《力学》课程教学大纲

《力学》教学大纲课程名称：力学英文名称：Mechanics课程编号：F047091511学分：3.5总学时/课内实践学时：56/0课程性质：必修课程开课单位：数理科学与工程学院应用物理系基层教学组织适应对象：应用物理学专业一、课程简介力学是应用物理学的第一门专业基础课。该课程是物理学的重要组成部分，是许多现代科学技术的基础。通过本课程的学习，使学生初步掌握宏观物体在弱力场中低速机械运动条件下所遵循的基本规律及研究方法，培养学生的科学思维和创新精神，为普通物理学后续课程和理论物理学的学习奠定基础。主要内容包括运动学、静力学和动力学三大部分，涉及质点力学、质点系力学、刚体力学、振动力学和波动力学。该课程的考核方式为闭卷考试。力学课程与实际生活和工程实践联系紧密，相关知识可以在实践中找到原型，还可以通过简单的实验进行验证，这些特点使得力学知识更加生动化、形象化。在授课中将中国古人的成就、中国科学家在世界科技中最近的创新性贡献、生活实例等融入到相关知识的教学中，增长见识的同时激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。Mechanicsisafoundationalcourseoftheappliedphysicsspecialty.Thecourseisanessentialpartofphysics,thebasisofmuchmodernscienceandtechnology.Bystudyingofthiscourse,studentswillinitiallymasterthefundamentallawsandresearchmethodsofmacroscopicobjectsinweakforcefieldundertheconditionoflow-speedmechanicalmotion.Thecoursewillcultivatethescientificthinkingandinnovativespirit,andlayafoundationforsubsequentcoursesofgeneralphysicsandtheoreticalphysics.Themaincontentincludeskinematics,statics,anddynamics,involvingparticlemechanics,particlesystemmechanics,rigidbodymechanics,vibrationmechanics,andwavemechanics.Thecourseisassessedbyaclosed-bookexamination.Mechanicscoursesarecloselyrelatedtoreal-lifeandengineeringpractice.Relevantknowledgecanbefoundinpracticeandverifiedbysimpleexperiments.Thesecharacteristicsmakemechanicsmorevividandvisualized.TheachievementsofancientChineses,therecentinnovativecontributionsofChinesescientistsinscienceandtechnology,andexamplesoflifeareintegratedintoteachingtobroadenstudents'knowledgeandstimulatetheirpatriotismandmissionofservingourcountrybystudingofscienceandtechnology.二、课程目标1．注重科学思维方法训练和科学精神培养，提高学生分析问题和解决问题的能力，培养科学的世界观。增长知识的同时激发科技报国的家国情怀和使命担当。2．系统掌握力学基础知识并能较灵活地加以运用，掌握把力学问题简化为物理模型求解的方法，掌握利用微积分的方法解决质点在变量作用下进行曲线运动的方法。3．了解力学的研究方法，理论前沿、发展动态、应用前景和最新发展，相关产业的发展状况。1.

Focusingonthetrainingofscientificthinkingmethodandscientificspirit,improvingtheabilitytoanalyzeandsolveproblems,andcultivatingascientificworldview.

Increasingknowledgeandstimulatingpatriotismandmissiontoserveourcountrybystudyingofscienceandtechnology.

2.

Masteringthebasicknowledgeofmechanicssystematicallyandusingitflexibly,masteringthemethodofsimplifyingmechanicalproblemsintophysicalmodels,andmasteringthetechniqueofusingcalculustosolvethecurvemotionofaparticleundervariableaction.

3.

Understandingtheresearchmethodsofmechanics,theoreticalfrontiers,developmenttrends,applicationprospects,thelatestdevelopment,andthedevelopmentstatusofrelatedindustries.

