《理論力學(xué)》課程教學(xué)大綱

《理論力學(xué)》教學(xué)大綱課程名稱：理論力學(xué)英文名稱：Theoreticalmechanicss課程編號(hào)：F047091601學(xué)分：3總學(xué)時(shí)/課內(nèi)實(shí)踐學(xué)時(shí)：48課程性質(zhì)：必修課程開(kāi)課單位：數(shù)理科學(xué)與工程學(xué)院應(yīng)用物理系適應(yīng)對(duì)象：應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)課程簡(jiǎn)介理論力學(xué)課程是應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)的學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)課。本課程的任務(wù)是在力學(xué)課的基礎(chǔ)上，以高等數(shù)學(xué)知識(shí)為工具，全面系統(tǒng)地闡述宏觀物體低速機(jī)械運(yùn)動(dòng)的基本概念和基本規(guī)律。本課程的目的是使學(xué)生對(duì)力學(xué)的基本內(nèi)容有更加完整的認(rèn)識(shí)，并能掌握處理力學(xué)問(wèn)題的兩種方法：牛頓力學(xué)法和分析力學(xué)法，為后繼的理論物理課程打下更加堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，并培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維與嚴(yán)密的邏輯推理能力。Theoreticalmechanicsisabasiccourseofappliedphysics.Thetaskofthiscourseistocomprehensivelyandsystematicallyelaboratethebasicconceptsandlawsoflow-speedmechanicalmotionofmacroscopicobjectsonthebasisofmechanicscoursesandusingadvancedmathematicalknowledgeasatool.Thepurposeofthiscourseistoenablestudentstohaveamorecompleteunderstandingofthebasiccontentofmechanics,andtomasterthetwomethodsofdealingwithmechanicsproblems:Newtonianmechanicsandanalyticalmechanics,tolayamoresolidfoundationforthesubsequenttheoreticalphysicscourses,andtocultivatestudents'abstractthinkingandrigorouslogicalreasoningability.課程目標(biāo)1.思政目標(biāo)：注重科學(xué)思維方法的訓(xùn)練和科學(xué)精神培養(yǎng)，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和社會(huì)適應(yīng)能力，培養(yǎng)社會(huì)主義建設(shè)者和接班人，擁護(hù)中國(guó)共產(chǎn)黨領(lǐng)導(dǎo)和中國(guó)社會(huì)主義制度，德智體美勞全面發(fā)展。2．掌握質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)兩類問(wèn)題的求解方法，并能以此為出發(fā)點(diǎn)分析和解決問(wèn)題。3.掌握有關(guān)質(zhì)點(diǎn)組動(dòng)力學(xué)的基本概念與基本定理，應(yīng)用動(dòng)力學(xué)基本定理解決質(zhì)點(diǎn)組動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。4.理解歐勒角、剛體角速度、角加速度、瞬心轉(zhuǎn)動(dòng)、瞬軸，空間極跡和本體極跡等概念，掌握運(yùn)動(dòng)剛體動(dòng)量和動(dòng)能的計(jì)算，理解歐勒動(dòng)力學(xué)方程的實(shí)質(zhì)。5.掌握用相對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程解決非慣性系質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的方法。6.掌握分析力學(xué)法解決一般的力學(xué)問(wèn)題。1.Ideologicalandpoliticalgoals:Payattentiontothetrainingofscientificthinkingmethodsandthecultivationofscientificspirit,improvestudents'innovativeabilityandsocialadaptability,trainsocialistbuildersandsuccessors,supporttheleadershipoftheCommunistPartyofChinaandtheChinesesocialistsystem,anddevelopmorality,intelligence,physicalfitness,theUnitedStatesandlaborinanall-roundway.2.Masterthesolvingmethodsoftwokindsofproblemsofparticlekinematics,andcananalyzeandsolveproblemsfromthisstartingpoint.3.Masterthebasicconceptsandtheoremsofparticlegroupdynamics,andapplythefundamentaltheoremsofdynamicstosolvetheproblemofparticlegroupdynamics.4.UnderstandtheconceptsofEulerAngle,angularvelocityofrigidbody,angularacceleration,instantaneouscenterrotation,instantaneousaxis,spacepolartraceandbodypolartrace,masterthecalculationofmomentumandkineticenergyofmovingrigidbody,andunderstandtheessenceofEulerdynamicequation.5.Masterthemethodofsolvingtheparticledynamicsproblemofnon-inertialsystemwiththerelativemotiondynamicsequation.6.Masteranalyticalmechanicstosolvegeneralmechanicsproblems.