《理論力學(xué)A（雙語）》課程教學(xué)大綱

《理論力學(xué)A（雙語）》課程教學(xué)大綱課程代碼：412102課程名稱：理論力學(xué)A（雙語）英文名稱：TheoreticalMechanicsA(Bilingual)開課學(xué)期：3學(xué)時(shí)/學(xué)分：96/6，(其中含實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí):4學(xué)時(shí))課程類型：學(xué)科基礎(chǔ)必修課開課專業(yè)：機(jī)械類專業(yè)本科生選用教材：劉巧伶、李洪主編《理論力學(xué)》科學(xué)出版社2005年9月第三版主要參考書：1、哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室編：《理論力學(xué)》，高等教育出版社2002年版8月第六版。2、程靳、程燕平主編：《理論力學(xué)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)》，高等教育出版社2003年8月第一版。一、課程簡介【課程名稱】《理論力學(xué)A（雙語）》（96學(xué)時(shí)/6學(xué)分，秋季）[CourseName]TheoreticalMechanicsA(Bilingual)(96studyhours/6credits,FallSemester)【教學(xué)目的】《理論力學(xué)》是機(jī)械類專業(yè)學(xué)生的主干學(xué)科基礎(chǔ)必修課，具有較強(qiáng)的理論性和應(yīng)用性，為一些后續(xù)課程以及解決工程實(shí)際問題打下一定的理論基礎(chǔ)。本課程的教學(xué)目的是培養(yǎng)學(xué)生掌握機(jī)械運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律和研究方法，為學(xué)習(xí)有關(guān)的后繼課程打好必要的基礎(chǔ)，并為將來學(xué)習(xí)和掌握新的科學(xué)技術(shù)創(chuàng)造條件：使學(xué)生初步學(xué)會應(yīng)用理論力學(xué)的理論和方法分析、解決一些簡單的工程實(shí)際問題：結(jié)合本課程的特點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的辯證唯物主義世界觀，培養(yǎng)學(xué)生的能力。[CourseObjects]TheoreticalMechanicsAasoneofthemainprofessionalfundamentalcoursesformechanicalengineeringstudents,togetherwithitsstrongtheoryandapplicability,willlaythetheoreticalfoundationtothefollow-upcoursesanddevelopstudents’abilitytosolvepracticalengineeringproblems.Objectivesofthecourseistotrainstudentstomasterthebasiclawsandresearchmethodsonparticle,particlesystemandrigidbodies’mechanicalmotioninvolvingstaticequilibrium,tolaynecessaryfoundationforrelativefollow-upcourses,andtocreateconditionsforfuturelearningandmasteringnewscienceandtechnology.Itprovidesstudentstheabilityofpreliminarilyapplyingtheoryandmethodoftheoreticalmechanicstoanalyzeandsolvesomesimpleengineeringproblems.Combinedwiththecharacteristicsofthecourse,ittrainsstudents’dialecticalmaterialismviewoftheworldanddevelopsstudents’abilities.【教學(xué)內(nèi)容】本課程內(nèi)容共分三篇十六章。課程主要介紹了力系的簡化和平衡，考慮摩擦的平衡問題，點(diǎn)和剛體的運(yùn)動(dòng)學(xué)，動(dòng)力學(xué)普遍定理以及分析力學(xué)的基本原理。[TeachingContent]Coursecontentisdividedintothreemainpartsor16chapters.Thecourseintroducesthereductionandequilibriumofforcesystem,equilibriumproblemsconsideringfriction,kinematicsofparticleandrigidbody,generaltheoremsofdynamics,andfundamentalsofanalyticalmechanics.【授課對象】本課程的授課對象為機(jī)械工程、車輛工程、發(fā)動(dòng)機(jī)、能源與動(dòng)力工程、汽運(yùn)工程、汽車服務(wù)工程、農(nóng)業(yè)機(jī)械化與自動(dòng)化和包裝工程的專業(yè)本科生。本課程要求授課對象先修下列課程：高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、工程圖學(xué)等。