《力學》課程教學大綱

《力學》教學大綱課程名稱：力學英文名稱：Mechanics課程編號：F047091511學分：3.5總學時/課內(nèi)實踐學時：56/0課程性質(zhì)：必修課程開課單位：數(shù)理科學與工程學院應用物理系基層教學組織適應對象：應用物理學專業(yè)一、課程簡介力學是應用物理學的第一門專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程是物理學的重要組成部分，是許多現(xiàn)代科學技術(shù)的基礎(chǔ)。通過本課程的學習，使學生初步掌握宏觀物體在弱力場中低速機械運動條件下所遵循的基本規(guī)律及研究方法，培養(yǎng)學生的科學思維和創(chuàng)新精神，為普通物理學后續(xù)課程和理論物理學的學習奠定基礎(chǔ)。主要內(nèi)容包括運動學、靜力學和動力學三大部分，涉及質(zhì)點力學、質(zhì)點系力學、剛體力學、振動力學和波動力學。該課程的考核方式為閉卷考試。力學課程與實際生活和工程實踐聯(lián)系緊密，相關(guān)知識可以在實踐中找到原型，還可以通過簡單的實驗進行驗證，這些特點使得力學知識更加生動化、形象化。在授課中將中國古人的成就、中國科學家在世界科技中最近的創(chuàng)新性貢獻、生活實例等融入到相關(guān)知識的教學中，增長見識的同時激發(fā)學生科技報國的家國情懷和使命擔當。Mechanicsisafoundationalcourseoftheappliedphysicsspecialty.Thecourseisanessentialpartofphysics,thebasisofmuchmodernscienceandtechnology.Bystudyingofthiscourse,studentswillinitiallymasterthefundamentallawsandresearchmethodsofmacroscopicobjectsinweakforcefieldundertheconditionoflow-speedmechanicalmotion.Thecoursewillcultivatethescientificthinkingandinnovativespirit,andlayafoundationforsubsequentcoursesofgeneralphysicsandtheoreticalphysics.Themaincontentincludeskinematics,statics,anddynamics,involvingparticlemechanics,particlesystemmechanics,rigidbodymechanics,vibrationmechanics,andwavemechanics.Thecourseisassessedbyaclosed-bookexamination.Mechanicscoursesarecloselyrelatedtoreal-lifeandengineeringpractice.Relevantknowledgecanbefoundinpracticeandverifiedbysimpleexperiments.Thesecharacteristicsmakemechanicsmorevividandvisualized.TheachievementsofancientChineses,therecentinnovativecontributionsofChinesescientistsinscienceandtechnology,andexamplesoflifeareintegratedintoteachingtobroadenstudents'knowledgeandstimulatetheirpatriotismandmissionofservingourcountrybystudingofscienceandtechnology.二、課程目標1．注重科學思維方法訓練和科學精神培養(yǎng)，提高學生分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)科學的世界觀。增長知識的同時激發(fā)科技報國的家國情懷和使命擔當。2．系統(tǒng)掌握力學基礎(chǔ)知識并能較靈活地加以運用，掌握把力學問題簡化為物理模型求解的方法，掌握利用微積分的方法解決質(zhì)點在變量作用下進行曲線運動的方法。3．了解力學的研究方法，理論前沿、發(fā)展動態(tài)、應用前景和最新發(fā)展，相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展狀況。1.

Focusingonthetrainingofscientificthinkingmethodandscientificspirit,improvingtheabilitytoanalyzeandsolveproblems,andcultivatingascientificworldview.

Increasingknowledgeandstimulatingpatriotismandmissiontoserveourcountrybystudyingofscienceandtechnology.

2.

Masteringthebasicknowledgeofmechanicssystematicallyandusingitflexibly,masteringthemethodofsimplifyingmechanicalproblemsintophysicalmodels,andmasteringthetechniqueofusingcalculustosolvethecurvemotionofaparticleundervariableaction.

3.

Understandingtheresearchmethodsofmechanics,theoreticalfrontiers,developmenttrends,applicationprospects,thelatestdevelopment,andthedevelopmentstatusofrelatedindustries.