三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求對(duì)應(yīng)關(guān)系本課程的課程目標(biāo)對(duì)應(yīng)用物理專業(yè)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐情況如表1所示：表1課程目標(biāo)與畢業(yè)要求對(duì)應(yīng)關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)畢業(yè)要求1：具有科學(xué)的世界觀，較系統(tǒng)和完整地掌握物理學(xué)的基本理論、基本知識(shí)和基本技能以及所需的數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)、電工電子學(xué)等方面的基礎(chǔ)知識(shí)。對(duì)物理學(xué)相關(guān)專業(yè)方向前沿、發(fā)展動(dòng)態(tài)、應(yīng)用前景有所了解；23456畢業(yè)要求2：掌握人文社會(huì)科學(xué)的基本理論和自然哲學(xué)方面的基本知識(shí)，奠定良好的發(fā)展基礎(chǔ)。1畢業(yè)要求3：熟悉科學(xué)研究的基本規(guī)律，具備基本的科學(xué)研究、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，能夠利用本專業(yè)學(xué)習(xí)的知識(shí)分析和解決本專業(yè)領(lǐng)域生產(chǎn)實(shí)踐中的基本問(wèn)題；23456畢業(yè)要求4：具有科學(xué)思維方法、科學(xué)精神、創(chuàng)新意識(shí)，具有一定的技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用意識(shí)及工程技術(shù)素養(yǎng)23456畢業(yè)要求5：具有良好的社會(huì)價(jià)值觀，能夠獨(dú)立處理生活、學(xué)習(xí)和以后工作中的各種問(wèn)題；具有較好的人文藝術(shù)修養(yǎng)和社會(huì)科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)，具備必要的社會(huì)責(zé)任感；德智體美勞全面發(fā)展，善于與人溝通，具有團(tuán)隊(duì)合作精神。23456課程教學(xué)安排課程共有5項(xiàng)教學(xué)內(nèi)容，具體安排如下。表2：課程教學(xué)安排表序號(hào)教學(xué)內(nèi)容思政元素課堂教學(xué)學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐教學(xué)學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)小計(jì)1第一部分質(zhì)點(diǎn)力學(xué)科學(xué)方法培養(yǎng)10102第二部分質(zhì)點(diǎn)組力學(xué)科學(xué)方法培養(yǎng)10103第三部分剛體力學(xué)科學(xué)方法、科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)10104第四部分轉(zhuǎn)動(dòng)參考系科學(xué)方法培養(yǎng)445第五部分分析力學(xué)科學(xué)精神培養(yǎng)1414合計(jì)4848教學(xué)安排1.質(zhì)點(diǎn)力學(xué)教學(xué)要求：掌握質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)兩類問(wèn)題的求解方法；理解質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)的基本概念；掌握質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)基本定理的內(nèi)容，掌握運(yùn)用質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)基本定理解題的方法；掌握質(zhì)點(diǎn)在有心力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)的基本性質(zhì)，并能以此為出發(fā)點(diǎn)分析和解決問(wèn)題；重點(diǎn)難點(diǎn)：重點(diǎn)-質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)的基本定理與基本守恒定律；難點(diǎn)-非慣性系的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題；思政元素：以講解解題方法為依托培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維方法和解決問(wèn)題的能力，加深對(duì)本學(xué)科的認(rèn)可度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。教學(xué)內(nèi)容：參照系與坐標(biāo)系，軌跡方程，運(yùn)動(dòng)方程、位移、速度和加速度及其分量表示；牛頓運(yùn)動(dòng)定律，相對(duì)性原理；質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)微分方程，功與能量，質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)的基本定律與基本守恒定律；4.非慣性系的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。2.