理论力学教学大纲

PAGEPAGE11《理论力学IA》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称理论力学IA课程编号440040034课程性质必修课课程类别专业或技术基础核心课开课单位力学教研室授课学期第三学期学分/学时4/64课内学时64理论授课62上机学时0课内实践0实验学时2课外学时64适用专业机械设计制造及其自动化，材料成型是否双语否先修课程高等数学、线性代数、大学物理后续课程材料力学、机械原理、机械设计二、课程简介理论力学是机械设计制造及其自动化、材料成型等工科专业的专业或技术基础核心课。它是一门理论性较强的技术基础课，是后续专业课程的基础，并在工程技术领域中有着广泛的应用。本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机械振动基础。通过学习了解机械运动的基本规律和研究方法，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；建立科学的方法论和辩证唯物主义世界观，提升动手能力，具备抽象思维、计算和分析能力，为学习有关的后续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。三、课程目标及对毕业要求指标点的支撑（一）课程目标通过本课程的学习，使学生达到以下目标：课程目标1.了解力学发展简史和理论力学基本任务，能够运用静力学的基本原理对各类工程结构、机械系统等进行受力分析、力系的等效简化，应用平衡条件综合分析解决刚体与刚体系统受力及平衡问题，了解摩擦的相关知识，并能解决考虑摩擦时平衡问题的求解。具备建立力学模型和简化实际问题的能力。能够建立科学的方法论，增强民族自信，厚植爱国主义情怀。课程目标2.通过学习质点和刚体运动分析基本原理和方法，掌握点的运动学方程、刚体的简单运动、点的和合成运动和刚体平面运动等基础知识及基本理论，领会点运动的矢量法、直角坐标法和自然法的方程表达，掌握点的速度和加速度合成定理，求解平面运动刚体内各点的速度和加速度。通过学习，具备完成动点和刚体复杂运动问题的计算能力、创新能力，提升机械设计能力。课程目标3.掌握用动力学基本原理解决物体运动问题的基本原理和方法。能熟练的使用动量定理、动量矩定理、动能定理和达朗贝尔原理分析和解决运动的质点、刚体的运动量和受力情况。通过学习，具备掌握较复杂刚体系的受力和运动的求解能力，具备科学精神、精益求精，养成良好的习惯。课程目标4.掌握机械振动基本理论，学习使用振动分析软件对实验数据进行分析与处理，并通过信息综合得到合理有效的结论，并对一些试验手段和测试技术有一定的认识，掌握实验研究的方法，具备实验操作的动手能力，探索未知的能力及团队合作能力。（二）课程目标对毕业要求指标点的支撑课程目标支撑毕业要求指标点毕业要求课程目标1指标点1：掌握力学知识，能够运用其理论和方法解决与机械产品设计、制造工艺及其机电检测与控制等相关复杂工程问题；指标点2：能够力学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究，分析与机械产品设计、制造工艺及其机电检测与控制等有关的复杂工程问题，以获得有效结论；指标点4：能够基于力学原理并采用科学方法对与机械产品设计、制造工艺及其检测与控制等有关的复杂工程问题进行研究，得到合理有效的结论。指标点8：具有人文社会科学素养、社会责任感，能够理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任。1-工程知识2-问题分析4-研究8-职业规范课程目标2指标点1：掌握力学知识，能够运用其理论和方法解决与机械产品设计、制造工艺及其机电检测与控制等相关复杂工程问题；指标点2：能够力学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究，分析与机械产品设计、制造工艺及其机电检测与控制等有关的复杂工程问题，以获得有效结论；指标点4：能够基于力学原理并采用科学方法对与机械产品设计、制造工艺及其检测与控制等有关的复杂工程问题进行研究，得到合理有效的结论。1-工程知识2-问题分析4-研究课程目标3指标点1：掌握力学知识，能够运用其理论和方法解决与机械产品设计、制造工艺及其机电检测与控制等相关复杂工程问题；指标点2：能够力学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究，分析与机械产品设计、制造工艺及其机电检测与控制等有关的复杂工程问题，以获得有效结论；指标点4：能够基于力学原理并采用科学方法对与机械产品设计、制造工艺及其检测与控制等有关的复杂工程问题进行研究，得到合理有效的结论。