掌握動量定理和質心運動定理的內容及應用條件。分析“走鋼絲”的學問、直升機尾翼及無人機的運動形式。教學重點：動量與沖量動量定理質心運動定理教學難點：動量定理及其運用本章基本概念：動量、沖量主要教學方法：講授、實踐例證、課后習題第十二章動量矩定理（4學時）教學目的：理解動量矩和轉動慣量的概念，熟練掌握動量矩定理的內容及應用條件。熟練掌握剛體繞定軸轉動定律。通過舉當年人造衛星天線的例子，號召學生學習航天人不怕吃苦，勇于擔當的精神。教學重點：質點和質點系的動量矩第二節動量矩定理剛體繞定軸的轉動微分方程第四節剛體對軸的轉動慣量質點系相對于質心的動量矩定理剛體的平面運動微分方程教學難點：轉動慣量、動量矩定理本章基本概念：動量矩、轉動慣量主要教學方法：講授、實踐例證、課后習題第十三章動能定理(4學時)教學目的：理解力的功、質點和質點系的動能；掌握動能定理；了解勢力場和勢能。掌握機械能守恒定理；掌握普遍基本定理的綜合應用。通過舉例講述能量之間的轉化方式。教學重點：力的功質點和質點系動能第三節動能定理第五節勢力場、勢能、機械能守恒定律普遍定理綜合應用舉例教學難點：動能定理、能量守恒、普遍定理本章基本概念：主要教學方法：講授、實踐例證、課后習題第十四章達朗貝爾原理（4學時）教學目的：理解慣性力的概念。掌握質點和質點系達朗貝爾原理；掌握剛體慣性力系的簡化結果及應用；了解繞定軸轉動剛體的軸承動反力。發現材料不均勻或制造誤差導致轉軸產生動反力，當轉速較大時將對轉軸產生致命的影響。目前我國在一些特鋼制造和高鐵車軸等方面與一些發達國家都還有不小的差距，技術受制于人，作為學機械的學生是不是任重而道遠啊？只有腳踏實地地把課程學好了，才能在以后的工作中為國家貢獻力量，當然也是實現自己的理想！教學重點：慣性力、質點的達朗貝爾原理第二節質點系的達朗貝爾原理第三節剛體慣性力系的簡化繞定軸轉動剛體的軸承動約束力教學難點：慣性力、質點系的達朗貝爾原理本章基本概念：慣性力主要教學方法：講授、實踐例證、課后習題第十五章虛位移原理（3學時）教學目的：理解虛功和虛位移的概念。掌握虛位移原理的基本方法；了解虛位移原理的工程運用。教學重點：第一節約束.虛位移.虛功 虛位移原理教學難點：虛位移、虛功、虛位移原理本章基本概念：虛功、虛位移主要教學方法：講授、實踐例證、課后習題第十六章機械振動基礎（3學時）教學目的：理解機械振動、隔振的概念。了解振動的工程運用；了解振動問題的基本分析原理；了解土木工程隔震及減震的原理及相關運用。教學重點：第一節單自由度系統的自由振動 第二節計算固有頻率的能量法