理論力學教學大綱(土木工程專業(yè)2014年)

1、理論力學課程教學大綱課程英文名稱：Theoretical Mechanics課程代碼：110000102課程性質：學科基礎課適用專業(yè)：土木工程專業(yè)總學時數(shù)：48 其中 講課學時：48 實驗學時：0 總學分數(shù)：3編寫人：胡瑋軍 審定人：袁文華一、 課程簡介(一) 課程教學目的與任務：理論力學是一門理論性較強的專業(yè)基礎課。它是工科專業(yè)的主干課程，并在許多工程技術領域中有著廣泛的應用。本課程的任務是掌握運用質點、質點系和剛體模型研究機械運動的基本概念、基本理論和基本方法，為學習有關后續(xù)課程如材料力學、結構力學、彈性力學等的學習打好必要的基礎，學會應用理論力學的理論和方法分析、解決一些簡單的工程實際問

2、題，培養(yǎng)抽象化能力、邏輯思維能力和創(chuàng)新能力。(二) 課程教學的總體要求靜力學：1重點掌握物體和物體系統(tǒng)的受力分析; 各種類型力系的簡化方法和簡化結果，能熟練地計算主矢和主矩;各種類型的平衡條件和平衡方程，求解單個物體和簡單物體系統(tǒng)的平衡問題。2掌握力、力矩和力偶等基本概念及其性質，能熟練地計算力的投影、力對點的矩和力對軸的矩; 計算物體重心各種方法.3了解滑動摩擦的概念和摩擦力的特征，自鎖的條件，考慮滑動摩擦時簡單物體系統(tǒng)的平衡問題以及滾動摩阻的概念。運動學：1重點掌握:描述點的運動的矢量法，直角坐標法和自然坐標法，會求點的運動軌跡，并能熟練地求解與點的速度和加速度有關的問題; 剛體平動和定軸

3、轉動的特征,能熟練的求解與定軸轉動剛體的角速度、角加速度以及剛體內(nèi)各點的速度和加速度有關的問題; 點速度合成定理和牽連運動為平動時的加速度合成定理及其應用；剛體平面運動的特征,能熟練應用基點法、瞬心法和速度投影法求解有關速度的問題。能熟練應用基點法求解有關加速度的問題。對常見的平面機構能熟練地進行速度和加速度分析。2掌握牽連運動為定軸轉動時的加速度合成定理及其應用。3了解角速度、角加速度及剛體內(nèi)各點速度和加速度的矢量表示法。動力學：1重點掌握:計算動力學中各基本物理量（動量、動量矩、動能、沖量、功、勢能等）;動力學普遍定理（包括動量定理、質心運動定理、對固定點和質心的動量矩定理、功能定理）及相

4、應的守恒定理，能熟練選擇和綜合應用這些定理求解質點、質點系的動力學問題.2掌握質點的運動微分方程建立;剛體轉動慣量的計算；剛體定軸轉動和平面運動的微分方程求解有關的問題(三) 課程的基本內(nèi)容本課程得主要內(nèi)容為：力的基本性質，物體的受力分析與受力圖及各種力系的簡化與平衡；點的運動、剛體基本運動描述方法，平動及定軸轉動參考系下點的運動的合成，剛體平面運動的運動學方程、速度和加速度分析方法；動力學中各基本物理量（動量、動量矩、動能、沖量、功、勢能等）;動力學普遍定理（包括動量定理、質心運動定理、對固定點和質心的動量矩定理、功能定理）及相應的守恒定理。(四) 先學課程及后續(xù)課程先學課程：高等數(shù)學、大學

5、物理；后續(xù)課程：材料力學、彈性力學、結構力學。二、 課程教學總體安排（一）學時分配建議表學時分配建議表課程內(nèi)容各教學環(huán)節(jié)的學時分配講課習題課實驗設計緒論2靜力學基本公理及受力分析4力系的簡化6力系的平衡原理42摩擦2物體運動的直接描述4物體運動的間接描述82質點動力學的基本方程2動力學普遍定理102合計（學時）426（二）推薦教材及參考書目1、教材工程力學（）第一版，王海容主編，中國水利水電出版社，2011年.2、參考書目1哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室編.理論力學（）.高教出版社.第7版.2009年2 哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室.理論力學學習輔導. 高教出版社.2003年3同濟大學基礎力學教

6、學研究部編理論力學同濟大學出版社2005年（三）課程考核方式1、考核方式 本課程為閉卷考試2、成績構成 最終成績構成：平時考核成績占總成績的20%，末考試成績占總成績的80三、 課程教學內(nèi)容及基本要求（一）緒論（2課時）1、教學目的通過本講的學習,使學生明白工程力學的任務和基本內(nèi)容；工程力學的重要性和將工程實際問題抽象成力學模型的方法.（二）第一章 靜力學公理與物體的受力分析（4課時）1、教學目的通過本章的學習,使學生深入理解力、剛體、平衡等重要概念；靜力學公理是靜力學的理論基礎;了解物體的受力分析、物體的受力圖的概念;能正確地對單個物體與物體系進行受力分析。2、教學重點與難點（1）教學重點：

