《理論物理概論（理論力學(xué)）》課程教學(xué)大綱

PAGE1PAGE6理論物理概論（理論力學(xué)）課程教學(xué)大綱(ConspectusofTheoreticalPhysics（TheoreticalMechanics）)學(xué)時(shí)數(shù)：48其中：實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：0課外學(xué)時(shí)：0學(xué)分?jǐn)?shù)：3適用專業(yè)：物理學(xué)一、課程的性質(zhì)、目的和任務(wù)理論物理概論（理論力學(xué)）課程是高等學(xué)校物理學(xué)專業(yè)學(xué)生一門必修的專業(yè)課程，它是普通物理學(xué)力學(xué)部分的延續(xù)與加深，是學(xué)生首先學(xué)習(xí)的一門理論物理課程。理論力學(xué)是在普通物理學(xué)力學(xué)部分的基礎(chǔ)上，運(yùn)用高等數(shù)學(xué)工具，全面、系統(tǒng)地闡述宏觀機(jī)械運(yùn)動(dòng)的基本概念和基本規(guī)律。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生對(duì)經(jīng)典力學(xué)體系及內(nèi)容有較深入的理解，對(duì)力學(xué)理論的認(rèn)識(shí)和解決力學(xué)問題的能力有明顯的提高，并掌握用數(shù)學(xué)方法解決一些普通物理學(xué)中未能深入討論的力學(xué)問題，增強(qiáng)用高等數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問題的能力，為學(xué)習(xí)其它理論物理課程做必要的準(zhǔn)備。在本課程的教學(xué)過程中，要通過各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)逐步提高學(xué)生的抽象思維能力、邏輯推理能力、空間想象能力和自學(xué)能力，注重培養(yǎng)學(xué)生用所學(xué)的力學(xué)理論解決簡單的實(shí)際問題和綜合運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)去分析問題、解決問題的能力。二、課程教學(xué)的基本要求(一)理解參照系對(duì)確定物體空間位置的重要性，掌握用直角坐標(biāo)系、平面極坐標(biāo)系和自然坐標(biāo)系描述質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，掌握從運(yùn)動(dòng)學(xué)方程化成軌道方程的方法。（二）掌握質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理、柯尼希定理。掌握質(zhì)點(diǎn)組的動(dòng)量定理、動(dòng)能定理、動(dòng)量矩定理、動(dòng)量守恒律、機(jī)械能守恒律、動(dòng)量矩守恒律。（三）掌握剛體在變力矩作用下繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的不太復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)問題，了解剛體繞固定軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)軸上的附加壓力的來源及可能的危害。（四）理解科里奧利加速度的來源，掌握慣性離心力、科里奧利力的概念和應(yīng)用。（五）理解約束、理想約束、自由度、廣義坐標(biāo)、廣義速度、廣義動(dòng)量、廣義力、虛位移、虛功等概念，掌握用虛功原理解決力學(xué)體系靜力學(xué)問題的基本方法。三、課程的教學(xué)內(nèi)容、重點(diǎn)和難點(diǎn)第一章質(zhì)點(diǎn)力學(xué)一、運(yùn)動(dòng)的描述方法（一）參照系與坐標(biāo)系（二）運(yùn)動(dòng)學(xué)方程與軌道（三）位移、速度和加速度二、速度、加速度的分量表示式（一）直角坐標(biāo)系（二）極坐標(biāo)系（三）切向加速度與法向加速度三、平動(dòng)參照系（一）絕對(duì)速度、相對(duì)速度與牽連速度（二）絕對(duì)加速度、相對(duì)加速度與牽連加速度四、質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