1-工程知识2-问题分析4-研究课程目标4指标点1：掌握力学知识，能够运用其理论和方法解决与机械产品设计、制造工艺及其机电检测与控制等相关复杂工程问题；指标点2：能够力学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究，分析与机械产品设计、制造工艺及其机电检测与控制等有关的复杂工程问题，以获得有效结论；指标点4：能够基于力学原理并采用科学方法对与机械产品设计、制造工艺及其检测与控制等有关的复杂工程问题进行研究，得到合理有效的结论。1-工程知识2-问题分析4-研究四、课程基本教学内容及对课程目标的支撑（一）课程基本教学内容第一单元理论力学绪论（学时数：1学时）1.课程主要内容（1）理论力学的研究对象及理论力学在工程技术中的作用。（2）理论力学课程的主要内容。（3）学习理论力学的目的、任务和理论力学的研究方法。（4）理论力学发展简史，为力学做出卓越贡献的我国科学家的事迹。2.重点和难点教学重点：理论力学的研究对象、研究内容。教学难点：理论力学的任务及目的。3.教学方法（1）讲授教学法。通过多媒体课件和图文视频，展示理论力学发展简史，使学生了解理论力学课程的研究对象、研究内容、课程定位等，激发学生产生学习兴趣、明确学习目的和任务；（2）引导教学法。通过讲述中国力学家的故事和卓越的工程案例，引导学生树立正确的人生观、世界观和价值观，激发学生的爱国主义情怀和民族自豪感，学习科学家勇于探索、严谨求真的精神，培养学生甘于奉献的社会责任感。4.学生学习预期成果通过本单元的学习，对理论力学课程的研究对象和内容、研究方法以及学习理论力学的目的有全面的认知，激发学习的动力。5.支撑课程目标支撑课程目标1。第二单元静力学（学时数：20学时）1.课程主要内容（1）静力学公理和物体的受力分析：5个静力学公理及2个推论；常见的约束和约束反力；物体的受力分析和受力图（2）平面力系：几何法和解析法分析平面汇交力系的简化和平衡；平面力对点之矩和平面力偶的概念、性质、等效定理；平面力偶系的简化和平衡；平面任意力系的简化、平衡条件和平衡方程；静定和超静定问题、物体系的平衡。（3）空间力系：空间汇交力系概念、简化和平衡；力对点之矩和力对轴之矩；空间力偶性质、等效定理、简化和平衡；空间任意力系的简化和平衡方程；重心的概念、计算。（4）摩擦：滑动摩擦分析和计算；摩擦角概念和自锁现象；考虑摩擦时物体的平衡问题；滚动摩阻的概念。2.重点和难点教学重点：（1）各种常见约束的性质、物体受力分析、对物体系统取分离体并画受力图。（2）使用解析法求解平面汇交力系的简化及平衡问题；力偶的性质,力偶系的合成与平衡的计算。（3）平面任意力系的平衡条件与平衡方程，物体系统的平衡问题。（4）空间力系的平衡条件及平衡方程；重心的概念及坐标公式。（5）摩擦角和自锁现象，考虑摩擦的简单物体系统的平衡问题。教学难点：（1）物体系统分离体的选取及整体、局部受力图的绘制。（2）物体系的平衡问题，物体系内部、外部约束反力的求解。（3）空间力对点之矩和力对轴之矩，空间任意力系的平衡方程。（4）考虑摩擦的的物体系统的平衡问题。3.教学方法（1）讲授教学法。通过板书授课和多媒体授课的结合，阐明本单元的教学内容和基本原理，理清本单元的基本概念和基本方法。多媒体授课丰富了教学内容，将理论知识形象化、具体化，培养学生刻苦学习的态度。（2）线上线下混合式教学法。线下学习与课堂教学相结合，提高课堂效率，培养学生的自主学习能力。既能充分发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，又能充分体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性。（3）启发式教学法。通过工程案例引入教学内容，理论讲解，实践问题的分析，强调理论与实践相结合，培养学生的力学建模能力和工程意识。（4）测验教学法。通过重点习题练习与讲解，强化知识应用意识，培养学生解决问题的能力和反思能力。组织课堂讨论，调动学生们的积极性和课堂主人翁意识。4.学生学习预期成果通过本单元学习，认知各种力的性质和作用，学会受力分析方法，掌握平衡方程的建立和平衡条件的应用，解决工程实际问题，具备科学素养、逻辑思维以及分析问题的能力。5.支撑课程目标支撑课程目标1。第三单元运动学（学时数：19学时）1.课程主要内容（1）点的运动学：直观描述点运动轨迹、运动方程、速度、加速度的矢量法、直角坐标法和自然法；点的运动方程、运动轨迹、速度、加速度的求解问题；自然轴系的建立，点的速度和加速度在自然轴系中的求解。