[TargetStudents]TargetstudentsofthecourseareundergraduatesmajoringinMechanicalEngineering,VehicleEngineering,Engine,EnergyandPowerEngineering,AutomobileTransportationEngineering,AutomobileServiceEngineering,AgriculturalMechanizationandAutomation,andPackagingEngineering.Theyshouldhavelearnedthefollowingcourses:AdvancedMathematics,CollegePhysics,EngineeringGraphics,etc.二、課程目標(biāo)1、對物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)有一個(gè)總體的了解與把握。掌握理論力學(xué)的基本研究方法——抽象化方法、數(shù)學(xué)演繹和推理，用來解決工程實(shí)際問題。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)2.1）2、掌握靜力學(xué)的基本理論和基本知識；能正確、合理地進(jìn)行受力分析，對平衡及含有摩擦的平衡問題能夠正確求解，能運(yùn)用靜力學(xué)的概念和理論，分析工程實(shí)際問題。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)2.1）3、掌握運(yùn)動(dòng)學(xué)的基本理論和基本知識；能正確、合理地分析物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，確定剛體及點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)相關(guān)參數(shù)，能運(yùn)用運(yùn)動(dòng)學(xué)的概念和理論，分析工程實(shí)際問題。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)2.2）4、掌握動(dòng)力學(xué)的基本理論和基本知識；能正確、合理地分析物體的運(yùn)動(dòng)與受力的關(guān)系，建立系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)微分方程，能運(yùn)用動(dòng)力學(xué)的概念和理論，分析工程實(shí)際問題。（支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)3.2）三、各章節(jié)內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配緒論（2學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求通過本部分的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生了解本課程研究內(nèi)容與學(xué)習(xí)方法及其在工程技術(shù)中的作用。第一章靜力學(xué)的基本概念（6學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求通過本部分的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握靜力學(xué)公理及其推論，力、力偶和力對點(diǎn)之矩的概念及相關(guān)計(jì)算，熟練掌握約束類型和物體的受力分析，能夠正確做出受力圖。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)力的概念第二節(jié)靜力學(xué)公理第三節(jié)力矩及其技術(shù)一、力對點(diǎn)之矩二、合力矩定理三、力對軸之矩力偶及力偶矩一、力偶及其計(jì)算二、力偶的性質(zhì)約束和約束力一、柔性約束二、光滑接觸面約束三、光滑鉸鏈約束四、輥軸支座約束五、光滑球鉸鏈約束物體的受力分析和受力圖一、步驟二、注意事項(xiàng)考核要求了解：相關(guān)概念。理解：力對點(diǎn)之矩和力偶矩平面問題與空間問題的差別。掌握：力對點(diǎn)之矩的計(jì)算、合力矩定理、力偶矩的計(jì)算；各種約束類型；物體的受力分析。第二章力系的簡化（6學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求通過本部分的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握各種力系的簡化結(jié)論。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)匯交力系第二節(jié)力偶系第三節(jié)任意力系一、力的平移定理二、空間任意力系的簡化主矢量和對簡化中心的主矩三、簡化結(jié)果分析四、平面任意力系的簡化第四節(jié)平行力系與重心考核要求了解：力系簡化過程，力螺旋。理解：力系的主矢量和對簡化中心的主矩。掌握：各種力系的簡化結(jié)果。第三章力系的平衡（10學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求通過本部分的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握各種力系的平衡條件及平衡方程，能夠熟練求解平面任意力系的平衡問題。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)平面任意力系的平衡條件與平衡方程第二節(jié)物體系統(tǒng)的平衡第三節(jié)平面簡單桁架的內(nèi)力計(jì)算一、節(jié)點(diǎn)法二、截面法第四節(jié)空間力系的平衡考核要求了解：空間力系的平衡及其求解方法。理解：各種力系的平衡方程，靜定和靜不定，零桿的判定。掌握：平面各種力系平衡的計(jì)算方法，尤其是平面任意力系的平衡。