《理论力学》课程教学大纲

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郑大工程力学系《理论力学》课程教学大纲

课程编号：062005
课程名称：理论力学
英文名称：Theoretical Mechanics
课程类型：必修课、专业基础课
总 学 时：80              讲课学时：80           实验学时：0
学　　分：5
适用对象：工程力学专业、安全工程专业
先修课程：高等数学、大学物理、工程制图
一、课程性质、目的和任务
理论力学是一门理论性较强的技术基础课，是各门力学的基础，并在许多工程技术领域中有着广泛的应用。
本课程的任务是使学生掌握质点、质点系和刚体机械运动（包括平衡）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。
二、教学基本要求
要求学生对质点、质点系和刚体的机械运动（包括平衡）的规律有较系统全面的了解；
掌握有关的基本概念、基本理论和基本方法及其应用；
能较熟练和较灵活地应用矢量方法和解析方法求解各类典型问题；
在学习中培养各种能力，即：逻辑思维能力（包括推理、分析、判断等能力），抽象化能力（包括将简单实际问题抽象成为力学模型，进行适当数学描述，应用力学理论求解），自学能力、表达能力（包括用文字和图像）以及数字计算能力。
三、教学内容及要求
（一）绪论
了解理论力学的研究对象、研究内容及其在工程技术中的作用。理论力学的学习目的和研究方法。
（二）静力学
重点：物体的受力分析和分离体法画受力图；平面一般力系的平衡。
难点：物体的受力分析和分离体法画受力图；空间力系的平衡。
1．静力学公理和物体的受力分析
掌握静力学的研究对象；刚体、力和平衡的概念；静力学公理；约束和约束反力，约束的基本类型；物体的受力分析和分离体法受力图。
2．平面汇交力系与平面力偶系
掌握力在轴上的投影，合力投影定理；了解平面汇交力系合成与平衡的解析法，掌握平面汇交力系合成与平衡的解析法、平衡方程；掌握平面力对点之矩的概念与计算；力偶和力偶矩、平面内力偶的等效条件，力偶的性质；平面力偶系的合成和平衡方程。
3．平面任意力系
理解力线平移定理；平面任意力系向作用面内一点简化，力系的主矢和主矩；平面任意力系简化结果的分析，合力矩定理，分布荷载与固定端约束；掌握平面任意力系的平衡条件，平衡方程的各种形式；理解平面平行力系的平衡方程。掌握物体系的平衡问题，了解静定和静不定问题概念；理解平面简单桁架计算的基本假设，掌握桁架杆件内力分析的节点法与截面法，节点法与截面法的联合使用。
4．空间力系
掌握空间力在轴上的投影；了解空间汇交力系合成的解析法、平衡的解析条件和平衡方程。掌握空间力对点的矩与对轴的矩，了解力对点的矩与力对通过该点的轴的矩的关系。了解空间力偶矩矢、空间力偶的等效条件；了解空间力偶系的合成、平衡条件和平衡方程。了解空间任意力系向一点简化的主矢和主矩、空间任意力系简化结果的分析；掌握空间任意力系的平衡方程；了解空间平行力系平衡方程；掌握空间约束的类型。了解平行力系中心的坐标公式、重心与形心的概念；掌握确定重心位置的方法。
5．摩擦
了解摩擦现象；掌握滑动摩擦定律，摩擦系数与摩擦角，了解自锁现象；掌握考虑摩擦时物体的平衡问题；了解滚动摩阻和滚阻力偶的概念。
（三）运动学
重点：点的合成运动和刚体的平面运动。
难点：各种加速度的分析与计算。
6．点的运动学
了解运动学的研究对象；运动与静止的相对性；参考坐标系；确定点运动的矢量法、直角坐标法和自然法（弧坐标法）。
7．刚体的简单运动
掌握刚体平动的特征；了解刚体绕定轴转动的转动方程，掌握角速度与角加速度的计算，转动刚体内各点的速度与加速度的计算；了解轮系的传动比；了解以矢量表示角速度和角加速度，以矢性积表示点的速度和加速度。
8．点的合成运动
理解动点、动参考系与静参考系的概念；理解相对、绝对与牵连运动，相对轨迹与绝对轨迹，相对、绝对和牵连速度和加速度；掌握点的速度合成定理和加速度合成定理；理解科氏加速度。
9．刚体的平面运动
了解刚体的平面运动的简化、平面运动方程、平面运动的分解；掌握求平面图形内各点速度的基点法、速度投影法和瞬心法；了解平面图形内各点的速度分布；掌握用基点法求平面图形内各点的加速度。
运动学综合应用问题。
（四）动力学
重点与难点：动力学三大定理的综合应用。
10．质点动力学基本方程
了解动力学的研究对象；掌握动力学基本定律及其应用，了解惯性、质量和惯性坐标系等概念。
11．动量定理
理解质点的动量、力的冲量、质量中心等概念；掌握动量定理、动量守恒、质心运动定理、质心运动守恒等；了解流体的动压力。
12．动量矩定理
理解动量矩、转动惯量、回转半径、平行轴定理等概念；掌握动量矩定理、动量矩守恒、刚体定轴转动微分方程、相对于质心的动量矩定理和刚体平面运动微分方程。
13．动能定理
掌握各种力的功的计算和平动刚体、定轴转动刚体和平面运动刚体动能的计算。掌握动能定理和功率方程的应用；了解势力场的概念、势能、机械能守恒定律。
动力学普遍定理的综合应用。
（五）理论力学专题
14．非惯性系中的质点动力学
掌握质点在非惯性系中的动力学方程和动能定理。
15．碰撞
掌握碰撞的分类、碰撞问题的简化过程，碰撞过程的基本定理、恢复系数；刚体的碰撞、撞击中心。
16．刚体绕定点运动、自由刚体运动、刚体运动的合成
掌握刚体绕定点运动、自由刚体运动、刚体运动的合成；了解陀螺仪近似理论。
17．变质量动力学
掌握变质量质点的运动微分方程和质量质点的动力学普遍定理。
四、实践环节
无。
五、课外习题及课程讨论
为达到本课程的教学基本要求，课外习题（包括自测题）不应少于120题。
六、教学方法与手段
根据老师的不同情况，可以使用传统的黑板教学方式，也可以使用多媒体教学手段。
七、各教学环节学时分配

	讲课	习题课	讨论课	实验	其他	合计
绪论	1					1
静力学公理及受力分析	5					5
平面汇交力系与平面力偶系	4					4
平面任意力系	8	2				10
空间力系	10					10
重心、摩擦	6					6
点的运动学、刚体的简单运动	4					4
点的合成运动	8	1				9
刚体的平面运动	6	1				7
质点动力学基本方程	4					4
动量定理	4					4
动量矩定理	6					6
动能定理	8					8
综合运用及复习		2				2
合计	72	6				80

八、考核方式   
闭卷，笔试120分钟，满分100分。
九、推荐教材和教学参考书
教  材：《理论力学》第6版，哈尔滨工业大学理论力学教研室编著，高等教育出版社，2002年。
参考书：理论力学习题解答(修订版)，陈明编著，哈尔滨工业大学出版社，2004年。
十、说明
无。
大纲制订人：陈  丰、苗同臣  
大纲审定人：孙利民、李晓玉
制订日期：2006年1月