《力学1》课程教学大纲

《力学1》教学大纲一、课程基本信息课程名称力学Mechanics课程编码SCC522111030开课院部理学院课程团队力学教学团队学分3.0课内学时48讲授48实验0上机0实践0课外学时48适用专业地球物理学授课语言中文先修课程高等数学（2-1）课程简介（必修）十七世纪后半期，伽利略、开普勒和牛顿为经典力学的发展作出了奠基性的贡献。在这时期出现的重视观察实验、提出假设和运用逻辑推理的科学研究方法对后世影响深远。到了十八世纪末、十九世纪初，经典力学在一系列的新发现面前已经显得无能为力，爱因斯坦在研究了宏观、高速领域的问题后，于1905年创立了狭义相对论，于1915年创建了广义相对论，为物理学的发展作出了不可磨灭的贡献。力学是地球物理学专业必修的学科基础课程。学生学习的主要内容分为经典力学和狭义相对论两部分。主要学习质点运动学、牛顿运动定律和动量、能量、角动量定理、刚体力学、振动、波动和声、流体力学及狭义相对论等内容。通过本课程的学习，学生将比较系统的掌握力学的基础知识、力学基础的研究方法，严密的科学思维及分析问题解决问题的能力，具备一定的科学素养，为学习后继专业课程打下良好的基础。Inthesecondhalfofthe17thcentury,Galileo,KeplerandNewtonmadefundamentalcontributionstothedevelopmentofclassicalmechanics.Duringthisperiod,thescientificresearchmethodsthatattachedimportancetoobservationexperiments,putforwardhypothesesandappliedlogicalreasoninghadaprofoundinfluenceonlatergenerations.Bytheendofthe18thcenturyandthebeginningofthe19thcentury,classicalmechanicshadbecomepowerlessinthefaceofaseriesofnewdiscoveries.Einstein,afterstudyingtheproblemsinthemacroscopicandhigh-speedfields,establishedspecialrelativityin1905andgeneralrelativityin1915,makinganindeliblecontributiontothedevelopmentofphysics.Mechanicsisarequiredcourseingeophysics.Studentsstudyclassicalmechanicsandspecialrelativity.Itmainlystudiesparticlekinematics,Newton'slawofmotionandmomentum,energy,angularmomentumtheorem,rigidbodymechanics,vibration,waveharmony,fluidmechanicsandspecialrelativity.Throughthestudyofthiscourse,studentscansystematicallymasterthebasicknowledgeandresearchmethodsofmechanics,trainstudents'rigorousscientificthinkingandabilitytoanalyzeandsolveproblems,andlayagoodfoundationforthestudyofsubsequentprofessionalcourses.负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标OBE毕业要求指标点任务自选1M1目标1：学习质点、质点系及刚体力学的基本概念、基本原理，学生将具有综合应用相关基本概念与基础知识，进行物理学中有关力学问题的计算与分析能力；学习振动、波动与声的基本概念、基本理论，学生将具备综合利用振动叠加、波的干涉等基础知识，对实际中有关的振动、波动现象进行分析与计算的能力；学习经典力学时空观和狭义相对论时空观，学生掌握物体在高速运动时的钟慢尺缩效应及相对论能量，学生将具备利用狭义相对论相关知识分析、讨论物体高速运动时相关规律的能力；学习理想流体在稳定流动时所遵循的规律，并能用相关规律对实际中的一些流体力学现象给出比较合理的分析与解释的能力。通过本课程的学习，学生将在物理学中有关的力学理论、力学研究方法及科学素养方面得到提升。