第四章摩擦（4學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求通過本部分的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握滑動(dòng)摩擦和滾動(dòng)摩擦的特點(diǎn)，掌握考慮摩擦的的平衡問題的計(jì)算。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)滑動(dòng)摩擦一、靜滑動(dòng)摩擦二、動(dòng)活動(dòng)摩擦第二節(jié)摩擦角和自鎖現(xiàn)象一、摩擦角二、自鎖現(xiàn)象第三節(jié)考慮滑動(dòng)摩擦的平衡問題第四節(jié)滾動(dòng)摩擦考核要求了解：滾動(dòng)摩阻的物理意義和計(jì)算。理解：靜、動(dòng)滑動(dòng)摩擦力的判定，摩擦角與摩擦系數(shù)的關(guān)系，自鎖條件，考慮摩擦問題的幾何法。掌握：考慮摩擦的平衡問題的計(jì)算。第五章點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和剛體的簡單運(yùn)動(dòng)（4學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求通過本部分的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握描述點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)的三種方法，剛體平動(dòng)和定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的判定和特點(diǎn)。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)一、矢量法二、直角坐標(biāo)法三、自然法第二節(jié)剛體的簡單運(yùn)動(dòng)一、剛體的平動(dòng)二、剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)三、定軸轉(zhuǎn)動(dòng)剛體上各點(diǎn)的速度和加速度考核要求了解：運(yùn)動(dòng)學(xué)的研究對象。理解：描述點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)的三種方法的區(qū)別與聯(lián)系，平動(dòng)和定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的判定和運(yùn)動(dòng)方程，用矢量積表示定軸轉(zhuǎn)動(dòng)剛體上各點(diǎn)的速度和加速度。掌握：剛體平動(dòng)的判定和特點(diǎn)，定軸轉(zhuǎn)動(dòng)剛體上各點(diǎn)的速度和加速度的計(jì)算。第六章點(diǎn)的合成運(yùn)動(dòng)（10學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求通過本部分的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握運(yùn)動(dòng)的合成與分解，點(diǎn)的速度和加速度合成定理，正確判斷牽連量和相對量。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)基本概念第二節(jié)點(diǎn)的速度合成定理第三節(jié)點(diǎn)的加速度合成定理考核要求了解：運(yùn)動(dòng)的合成與分解及相關(guān)概念。理解：科氏加速度產(chǎn)生的原因。掌握：正確判斷牽連量和相對量，點(diǎn)的速度和加速度合成定理，并應(yīng)用定理對運(yùn)動(dòng)學(xué)問題進(jìn)行求解。第七章剛體的平面運(yùn)動(dòng)（10學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求通過本部分的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握剛體平面運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，能夠應(yīng)用基點(diǎn)法、速度投影定理和速度瞬心法分析平面圖形上各點(diǎn)的速度，應(yīng)用加速度基點(diǎn)法分析平面圖形上各點(diǎn)的加速度。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)基本概念一、定義二、平面運(yùn)動(dòng)方程三、平面運(yùn)動(dòng)的分解第二節(jié)平面圖形內(nèi)各點(diǎn)速度分析的基點(diǎn)法第三節(jié)平面圖形內(nèi)各點(diǎn)速度分析的瞬心法一、速度瞬心的概念二、速度瞬心法三、平面圖形速度瞬心的確定第四節(jié)平面圖形內(nèi)各點(diǎn)加速度分析的基點(diǎn)法考核要求了解：平面運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程，平面圖形各點(diǎn)速度分析方法的差異。理解：平面運(yùn)動(dòng)的分解，基點(diǎn)的含義，瞬時(shí)平動(dòng)的特點(diǎn)及與平動(dòng)的區(qū)別。掌握：速度分析的基點(diǎn)法、速度投影定理和速度瞬心法，加速度分析的基點(diǎn)法，運(yùn)動(dòng)學(xué)綜合應(yīng)用。第八章動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)（2學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求通過本部分的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生了解動(dòng)力學(xué)的研究對象和內(nèi)容，動(dòng)力學(xué)的兩類基本問題，掌握質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)微分方程。