《力学2》课程教学大纲

《力学2》教学大纲一、课程基本信息课程名称力学Mechanics课程编码SCC522111035开课院部理学院课程团队力学教学团队学分3.5课内学时56讲授56实验0上机0实践0课外学时56适用专业应用物理学授课语言中文先修课程课程简介（必修）力学是应用物理学专业必修学科基础课程，也是一门重要的学位课程。课程主要学习质点运动学及动力学基本定律、刚体的平动及定轴转动的基本规律、理想流体的稳定流动的基本规律、简谐振动和简谐波的基本规律、掌握洛伦兹变换、相对论动量和能量、相对论时空观、广义相对论简介等内容。通过本课程的学习，使学生系统掌握基础物理学中有关力学的基本理论知识和解决力学问题的一般方法，培养学生以唯像描述方法为主线的物理学科学思维和研究方法，培养学生发现、辨析和解释物理学领域基本现象的能力；培养创新精神，训练创新思维；培养学生自主学习能力。Mechanicsisanelementarycourseintheappliedphysicmajor.Inthecourse,thestudentwillstudythebasiclawsofkinematicsanddynamicsforparticle,thebasiclawsoftranslationandfixedaxisrotationforrigidbody,Thebasiclawsofthestableflowofidealfluid,thebasiclawsofsimpleharmonicvibrationandsimpleharmonic,thecontentsofLorentztransformation,space-timeviewofrelativity,etc.Inthiscourse,thestudentscansystematicallymasterthebasictheoreticalknowledgeofmechanicsandthegeneralmethodsofsolvingmechanicalproblemsinbasicphysics,trainthestudents'scientificthinkingandresearchmethodswiththemethodofphenomenologicaldescription.Theabilityofdiscovering,discriminatingandexplainingthebasicphysicsphenomenawillbetrainedsystematicallytraintheinnovativespirit,traintheinnovativethinking,Theabilityoftheinnovativespirit,theinnovativethinkingandautonomouslearningwillbecultivated.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掌握基础物理学中有关力学的基本理论知识和解决力学问题的一般方法，培养学生物理学科学思维和研究方法，培养学生发现、辨析和解释物理学领域基本现象的能力是3.12M2培养创新精神，训练创新思维和自主学习能力是9.39.3三、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第一章物理学和力学重点和难点：矢量和微积分等数学基础知识/////21.11.1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M10.5讲授0.5自学资料31.21.2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、技术和经济M10.25讲授0.25自学资料41.31.3时间和长度的计量时间和长度的计量M10.25讲授0.25课后作业51.41.4单位制和量纲基本单位、导出单位、单位制和量纲M10.25讲授0.25课后作业61.51.5数量级估计数量级的意义和估算方法M10.25讲授0.25课后作业71.61.6参考系、坐标系与时间坐标轴力学常用参考系、坐标系和时间坐标轴M10.25讲授0.25自学资料81.71.7力学—学习物理学的开始力学发展史M10.25讲授0.25自学资料91.81.8数学知识补充与复习极限、微分、矢量运算法则M14讲授4课后作业10第二章质点运动学重点和难点：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；经典力学的时空观。/////112.12.1质点的运动学方程质点的位置矢量与运动学方程、位移M10.5讲授0.5课后作业122.22.2瞬时速度矢量与瞬时加速度矢量平均速度与瞬时速度、平均加速度与瞬时加速度M10.5讲授0.5课后作业132.32.3质点直线运动—从坐标到速度和加速度运动学方程、速度和加速度、匀速与匀变速直线运动M10.25讲授0.25课后作业142.42.4质点直线运动—从加速度到速度和坐标从速度到运动学方程和位移、已知加速度求速度和运动学方程M10.25讲授0.25课后作业152.52.5平面直角坐标系抛体运动平面直角坐标系、抛体运动、用矢量讨论抛体运动M10.25讲授0.25课后作业162.62.6自然坐标、切向和法向加速度自然坐标、速度、法向和切向加速度M11讲授1课后作业172.72.7极坐标系、径向速度与横向速度极坐标系、径向速度与横向速度、径向加速度和角向加速度M10.25讲授0.25课后作业182.82.8伽利略变换伽利略变换、伽利略变换蕴含的时空观、伽利略速度变换关系、加速度对伽利略变换为不变量。M11讲授1课后作业19第三章动量牛顿运动定律动量守恒定律重点和难点：惯性力、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。/////203.13.1牛顿第一定律和惯性参考系牛顿第一定律和惯性参考系M10.5讲授0.5课后作业213.23.2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课后作业223.33.3主动力和被动力主动力、被动力或约束反作用力M10.5讲授0.5课后作业233.43.4牛顿运动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课后作业243.53.5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课后作业253.63.6用冲量表述的动量定理力的冲量、用冲量表述的动量定理M10.5讲授0.5课后作业263.73.7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课后作业273.83.8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M11讲授1课后作业28第四章动能和势能重点和难点：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。/////294.14.1能量能量的概念M10.25讲授0.25课后作业304.24.2力的元功力的元功和功率、利用不同坐标系表示元功、力在有限路径上的功M10.25讲授0.25课后作业314.34.3质点和质点系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M10.5讲授0.5课后作业324.44.4保守力与非保守力势能力场、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课后作业334.54.5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M10.5讲授0.5课后作业344.64.6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课后作业354.74.7非对心碰撞非对心碰撞M10.5讲授0.5课后作业364.84.8质心参考系粒子的对撞质心参考系粒子的对撞M10.5讲授0.5课后作业37第五章角动量关于对称性重点和难点：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。