7、靜力學公理；約束的概念；常見約束的特征及約束反力的畫法；單個物體及物體系的受力分析。（2）教學難點：靜力學公理的兩個推論；約束的概念；物體系的受力分析。3、教學方法：課堂講授。4、教學主要內(nèi)容靜力學的研究對象和基本概念；靜力學公理；約束的基本類型與約束反力；物體的受力分析與受力圖；5、教學要求熟練掌握靜力學公理；了解物體的受力分析、物體的受力圖的概念.深入理解約束、約束力等重要概念；掌握光滑表面接觸約束、柔性體約束、光滑鉸鏈約束等常見約束的特征；，能正確地對單個物體與物體系進行受力分析6、學生練習 46道題（三）第二章 力系的簡化（6 學時）1、教學目的通過本章的學習,使學生對于力的投影、力偶

8、、力矩和力偶矩的概念有清晰的理解，并能熟練的計算；熟練掌握力矩和力偶的基本性質；掌握平面基本力系的合成方法，掌握平面任意力系向一點簡化的方法；掌握重心的計算方法2、教學重點與難點（1）教學重點：力在坐標軸上的投影，力對點之矩的計算，平面力偶性質和力偶等效條件；平面任意力系向作用面內(nèi)任一點的簡化；重心的計算方法（2）教學難點：平面任意力系向作用面內(nèi)任一點的簡化；重心的計算方法。3、教學方法：課堂講授。4、教學主要內(nèi)容力的投影、力偶、力矩和力偶矩的概念、性質和計算。平面基本力系的合成方法；重心的計算方法5、教學要求要求學生對于力的投影、力偶、力矩和力偶矩的概念有清晰的理解，能正確地將力沿坐標軸分解

9、和求力在坐標軸上的投影，了解投影合力投影定理，并能熟練的計算；熟練掌握力矩和力偶的基本性質；掌握平面力偶的性質和平面力偶的等效條件、平面力偶系的合成方法，能熟練掌握平面任意力系向一點簡化的方法，求主矢和主矩；掌握重心的計算方法6、學生練習 68道題（四）第三章 力系的平衡原理（講課6學時，習題2課時）1、教學目的通過本章的學習，使學生熟知平面任意力系簡化的結果、平衡方程的形式。了解靜定和超靜定問題，能夠熟練分析和處理單個物體的平衡問題及物體系統(tǒng)的平衡問題2、教學重點與難點（1）教學重點：平面任意力系平衡方程的形式和運用（2）教學難點：主矢和主矩的概念；空間力系平衡的解析條件和平衡方程的運用3、

10、教學方法：課堂講授。4、教學主要內(nèi)容靜定與靜不定問題，各種力系平衡方程的形式和運用，物體系的平衡問題。5、教學要求使學生熟知平衡方程的形式。了解靜定和超靜定問題的判別方法；深入理解平面任意力系的平衡條件及平衡方程的三種形式；能夠熟練解決平面任意力系的平衡問題及物體系統(tǒng)的平衡問題。6、學生練習 610道題（五）第四章 摩擦（2 學時）1、教學目的能區(qū)分滑動摩擦力與極限滑動摩擦力。理解摩擦角的概念和自鎖現(xiàn)象；對滑動摩擦定律有清晰的理解。能用摩擦角解物體的平衡問題（幾何法）。能熟練解決考慮摩擦力時物體的平衡問題,平衡的臨界狀態(tài)和平衡范圍。2、教學重點與難點重點：（1）教學重點：平衡的臨界狀態(tài)和平衡范

11、圍，自鎖的條件及應用。（2）教學難點：用摩擦角解物體、物體系的平衡問題。3、教學方法：課堂講授。4、教學主要內(nèi)容滑動摩擦、摩擦系數(shù)、摩擦角、滑動摩擦定律；考慮滑動摩擦時物體的平衡問題；5、教學要求能區(qū)分滑動摩擦力與極限滑動摩擦力，理解平衡的臨界狀態(tài)和平衡范圍，能熟練解決考慮摩擦力時物體的平衡問題,。理解摩擦角的概念和自鎖現(xiàn)象；對滑動摩擦定律有清晰的理解。能用摩擦角解物體的平衡問題（幾何法）。了解滾動摩阻的概念。6、學生練習 34道題（六）第五章 物體運動的直接描述（4 學時）1、教學目的通過本章的學習，使學生能用矢量法、直角坐標法、自然法對點的運動進行描述。明確剛體平動和剛體定軸轉動的特征。能

