《力學2》課程教學大綱

《力學2》教學大綱一、課程基本信息課程名稱力學Mechanics課程編碼SCC522111035開課院部理學院課程團隊力學教學團隊學分3.5課內學時56講授56實驗0上機0實踐0課外學時56適用專業(yè)應用物理學授課語言中文先修課程課程簡介（必修）力學是應用物理學專業(yè)必修學科基礎課程，也是一門重要的學位課程。課程主要學習質點運動學及動力學基本定律、剛體的平動及定軸轉動的基本規(guī)律、理想流體的穩(wěn)定流動的基本規(guī)律、簡諧振動和簡諧波的基本規(guī)律、掌握洛倫茲變換、相對論動量和能量、相對論時空觀、廣義相對論簡介等內容。通過本課程的學習，使學生系統掌握基礎物理學中有關力學的基本理論知識和解決力學問題的一般方法，培養(yǎng)學生以唯像描述方法為主線的物理學科學思維和研究方法，培養(yǎng)學生發(fā)現、辨析和解釋物理學領域基本現象的能力；培養(yǎng)創(chuàng)新精神，訓練創(chuàng)新思維；培養(yǎng)學生自主學習能力。Mechanicsisanelementarycourseintheappliedphysicmajor.Inthecourse,thestudentwillstudythebasiclawsofkinematicsanddynamicsforparticle,thebasiclawsoftranslationandfixedaxisrotationforrigidbody,Thebasiclawsofthestableflowofidealfluid,thebasiclawsofsimpleharmonicvibrationandsimpleharmonic,thecontentsofLorentztransformation,space-timeviewofrelativity,etc.Inthiscourse,thestudentscansystematicallymasterthebasictheoreticalknowledgeofmechanicsandthegeneralmethodsofsolvingmechanicalproblemsinbasicphysics,trainthestudents'scientificthinkingandresearchmethodswiththemethodofphenomenologicaldescription.Theabilityofdiscovering,discriminatingandexplainingthebasicphysicsphenomenawillbetrainedsystematicallytraintheinnovativespirit,traintheinnovativethinking,Theabilityoftheinnovativespirit,theinnovativethinkingandautonomouslearningwillbecultivated.負責人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標序號代號課程目標OBE畢業(yè)要求指標點任務自選1M1掌握基礎物理學中有關力學的基本理論知識和解決力學問題的一般方法，培養(yǎng)學生物理學科學思維和研究方法，培養(yǎng)學生發(fā)現、辨析和解釋物理學領域基本現象的能力是3.12M2培養(yǎng)創(chuàng)新精神，訓練創(chuàng)新思維和自主學習能力是9.39.3三、課程內容序號章節(jié)號標題課程內容/重難點支撐課程目標課內學時教學方式課外學時課外環(huán)節(jié)1第一章物理學和力學重點和難點：矢量和微積分等數學基礎知識/////21.11.1發(fā)展著的物理學經典物理學與現代物理學、宇宙的演化、非線性系統的復雜行為M10.5講授0.5自學資料31.21.2物理學科的特點物理學以實驗為基礎、理想模型、物理學的思考、物理學理論，物理、技術和經濟M10.25講授0.25自學資料41.31.3時間和長度的計