《理论力学A（双语）》课程教学大纲

《理论力学A（双语）》课程教学大纲课程代码：412102课程名称：理论力学A（双语）英文名称：TheoreticalMechanicsA(Bilingual)开课学期：3学时/学分：96/6，(其中含实验学时:4学时)课程类型：学科基础必修课开课专业：机械类专业本科生选用教材：刘巧伶、李洪主编《理论力学》科学出版社2005年9月第三版主要参考书：1、哈尔滨工业大学理论力学教研室编：《理论力学》，高等教育出版社2002年版8月第六版。2、程靳、程燕平主编：《理论力学学习辅导》，高等教育出版社2003年8月第一版。一、课程简介【课程名称】《理论力学A（双语）》（96学时/6学分，秋季）[CourseName]TheoreticalMechanicsA(Bilingual)(96studyhours/6credits,FallSemester)【教学目的】《理论力学》是机械类专业学生的主干学科基础必修课，具有较强的理论性和应用性，为一些后续课程以及解决工程实际问题打下一定的理论基础。本课程的教学目的是培养学生掌握机械运动的基本规律和研究方法，为学习有关的后继课程打好必要的基础，并为将来学习和掌握新的科学技术创造条件：使学生初步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题：结合本课程的特点，培养学生的辩证唯物主义世界观，培养学生的能力。[CourseObjects]TheoreticalMechanicsAasoneofthemainprofessionalfundamentalcoursesformechanicalengineeringstudents,togetherwithitsstrongtheoryandapplicability,willlaythetheoreticalfoundationtothefollow-upcoursesanddevelopstudents’abilitytosolvepracticalengineeringproblems.Objectivesofthecourseistotrainstudentstomasterthebasiclawsandresearchmethodsonparticle,particlesystemandrigidbodies’mechanicalmotioninvolvingstaticequilibrium,tolaynecessaryfoundationforrelativefollow-upcourses,andtocreateconditionsforfuturelearningandmasteringnewscienceandtechnology.Itprovidesstudentstheabilityofpreliminarilyapplyingtheoryandmethodoftheoreticalmechanicstoanalyzeandsolvesomesimpleengineeringproblems.Combinedwiththecharacteristicsofthecourse,ittrainsstudents’dialecticalmaterialismviewoftheworldanddevelopsstudents’abilities.【教学内容】本课程内容共分三篇十六章。课程主要介绍了力系的简化和平衡，考虑摩擦的平衡问题，点和刚体的运动学，动力学普遍定理以及分析力学的基本原理。[TeachingContent]Coursecontentisdividedintothreemainpartsor16chapters.Thecourseintroducesthereductionandequilibriumofforcesystem,equilibriumproblemsconsideringfriction,kinematicsofparticleandrigidbody,generaltheoremsofdynamics,andfundamentalsofanalyticalmechanics.【授课对象】本课程的授课对象为机械工程、车辆工程、发动机、能源与动力工程、汽运工程、汽车服务工程、农业机械化与自动化和包装工程的专业本科生。本课程要求授课对象先修下列课程：高等数学、大学物理、工程图学等。[TargetStudents]TargetstudentsofthecourseareundergraduatesmajoringinMechanicalEngineering,VehicleEngineering,Engine,EnergyandPowerEngineering,AutomobileTransportationEngineering,AutomobileServiceEngineering,AgriculturalMechanizationandAutomation,andPackagingEngineering.Theyshouldhavelearnedthefollowingcourses:AdvancedMathematics,CollegePhysics,EngineeringGraphics,etc.