)定律（一）牛頓運(yùn)動(dòng)定律（二）相對(duì)性原理五、質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)微分方程（一）運(yùn)動(dòng)微分方程的建立（二）運(yùn)動(dòng)微分方程的解六、非慣性系動(dòng)力學(xué)（一）（一）在加速平動(dòng)參照系中的運(yùn)動(dòng)（二）慣性力七、功與能（一）功和功率（二）能（三）保守力、非保守力與耗散力（四）勢(shì)能八、質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)的基本定理與基本守恒律（一）動(dòng)量定理與動(dòng)量守恒律（二）力矩與動(dòng)量矩（角動(dòng)量）（三）動(dòng)量矩（角動(dòng)量）定理與動(dòng)量矩（角動(dòng)量）守恒律（四）動(dòng)能定理與機(jī)械能守恒律九、有心力（一）有心力的基本性質(zhì)（二）軌道微分方程—比耐公式（三）平方反比引力—行星的運(yùn)動(dòng)（四）開普勒定律（五）宇宙速度和宇宙航行重點(diǎn)：極坐標(biāo)系；質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)微分方程；有心力。難點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)微分方程的解；慣性力；比耐公式。第二章質(zhì)點(diǎn)組力學(xué)一、質(zhì)點(diǎn)組（一）質(zhì)點(diǎn)組的內(nèi)力和外力（二）質(zhì)心二、動(dòng)量定理與動(dòng)量守恒律（一）動(dòng)量定理（二）質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理（三）動(dòng)量守恒律三、動(dòng)量矩定理與動(dòng)量矩守恒律（一）對(duì)固定點(diǎn)O的動(dòng)量矩定理（二）動(dòng)量矩守恒律（三）對(duì)質(zhì)心的動(dòng)量矩定理四、動(dòng)能定理與機(jī)械能守恒律（一）質(zhì)點(diǎn)組的動(dòng)能定理（二）機(jī)械能守恒律（三）柯尼希定理（四）對(duì)質(zhì)心的動(dòng)能定理五、兩體問題六、質(zhì)心坐標(biāo)系與實(shí)驗(yàn)室坐標(biāo)系七、變質(zhì)量物體的運(yùn)動(dòng)（一）變質(zhì)量物體的運(yùn)動(dòng)方程*（二）火箭重點(diǎn)：動(dòng)量矩定理、動(dòng)量矩守恒律和變質(zhì)量物體的運(yùn)動(dòng)。難點(diǎn)：對(duì)質(zhì)心的動(dòng)量矩定理；變質(zhì)量物體的運(yùn)動(dòng)。第三章剛體力學(xué)一、剛體運(yùn)動(dòng)的分析（一）描述剛體位置的獨(dú)立變量（二）剛體運(yùn)動(dòng)的分類二、角速度矢量（一）有限轉(zhuǎn)動(dòng)與無限小轉(zhuǎn)動(dòng)（二）角速度矢量三、歐勒角（一）歐勒角*（二）歐勒運(yùn)動(dòng)學(xué)方程四、剛體運(yùn)動(dòng)方程與平衡方程（一）力系的簡化（二）剛體運(yùn)動(dòng)微分方程（三）剛體平衡方程五、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（一）剛體的動(dòng)量矩（二）剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能（三）轉(zhuǎn)動(dòng)慣量*（四）慣量張量和慣量橢球*（五）慣量主軸及其求法六、剛體的平動(dòng)與繞固定軸的轉(zhuǎn)動(dòng)（一）平動(dòng)（二）定軸轉(zhuǎn)動(dòng)（三）軸上的附加壓力七、剛體的平面平行運(yùn)動(dòng)（一）平面平行運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)學(xué)（二）轉(zhuǎn)動(dòng)瞬心（三）平面平行運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)*（四）滾動(dòng)摩擦八、剛體繞固定點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)（一）定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)學(xué)*（二）歐勒動(dòng)力學(xué)方程（三）機(jī)械能守恒律重點(diǎn)：角速度矢量、剛體的平面平行運(yùn)動(dòng)和剛體的定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)學(xué)。