量時間和長度的計量M10.25講授0.25課后作業(yè)51.41.4單位制和量綱基本單位、導出單位、單位制和量綱M10.25講授0.25課后作業(yè)61.51.5數量級估計數量級的意義和估算方法M10.25講授0.25課后作業(yè)71.61.6參考系、坐標系與時間坐標軸力學常用參考系、坐標系和時間坐標軸M10.25講授0.25自學資料81.71.7力學—學習物理學的開始力學發(fā)展史M10.25講授0.25自學資料91.81.8數學知識補充與復習極限、微分、矢量運算法則M14講授4課后作業(yè)10第二章質點運動學重點和難點：不同坐標系下位移、速度、加速度的表示及其矢量性；運動方程與速度、加速度之間的關系；經典力學的時空觀。/////112.12.1質點的運動學方程質點的位置矢量與運動學方程、位移M10.5講授0.5課后作業(yè)122.22.2瞬時速度矢量與瞬時加速度矢量平均速度與瞬時速度、平均加速度與瞬時加速度M10.5講授0.5課后作業(yè)132.32.3質點直線運動—從坐標到速度和加速度運動學方程、速度和加速度、勻速與勻變速直線運動M10.25講授0.25課后作業(yè)142.42.4質點直線運動—從加速度到速度和坐標從速度到運動學方程和位移、已知加速度求速度和運動學方程M10.25講授0.25課后作業(yè)152.52.5平面直角坐標系拋體運動平面直角坐標系、拋體運動、用矢量討論拋體運動M10.25講授0.25課后作業(yè)162.62.6自然坐標、切向和法向加速度自然坐標、速度、法向和切向加速度M11講授1課后作業(yè)172.72.7極坐標系、徑向速度與橫向速度極坐標系、徑向速度與橫向速度、徑向加速度和角向加速度M10.25講授0.25課后作業(yè)182.82.8伽利略變換伽利略變換、伽利略變換蘊含的時空觀、伽利略速度變換關系、加速度對伽利略變換為不變量。M11講授1課后作業(yè)19第三章動量牛頓運動定律動量守恒定律重點和難點：慣性力、力、質量、動量、沖量的概念及其矢量性；動量定理及動量守恒定律；質心運動定理；非慣性系中的動力學。/////203.13.1牛頓第一定律和慣性參考系牛頓第一定律和慣性參考系M10.5講授0.5課后作業(yè)213.23.2慣性質量和動量慣性質量、動量、牛頓運動定律、伽利略相對性原理M10.5講授0.5課后作業(yè)223.33.3主動力和被動力主動力、被動力或約束反作用力M10.5講授0.5課后作業(yè)233.43.4牛頓運動定律的應用質點的直線運動、變力作用下的直線運動、質點的曲線運動、質點的平衡M10.5講授0.5課后作業(yè)243.53.5非慣性系中的動力學直線加速參考系中的慣性力、離心慣性力、科里奧利力M11講授1課后作業(yè)253.63.6用沖量表述的動量定理力的沖量、用沖量表述的動量定理M10.5講授0.5課后作業(yè)263.73.7質點系動量定理和質心運動定理質點系動量定理、質心運動定理、質點系相對于質心系的動量M11講授1課后作業(yè)273.83.8動量守恒定律質點系動量守恒定律，動量沿某一坐標軸的投影守恒M11講授1課后作業(yè)28第四章動能和勢能重點和難點：變力作功的計算；質點和質點組的動量定理；動能定理和機械能守恒定律；運用動量和能量研究碰撞問題。/////294.14.1能量能量的概念M10.25講授0.25課后作業(yè)304.24.2力的元功力的元功和功率、利用不同坐標系表示元功、力在有限路徑上的功M10.25講授0.25課后作業(yè)314.34.3質點和質點系動能定理質點的動能定理、質點系內力的功、質點系的動能定理M10.5講授0.5課后作業(yè)324.44.4保守力與非保守力勢能力場、保守力與非保守力、勢能、勢能是物體相對位置的函數M11講授1課后作業(yè)334.54.5功能原理和機械能守恒定律質點系的功能原理、質點系的機械能守恒定律M10.5講授0.5課后作業(yè)344.64.6對心碰撞關于對心碰撞的基本公式、完全彈性碰撞·查德威克發(fā)現中子、完全非彈性碰撞、非完全彈性碰撞M11講授1課后作業(yè)354.74.7非對心碰撞非對心碰撞M10.5講授0.5課后作業(yè)364.84.8質心參考系粒子的對撞質心參考系粒子的對撞M10.5講授0.5課后作業(yè)37第五章角動量關于對稱性重點和難點：質點對點、對軸的角動量；質點系的角動量定理及角動量守恒定律；對質心的角動量定理和守恒定律。