理论力学教学大纲(土木工程专业2014年)

1、理论力学课程教学大纲课程英文名称：Theoretical Mechanics课程代码：110000102课程性质：学科基础课适用专业：土木工程专业总学时数：48 其中 讲课学时：48 实验学时：0 总学分数：3编写人：胡玮军 审定人：袁文华一、 课程简介(一) 课程教学目的与任务：理论力学是一门理论性较强的专业基础课。它是工科专业的主干课程，并在许多工程技术领域中有着广泛的应用。本课程的任务是掌握运用质点、质点系和刚体模型研究机械运动的基本概念、基本理论和基本方法，为学习有关后续课程如材料力学、结构力学、弹性力学等的学习打好必要的基础，学会应用理论力学的理论和方法分析、解决一些简单的工程实际问

2、题，培养抽象化能力、逻辑思维能力和创新能力。(二) 课程教学的总体要求静力学：1重点掌握物体和物体系统的受力分析; 各种类型力系的简化方法和简化结果，能熟练地计算主矢和主矩;各种类型的平衡条件和平衡方程，求解单个物体和简单物体系统的平衡问题。2掌握力、力矩和力偶等基本概念及其性质，能熟练地计算力的投影、力对点的矩和力对轴的矩; 计算物体重心各种方法.3了解滑动摩擦的概念和摩擦力的特征，自锁的条件，考虑滑动摩擦时简单物体系统的平衡问题以及滚动摩阻的概念。运动学：1重点掌握:描述点的运动的矢量法，直角坐标法和自然坐标法，会求点的运动轨迹，并能熟练地求解与点的速度和加速度有关的问题; 刚体平动和定轴

3、转动的特征,能熟练的求解与定轴转动刚体的角速度、角加速度以及刚体内各点的速度和加速度有关的问题; 点速度合成定理和牵连运动为平动时的加速度合成定理及其应用；刚体平面运动的特征,能熟练应用基点法、瞬心法和速度投影法求解有关速度的问题。能熟练应用基点法求解有关加速度的问题。对常见的平面机构能熟练地进行速度和加速度分析。2掌握牵连运动为定轴转动时的加速度合成定理及其应用。3了解角速度、角加速度及刚体内各点速度和加速度的矢量表示法。动力学：1重点掌握:计算动力学中各基本物理量（动量、动量矩、动能、冲量、功、势能等）;动力学普遍定理（包括动量定理、质心运动定理、对固定点和质心的动量矩定理、功能定理）及相

4、应的守恒定理，能熟练选择和综合应用这些定理求解质点、质点系的动力学问题.2掌握质点的运动微分方程建立;刚体转动惯量的计算；刚体定轴转动和平面运动的微分方程求解有关的问题(三) 课程的基本内容本课程得主要内容为：力的基本性质，物体的受力分析与受力图及各种力系的简化与平衡；点的运动、刚体基本运动描述方法，平动及定轴转动参考系下点的运动的合成，刚体平面运动的运动学方程、速度和加速度分析方法；动力学中各基本物理量（动量、动量矩、动能、冲量、功、势能等）;动力学普遍定理（包括动量定理、质心运动定理、对固定点和质心的动量矩定理、功能定理）及相应的守恒定理。(四) 先学课程及后续课程先学课程：高等数学、大学

5、物理；后续课程：材料力学、弹性力学、结构力学。二、 课程教学总体安排（一）学时分配建议表学时分配建议表课程内容各教学环节的学时分配讲课习题课实验设计绪论2静力学基本公理及受力分析4力系的简化6力系的平衡原理42摩擦2物体运动的直接描述4物体运动的间接描述82质点动力学的基本方程2动力学普遍定理102合计（学时）426（二）推荐教材及参考书目1、教材工程力学（）第一版，王海容主编，中国水利水电出版社，2011年.2、参考书目1哈尔滨工业大学理论力学教研室编.理论力学（）.高教出版社.第7版.2009年2 哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学学习辅导. 高教出版社.2003年3同济大学基础力学教

6、学研究部编理论力学同济大学出版社2005年（三）课程考核方式1、考核方式 本课程为闭卷考试2、成绩构成 最终成绩构成：平时考核成绩占总成绩的20%，末考试成绩占总成绩的80三、 课程教学内容及基本要求（一）绪论（2课时）1、教学目的通过本讲的学习,使学生明白工程力学的任务和基本内容；工程力学的重要性和将工程实际问题抽象成力学模型的方法.（二）第一章 静力学公理与物体的受力分析（4课时）1、教学目的通过本章的学习,使学生深入理解力、刚体、平衡等重要概念；静力学公理是静力学的理论基础;了解物体的受力分析、物体的受力图的概念;能正确地对单个物体与物体系进行受力分析。2、教学重点与难点（1）教学重点：

