理論力學教學大綱

1、理論力學教學大綱課程名稱：理論力學英文名稱：Theoretical mechanics課程性質(zhì)：專業(yè)教育必修課課程編號：O131004所屬院部：機電工程學院周 學 時：4學時總 學 時：60學時學分：4學分教學對象（本課程適合的專業(yè)和年級）：機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)（本科）二年級學生、機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)二年制本科（3+2）一年級學生預備知識：機械制圖，高等數(shù)學課程在教學計劃中的地位作用：理論力學是大學工科本、?？茖W生而開設(shè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，是機械類本專科專業(yè)的一門主干課程。教學方法：理論教學教學目標與要求：學習本課程的目的，一是掌握力學知識，為學習有關(guān)的后續(xù)課程打好必要的基礎(chǔ)；二是培養(yǎng)學

2、生運用力學的概念和理論，分析解決工程實際問題；三是學習力學方法，培養(yǎng)學生邏輯思維能力，計算表達能力等綜合素質(zhì)。課程教材：哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室.理論力學第七版，高等教育出版社，2009,7參考書目：1哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室.理論力學第六版，高等教育出版社，2005,62周衍柏.理論力學教程，高等教育出版社，19853梁昆淼.力學（上），高等教育出版社，1965考核形式：筆試閉卷。編寫日期：2011年8月制定，2013年8月修訂課程內(nèi)容及學時分配（含教學重點、難點）：章節(jié)內(nèi) 容授課習題課緒論和第一章靜力學公理和物體的受力分析第一節(jié)第二節(jié)第三節(jié)靜力學公理約束和約束力物體的受力分析和受力

3、圖力學模型和力學簡圖2第二章平面力系第一節(jié)第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)第五節(jié)第六節(jié)平面匯交力系平面力對點之矩平面任意力系的簡化平面任意力系的平衡條件和平衡方程物理系的平衡靜定和超靜定問題平面簡單桁架的內(nèi)力計算6第三章空間力系第一節(jié)第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)第五節(jié)第六節(jié)空間匯交力系力對點的矩和力對軸的矩空間力偶空間任意力系向一點的簡化空間任意力系的平衡方程重心62(靜力學習題課)第四章摩擦第一節(jié)第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)滑動摩擦摩擦角和自鎖現(xiàn)象考慮摩擦時物體的平衡問題滾動摩阻的概念4第五章點的運動學第一節(jié)第二節(jié)第三節(jié)矢量法直角坐標法自然法2第六章剛體的簡單運動第一節(jié)第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)第五節(jié)剛體的平行移動剛體繞定軸的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)

4、動剛體內(nèi)各點的速度和加速度輪系的傳動比以矢量表示角速度和角加速度以矢積表示點的速度和加速度2第七章點的合成運動第一節(jié)第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)相對運動牽連運動絕對運動點的速度的合成定理牽連運動是平移時點的加速度的合成定理牽連運動是定軸轉(zhuǎn)動時點的加速度的合成定理6第八章剛體的平面運動第一節(jié)第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)第五節(jié)剛體平面運動的概述和運動分解求平面圖形內(nèi)各點速度的基點法求平面圖形內(nèi)各點速度的瞬心法用基點法求平面圖形內(nèi)各點的加速度運動學綜合應(yīng)用舉例62(運動學習題課)第九章質(zhì)點動力學的基本方程第一節(jié)第二節(jié)動力學的基本定律質(zhì)點的運動微分方程2第十章動量定理第一節(jié)第二節(jié)第三節(jié)動量與沖量動量定理質(zhì)心運動定理4第十

5、一章動量矩定理第一節(jié)第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)第五節(jié)第六節(jié)質(zhì)點和質(zhì)點系的動量矩動量矩定理剛體繞定軸的轉(zhuǎn)動微分方程剛體對軸的轉(zhuǎn)動慣量質(zhì)點系相對于質(zhì)心的動量矩定理剛體的平面運動微分方程4第十二章動能定理第一節(jié)第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)第五節(jié)第六節(jié)力的功質(zhì)點和質(zhì)點系的動能動能定理功率功率方程機械效率勢力場勢能機械能守恒定律普通定理的綜合應(yīng)用舉例6第十三章達朗貝爾原理第一節(jié)第二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)慣性力質(zhì)點的達朗貝爾原理質(zhì)點系的達朗貝爾原理剛體慣性力系的簡化繞定軸轉(zhuǎn)動剛體的軸承動約束力2第十四章 虛位移原理第一節(jié)第二節(jié)約束虛位移虛功虛位移原理22(動力學習題課)合計546課程內(nèi)容與要求（1）課程內(nèi)容及重點、難點緒論掌握理論