/////385.15.1質點的角動量質點的角動量、力對一參考點的力矩、質點對參考點的角動量定理和守恒定律、質點對軸的角動量定理和守恒定律M11講授1課后作業(yè)395.25.2質點系的角動量定理及角動量守恒定律質點系對參考點的角動量定理及守恒律、質點系對軸的角動量定理及守恒律M11.5講授1.5課后作業(yè)405.35.3質點系對質心的角動量定理和守恒定律質點系對質心的角動量定理和守恒定律M11講授1課后作業(yè)415.45.4對稱性與守恒律關于對稱性、守恒律與對稱性M11講授1課后作業(yè)425.55.5經典動力學的適用范圍經典動力學在空間和速度的適用范圍M10.5講授0.5課后作業(yè)43第六章剛體力學重點和難點：轉動慣量的概念；剛體定軸轉動定律及應用；質心運動定理及運用；剛體對軸的角動量守恒；剛體的平面運動問題。/////446.16.1剛體運動的描述剛體的平動、剛體繞固定軸的轉動、角速度矢量、剛體的平面運動。M10.5講授0.5課后作業(yè)456.26.2剛體的動量和質心運動定理剛體的質心、剛體的動量與質心運動定理。M10.5講授0.5課后作業(yè)466.36.3剛體定軸轉動的角動量、轉動慣量剛體定軸轉動對軸上一點的角動量、剛體對一定轉軸的轉動慣量、剛體定軸轉動的角動量定理和轉動定理、剛體的重心。M12講授2課后作業(yè)476.46.4剛體定軸轉動的動能定理力矩的功、剛體定軸轉動的動能定理、剛體的重力勢能。M11講授1課后作業(yè)486.56.5剛體平面運動的動力學剛體平面運動的基本動力學方程、作用于剛體上的力、剛體平面運動的動能M11講授1課后作業(yè)496.66.6剛體的平衡剛體的平衡M10.5講授0.5課后作業(yè)506.76.7自轉與旋進常平架回轉儀、回轉儀的旋進、地球的旋進與章動M10.5講授0.5課后作業(yè)51第七章簡諧振動重點和難點：簡諧振動規(guī)律及有關計算；正相位、相位差的概念；簡諧振動的矢量表示法，并能運用來研究振動合成問題；簡諧振動的合成/////527.17.1簡諧振動的動力學特征線性回復力，簡諧振動動力學方程，簡諧振動的定義M11講授1課后作業(yè)537.27.2簡諧振動的運動學簡諧振動的運動學方程，簡諧振動的x-t圖線和相軌跡，簡諧振動的矢量表示M11講授1課后作業(yè)547.37.3簡諧振動的能量轉換簡諧振動的動能和勢能及其相互轉換M11講授1課后作業(yè)557.47.4簡諧振動的合成同方向同頻率簡諧振動的合成，同方向不同頻率簡諧振動的合成，互相垂直相同頻率簡諧振動的合成，互相垂直不同頻率簡諧振動的合成，利薩如圖形。M11講授1課后作業(yè)567.57.5振動的分解傅里葉級數，諧振分析M10.5講授0.5課后作業(yè)577.67.6阻尼振動動力學方程，欠阻尼、過阻尼和臨界阻尼狀態(tài)M10.5講授0.5課后作業(yè)588.48.4平均能流密度聲強與聲壓媒質中波的能量分布，平均能流密度，聲強與聲強級，聲壓聲強和聲壓的關系，聲波的衰減超聲波的優(yōu)勢，波的反射和透射，半波損失M11講授1課后作業(yè)598.68.6多普勒效應波源靜止而觀察者運動，觀察者靜止而波源運動，觀察者和波源在同一條直線上運動。M11講授1課后作業(yè)60第八章波動和聲重點和難點：平面簡諧波波函數及其物理意義；波的能量；波的疊加與干涉；多普勒效應。/////618.28.2平面簡諧波方程平面簡諧波方程、平面簡諧波方程的多種形式M11.5講授1.5課后作業(yè)628.58.5波的疊加和干涉駐波波的疊加群速，波的干涉，駐波。M11講授1課后作業(yè)63第九章流體力學重點和難點：理想流體穩(wěn)定流動遵循的連續(xù)性方程與伯努利方程、伯努利方程的應用。