是1.22M2目标2：培养学生良好的学习纪律和学习态度否三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课程目标课内学时教学方式课外学时课外环节1第一章物理学与力学本章重点难点：有关矢量的表示与运算/////21.1发展着的物理学经典物理学与现代物理学、宇宙的演化、非线性系统的复杂行为M10.3讲授0.3自学31.2物理学科的特点物理学以实验为基础、理想模型、物理学的思考、物理学理论，物理与技术M10.2讲授0.2自学41.3时间和长度的计量时间的计量、长度的计量M10.1讲授0.1自学51.4单位制和量纲基本单位与导出单位、单位制、量纲式及其应用M10.1讲授0.1自学61.5数量级估计数量级估计在对未知现象探索中的作用M10.1讲授0.1自学71.6参考系、坐标系与时间坐标轴参考系、坐标系、时间坐标轴M10.1讲授0.1自学81.7力学—学习物理的开始力学在物理学中的地位M10.1讲授0.1自学91.8矢量知识补充极限、微分、矢量表示及运算法则M11讲授1自学10第二章质点运动学本章重点难点：不同坐标系下位移、速度、加速度的表示及其矢量性；运动方程与速度、加速度之间的关系；经典力学时空观/////112.1质点运动方程质点位置矢量、运动方程、位移M10.5讲授0.5自学、网络学习、作业122.2瞬时速度与加速度平均速度、瞬时速度、平均加速度、瞬时加速度M10.4讲授0.4自学、网络学习、作业132.3自然坐标系—法向和切向加速度自然坐标、速度、法向和切向加速度M11讲授1自学、网络学习、作业142.4极坐标—径向速度和横向速度极坐标系、径向速度和横向速度M11讲授1自学、网络学习、作业152.5从加速度到速度和坐标从速度到运动方程和位移、已知加速度求速度和运动方程M10.5讲授0.5自学、网络学习、作业162.6伽利略变换伽利略变换坐标变换及速度变换、相对运动、经典力学时空观M10.6讲授0.6自学、网络学习、作业17第三章动量牛顿运动定律动量守恒定律本章重点难点：惯性力、质量、动量、冲量的概念及其矢量性；动量定理及动量守恒定律；质心运动定理；非惯性系中的动力学。/////183.1牛顿第一定律和惯性参考系牛顿第一定律、惯性参考系M10.2讲授0.2自学、网络学习、作业193.2惯性质量和动量惯性质量、动量、牛顿运动定律、伽利略相对性原理M10.5讲授0.5自学、网络学习、作业203.3主动力与被动力主动力、被动力或约束反作用力M10.3讲授0.3自学、网络学习、作业213.4牛顿定律的应用质点的直线运动、变力作用下的直线运动、质点的曲线运动、质点的平衡M10.5讲授0.5自学、网络学习、作业223.5非惯性系中的动力学直线加速参考系中的惯性力、离心惯性力、科里奥利力M11讲授1自学、网络学习、作业233.6用冲量表述的动量定理力的冲量、用冲量表述的动量定理M11讲授1自学、网络学习、作业243.7质点系动量定理和质心运动定理质点系动量定理、质心运动定理、质点系相对于质心系的动量M11讲授1自学、网络学习、作业253.8动量守恒定律质点系动量守恒定律，动量沿某一坐标轴的投影守恒M10.5讲授0.5自学、网络学习、作业26第四章动能和势能本章重点难点：变力作功的计算；质点和质点组的动量定理；动能定理和机械能守恒定律；运用动量和能量研究碰撞问题。/////274.1能量—另一个守恒量能量与能量守恒定律M10.1讲授0.1自学、网络学习、作业284.2力的元功、用线积分表示功力的元功和功率、利用不同坐标系表示元功、力在有限路径上的功M10.4讲授0.4自学、网络学习、作业294.3质点和质点系的动能定理质点的动能定理、质点系内力的功、质点系的动能定理M11讲授1自学、网络学习、作业304.4保守力、势能力场、保守力与非保守力、势能、势能是物体相对位置的函数M11讲授1自学、网络学习、作业314.5功能原理和机械能守恒定律质点系的功能原理、质点系的机械能守恒定律M11讲授1自学、网络学习、作业324.6对心碰撞关于对心碰撞的基本公式、完全弹性碰撞;查德威克发现中子、完全非弹性碰撞、非完全弹性碰撞M11讲授1自学、网络学习、作业334.7非对心碰撞运动物体与静止物体的非对心碰撞M10.5讲授0.5自学、网络学习、作业34第五章角动量关于对称性本章重点难点：质点对点、对轴的角动量；质点系的角动量定理及角动量守恒定律；对质心的角动量定理和守恒定律。/////355.1质点的角动量质点的角动量、力对一参考点的力矩、质点对参考点的角动量定理和守恒定律、质点对轴的角动量定理和守恒定律M11.4讲授1.4自学、网络学习、作业365.2质点系的角动量定理和守恒定律质点系对参考点的角动量定理及守恒律、质点系对轴的角动量定理及守恒律M11.4讲授1.4自学、网络学习、作业375.3质点系对质心的角动量定理和守恒定律质点系对质心的角动量定理、角动量守恒定律M11讲授1自学、网络学习、作业385.4对称性与守恒定律（只讲机械能守恒）对称性、机械能对空间坐标平移对称性与机械能守恒M10.1讲授0.1自学、网络学习、作业395.5经典力学适用范围经典力学的适用范围M10.1讲授0.1自学、网络学习、作业40第六章刚体力学本章重点难点：转动惯量的概念；刚体定轴转动定律及应用；质心运动定理及运用；刚体对轴的角动量守恒；刚体的平面运动问题。