7、静力学公理；约束的概念；常见约束的特征及约束反力的画法；单个物体及物体系的受力分析。（2）教学难点：静力学公理的两个推论；约束的概念；物体系的受力分析。3、教学方法：课堂讲授。4、教学主要内容静力学的研究对象和基本概念；静力学公理；约束的基本类型与约束反力；物体的受力分析与受力图；5、教学要求熟练掌握静力学公理；了解物体的受力分析、物体的受力图的概念.深入理解约束、约束力等重要概念；掌握光滑表面接触约束、柔性体约束、光滑铰链约束等常见约束的特征；，能正确地对单个物体与物体系进行受力分析6、学生练习 46道题（三）第二章 力系的简化（6 学时）1、教学目的通过本章的学习,使学生对于力的投影、力偶

8、、力矩和力偶矩的概念有清晰的理解，并能熟练的计算；熟练掌握力矩和力偶的基本性质；掌握平面基本力系的合成方法，掌握平面任意力系向一点简化的方法；掌握重心的计算方法2、教学重点与难点（1）教学重点：力在坐标轴上的投影，力对点之矩的计算，平面力偶性质和力偶等效条件；平面任意力系向作用面内任一点的简化；重心的计算方法（2）教学难点：平面任意力系向作用面内任一点的简化；重心的计算方法。3、教学方法：课堂讲授。4、教学主要内容力的投影、力偶、力矩和力偶矩的概念、性质和计算。平面基本力系的合成方法；重心的计算方法5、教学要求要求学生对于力的投影、力偶、力矩和力偶矩的概念有清晰的理解，能正确地将力沿坐标轴分解

9、和求力在坐标轴上的投影，了解投影合力投影定理，并能熟练的计算；熟练掌握力矩和力偶的基本性质；掌握平面力偶的性质和平面力偶的等效条件、平面力偶系的合成方法，能熟练掌握平面任意力系向一点简化的方法，求主矢和主矩；掌握重心的计算方法6、学生练习 68道题（四）第三章 力系的平衡原理（讲课6学时，习题2课时）1、教学目的通过本章的学习，使学生熟知平面任意力系简化的结果、平衡方程的形式。了解静定和超静定问题，能够熟练分析和处理单个物体的平衡问题及物体系统的平衡问题2、教学重点与难点（1）教学重点：平面任意力系平衡方程的形式和运用（2）教学难点：主矢和主矩的概念；空间力系平衡的解析条件和平衡方程的运用3、

10、教学方法：课堂讲授。4、教学主要内容静定与静不定问题，各种力系平衡方程的形式和运用，物体系的平衡问题。5、教学要求使学生熟知平衡方程的形式。了解静定和超静定问题的判别方法；深入理解平面任意力系的平衡条件及平衡方程的三种形式；能够熟练解决平面任意力系的平衡问题及物体系统的平衡问题。6、学生练习 610道题（五）第四章 摩擦（2 学时）1、教学目的能区分滑动摩擦力与极限滑动摩擦力。理解摩擦角的概念和自锁现象；对滑动摩擦定律有清晰的理解。能用摩擦角解物体的平衡问题（几何法）。能熟练解决考虑摩擦力时物体的平衡问题,平衡的临界状态和平衡范围。2、教学重点与难点重点：（1）教学重点：平衡的临界状态和平衡范

11、围，自锁的条件及应用。（2）教学难点：用摩擦角解物体、物体系的平衡问题。3、教学方法：课堂讲授。4、教学主要内容滑动摩擦、摩擦系数、摩擦角、滑动摩擦定律；考虑滑动摩擦时物体的平衡问题；5、教学要求能区分滑动摩擦力与极限滑动摩擦力，理解平衡的临界状态和平衡范围，能熟练解决考虑摩擦力时物体的平衡问题,。理解摩擦角的概念和自锁现象；对滑动摩擦定律有清晰的理解。能用摩擦角解物体的平衡问题（几何法）。了解滚动摩阻的概念。6、学生练习 34道题（六）第五章 物体运动的直接描述（4 学时）1、教学目的通过本章的学习，使学生能用矢量法、直角坐标法、自然法对点的运动进行描述。明确刚体平动和刚体定轴转动的特征。能