12、正確地判斷作平動的剛體和定軸轉動的剛體。2、教學重點與難點（1）教學重點：點的曲線運動的直角坐標法，點的運動方程、點的速度和加速度在直角坐標軸上的投影;點的曲線運動的自然法，點沿已知軌跡的運動方程，點的切向加速度和法向加速度。剛體平動及其運動特征，剛體的定軸轉動，轉動方程、角速度和角加速度定軸轉動剛體上任一點的速度和加速度。（2）教學難點：矢量求導及自然軸系的概念。3、教學方法：課堂講授。4、教學主要內(nèi)容點的運動方程；剛體平動及其運動特征；剛體的定軸轉動，轉動方程、角速度和角加速度；定軸轉動剛體上任一點的速度和加速度。5、教學要求學生能熟練的應用直角坐標法建立點的運動方程，求軌跡、速度和加速度

13、；能熟練地應用自然法求點在平面上作曲線運動時的運動方程、速度和加速度，正確理解切向加速度和法向加速度的物理意義。明確剛體平動和剛體定軸轉動的特征。能正確地判斷作平動的剛體和定軸轉動的剛體。對剛體定軸轉動時的轉動方程、角速度和角加速度及它們之間的關系要有清晰的理解。能熟練地計算定軸轉動剛體上任一點的速度和加速度。6、學生練習 34道題（七）第六章 物體運動的間接描述（講課8學時，習題2課時）1、教學目的通過本章的學習，使學生學會用運動合成的方法研究物體的運動；能熟練地解決做平面運動剛體上點的速度和加速度。2、教學重點與難點（1）教學重點：運動的合成與分解，速度合成定理及其應用；加速度合成定理及其

14、應用。以運動的分解與合成為出發(fā)點，研究求平面圖形上各點的速度的基點法、速度投影法、速度瞬心法（2）教學難點：動點、動系的選擇和相對運動的分析。牽連點、牽連速度、牽連加速度的概念；正確理解平面運動分解為隨基點的平動和饒及點的轉動時，選基點的意義和相對基點轉動的運動特征；求平面圖形上各點的加速度的基點法3、教學方法：課堂講授。4、教學主要內(nèi)容剛體的平行移動；剛體的定軸轉動；轉動剛體內(nèi)各點的速度和加速度；定軸輪系的傳動比。5、教學要求學生能深刻理解三種運動、三種速度和三種加速度的定義，運動的合成與分解以及運動相對性的概念；對具體問題能恰當?shù)剡x擇動點、動系和定系，進行運動軌跡、速度分析；會推導速度合成

15、定理，并能熟練地應用該定理；明確剛體平面運動的特征；掌握研究平面運動的方法，能熟練地應用基點法、速度投影法、速度瞬心法求平面圖形上任一點的速度；會應用基點法求平面圖形上任一點的加速度6、學生練習 1015道題（八）第七章 質點動力學的基本方程（2 學時）1、教學目的通過本章的學習，使學生對質點動力學的基本概念（如慣性、質量等）和動力學基本定律在物理課程的基礎上進一步理解其實質。深刻理解力和加速度的關系。 2、教學重點與難點（1）教學重點：建立質點運動微分方程。（2）教學難點：對質點微分方程進行變量變換后再積分的方法。3、教學方法：課堂講授。4、教學主要內(nèi)容動力學基本定律；質點運動微分方程。5、

16、教學要求能正確地建立質點的運動微分方程。掌握兩類基本問題的解法。6、學生練習 23道題（九）第八章 動力學普遍定理（講課10學時，習題2課時）1、教學目的通過本章的學習使學生了解動力學中各基本物理量（動量、動量矩、動能、沖量、功、勢能等）;動力學普遍定理（包括動量定理、質心運動定理、對固定點和質心的動量矩定理、動能定理）及相應的守恒定理，能熟練選擇和綜合應用這些定理求解質點、質點系的動力學問題.2、教學重點與難點（1）教學重點：質點系動量定理；質心運動定理；質點系的動量矩；質點系的動量矩定理；剛體繞定軸轉動微分方程及其應用；力的功的計算；動能的計算；動能定理（2）教學難點：質點系綜合應用動力學基本定理。3、教學方法：課堂講授。4、教學主要內(nèi)容動量定理；質心運動定理；質點和質點系的動量矩定理；動能定理；普遍定理的綜合應用。5、教學要求學生對質點的動量、質心等概念有清晰的理解，能熟練的計算質點系的動量，能熟練的應用動量定理和質心運動定理求解動力學問題；對對轉動慣量和動量矩的概念有清晰的理解；熟練的計算繞定軸轉動剛體的轉動慣量及質點系的動量矩，熟練的應用動量矩定理和剛體繞定軸轉動微分方程求解動力學問題會應用剛體平面運動微分方程求解