難點(diǎn)：角速度矢量；剛體的定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)學(xué)。第四章轉(zhuǎn)動(dòng)參照系一、平面轉(zhuǎn)動(dòng)參照系二、空間轉(zhuǎn)動(dòng)參照系三、非慣性系動(dòng)力學(xué)（二）（一）平面轉(zhuǎn)動(dòng)參照系（二）空間轉(zhuǎn)動(dòng)參照系（三）相對(duì)平衡四、地球自轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的影響（一）慣性離心力（二）科里奧利力*五、傅科擺重點(diǎn)：平面轉(zhuǎn)動(dòng)參照系和非慣性系動(dòng)力學(xué)（二）。難點(diǎn)：空間轉(zhuǎn)動(dòng)參照系；科里奧利力。第五章分析力學(xué)一、約束與廣義坐標(biāo)（一）約束的概念和分類（二）廣義坐標(biāo)二、虛功原理（一）實(shí)位移與虛位移（二）理想約束（三）虛功原理三、拉格朗日方程（一）基本形式的拉格朗日方程（二）保守系的拉格朗日方程（三）循環(huán)積分（四）能量積分（五）拉格朗日方程的應(yīng)用四、保守系在廣義坐標(biāo)系中的平衡方程五、哈密頓正則方程*（一）勒讓德變換（二）正則方程（三）能量積分與循環(huán)積分六、泊松括號(hào)與泊松定理（一）泊松括號(hào)*（二）泊松定理七、哈密頓原理（一）變分運(yùn)算的幾個(gè)法則（二）哈密頓原理*八、正則變換重點(diǎn)：虛功原理、拉格朗日方程和哈密頓原理。難點(diǎn)：拉格朗日方程；正則方程和哈密頓原理。四、課程各教學(xué)環(huán)節(jié)要求（一）本課程是在學(xué)完高等數(shù)學(xué)和普通物理學(xué)后開設(shè)的第一門理論物理課程，宜安排在第五學(xué)期開課。本課程以課堂教學(xué)為主，總學(xué)時(shí)數(shù)為48學(xué)時(shí)，根據(jù)本課程的特點(diǎn)，應(yīng)貫徹精講多練的原則，應(yīng)當(dāng)高度重視習(xí)題課和加強(qiáng)學(xué)生解題能力的訓(xùn)練，可使習(xí)題課學(xué)時(shí)數(shù)約占總學(xué)時(shí)數(shù)的四分之一左右。（二）為了貫徹因材施教原則，大綱中編入了一些為提高深度和廣度的選講內(nèi)容，標(biāo)以*號(hào)，應(yīng)根據(jù)學(xué)生具體情況選用，靈活處理，可略講或不講留作自學(xué)。應(yīng)充分利用現(xiàn)代化的教學(xué)手段，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)效果。五、學(xué)時(shí)分配教學(xué)內(nèi)容各教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時(shí)分配作業(yè)題量備注章節(jié)主要內(nèi)容講授實(shí)驗(yàn)討論習(xí)題課外其它小計(jì)一質(zhì)點(diǎn)力學(xué)712106二質(zhì)點(diǎn)組力學(xué)5274三剛體力學(xué)61295四轉(zhuǎn)動(dòng)參照系41163五分析力學(xué)115169合計(jì)333124827六、課程與其它課程的聯(lián)系本課程以普通物理學(xué)力學(xué)部分為基礎(chǔ)，以高等數(shù)學(xué)為工具，是普通物理學(xué)力學(xué)部分的延續(xù)與提高，因此普通物理學(xué)力學(xué)部分和高等數(shù)學(xué)是本課程的先修課程。本課程中的概念、規(guī)律和方法大量地滲透到其它學(xué)科中，因此本課程是其它理論物理課程的先修課程。七、教材與教學(xué)參考書（一）教材周衍柏.理論力學(xué)教程．北京：高等教育出版社,2009。（二）教學(xué)參考書[1]金尚年.理論力學(xué).北京：高等教育出版社,2002。[2]邱秉權(quán).分析力學(xué).