（2）刚体的简单运动：平行移动刚体的运动特征，刚体上各点轨迹、速度和加速度特点；刚体绕定轴转动的角速度和角加速度；定轴转动刚体上各点的速度和加速度；传动轮系、皮带的传动比。（3）点的合成运动：点运动的相对性，“一点、两系、三运动”的概念，牵连点的概念和特性；动点和动参考系的选取规则；点的速度合成定理；牵连运动为平动时点的加速度合成定理及其应用；牵连运动为转动时点的加速度合成定理及其应用，科氏加速度的概念和计算公式。（4）刚体的平面运动：刚体平面运动的特征，刚体平面运动的简化；平面运动刚体内求解速度的基点法、瞬心法和投影法；平面运动刚体内求解加速度的基点法，运动学综合问题。2.重点和难点教学重点：（1）描述点的运动的直角坐标法和自然法。（2）刚体平行移动的特点；定轴转动刚体上的各点的速度和加速度的求解。（3）点的运动合成与分解的基本概念和方法；“一定两系三运动”；点的速度、加速度合成定理及应用（4）基点法和瞬心法研究平面图形内各点的速度；基点法研究平面图形内各点的加速度。教学难点：（1）自然轴系的建立，点的速度和加速度在自然轴系中的求解。（2）定轴转动刚体上各点的速度和加速度，法向加速度的概念和求解公式。（3）点的加速度合成定理及应用；科氏加速度及其大小、方向的分析。（4）基点法研究平面图形内各点的加速度。3.教学方法（1）讲授教学法。通过板书授课和多媒体授课的结合，阐明本单元的教学内容和基本原理，理清本单元的基本概念和基本方法。多媒体授课丰富了教学内容，将理论知识形象化、具体化，培养学生刻苦学习的态度。（2）线上线下混合式教学法。线下学习与课堂教学相结合，提高课堂效率，培养学生的自主学习能力。既能充分发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，又能充分体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性。（3）启发式教学法。通过工程案例引入教学内容，理论讲解，实践问题的分析，强调理论与实践相结合，培养学生的力学建模能力和工程意识。（4）测验教学法。通过重点习题练习与讲解，强化知识应用意识，培养学生解决问题的能力和反思能力。组织课堂讨论，调动学生们的积极性和课堂主人翁意识。4.学生学习预期成果通过本单元学习，了解参考体、参考系、自然轴系等基本概念，掌握点的运动和合成运动的分析方法，掌握刚体的简单运动和平面运动的求解方法。应用本单元内容分析和设计机械设备中的传动问题，解决工程实际问题，具备科学素养、逻辑思维以及分析问题的能力。5.支撑课程目标支撑课程目标2。第四单元动力学（学时数：20学时）1.课程主要内容（1）质点动力学基本方程：动力学的基本定律，惯性、质量、惯性坐标系等基本概念；质点运动微分方程的矢量形式、直角坐标形式、自然轴投影形式；质点动力学的两类问题的求解方法。（2）动量定理：质点和质点系的动量、力的冲量概念及计算；动量定理、质心运动定理及应用。（3）动量矩定理：质点、质点系的动量矩（包括平移、定轴转动刚体）计算；动量矩定理及应用；刚体对轴的转动惯量及其计算；刚体定轴转动微分方程和刚体平面运动微分方程。（4）动能定理：功的概念、元功的表达式、合力的功、重力、弹性力和摩擦力的功、力偶和力矩的功、内力和约束力的功；质点、质点系的动能，掌握平移、定轴转动和平面运动刚体的动能；质点、质点系的动能定理及应用；功率，掌握功率方程的应用；势力场、势能、机械能的概念和机械能守恒定律；应用动力学普遍定理求解动力学问题。（5）达朗贝尔原理：惯性力的概念，掌握刚体作平移、对称刚体作定轴转动和平面运动时惯性力系的简化及其计算；达朗贝尔原理及应用。2.重点和难点教学重点：（1）质点运动微分方程的三种形式及建立，质点动力学的两类基本问题。（2）质点与质点系动量定理和相应的守恒定律及应用，质心运动定理和质心运动守恒定律及应用。（3）质点和质点系动量矩定理，刚体对轴的转动惯量，刚体绕定轴转动微分方程，刚体平面运动的微分方程。（4）质点系的动能、势能，动能定理、功率方程和机械能守恒定律，动力学普遍定理的综合应用。（5）惯性力的概念，质点和质点系的达朗贝尔原理，刚体惯性力系的简化，绕定轴转动刚体的动约束力。教学难点：（1）质点动力学的两类基本问题。（2）质心运动定理和质心运动守恒定律及应用。（3）质点和质点系动量矩定理，刚体绕定轴转动微分方程，刚体平面运动的微分方程。（4）动能定理、功率方程，动力学普遍定理的综合应用。（5）质点和质点系的达朗贝尔原理，刚体惯性力系的简化。3.教学方法（1）讲授教学法。通过板书授课和多媒体授课的结合，阐明本单元的教学内容和基本原理，理清本单元的基本概念和基本方法。