二、课程目标1、对物体的机械运动有一个总体的了解与把握。掌握理论力学的基本研究方法——抽象化方法、数学演绎和推理，用来解决工程实际问题。（支撑毕业要求指标点2.1）2、掌握静力学的基本理论和基本知识；能正确、合理地进行受力分析，对平衡及含有摩擦的平衡问题能够正确求解，能运用静力学的概念和理论，分析工程实际问题。（支撑毕业要求指标点2.1）3、掌握运动学的基本理论和基本知识；能正确、合理地分析物体的运动状态，确定刚体及点的运动相关参数，能运用运动学的概念和理论，分析工程实际问题。（支撑毕业要求指标点2.2）4、掌握动力学的基本理论和基本知识；能正确、合理地分析物体的运动与受力的关系，建立系统的运动微分方程，能运用动力学的概念和理论，分析工程实际问题。（支撑毕业要求指标点3.2）三、各章节内容及学时分配绪论（2学时）教学目的与要求通过本部分的学习，要求学生了解本课程研究内容与学习方法及其在工程技术中的作用。第一章静力学的基本概念（6学时）教学目的与要求通过本部分的学习，要求学生掌握静力学公理及其推论，力、力偶和力对点之矩的概念及相关计算，熟练掌握约束类型和物体的受力分析，能够正确做出受力图。教学内容第一节力的概念第二节静力学公理第三节力矩及其技术一、力对点之矩二、合力矩定理三、力对轴之矩力偶及力偶矩一、力偶及其计算二、力偶的性质约束和约束力一、柔性约束二、光滑接触面约束三、光滑铰链约束四、辊轴支座约束五、光滑球铰链约束物体的受力分析和受力图一、步骤二、注意事项考核要求了解：相关概念。理解：力对点之矩和力偶矩平面问题与空间问题的差别。掌握：力对点之矩的计算、合力矩定理、力偶矩的计算；各种约束类型；物体的受力分析。第二章力系的简化（6学时）教学目的与要求通过本部分的学习，要求学生掌握各种力系的简化结论。教学内容第一节汇交力系第二节力偶系第三节任意力系一、力的平移定理二、空间任意力系的简化主矢量和对简化中心的主矩三、简化结果分析四、平面任意力系的简化第四节平行力系与重心考核要求了解：力系简化过程，力螺旋。理解：力系的主矢量和对简化中心的主矩。掌握：各种力系的简化结果。第三章力系的平衡（10学时）教学目的与要求通过本部分的学习，要求学生掌握各种力系的平衡条件及平衡方程，能够熟练求解平面任意力系的平衡问题。教学内容第一节平面任意力系的平衡条件与平衡方程第二节物体系统的平衡第三节平面简单桁架的内力计算一、节点法二、截面法第四节空间力系的平衡考核要求了解：空间力系的平衡及其求解方法。理解：各种力系的平衡方程，静定和静不定，零杆的判定。掌握：平面各种力系平衡的计算方法，尤其是平面任意力系的平衡。第四章摩擦（4学时）教学目的与要求通过本部分的学习，要求学生掌握滑动摩擦和滚动摩擦的特点，掌握考虑摩擦的的平衡问题的计算。教学内容第一节滑动摩擦一、静滑动摩擦二、动活动摩擦第二节摩擦角和自锁现象一、摩擦角二、自锁现象第三节考虑滑动摩擦的平衡问题第四节滚动摩擦考核要求了解：滚动摩阻的物理意义和计算。理解：静、动滑动摩擦力的判定，摩擦角与摩擦系数的关系，自锁条件，考虑摩擦问题的几何法。掌握：考虑摩擦的平衡问题的计算。第五章点的运动学和刚体的简单运动（4学时）教学目的与要求通过本部分的学习，要求学生掌握描述点的运动的三种方法，刚体平动和定轴转动的判定和特点。教学内容第一节点的运动学一、矢量法二、直角坐标法三、自然法第二节刚体的简单运动一、刚体的平动二、刚体的定轴转动三、定轴转动刚体上各点的速度和加速度考核要求了解：运动学的研究对象。理解：描述点的运动的三种方法的区别与联系，平动和定轴转动的判定和运动方程，用矢量积表示定轴转动刚体上各点的速度和加速度。掌握：刚体平动的判定和特点，定轴转动刚体上各点的速度和加速度的计算。第六章点的合成运动（10学时）教学目的与要求通过本部分的学习，要求学生掌握运动的合成与分解，点的速度和加速度合成定理，正确判断牵连量和相对量。教学内容第一节基本概念第二节点的速度合成定理第三节点的加速度合成定理考核要求了解：运动的合成与分解及相关概念。理解：科氏加速度产生的原因。掌握：正确判断牵连量和相对量，点的速度和加速度合成定理，并应用定理对运动学问题进行求解。第七章刚体的平面运动（10学时）教学目的与要求通过本部分的学习，要求学生掌握刚体平面运动的特点，能够应用基点法、速度投影定理和速度瞬心法分析平面图形上各点的速度，应用加速度基点法分析平面图形上各点的加速度。教学内容第一节基本概念一、定义二、平面运动方程三、平面运动的分解第二节平面图形内各点速度分析的基点法第三节平面图形内各点速度分析的瞬心法一、速度瞬心的概念二、速度瞬心法三、平面图形速度瞬心的确定第四节平面图形内各点加速度分析的基点法考核要求了解：平面运动的运动方程，平面图形各点速度分析方法的差异。理解：平面运动的分解，基点的含义，瞬时平动的特点及与平动的区别。掌握：速度分析的基点法、速度投影定理和速度瞬心法，加速度分析的基点法，运动学综合应用。