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)牛頓定律第二節(jié)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)微分方程第三節(jié)質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)的兩類基本問題第四節(jié)質(zhì)點(diǎn)系的慣性特征一、質(zhì)點(diǎn)系的質(zhì)量中心二、剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量三、剛體的慣性積和慣性主軸考核要求了解：動(dòng)力學(xué)兩類基本問題，剛體的慣性積和慣性主軸。理解：重心和質(zhì)心的關(guān)系，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的實(shí)驗(yàn)測定。掌握：質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)微分方程，質(zhì)點(diǎn)系質(zhì)心表達(dá)式，常見剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及其計(jì)算方法。第九章動(dòng)量定理和動(dòng)量矩定理（10學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求通過本部分的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握動(dòng)量、動(dòng)量矩、力的沖量等基本量的含義和計(jì)算，動(dòng)量定理、質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理、動(dòng)量矩定理的應(yīng)用。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量、動(dòng)量矩及力的沖量、沖量矩一、質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量二、質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量矩三、力系的沖量和沖量矩第二節(jié)質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理一、質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理及動(dòng)量守恒二、質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理第三節(jié)質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量矩定理一、質(zhì)點(diǎn)系相對固定點(diǎn)的動(dòng)量矩定理及動(dòng)量矩守恒二、質(zhì)點(diǎn)系相對質(zhì)心的動(dòng)量矩定理三、剛體平面運(yùn)動(dòng)微分方程考核要求了解：反沖現(xiàn)象等動(dòng)量和動(dòng)量矩定理的應(yīng)用。理解：相關(guān)基本量的物理意義，動(dòng)量和動(dòng)量矩定理的在剛體和流體動(dòng)力學(xué)中的應(yīng)用實(shí)例。掌握：相關(guān)基本量的計(jì)算，動(dòng)量定理和動(dòng)量矩定理的矢量和投影形式，動(dòng)量和動(dòng)量矩守恒在工程實(shí)際中的應(yīng)用，質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理及相對質(zhì)心的動(dòng)量矩定理在剛體動(dòng)力學(xué)中的應(yīng)用。第十章動(dòng)能定理（8學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求通過本部分的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握動(dòng)能、功等基本量的含義和計(jì)算，動(dòng)能定理、機(jī)械能守恒定律、動(dòng)力學(xué)普遍定理的應(yīng)用。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)能一、質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能二、質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)能三、剛體的動(dòng)能四、柯尼希定理第二節(jié)力的功一、功的一般表達(dá)式二、常見力的功三、作用在剛體上力系的功四、質(zhì)點(diǎn)系內(nèi)力的功五、約束力的功和理想約束第三節(jié)動(dòng)能定理一、質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能定理二、質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)能定理第四節(jié)勢力場、勢能、機(jī)械能守恒定律一、勢力場二、勢能三、有勢力和勢能的關(guān)系四、機(jī)械能守恒定律第五節(jié)動(dòng)力學(xué)普遍定理的綜合應(yīng)用考核要求了解：功率、功率方程，柯尼希定理。理解：相關(guān)基本量的物理意義，理想約束，有勢力和勢能的兩個(gè)關(guān)系。掌握：相關(guān)基本量的計(jì)算，動(dòng)能定理的微分和積分形式，機(jī)械能守恒定律，動(dòng)力學(xué)普遍定理的綜合應(yīng)用。