質(zhì)點(diǎn)組力學(xué)教學(xué)要求：掌握有關(guān)質(zhì)點(diǎn)組動(dòng)力學(xué)的基本概念與基本定理，應(yīng)用動(dòng)力學(xué)基本定理解決質(zhì)點(diǎn)組動(dòng)力學(xué)問(wèn)題；重點(diǎn)難點(diǎn)：重點(diǎn)-質(zhì)點(diǎn)組動(dòng)力學(xué)的基本定理與基本守恒定律；難點(diǎn)-兩體問(wèn)題，質(zhì)心坐標(biāo)系，變化質(zhì)量物體的運(yùn)動(dòng)；思政元素：以講解解題方法為依托培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維方法和解決問(wèn)題的能力，加深對(duì)本學(xué)科的認(rèn)可度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情；教學(xué)內(nèi)容：質(zhì)點(diǎn)組、內(nèi)力與外力、質(zhì)心等基本概念；質(zhì)點(diǎn)組的動(dòng)力學(xué)的基本定理與基本守恒定律；兩體問(wèn)題，質(zhì)心坐標(biāo)系，變化質(zhì)量物體的運(yùn)動(dòng)。3.剛體力學(xué)教學(xué)要求：理解歐勒角、剛體角速度、角加速度、瞬心轉(zhuǎn)動(dòng)、瞬軸，空間極跡和本體極跡等概念，掌握用基點(diǎn)法、轉(zhuǎn)動(dòng)瞬心法求平面運(yùn)動(dòng)剛體上任意一點(diǎn)的速度和加速度，以及剛體的角速度，掌握剛體定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)中任意點(diǎn)的速度、加速度以及剛體總角速度的求法，理解轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、慣量張量、慣量橢球、慣量主軸以及運(yùn)動(dòng)剛體角動(dòng)量和動(dòng)能等概念，掌握運(yùn)動(dòng)剛體動(dòng)量和動(dòng)能的計(jì)算，理解歐勒動(dòng)力學(xué)方程的實(shí)質(zhì)；重點(diǎn)難點(diǎn)：重點(diǎn)-基點(diǎn)法、瞬心法求平面運(yùn)動(dòng)剛體上任意點(diǎn)的速度和加速度；難點(diǎn)-歐勒動(dòng)力學(xué)方程，定點(diǎn)的角動(dòng)量定理，定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)剛體中的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題；教學(xué)內(nèi)容：歐勒角、剛體角速度、角加速度、瞬心轉(zhuǎn)動(dòng)、瞬軸、空間極跡和本體極跡等基本概念；基點(diǎn)法、瞬心法求平面運(yùn)動(dòng)剛體一點(diǎn)的速度和加速度，以及剛體的角速度；剛體定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)剛體上任意點(diǎn)的速度、加速度以及剛體總角速度的求法；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、慣量張量、慣量橢球、慣量主軸等概念以及運(yùn)動(dòng)剛體角動(dòng)量和動(dòng)能的計(jì)算；運(yùn)用剛體平面運(yùn)動(dòng)微分方程求解平面運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題；歐勒動(dòng)力學(xué)方程，剛體定點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的角動(dòng)量定理及其動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。4.轉(zhuǎn)動(dòng)參考系教學(xué)要求：理解絕對(duì)、相對(duì)、牽連運(yùn)動(dòng)和絕對(duì)、相對(duì)、牽連速度和加速度等概念；掌握運(yùn)用速度、加速度變換公式求解質(zhì)點(diǎn)復(fù)合運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題；掌握用相對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)方程解決非慣性系質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的方法；重點(diǎn)難點(diǎn)：運(yùn)用速度、加速度變換公式求解質(zhì)點(diǎn)復(fù)合運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題；教學(xué)內(nèi)容：絕對(duì)、相對(duì)、牽連運(yùn)動(dòng)和絕對(duì)、相對(duì)、牽連速度和加速度；運(yùn)用速度、加速度變換公式求解質(zhì)點(diǎn)復(fù)合運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題。5.分析力學(xué)教學(xué)要求：掌握判斷力學(xué)體系自由度的方法，以及選擇廣義坐標(biāo)的基本原則；掌握應(yīng)用虛功原理求解處于靜平衡的力學(xué)體系的各類問(wèn)題；掌握運(yùn)用廣義坐標(biāo)、廣義速度和時(shí)間來(lái)表示拉格朗日函數(shù)的方法，熟練掌握用拉格朗日方程建立力學(xué)體系的運(yùn)動(dòng)微分方程的方法；了解如何運(yùn)用廣義坐標(biāo)、廣義動(dòng)量和時(shí)間表示力學(xué)體系的哈密頓函數(shù)，并能用正則方程寫(xiě)出力學(xué)體系的運(yùn)動(dòng)微分方程；會(huì)建立微振動(dòng)的運(yùn)動(dòng)微分方程；重點(diǎn)難點(diǎn)：重點(diǎn)-運(yùn)用廣義坐標(biāo)、廣義速度和時(shí)間求拉格朗日函數(shù)和拉格朗日方程；難點(diǎn)-利用拉格朗日方程求解動(dòng)力學(xué)問(wèn)題；思政元素：通過(guò)對(duì)科學(xué)家推動(dòng)知識(shí)體系建立過(guò)程中所必須具備能力的分析，引導(dǎo)學(xué)生凝練出大膽質(zhì)疑和獨(dú)立思考的科學(xué)精神。。教學(xué)內(nèi)容：力學(xué)體系的自由度，廣義坐標(biāo)；虛功原理，運(yùn)用廣義坐標(biāo)、廣義速度和時(shí)間求拉格朗日函數(shù)和拉格朗日方程。課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容及要求表3：課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容及要求序號(hào)教學(xué)類型教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求1無(wú)2無(wú)課程考核與