第八章动力学基础（2学时）教学目的与要求通过本部分的学习，要求学生了解动力学的研究对象和内容，动力学的两类基本问题，掌握质点运动微分方程。教学内容第一节牛顿定律第二节质点运动微分方程第三节质点动力学的两类基本问题第四节质点系的惯性特征一、质点系的质量中心二、刚体的转动惯量三、刚体的惯性积和惯性主轴考核要求了解：动力学两类基本问题，刚体的惯性积和惯性主轴。理解：重心和质心的关系，转动惯量的实验测定。掌握：质点运动微分方程，质点系质心表达式，常见刚体的转动惯量及其计算方法。第九章动量定理和动量矩定理（10学时）教学目的与要求通过本部分的学习，要求学生掌握动量、动量矩、力的冲量等基本量的含义和计算，动量定理、质心运动定理、动量矩定理的应用。教学内容第一节质点系的动量、动量矩及力的冲量、冲量矩一、质点系的动量二、质点系的动量矩三、力系的冲量和冲量矩第二节质点系的动量定理一、质点系的动量定理及动量守恒二、质心运动定理第三节质点系的动量矩定理一、质点系相对固定点的动量矩定理及动量矩守恒二、质点系相对质心的动量矩定理三、刚体平面运动微分方程考核要求了解：反冲现象等动量和动量矩定理的应用。理解：相关基本量的物理意义，动量和动量矩定理的在刚体和流体动力学中的应用实例。掌握：相关基本量的计算，动量定理和动量矩定理的矢量和投影形式，动量和动量矩守恒在工程实际中的应用，质心运动定理及相对质心的动量矩定理在刚体动力学中的应用。第十章动能定理（8学时）教学目的与要求通过本部分的学习，要求学生掌握动能、功等基本量的含义和计算，动能定理、机械能守恒定律、动力学普遍定理的应用。教学内容第一节质点和质点系的动能一、质点的动能二、质点系的动能三、刚体的动能四、柯尼希定理第二节力的功一、功的一般表达式二、常见力的功三、作用在刚体上力系的功四、质点系内力的功五、约束力的功和理想约束第三节动能定理一、质点的动能定理二、质点系的动能定理第四节势力场、势能、机械能守恒定律一、势力场二、势能三、有势力和势能的关系四、机械能守恒定律第五节动力学普遍定理的综合应用考核要求了解：功率、功率方程，柯尼希定理。理解：相关基本量的物理意义，理想约束，有势力和势能的两个关系。掌握：相关基本量的计算，动能定理的微分和积分形式，机械能守恒定律，动力学普遍定理的综合应用。第十一章达朗贝尔原理（8学时）教学目的与要求通过本部分的学习，要求学生掌握惯性力的含义和计算，刚体惯性力系的简化，应用达朗贝尔原理研究动力学问题。教学内容第一节惯性力和达朗贝尔原理一、质点的达朗贝尔原理二、质点系的达朗贝尔原理第二节刚体惯性力系的简化一、平动刚体惯性力系的简化二、定轴转动刚体惯性力系的简化三、平面运动刚体惯性力系的简化第三节定轴转动刚体轴承的动反力一、避免出现轴承动反力的条件二、转子的静平衡和动平衡考核要求了解：定轴转动刚体惯性力系简化的一般情况，定轴转动刚体避免出现轴承动反力的条件，静平衡与动平衡。理解：惯性力系的简化过程及其结果，定轴转动刚体出现轴承动反力的原因。掌握：不同运动情况刚体惯性力系的简化结果，动静法的应用。第十二章虚位移原理（8学时）教学目的与要求通过本部分的学习，要求学生掌握虚位移的含义和与真实位移的关系，虚功计算的解析法和几何法，虚位移原理研究动力学问题。教学内容第一节约束及其分类一、几何约束和运动约束二、定常约束和非定常约束三、双面约束和单面约束第二节虚位移和虚功一、虚位移二、虚功三、理想约束第三节虚位移原理第四节广义坐标和自由度一、广义坐标和自由度二、广义虚位移第五节用广义坐标表示的质点系平衡条件考核要求了解：各种约束的特点。理解：虚位移的含义和与真实位移的关系，广义坐标和广义虚位移的独立性，虚位移原理与用广义坐标表示的质点系平衡条件的关系，虚位移原理与平衡方程的关系。掌握：虚功计算的解析法和几何法，虚位移原理与用广义坐标表示的质点系平衡条件在质点系平衡问题中的应用。第十三章动力学普遍方程和拉格朗日方程（4学时）教学目的与要求通过本部分的学习，要求学生掌握动力学普遍方程和拉格朗日方程。教学内容第一节动力学普遍方程第二节拉格朗日方程一、拉格朗日关系式二、拉格朗日方程三、理想约束第三节拉格朗日方程的首次积分一、能量积分二、循环积分考核要求了解：拉格朗日方程的首次积分。理解：动力学普遍方程和拉格朗日方程的关系。掌握：动力学普遍方程和两类拉格朗日方程的应用。第十四章机械振动的基本理论（2学时）教学目的与要求通过本部分的学习，要求学生掌握单自由度振动系统的基本理论。教学内容第一节概述第二节单自由度系统的自由振动一、运动微分方程的建立与求解二、自由振动的特点三、其它类型的自由度振动系统第三节固有频率的计算一、用振动微分方程求固有频率二、静变形法三、能量法考核要求了解：单自由度系统的自由振动。理解：振幅、周期、固有频率等相关参数。掌握：单自由度系统的固有频率的求解。总结（2学时）四、实验1．实验目的与任务《理论力学》实验是本课程的实践环节，其目的是通过这样一组实践教学环节的实施，加强《理论力学》的工程概念，了解这门课程与工程实际的紧密关系，培养、锻炼学生的创新思维和科研能力