12、正确地判断作平动的刚体和定轴转动的刚体。2、教学重点与难点（1）教学重点：点的曲线运动的直角坐标法，点的运动方程、点的速度和加速度在直角坐标轴上的投影;点的曲线运动的自然法，点沿已知轨迹的运动方程，点的切向加速度和法向加速度。刚体平动及其运动特征，刚体的定轴转动，转动方程、角速度和角加速度定轴转动刚体上任一点的速度和加速度。（2）教学难点：矢量求导及自然轴系的概念。3、教学方法：课堂讲授。4、教学主要内容点的运动方程；刚体平动及其运动特征；刚体的定轴转动，转动方程、角速度和角加速度；定轴转动刚体上任一点的速度和加速度。5、教学要求学生能熟练的应用直角坐标法建立点的运动方程，求轨迹、速度和加速度

13、；能熟练地应用自然法求点在平面上作曲线运动时的运动方程、速度和加速度，正确理解切向加速度和法向加速度的物理意义。明确刚体平动和刚体定轴转动的特征。能正确地判断作平动的刚体和定轴转动的刚体。对刚体定轴转动时的转动方程、角速度和角加速度及它们之间的关系要有清晰的理解。能熟练地计算定轴转动刚体上任一点的速度和加速度。6、学生练习 34道题（七）第六章 物体运动的间接描述（讲课8学时，习题2课时）1、教学目的通过本章的学习，使学生学会用运动合成的方法研究物体的运动；能熟练地解决做平面运动刚体上点的速度和加速度。2、教学重点与难点（1）教学重点：运动的合成与分解，速度合成定理及其应用；加速度合成定理及其

14、应用。以运动的分解与合成为出发点，研究求平面图形上各点的速度的基点法、速度投影法、速度瞬心法（2）教学难点：动点、动系的选择和相对运动的分析。牵连点、牵连速度、牵连加速度的概念；正确理解平面运动分解为随基点的平动和饶及点的转动时，选基点的意义和相对基点转动的运动特征；求平面图形上各点的加速度的基点法3、教学方法：课堂讲授。4、教学主要内容刚体的平行移动；刚体的定轴转动；转动刚体内各点的速度和加速度；定轴轮系的传动比。5、教学要求学生能深刻理解三种运动、三种速度和三种加速度的定义，运动的合成与分解以及运动相对性的概念；对具体问题能恰当地选择动点、动系和定系，进行运动轨迹、速度分析；会推导速度合成

15、定理，并能熟练地应用该定理；明确刚体平面运动的特征；掌握研究平面运动的方法，能熟练地应用基点法、速度投影法、速度瞬心法求平面图形上任一点的速度；会应用基点法求平面图形上任一点的加速度6、学生练习 1015道题（八）第七章 质点动力学的基本方程（2 学时）1、教学目的通过本章的学习，使学生对质点动力学的基本概念（如惯性、质量等）和动力学基本定律在物理课程的基础上进一步理解其实质。深刻理解力和加速度的关系。 2、教学重点与难点（1）教学重点：建立质点运动微分方程。（2）教学难点：对质点微分方程进行变量变换后再积分的方法。3、教学方法：课堂讲授。4、教学主要内容动力学基本定律；质点运动微分方程。5、

16、教学要求能正确地建立质点的运动微分方程。掌握两类基本问题的解法。6、学生练习 23道题（九）第八章 动力学普遍定理（讲课10学时，习题2课时）1、教学目的通过本章的学习使学生了解动力学中各基本物理量（动量、动量矩、动能、冲量、功、势能等）;动力学普遍定理（包括动量定理、质心运动定理、对固定点和质心的动量矩定理、动能定理）及相应的守恒定理，能熟练选择和综合应用这些定理求解质点、质点系的动力学问题.2、教学重点与难点（1）教学重点：质点系动量定理；质心运动定理；质点系的动量矩；质点系的动量矩定理；刚体绕定轴转动微分方程及其应用；力的功的计算；动能的计算；动能定理（2）教学难点：质点系综合应用动力学基本定理。3、教学方法：课堂讲授。4、教学主要内容动量定理；质心运动定理；质点和质点系的动量矩定理；动能定理；普遍定理的综合应用。5、教学要求学生对质点的动量、质心等概念有清晰的理解，能熟练的计算质点系的动量，能熟练的应用动量定理和质心运动定理求解动力学问题；对对转动惯量和动量矩的概念有清晰的理解；熟练的计算绕定轴转动刚体的转动惯量及质点系的动量矩，熟练的应用动量矩定理和刚体绕定轴转动微分方程求解动力学问题会应用刚体平面运动微分方程求解