三、課程目標與畢業(yè)要求對應關(guān)系本課程的課程目標對應用物理學專業(yè)畢業(yè)要求指標點的支撐情況如表1所示：表1課程目標與畢業(yè)要求對應關(guān)系畢業(yè)要求指標點課程目標畢業(yè)要求1：素質(zhì)要求①1畢業(yè)要求2：知識要求①2畢業(yè)要求3：知識要求④3四、課程教學安排課程共有9項教學內(nèi)容，具體安排見表2。表2：課程教學安排表序號教學內(nèi)容思政元素課堂教學學時實驗/實踐教學學時學時小計1緒論補充高等數(shù)學知識愛國教育42質(zhì)點運動學愛國教育科學精神培養(yǎng)83動量牛頓運動定律科學精神培養(yǎng)104功與能科學精神培養(yǎng)85角動量科學精神培養(yǎng)46萬有引力定理愛國教育科學精神培養(yǎng)27剛體力學科學精神培養(yǎng)128振動科學精神培養(yǎng)49波動科學精神培養(yǎng)4合計56教學安排1.緒論教學要求：了解物理學發(fā)展概貌和物理學科的特點，了解力學在物理學中的重要地位；明確參考系、坐標系與時間坐標軸等基本概念，理解基本單位、導出單位及量綱的意義；了解本課程的學習方法及特點。掌握簡單的微積分運算和基本的矢量運算教學內(nèi)容：物理學的研究對象和方法，物理學與力學的關(guān)系，微積分初步和簡單的矢量運算。重點難點：微積分的運用及物理意義；量綱和量綱制思政元素：中國古人在力學方面取得的一些成就，感悟中國傳統(tǒng)文化的博大精深。增長知識見識的同時激發(fā)學生的家國情懷。2.質(zhì)點運動學教學要求：理解參考系、坐標系的物理意義及質(zhì)點的應用范圍、矢量和微積分概念，掌握描述運動的四個物理量位矢、位移、速度、加速度的意義以及它們的相互關(guān)系；掌握用微積分方法解決質(zhì)點運動學的兩類問題；掌握直角坐標系及自然坐標系中運動物理量的表示方法，理解切向加速度和法向加速度的概念；了解平面極坐標中速度、加速度的表示方法；明確伽利略變換，基本掌握質(zhì)點相對運動的變換特點和計算。教學內(nèi)容：參考系、坐標系、位矢、速度和加速度的概念；在不同坐標系下位矢、速度和加速度的表示形式及關(guān)系；相對運動、轉(zhuǎn)動坐標系、科里奧利加速度。重點難點：在不同坐標系位矢、速度和加速度的表示以及相互關(guān)系；相對運動、轉(zhuǎn)動坐標系、科里奧利加速度。思政元素：介紹中國古代發(fā)明之世界上最早的導航裝置-司南，介紹中國自行研制的北斗衛(wèi)星導航、定位等相關(guān)知識，了解中國科學家在世界科技中的創(chuàng)新性貢獻。增長知識見識的同時激發(fā)學生科技報國的家國情懷和使命擔當。3.動量牛頓運動定律教學要求：深入理解牛頓運動定律及適用條件；熟練掌握重力、彈性力、摩擦力的規(guī)律和計算方法，明確主動力和被動力的概念；熟練掌握運用牛頓定律分析問題的思路和方法，能運用微積分等數(shù)學工具計算簡單的力學問題；掌握直線加速參考中的慣性力、離心慣性力的物理意義及計算方法，了解科利奧利力的特征和判斷；掌握動量和沖量的概念及動量定理，特別是它們的矢量性；掌握用動量守恒定律解決問題的思路和方法，特別是二維運動的問題；理解質(zhì)心的概念及質(zhì)心運動定理，掌握質(zhì)心的計算方法，初步掌握利用質(zhì)心概念處理問題。教學內(nèi)容：牛頓三定律、常見力的分類；牛頓運動定律的運用、伽利略相對性原理，慣性系與慣性力；離心力、科里奧利力；動量、沖量及質(zhì)心的概念；動量定理、質(zhì)心運動定理、動量守恒定律其應用。重點難點：牛頓運動定律的運用；質(zhì)心運動定理的應用；動量定理、動量守恒定律及其應用；慣性系與慣性力；離心力、科里奧利力。思政元素：重溫2021年12月“天宮課堂”第一課中航天員翟志剛、王亞平、葉光富太空行走、太空單擺、微重力環(huán)境下的水球?qū)嶒灥葍?nèi)容，增長知識見識的同時激發(fā)學生科技報國的家國情懷和使命擔當。4.