6、力學的研究對象、目的和任務(wù)，主要內(nèi)容及研究方法。靜力學第一章 靜力學公理和物體的受力分析目的要求：1.深入地理解力、剛體、平衡和約束等重要概念。2.靜力學公理（或力的基本性質(zhì)）是靜力學的理論基礎(chǔ)，要求深入理解。3.明確和掌握約束的基本特征及約束反力的畫法。4.熟練而正確地對單個物體與物體系統(tǒng)進行受力分析，畫出受力圖。5.掌握力多邊形法則及平面匯交力系合成與平衡的幾何條件。重點：1.力、剛體、平衡和約束等概念。2.靜力學公理及其推論。3.柔性約束、光滑支承面約束、光滑鉸鏈約束的特征及其反力的畫法。4.單個物體及物體系統(tǒng)的受力分析。難點：光滑鉸鏈的約束特征（尤其是銷釘連接二個以上的構(gòu)件即復合鉸），

7、物體系統(tǒng)的受力分析，平面匯交力系（多個力）合成與平衡的幾何法。第二章 平面力系目的要求：1.能正確地將力沿坐標軸分解和求力在坐標軸上的投影，對合力投影定理及力對點之矩應(yīng)有清晰的理解，并能熟練地計算。2.深入理解力偶和力偶矩的概念，明確平面力偶的性質(zhì)和平面力偶的等效條件。3.掌握平面任意力系向一點簡化的方法，會應(yīng)用解析法求主矢和主矩，熟知平面任意力系簡化的結(jié)果。4.深入理解平面力系的平衡條件及平衡方程的三種形式。5.能熟練地計算在平面任意力系作用下物體和物體系統(tǒng)的平衡問題。6.正確理解靜定與靜不定的概念，會判斷物體系統(tǒng)是否靜定。7.理解簡單桁架的簡化假設(shè)，掌握計算其桿件內(nèi)力的節(jié)點法和截面法及其綜

8、合作用。重點：力在坐標軸上的投影、合力投影定理、平面匯交力系的平衡條件及求解平衡問題的解析法、力對點之矩的計算、力偶矩的概念、平面力偶性質(zhì)和力偶等效條件。平面任意力系向作用面內(nèi)任一點的簡化及力系的簡化結(jié)果。平面任意力系平衡的解析條件及平衡方程的各種形式。物體及物體系平衡問題的解法。用節(jié)點法，截面法求解平面靜定桁架的內(nèi)力。難點：1、主矢與主矩的概念。2、利用特殊力系的特點畫出某些約束反力，選擇恰當?shù)钠胶夥匠糖蠼馕粗俊?、物體系平衡問題中正確選取研究對象及平衡方程。第三章 空間力系目的要求：1、能熟練地計算力在空間直角坐標軸上的投影。2、熟練掌握力對點之矩與力對軸之矩的計算。3、對空間力偶的性質(zhì)

9、及其作用效應(yīng)有清晰的理解。4、了解空間力系向一點簡化的方法，明確空間力系合成的四種結(jié)果。5、能正確地畫出各種常見空間的約束反力。6、會應(yīng)用各種形式的空間力系平衡方程求解簡單空間平衡問題。7、對平行力系中心和重心應(yīng)有清晰的概念，能熟練地應(yīng)用坐標公式求物體的重心。重點：1.力在空間直角坐標軸上的兩種投影法；2.力對軸之矩和力對點之矩的計算及力矩關(guān)系定理；3.空間匯交力系、空間任意力系、空間平行力系的平衡方程及其應(yīng)用；4.各種常見的空間約束及約束反力畫法；5.重心的坐標公式。難點：1.力在坐標軸上的二次投影；2.空間力偶矩矢在坐標軸上的投影；3.空間結(jié)構(gòu)的幾何關(guān)系與立體圖；4.解空間力系平衡問題時力