第十一章達(dá)朗貝爾原理（8學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求通過本部分的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握慣性力的含義和計(jì)算，剛體慣性力系的簡化，應(yīng)用達(dá)朗貝爾原理研究動(dòng)力學(xué)問題。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)慣性力和達(dá)朗貝爾原理一、質(zhì)點(diǎn)的達(dá)朗貝爾原理二、質(zhì)點(diǎn)系的達(dá)朗貝爾原理第二節(jié)剛體慣性力系的簡化一、平動(dòng)剛體慣性力系的簡化二、定軸轉(zhuǎn)動(dòng)剛體慣性力系的簡化三、平面運(yùn)動(dòng)剛體慣性力系的簡化第三節(jié)定軸轉(zhuǎn)動(dòng)剛體軸承的動(dòng)反力一、避免出現(xiàn)軸承動(dòng)反力的條件二、轉(zhuǎn)子的靜平衡和動(dòng)平衡考核要求了解：定軸轉(zhuǎn)動(dòng)剛體慣性力系簡化的一般情況，定軸轉(zhuǎn)動(dòng)剛體避免出現(xiàn)軸承動(dòng)反力的條件，靜平衡與動(dòng)平衡。理解：慣性力系的簡化過程及其結(jié)果，定軸轉(zhuǎn)動(dòng)剛體出現(xiàn)軸承動(dòng)反力的原因。掌握：不同運(yùn)動(dòng)情況剛體慣性力系的簡化結(jié)果，動(dòng)靜法的應(yīng)用。第十二章虛位移原理（8學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求通過本部分的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握虛位移的含義和與真實(shí)位移的關(guān)系，虛功計(jì)算的解析法和幾何法，虛位移原理研究動(dòng)力學(xué)問題。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)約束及其分類一、幾何約束和運(yùn)動(dòng)約束二、定常約束和非定常約束三、雙面約束和單面約束第二節(jié)虛位移和虛功一、虛位移二、虛功三、理想約束第三節(jié)虛位移原理第四節(jié)廣義坐標(biāo)和自由度一、廣義坐標(biāo)和自由度二、廣義虛位移第五節(jié)用廣義坐標(biāo)表示的質(zhì)點(diǎn)系平衡條件考核要求了解：各種約束的特點(diǎn)。理解：虛位移的含義和與真實(shí)位移的關(guān)系，廣義坐標(biāo)和廣義虛位移的獨(dú)立性，虛位移原理與用廣義坐標(biāo)表示的質(zhì)點(diǎn)系平衡條件的關(guān)系，虛位移原理與平衡方程的關(guān)系。掌握：虛功計(jì)算的解析法和幾何法，虛位移原理與用廣義坐標(biāo)表示的質(zhì)點(diǎn)系平衡條件在質(zhì)點(diǎn)系平衡問題中的應(yīng)用。第十三章動(dòng)力學(xué)普遍方程和拉格朗日方程（4學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求通過本部分的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握動(dòng)力學(xué)普遍方程和拉格朗日方程。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)動(dòng)力學(xué)普遍方程第二節(jié)拉格朗日方程一、拉格朗日關(guān)系式二、拉格朗日方程三、理想約束第三節(jié)拉格朗日方程的首次積分一、能量積分二、循環(huán)積分考核要求了解：拉格朗日方程的首次積分。理解：動(dòng)力學(xué)普遍方程和拉格朗日方程的關(guān)系。掌握：動(dòng)力學(xué)普遍方程和兩類拉格朗日方程的應(yīng)用。第十四章機(jī)械振動(dòng)的基本理論（2學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求通過本部分的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生掌握單自由度振動(dòng)系統(tǒng)的基本理論。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié)概述第二節(jié)單自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng)一、運(yùn)動(dòng)微分方程的建立與求解二、自由振動(dòng)的特點(diǎn)三、其它類型的自由度振動(dòng)系統(tǒng)第三節(jié)固有頻率的計(jì)算一、用振動(dòng)微分方程求固有頻率二、靜變形法三、能量法考核要求了解：單自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng)。理解：振幅、周期、固有頻率等相關(guān)參數(shù)。掌握：單自由度系統(tǒng)的固有頻率的求解。總結(jié)（2學(xué)時(shí)）四、實(shí)驗(yàn)1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c任務(wù)《理論力學(xué)》實(shí)驗(yàn)是本課程的實(shí)踐環(huán)節(jié)，其目的是通過這樣一組實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的實(shí)施，加強(qiáng)《理論力學(xué)》的工程概念，了解這門課程與工程實(shí)際的緊密關(guān)系，培養(yǎng)、鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新思維和科研能力