/////385.15.1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讲授1课后作业395.25.2质点系的角动量定理及角动量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M11.5讲授1.5课后作业405.35.3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和守恒定律M11讲授1课后作业415.45.4对称性与守恒律关于对称性、守恒律与对称性M11讲授1课后作业425.55.5经典动力学的适用范围经典动力学在空间和速度的适用范围M10.5讲授0.5课后作业43第六章刚体力学重点和难点：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。/////446.16.1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。M10.5讲授0.5课后作业456.26.2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。M10.5讲授0.5课后作业466.36.3刚体定轴转动的角动量、转动惯量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课后作业476.46.4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讲授1课后作业486.56.5刚体平面运动的动力学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讲授1课后作业496.66.6刚体的平衡刚体的平衡M10.5讲授0.5课后作业506.76.7自转与旋进常平架回转仪、回转仪的旋进、地球的旋进与章动M10.5讲授0.5课后作业51第七章简谐振动重点和难点：简谐振动规律及有关计算；正相位、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/////527.17.1简谐振动的动力学特征线性回复力，简谐振动动力学方程，简谐振动的定义M11讲授1课后作业537.27.2简谐振动的运动学简谐振动的运动学方程，简谐振动的x-t图线和相轨迹，简谐振动的矢量表示M11讲授1课后作业547.37.3简谐振动的能量转换简谐振动的动能和势能及其相互转换M11讲授1课后作业557.47.4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课后作业567.57.5振动的分解傅里叶级数，谐振分析M10.5讲授0.5课后作业577.67.6阻尼振动动力学方程，欠阻尼、过阻尼和临界阻尼状态M10.5讲授0.5课后作业588.48.4平均能流密度声强与声压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M11讲授1课后作业598.68.6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课后作业60第八章波动和声重点和难点：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。/////618.28.2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M11.5讲授1.5课后作业628.58.5波的叠加和干涉驻波波的叠加群速，波的干涉，驻波。M11讲授1课后作业63第九章流体力学重点和难点：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。/////647.77.7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。M10.5讲授0.5课后作业658.18.1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M10.5讲授0.5课后作业668.38.3波动方程与波速波动方程、波速及色散现象M10.5讲授0.5课后作业679.19.1理想流体流体可压缩性和粘滞性，理想流体定义M10.5讲授0.5课后作业689.29.2静止流体内的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M10.5讲授0.5课后作业699.39.3流体运动学的基本概念流迹、流线、流管、定常流动、不可压缩流体的连续性方程M10.5讲授0.5课后作业709.49.4伯努利方程伯努利方程的推导，伯努利方程的实际应用M11讲授1课后作业719.59.5流体的动量和角动量流体的动量、流体的角动量M11讲授1课后作业729.69.6粘性流体的运动粘性定律、雷诺数、层流和湍流、泊肃叶公式、不可压缩粘性流体定常流动的功能关系M10.5讲授0.5课后作业73第十章相对论简介重点和难点：洛伦兹变换；相对论时空观；相对论的动量和能量/////7410.110.1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M10.5讲授0.5课后作业7510.210.2洛伦兹变换狭义相对论的基本假设，洛伦兹变换，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课后作业7610.310.3相对论的速度变换相对论速度变换关系M10.5讲授0.5课后作业7710.410.4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。M10.5讲授0.5课后作业7810.510.5广义相对性原理关于惯性系和引力的思考、等效原理和广义相对性原理M10.5讲授0.5课后作业7910.610.6引力场与弯曲时空引力场与弯曲时空M10.5讲授0.5课后作业80第二部分翻转课堂专题研讨根据课程核心内容及其先后顺序，计划设置2次专题研讨考核环节。第一次安排在学习完第四章“动能和势能”后进行，专题围绕质点和质点系运动学与动力学展开；第二次安排在学习完第十二章“相对论简介”后进行，专题围绕刚体运动、振动和波动和相对论展开。////8111.1质点和质点系运动学与动力学专题绳索绕木桩栓牲口的原理；解释乘坐电梯上升和下降开始阶段不同感受；摩擦力产生的原因；不考虑外力条件下的火箭速度的决定因素；解释落体偏东现象；设计测量子弹速度的装置并说明原理；荡秋千过程中的能量转化及合理姿势；解释建筑工地打桩机的工作原理。M23翻转课堂3自学8211.2刚体运动、振动和波动和相对论专题足球中的香蕉球原理；多普勒雷达测速原理；飞机抬升力的物理原理；直升飞机上尾翼的作用；花样滑冰运动员在旋转的过程中如何控制自身转动的快慢；汽车刹车点头现象的原理；美国塔柯姆大桥被大风吹毁的原理和位移共振条件；解释双生子佯谬。M23翻转课堂3自学四、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道题以上；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.考核学生对力学基本知识的掌握能力，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作图、分析和计算题。10%2期中考试1.闭卷考试，成绩采用百分制，卷面成绩总分100分；2.主要考核学生对质点和质点系运动学与动力学基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力，题型主要有简答题、分析题、计算题等。15%3专题研讨1.根据课程核心内容及其先后顺序，计划设置2次专题研讨考核环节，主要考核学生创新精神，训练创新思维和自主学习能力；2.第一次安排在学习完第四章“动能和势能”后进行，专题围绕质点和质点系运动学与动力学展开；3.第二次安排在学习完第十二章“相