10、矩軸的選取；5.求組合體的形心坐標。第四章 摩擦目的要求：1.牢固掌握滑動摩擦的性質(zhì)，深刻理解庫侖摩擦定律的內(nèi)涵；2.熟練求解考慮滑動摩擦時的平衡問題（解析法、幾何法）。3.了解全反力、摩擦角、自鎖等概念，了解滾動摩擦現(xiàn)象。重點：1.滑動摩擦力和臨界滑動摩擦力，滑動摩擦定律。2.考慮滑動摩擦時物體的平衡問題的求解方法。難點：正確區(qū)分不同類型的含摩擦平衡問題；正確判斷摩擦力的方向及正確應(yīng)用庫侖摩擦定律。運動學第五章 點的運動學目的要求：1.能用矢量法建立點的運動方程，求點的速度和加速度。2.能熟練地應(yīng)用直角坐標法建立點的運動方程，求點的軌跡、速度和加速度。3.能熟練地應(yīng)用自然法求點在平面上作曲線

11、運動時的運動方程、速度和加速度，并正確理解切向加速度和法向加速度的物理意義。重點：1.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。2.點的曲線運動的自然法（以在平面內(nèi)運動為主），點沿已知軌跡的運動方程，點的切向加速度和法向加速度。難點：自然軸系的幾何概念，速度與加速度在自然軸上投影的推導。第六章 剛體的簡單運動目的要求：1.明確剛體平行移動（平動）和剛體繞定軸轉(zhuǎn)動的特征，能正確地判斷作平動的剛體和定軸轉(zhuǎn)動的剛體。2.對剛體定軸轉(zhuǎn)動時的轉(zhuǎn)動方程、角速度和角加速度及它們之間的關(guān)系要清晰的理解，熟知勻速和勻變速轉(zhuǎn)動的定義與公式。3.能熟練地計算定軸轉(zhuǎn)動剛體上任一點的速

12、度和加速度。4.掌握傳動比的概念及其公式的應(yīng)用。5.對角速度矢、角加速度矢以及用矢積表示定軸轉(zhuǎn)動剛體上任一點的速度和加速度有初步了解。重點：1.剛體平動及其運動特征。2.剛體的定軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動方程，角速度與角加速度。3.轉(zhuǎn)動剛體內(nèi)各點的速度與加速度。難點：用矢積表示剛體上任一點的速度與加速度。第七章 點的合成運動目的要求：1.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。2.對具體問題能夠恰當?shù)剡x擇動點、動系和定系進行運動軌跡、速度和加速度分析，能正確計算科氏加速度的大小并確定它的方向。3.會推導速度合成定理、牽連運動為平動時點的加速度合成定理，理解并掌握牽

13、連運動為轉(zhuǎn)動時點的加速度合成定理。并能熟練地應(yīng)用上述三個定理。重點：1.動點和動系的選擇；2.運動的合成與分解；3.速度合成定理和加速度合成定理的應(yīng)用和計算。難點：1.動點和動系的選擇；2.加速度合成定理的運用與計算；3.牽連速度、牽連加速度及科氏加速度的概念。第八章 剛體的平面運動目的要求：1.明確剛體平面運動的特征，掌握研究平面運動的方法（運動的合成與分解），能夠正確地判斷機構(gòu)中作平面運動的剛體。2.能熟練地應(yīng)用各種方法基點法、瞬心法和速度投影定理求平面圖形上任一點的速度。3.能熟練地用基點法分析平面圖形內(nèi)一點的加速度。4.會求解運動學綜合問題中的速度，了解求加速度。重點：1.以運動的分解

14、與合成為出發(fā)點，研究求平面圖形上各點的速度和加速度的基點法，明確速度投影定理和瞬心法是從基點法推導而來。2.掌握合矢量投影定理。難點：1.速度瞬心的概念及求法；2.轉(zhuǎn)動部分的規(guī)律與基點的選取無關(guān)的概念；轉(zhuǎn)動部分角速度和角加速度的求法。3.用基點法分析一點加速度的方法；4.運動學綜合問題。動力學第九章 質(zhì)點動力學的基本方程目的要求：1.對質(zhì)點動力學的基本概念（如慣性、質(zhì)量等）和動力學基本定律要在物理課程的基礎(chǔ)上進一步理解其實質(zhì)。2.深刻理解力和加速度的關(guān)系，能正確地建立質(zhì)點的運動微分方程，掌握質(zhì)點動力學第一類基本問題的解法。3.掌握質(zhì)點動力學第二類基本問題的解法，特別是當作用力分別為常力、時間函