三、课程目标与毕业要求对应关系本课程的课程目标对应用物理学专业毕业要求指标点的支撑情况如表1所示：表1课程目标与毕业要求对应关系毕业要求指标点课程目标毕业要求1：素质要求①1毕业要求2：知识要求①2毕业要求3：知识要求④3四、课程教学安排课程共有9项教学内容，具体安排见表2。表2：课程教学安排表序号教学内容思政元素课堂教学学时实验/实践教学学时学时小计1绪论补充高等数学知识爱国教育42质点运动学爱国教育科学精神培养83动量牛顿运动定律科学精神培养104功与能科学精神培养85角动量科学精神培养46万有引力定理爱国教育科学精神培养27刚体力学科学精神培养128振动科学精神培养49波动科学精神培养4合计56教学安排1.绪论教学要求：了解物理学发展概貌和物理学科的特点，了解力学在物理学中的重要地位；明确参考系、坐标系与时间坐标轴等基本概念，理解基本单位、导出单位及量纲的意义；了解本课程的学习方法及特点。掌握简单的微积分运算和基本的矢量运算教学内容：物理学的研究对象和方法，物理学与力学的关系，微积分初步和简单的矢量运算。重点难点：微积分的运用及物理意义；量纲和量纲制思政元素：中国古人在力学方面取得的一些成就，感悟中国传统文化的博大精深。增长知识见识的同时激发学生的家国情怀。2.质点运动学教学要求：理解参考系、坐标系的物理意义及质点的应用范围、矢量和微积分概念，掌握描述运动的四个物理量位矢、位移、速度、加速度的意义以及它们的相互关系；掌握用微积分方法解决质点运动学的两类问题；掌握直角坐标系及自然坐标系中运动物理量的表示方法，理解切向加速度和法向加速度的概念；了解平面极坐标中速度、加速度的表示方法；明确伽利略变换，基本掌握质点相对运动的变换特点和计算。教学内容：参考系、坐标系、位矢、速度和加速度的概念；在不同坐标系下位矢、速度和加速度的表示形式及关系；相对运动、转动坐标系、科里奥利加速度。重点难点：在不同坐标系位矢、速度和加速度的表示以及相互关系；相对运动、转动坐标系、科里奥利加速度。思政元素：介绍中国古代发明之世界上最早的导航装置-司南，介绍中国自行研制的北斗卫星导航、定位等相关知识，了解中国科学家在世界科技中的创新性贡献。增长知识见识的同时激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。3.动量牛顿运动定律教学要求：深入理解牛顿运动定律及适用条件；熟练掌握重力、弹性力、摩擦力的规律和计算方法，明确主动力和被动力的概念；熟练掌握运用牛顿定律分析问题的思路和方法，能运用微积分等数学工具计算简单的力学问题；掌握直线加速参考中的惯性力、离心惯性力的物理意义及计算方法，了解科利奥利力的特征和判断；掌握动量和冲量的概念及动量定理，特别是它们的矢量性；掌握用动量守恒定律解决问题的思路和方法，特别是二维运动的问题；理解质心的概念及质心运动定理，掌握质心的计算方法，初步掌握利用质心概念处理问题。教学内容：牛顿三定律、常见力的分类；牛顿运动定律的运用、伽利略相对性原理，惯性系与惯性力；离心力、科里奥利力；动量、冲量及质心的概念；动量定理、质心运动定理、动量守恒定律其应用。重点难点：牛顿运动定律的运用；质心运动定理的应用；动量定理、动量守恒定律及其应用；惯性系与惯性力；离心力、科里奥利力。思政元素：重温2021年12月“天宫课堂”第一课中航天员翟志刚、王亚平、叶光富太空行走、太空单摆、微重力环境下的水球实验等内容，增长知识见识的同时激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。4.功与能教学要求：掌握功的定义及变力做功的计算方法；理解质点和质点系的动能定理的意义及其应用，明确质点系内力做功的特点；掌握保守力和及其相关势能的概念。掌握重力势能、万有引力势能和弹性势能的概念和计算方法，注意势能零点的选择；熟练掌握功能原理和机械能守恒定律，并能联系动量守恒定律解决一些问题；掌握两体碰撞的基本规律及应用。教学内容：元功，有限路径中功的计算；质点及质点系动能定理及其应用；保守力与势能；功能定理和机械能守恒定律及其应用。重点难点：功能定理和机械能守恒定律及其应用；不同坐标系下，有限路径中功的计算。5.角动量教学要求：理解角动量和力矩的物理意义，特别是所涉及的矢量关系；熟练掌握质点和质点系角动量定理及守恒定律，并能处理一些实际问题；掌握质心系的角动量定理，理解质心系中处理问题的特点；了解对称性的意义及经典动力学的适用范围。教学内容：力矩、角动量、质点角动量定理、角动量守恒定律及其应用；质点系的角动量定理、角动量守恒定理，质点在有心力场中的运动。重点难点：力矩、角动量；质点与质点系的角动量定理、角动量守恒定律及其应用思政元素：观看“太空转身”实验视频，了解我们国家在航空航天领域取得的一系列成果，增长知识见识的同时激发学生科技报国的家国情怀和使命担当。6.万有引力定律教学要求：理解开普勒三定律的意义；理解万有引力定律及其适用范围。教学内容：开普勒定律；万有引力定律惯性质量和引力质量；引力势能重点难点：万有引力定律，引力势能7.刚体力学教学要求：掌握刚体的概念和刚体的基本运动；理解转动惯量的意义及计算方法，掌握利用平行轴定理和垂直轴定理求解转动惯量的方法；熟练应用刚体定轴转动定律；掌握应用刚体的角动量定理、角动量守恒定律及机械能守恒定律解决转动问题；理解刚体平面平行运动的基本规律和计算方法。教学内容：刚体的运动的描述，刚体的定轴转动定律及其应用；刚体的转动惯量及其计算方法；刚体的定轴转动动能定理及其应用。重点难点：刚体运动的特点和描述；刚体的角动量定理；刚体转动惯量的计算；转动定理，平面平行运动的动力学分析8.振动教学要求：掌握简谐振动的特征和规律，理解描述简谐振动的特征量的物理意义，熟练确定振动系统的特征量，建立谐振方程；熟练掌握描述简谐振动的旋转矢量法；掌握同方向、同频率简谐振动的合成的特点与规律，掌握互相垂直简谐振动合成的特点；了解阻尼振动、受迫振动和共振的发生条件和规律。教学内容：简谐振动的基本规律，简谐振动的合成；阻尼振动、受迫振动和共振。重点难点：简谐振动的基本规律；简谐振动的合成；受迫振动和共振9.波动教学要求：理解描述波动的物理量的物理意义及其相互关系；熟练掌握平面谐波的波函数的物理意义，根据给定条件求解波函数；理解波的迭加原理,掌握波的干涉原理和干涉加强、减弱的条件；掌握驻波的形成条件和特点，建立半波损失的概念，掌握其形成的特点。教学内容：机械波的形成、横波与纵波；波线、波面、波速和波长；简谐波的波动方程，波的干涉与驻波。重点难点：简谐波方程；波的能量和强度；波的干涉与驻波五、课内实践教学内容及要求无。六、课程考核与评价根据学生学习过程中的表现给出平时成绩，平时成绩占总成绩30%，平时成绩的依据是出勤、课堂表现、作业完成情况。本课程采用闭卷笔试方式进行考核，考试的卷面成绩也就是期末成绩，占总成绩的70%。表3：成绩评定方式表考核环节分值考核/评价细则出勤100以课上提问、点名、抽查的方式进行考勤，