功與能教學要求：掌握功的定義及變力做功的計算方法；理解質(zhì)點和質(zhì)點系的動能定理的意義及其應用，明確質(zhì)點系內(nèi)力做功的特點；掌握保守力和及其相關(guān)勢能的概念。掌握重力勢能、萬有引力勢能和彈性勢能的概念和計算方法，注意勢能零點的選擇；熟練掌握功能原理和機械能守恒定律，并能聯(lián)系動量守恒定律解決一些問題；掌握兩體碰撞的基本規(guī)律及應用。教學內(nèi)容：元功，有限路徑中功的計算；質(zhì)點及質(zhì)點系動能定理及其應用；保守力與勢能；功能定理和機械能守恒定律及其應用。重點難點：功能定理和機械能守恒定律及其應用；不同坐標系下，有限路徑中功的計算。5.角動量教學要求：理解角動量和力矩的物理意義，特別是所涉及的矢量關(guān)系；熟練掌握質(zhì)點和質(zhì)點系角動量定理及守恒定律，并能處理一些實際問題；掌握質(zhì)心系的角動量定理，理解質(zhì)心系中處理問題的特點；了解對稱性的意義及經(jīng)典動力學的適用范圍。教學內(nèi)容：力矩、角動量、質(zhì)點角動量定理、角動量守恒定律及其應用；質(zhì)點系的角動量定理、角動量守恒定理，質(zhì)點在有心力場中的運動。重點難點：力矩、角動量；質(zhì)點與質(zhì)點系的角動量定理、角動量守恒定律及其應用思政元素：觀看“太空轉(zhuǎn)身”實驗視頻，了解我們國家在航空航天領(lǐng)域取得的一系列成果，增長知識見識的同時激發(fā)學生科技報國的家國情懷和使命擔當。6.萬有引力定律教學要求：理解開普勒三定律的意義；理解萬有引力定律及其適用范圍。教學內(nèi)容：開普勒定律；萬有引力定律慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量；引力勢能重點難點：萬有引力定律，引力勢能7.剛體力學教學要求：掌握剛體的概念和剛體的基本運動；理解轉(zhuǎn)動慣量的意義及計算方法，掌握利用平行軸定理和垂直軸定理求解轉(zhuǎn)動慣量的方法；熟練應用剛體定軸轉(zhuǎn)動定律；掌握應用剛體的角動量定理、角動量守恒定律及機械能守恒定律解決轉(zhuǎn)動問題；理解剛體平面平行運動的基本規(guī)律和計算方法。教學內(nèi)容：剛體的運動的描述，剛體的定軸轉(zhuǎn)動定律及其應用；剛體的轉(zhuǎn)動慣量及其計算方法；剛體的定軸轉(zhuǎn)動動能定理及其應用。重點難點：剛體運動的特點和描述；剛體的角動量定理；剛體轉(zhuǎn)動慣量的計算；轉(zhuǎn)動定理，平面平行運動的動力學分析8.振動教學要求：掌握簡諧振動的特征和規(guī)律，理解描述簡諧振動的特征量的物理意義，熟練確定振動系統(tǒng)的特征量，建立諧振方程；熟練掌握描述簡諧振動的旋轉(zhuǎn)矢量法；掌握同方向、同頻率簡諧振動的合成的特點與規(guī)律，掌握互相垂直簡諧振動合成的特點；了解阻尼振動、受迫振動和共振的發(fā)生條件和規(guī)律。教學內(nèi)容：簡諧振動的基本規(guī)律，簡諧振動的合成；阻尼振動、受迫振動和共振。重點難點：簡諧振動的基本規(guī)律；簡諧振動的合成；受迫振動和共振9.波動教學要求：理解描述波動的物理量的物理意義及其相互關(guān)系；熟練掌握平面諧波的波函數(shù)的物理意義，根據(jù)給定條件求解波函數(shù)；理解波的迭加原理,掌握波的干涉原理和干涉加強、減弱的條件；掌握駐波的形成條件和特點，建立半波損失的概念，掌握其形成的特點。教學內(nèi)容：機械波的形成、橫波與縱波；波線、波面、波速和波長；簡諧波的波動方程，波的干涉與駐波。重點難點：簡諧波方程；波的能量和強度；波的干涉與駐波五、課內(nèi)實踐教學內(nèi)容及要求無。六、課程考核與評價根據(jù)學生學習過程中的表現(xiàn)給出平時成績，平時成績占總成績30%，平時成績的依據(jù)是出勤、課堂表現(xiàn)、作業(yè)完成情況。本課程采用閉卷筆試方式進行考核，考試的卷面成績也就是期末成績，占總成績的70%。表3：成績評定方式表考核環(huán)節(jié)分值考核/評價細則出勤100以課上提問、點名、抽查的方式進行考勤，