15、數(shù)、位置函數(shù)和速度函數(shù)時，質(zhì)點直線運動微分方程的積分求解方法。對運動的初始條件的力學意義及其在確定質(zhì)點運動中的作用有清晰的認識，并會根據(jù)題目的已知條件正確提出運動的初始條件。重點：1.建立質(zhì)點運動微分方程。2.求解質(zhì)點動力學的兩類基本問題。難點：在質(zhì)點動力學第二類問題中，根據(jù)題目所要求的問題對質(zhì)點運動微分方程進行變量交換后再積分的方法。第十章 動量定理 目的要求：1.使學生認識到質(zhì)點系（剛體、剛體系）是動力學的主要力學模型，解決質(zhì)點系（剛體、剛體系）動力學問題的主要方法有三類：（1）達朗伯原理；（2）動力學基本定理；（3）動力學普遍方程和拉格朗日方程。2.對質(zhì)點系（剛體、剛體系）的質(zhì)心、動量、

16、動量矩，質(zhì)點系（剛體、剛體系）對某軸的轉(zhuǎn)動慣量等概念有清晰的理解，能熟練地計算質(zhì)點系（剛體、剛體系）的動量，熟練地計算質(zhì)點系對某定點（軸）的動量矩，根據(jù)剛體（系）的運動計算剛體（系）對某點（軸）和質(zhì)心的動量矩，會用定義、平行移軸定理和組合法（分割法）計算剛體對某軸的轉(zhuǎn)動慣量。重點：質(zhì)點系（剛體、剛體系）質(zhì)心、動量、動量矩、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)慣量的計算。難點：質(zhì)點系（剛體、剛體系）對某定點（軸）動量矩的概念及計算方法。第十一章 動量矩定理 目的要求：1.能熟練地應(yīng)用質(zhì)點系的動量定理、質(zhì)心運動定理（包括相應(yīng)的守恒定律）求解動力學問題。2.能熟練地應(yīng)用質(zhì)點系的動量矩定理（包括動量矩守恒）和剛體繞定軸轉(zhuǎn)動微分方程求

17、解動力學問題。3.會應(yīng)用相對質(zhì)心的動量矩定理和剛體平面運動微分方程求解動力學問題。重點：質(zhì)點系動量定理、質(zhì)心運動定理；質(zhì)點系的動量矩定理和剛體繞定軸轉(zhuǎn)動微分方程。難點：相對質(zhì)心的動量矩定理、剛體平面運動微分方程的應(yīng)用。第十二章 動能定理目的要求：1.對功和功率的概念有清晰的理解，能熟練地計算重力、彈性力和力矩的功。2.能熟練地計算平動剛體、定軸轉(zhuǎn)動剛體和平面運動剛體的動能，重力和彈性力的勢能。3.熟知何種約束反力的功為零，何種內(nèi)力的功之和為零。4.能熟練地應(yīng)用動能定理和機械能守恒定律解動力學問題。5.能熟練地應(yīng)用動力學基本定理解動力學的綜合問題。重點：1.力的功和物體動能的計算。2.動能定理和

18、機械能守恒定律的應(yīng)用。3.動力學基本定理的綜合問題。難點：綜合應(yīng)用動力學基本定理求解動力學問題，運動學補充條件（方程）的提出。第十三章 達朗貝爾原理目的要求：1.對慣性力的概念有清晰的理解。2.掌握質(zhì)點系慣性力簡化的方法，能正確地計算平動、定軸轉(zhuǎn)動和平面運動剛體慣性力系的主矢和主矩，注意不同運動剛體慣性力系簡化中心的選擇。3.能熟練地應(yīng)用達朗伯原理求解動力學問題。重點：1.慣性力的概念。2.平動、定軸轉(zhuǎn)動和平面運動剛體慣性力系的簡化及簡化結(jié)果。3.用達朗伯原理求解動力學問題難點：1.慣性力系的簡化。2.求解桿系動力學問題時，運動學補充方程的提出。第十四章 虛位移原理目的要求：1.對約束方程、理想約束和虛位移有清晰的認識，并會利用幾何法、解析法和虛速度法找系統(tǒng)內(nèi)各點虛位移之間的關(guān)系。2.能正確地運用虛位移原理求解物體系的平衡問題。3.對自由度和廣義坐標有初步的理解。4.會用解析法和幾何法計算廣義力。重點：1.虛位移、理想約束的概念。2.應(yīng)用虛位移原理求解物體系的平衡問題。3.質(zhì)點系自由度數(shù)的判斷及廣義力的計算難點：找虛位移之間的關(guān)系。（2）課程要求a. 掌握力、