多媒体授课丰富了教学内容，将理论知识形象化、具体化，培养学生刻苦学习的态度。（2）线上线下混合式教学法。线下学习与课堂教学相结合，提高课堂效率，培养学生的自主学习能力。既能充分发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，又能充分体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性。（3）启发式教学法。通过工程案例引入教学内容，理论讲解，实践问题的分析，强调理论与实践相结合，培养学生的力学建模能力和工程意识。（4）测验教学法。通过重点习题练习与讲解，强化知识应用意识，培养学生解决问题的能力和反思能力。组织课堂讨论，调动学生们的积极性和课堂主人翁意识。4.学生学习预期成果通过本单元学习，能理解并熟练计算动力学中的各基本物理量（动量、动量矩、动能、冲量、功、势能、惯性力等），熟练掌握动力学普遍定理（动量定理、质心运动定理、对固定点和固定轴的动量矩定理、动能定理）及相应的守恒定理，熟练掌握达朗贝尔原理的应用。应用本单元的内容分析解决工程实际问题，培养学生刻苦努力学习、严谨求真的科学精神，锻炼学生的逻辑思维能力，强化理论知识应用于工程实践的能力。5.支撑课程目标支撑课程目标3。第五单元机械振动基础（学时数：4学时）1.课程主要内容（1）无阻尼的单自由度系统自由振动的概念及特点，运动微分方程建立的方法。（2）振动系统的固有频率的计算方法。（3）实验测定简支梁振动频率和固有频率。2.重点和难点教学重点：无阻尼的单自由度系统自由振动运动微分方程建立的方法，振动系统的固有频率的计算方法。用双踪示波比较法和利萨如图形法测量简谐振动的频率，用幅值判别法和相位判别法测量振动系统的固有频率。教学难点：弹簧系统的串并联。3.教学方法（1）讲授教学法。通过板书授课和多媒体授课的结合，阐明本单元的教学内容和基本原理，理清本单元的基本概念和基本方法。多媒体授课丰富了教学内容，将理论知识形象化、具体化，培养学生刻苦学习的态度。（2）线上线下混合式教学法。线下学习与课堂教学相结合，提高课堂效率，培养学生的自主学习能力。既能充分发挥教师引导、启发、监控教学过程的主导作用，又能充分体现学生作为学习过程主体的主动性、积极性与创造性。（3）启发式教学法。通过工程案例引入教学内容，理论讲解，实践问题的分析，强调理论与实践相结合，培养学生的力学建模能力和工程意识。（4）实验教学法：通过测定简支梁振动频率和固有频率的实验，用双踪示波比较法和利萨如图形法测量简谐振动的频率，用幅值判别法和相位判别法测量振动系统的固有频率，培养了学生实验操作能力、团队合作能力和创新能力。4.学生学习预期成果通过本单元学习，认识了机械振动是机械系统的一种运动形式，了解了多种多样的振动形式和分类，掌握了单自由度系统无阻尼自由振动微分方程的建立及其相应的性质，掌握了采用能量法计算振动系统的固有频率，掌握了实验测定简支梁振动频率和固有频率的方法。5.支撑课程目标支撑课程目标4。（二）课程基本教学内容对课程目标的支撑课程教学内容教学方法支撑的课程目标学时安排课内课外学时比例第一单元理论力学绪论讲授法、引导教学法课程目标111:1第二单元静力学讲授法、线上线下混合教学、启发式教学法、测验课程目标1201:1第三单元运动学讲授法、线上线下混合教学、启发式教学法、测验课程目标2191:1第四单元动力学讲授法、线上线下混合教学、启发式教学法、测验课程目标3201:1第五单元机械振动基础讲授法、线上线下混合教学、启发式教学法、实验教学法课程目标441:1合计641:1五、课程考核及对课程目标的支撑（一）课程考核本门课程依据全程监控的理念进行考核，以课程目标的达成为主要目的，以检查学生对各知识点的掌握程度和应用能力为重要内容。总评成绩由平时成绩和期末考试成绩构成，其中平时成绩包括作业、单元测验、课堂表现和实验等环节，具体考核环节和成绩占比由任课老师自行确定。平时成绩中的各项成绩均为10分制，期末考试成绩和总评成绩均为百分制。总评成绩100%=平时成绩40%+期末考试成绩60%。课程成绩构成（百分制）课程成绩构成比例考核环节考核/评价细则平时成绩40%作业、测验、实验等平时成绩可由作业（十分制）（不少于8次）、测验（十分制）（不少于2次）、课堂表现（十分制）、线上学习（十分制）和实验（十分制）等环节按比例构成。评价细则：1.作业：按完成的准确性、规范性打分，单次作业满分10分，取平均值。2.测验：按评分标准打分，满分10分，取平均值。3.课堂表现：由课上互动、主题讨论、笔记签到等环节获得积分，最高者折合10分，其余按比例折合。4.线上学习：完成任务点学习，满分10分。5.实验：实验报告成绩，满分10分