/////647.77.7受迫振動受迫振動的動力學方程，受迫振動的運動特征，位移共振，受迫振動能量轉換。M10.5講授0.5課后作業(yè)658.18.1波的基本概念波是振動狀態(tài)的傳播、多種多樣的波、平面波與球面波M10.5講授0.5課后作業(yè)668.38.3波動方程與波速波動方程、波速及色散現象M10.5講授0.5課后作業(yè)679.19.1理想流體流體可壓縮性和粘滯性，理想流體定義M10.5講授0.5課后作業(yè)689.29.2靜止流體內的壓強靜止流體內一點的壓強、靜止流體內不同空間點壓強的分布M10.5講授0.5課后作業(yè)699.39.3流體運動學的基本概念流跡、流線、流管、定常流動、不可壓縮流體的連續(xù)性方程M10.5講授0.5課后作業(yè)709.49.4伯努利方程伯努利方程的推導，伯努利方程的實際應用M11講授1課后作業(yè)719.59.5流體的動量和角動量流體的動量、流體的角動量M11講授1課后作業(yè)729.69.6粘性流體的運動粘性定律、雷諾數、層流和湍流、泊肅葉公式、不可壓縮粘性流體定常流動的功能關系M10.5講授0.5課后作業(yè)73第十章相對論簡介重點和難點：洛倫茲變換；相對論時空觀；相對論的動量和能量/////7410.110.1狹義相對論的歷史背景麥克斯韋方程建立引起的問題，邁克耳孫-莫雷實驗，關于相對性原理的思考M10.5講授0.5課后作業(yè)7510.210.2洛倫茲變換狹義相對論的基本假設，洛倫茲變換，洛倫茲變換蘊含的時空觀，尺縮鐘慢的實驗檢驗。M11.5講授1.5課后作業(yè)7610.310.3相對論的速度變換相對論速度變換關系M10.5講授0.5課后作業(yè)7710.410.4相對論的動量和能量相對論的動量，相對論的質能公式，動量-能量公式。M10.5講授0.5課后作業(yè)7810.510.5廣義相對性原理關于慣性系和引力的思考、等效原理和廣義相對性原理M10.5講授0.5課后作業(yè)7910.610.6引力場與彎曲時空引力場與彎曲時空M10.5講授0.5課后作業(yè)80第二部分翻轉課堂專題研討根據課程核心內容及其先后順序，計劃設置2次專題研討考核環(huán)節(jié)。第一次安排在學習完第四章“動能和勢能”后進行，專題圍繞質點和質點系運動學與動力學展開；第二次安排在學習完第十二章“相對論簡介”后進行，專題圍繞剛體運動、振動和波動和相對論展開。////8111.1質點和質點系運動學與動力學專題繩索繞木樁栓牲口的原理；解釋乘坐電梯上升和下降開始階段不同感受；摩擦力產生的原因；不考慮外力條件下的火箭速度的決定因素；解釋落體偏東現象；設計測量子彈速度的裝置并說明原理；蕩秋千過程中的能量轉化及合理姿勢；解釋建筑工地打樁機的工作原理。M23翻轉課堂3自學8211.2剛體運動、振動和波動和相對論專題足球中的香蕉球原理；多普勒雷達測速原理；飛機抬升力的物理原理；直升飛機上尾翼的作用；花樣滑冰運動員在旋轉的過程中如何控制自身轉動的快慢；汽車剎車點頭現象的原理；美國塔柯姆大橋被大風吹毀的原理和位移共振條件；解釋雙生子佯謬。M23翻轉課堂3自學四、考核方式序號考核環(huán)節(jié)操作細節(jié)總評占比1平時作業(yè)1.每周布置6~8道題目，平均每次課3道題以上；2.成績采用百分制，根據作業(yè)完成準確性、是否按時上交、是否獨立完成評分；3.考核學生對力學基本知識的掌握能力，學生綜合運用所學知識分析問題、解決問題的能力題型主要有作圖、分析和計算題。10%2期中考試1.閉卷考試，成績采用百分制，卷面成績總分100分；2.主要考核學生對質點和質點系運動學與動力學基本知識的掌握能力，學生綜合運用所學知識分析問題、解決問題的能力，題型主要有簡答題、分析題、計算題等。15%3專題研討1.根據課程核心內容及其先后順序，計劃設置2次專題研討考核環(huán)節(jié)，主要考核學生創(chuàng)新精神，訓練創(chuàng)新思維和自主學習能力；2.第一次安排在學習完第四章“動能和勢能”后進行，專題圍繞質點和質點系運動學與動力學展開；3.第二次安排在學習完第十二章“相