/////416.1刚体运动的描述刚体的平动、刚体绕固定轴的转动、角速度矢量、刚体的平面运动M11讲授1自学、网络学习、作业426.2刚体的动量和质心运动定理刚体的质心、刚体的动量与质心运动定理M12讲授2自学、网络学习、作业436.3转动惯量、刚体定轴转动的角动量、刚体定轴转动定律刚体定轴转动对轴上一点的角动量、刚体对一定转轴的转动惯量、刚体定轴转动的角动量定理和转动定理、刚体的重心M12讲授2自学、网络学习、作业446.4刚体定轴转动的动能定理力矩的功、刚体定轴转动的动能定理、刚体的重力势能M11.5讲授1.5自学、网络学习、作业456.5刚体平面运动的动力学方程刚体平面运动的基本动力学方程、作用于刚体上的力、刚体平面运动的动能M11.5讲授1.5自学、网络学习、作业46第七章振动本章重点难点：简谐振动规律及有关计算；正确理解相位、相位差的概念；简谐振动的矢量表示法，并能运用来研究振动合成问题；简谐振动的合成（同方向同频率简谐振动的合成）/////477.1简谐振动的动力学特征简谐振动的动力学特征M11.5讲授1.5自学、网络学习、作业487.2简谐振动的运动学描述简谐振动的运动学方程，简谐振动的x-t图线和相轨迹，简谐振动矢量表示M11.5讲授1.5自学、网络学习、作业497.3简谐振动的能量转化简谐振动系统的能量M10.2讲授0.2自学、网络学习、作业507.4简谐振动的合成同方向同频率简谐振动的合成，同方向不同频率简谐振动的合成，互相垂直相同频率简谐振动的合成，互相垂直不同频率简谐振动的合成，利萨如图形M11讲授1自学、网络学习、作业517.5振动的分解振动的分解M10.2讲授0.2自学、网络学习、作业527.6阻尼振动欠阻尼振动、过阻尼振动、临界阻尼振动M10.6讲授0.6自学、网络学习、作业537.7受迫振动受迫振动的动力学方程，受迫振动的运动特征，位移共振，受迫振动能量转换M11讲授1自学、网络学习、作业54第八章波动和声本章重点难点：掌握振动与波的区别与联系；平面简谐波波函数及其物理意义；波的能量；波的叠加与干涉；多普勒效应/////558.1波的基本概念波是振动状态的传播、多种多样的波、平面波与球面波M10.2讲授0.2自学、网络学习、作业568.2平面简谐波方程平面简谐波方程、平面简谐波方程的多种形式M12讲授2自学、网络学习、作业578.3波动方程与波速波动方程、波速及色散（频散）现象M10.2讲授0.2自学、网络学习、作业589.2静止流体内压强静止流体内一点的压强、静止流体内不同空间点压强的分布M11讲授1自学、网络学习、作业599.1理想流体流体的粘性、可压缩性、理想流体M10.5讲授0.5自学、网络学习、作业608.6多普勒效应波源静止而观察者运动，观察者静止而波源运动，观察者和波源在同一条直线上运动M11讲授1自学、网络学习、作业61第九章流体力学本章重点难点：掌握静压强及其应用；掌握理想流体稳定流动遵循的连续性方程与伯努利方程；伯努利方程的应用/////629.3流体运动学基本概念、连续性方程流迹、流线、流管、定常流动、不可压缩流体的连续性方程M11讲授1自学、网络学习、作业638.5波的叠加与干涉、驻波波的叠加，波的干涉，驻波M12讲授2自学、网络学习、作业648.4平均能流密度、声强媒质中波的能量分布，平均能流密度，声强与声强级，声压声强和声压的关系，声波的衰减超声波的优势，波的反射和透射半波损失M10.6讲授0.6自学、网络学习、作业659.4伯努利方程伯努利方程M11.5讲授1.5自学、网络学习、作业66第十章相对论简介本章重点难点：洛伦兹变换；相对论时空观；相对论的动量和能量。/////6710.1狭义相对论的历史背景麦克斯韦方程建立引起的问题，迈克耳孙-莫雷实验，关于相对性原理的思考M11讲授1自学、网络学习、作业6810.2洛伦兹变换狭义相对论的基本假设，洛伦兹坐标变换，洛伦兹变换蕴含的时空观，尺缩钟慢的实验检验M11.5讲授1.5自学、网络学习、作业6910.3相对论的速度变换相对论速度变换公式M10.5讲授0.5自学、网络学习、作业7010.4相对论的动量和能量相对论的动量，相对论的质能公式，动量-能量公式M11讲授1自学、网络学习、作业四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比1平时作业1.每周布置6~8道题目，平均每次课3~4道题。2.成绩采用百分制，根据作业完成准确性、是否按时上交、是否独立完成评分。3.考核学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力，题型主要有计算题。10%2网络在线学习与测试1.分为网络学习和测试两个部分。学习模式下每章随机抽10个选择题供学生复习课堂所学知识，测试模式下每章随机抽10个选择题供学生进行测试（每章必修完成一次测试）。2.成绩采用百分制，根据网络在线学习情况及测试完成情况评分。3.考核学生对力学基本知识、基本概念、基本原理的理解与掌握。25%3随堂测试1.本课程采用雨课堂+石大云课堂相结合的方式进行授课，在进行相关内容的讲解结束后，通过雨课堂建立随堂测试选择题，测试学生对相关知识的掌握程度，学生通过手机端进行作答，正确率及时显示在屏幕上，便于学生实时了解自己对相关知识的掌握程度。2.根据作答的准确性由系统自动评分，并记录在文件中，便于期末进行成绩汇总。15%4学习纪律随机点名、刷卡点名等。5%5学