《力學(xué)》課程教學(xué)大綱

《力學(xué)》教學(xué)大綱課程名稱：力學(xué)英文名稱：Mechanics課程編號(hào)：F047091511學(xué)分：3.5總學(xué)時(shí)/課內(nèi)實(shí)踐學(xué)時(shí)：56/0課程性質(zhì)：必修課程開課單位：數(shù)理科學(xué)與工程學(xué)院應(yīng)用物理系基層教學(xué)組織適應(yīng)對(duì)象：應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)一、課程簡(jiǎn)介力學(xué)是應(yīng)用物理學(xué)的第一門專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程是物理學(xué)的重要組成部分，是許多現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的基礎(chǔ)。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生初步掌握宏觀物體在弱力場(chǎng)中低速機(jī)械運(yùn)動(dòng)條件下所遵循的基本規(guī)律及研究方法，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維和創(chuàng)新精神，為普通物理學(xué)后續(xù)課程和理論物理學(xué)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。主要內(nèi)容包括運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)三大部分，涉及質(zhì)點(diǎn)力學(xué)、質(zhì)點(diǎn)系力學(xué)、剛體力學(xué)、振動(dòng)力學(xué)和波動(dòng)力學(xué)。該課程的考核方式為閉卷考試。力學(xué)課程與實(shí)際生活和工程實(shí)踐聯(lián)系緊密，相關(guān)知識(shí)可以在實(shí)踐中找到原型，還可以通過(guò)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，這些特點(diǎn)使得力學(xué)知識(shí)更加生動(dòng)化、形象化。在授課中將中國(guó)古人的成就、中國(guó)科學(xué)家在世界科技中最近的創(chuàng)新性貢獻(xiàn)、生活實(shí)例等融入到相關(guān)知識(shí)的教學(xué)中，增長(zhǎng)見識(shí)的同時(shí)激發(fā)學(xué)生科技報(bào)國(guó)的家國(guó)情懷和使命擔(dān)當(dāng)。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(biāo)1．注重科學(xué)思維方法訓(xùn)練和科學(xué)精神培養(yǎng)，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)科學(xué)的世界觀。增長(zhǎng)知識(shí)的同時(shí)激發(fā)科技報(bào)國(guó)的家國(guó)情懷和使命擔(dān)當(dāng)。2．系統(tǒng)掌握力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)并能較靈活地加以運(yùn)用，掌握把力學(xué)問題簡(jiǎn)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(diǎn)在變量作用下進(jìn)行曲線運(yùn)動(dòng)的方法。3．了解力學(xué)的研究方法，理論前沿、發(fā)展動(dòng)態(tài)、應(yīng)用前景和最新發(fā)展，相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r。1.

Focusingonthetrainingofscientificthinkingmethodandscientificspirit,improvingtheabilitytoanalyzeandsolveproblems,andcultivatingascientificworldview.

Increasingknowledgeandstimulatingpatriotismandmissiontoserveourcountrybystudyingofscienceandtechnology.

2.

Masteringthebasicknowledgeofmechanicssystematicallyandusingitflexibly,masteringthemethodofsimplifyingmechanicalproblemsintophysicalmodels,andmasteringthetechniqueofusingcalculustosolvethecurvemotionofaparticleundervariableaction.

3.

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

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)用物理學(xué)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：素質(zhì)要求①1畢業(yè)要求2：知識(shí)要求①2畢業(yè)要求3：知識(shí)要求④3四、課程教學(xué)安排課程共有9項(xiàng)教學(xué)內(nèi)容，具體安排見表2。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緒論補(bǔ)充高等數(shù)學(xué)知識(shí)愛國(guó)教育42質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)愛國(guó)教育科學(xué)精神培養(yǎng)83動(dòng)量牛頓運(yùn)動(dòng)定律科學(xué)精神培養(yǎng)104功與能科學(xué)精神培養(yǎng)85角動(dòng)量科學(xué)精神培養(yǎng)46萬(wàn)有引力定理愛國(guó)教育科學(xué)精神培養(yǎng)27剛體力學(xué)科學(xué)精神培養(yǎng)128振動(dòng)科學(xué)精神培養(yǎng)49波動(dòng)科學(xué)精神培養(yǎng)4合計(jì)56教學(xué)安排1.緒論教學(xué)要求：了解物理學(xué)發(fā)展概貌和物理學(xué)科的特點(diǎn)，了解力學(xué)在物理學(xué)中的重要地位；明確參考系、坐標(biāo)系與時(shí)間坐標(biāo)軸等基本概念，理解基本單位、導(dǎo)出單位及量綱的意義；了解本課程的學(xué)習(xí)方法及特點(diǎn)。掌握簡(jiǎn)單的微積分運(yùn)算和基本的矢量運(yùn)算教學(xué)內(nèi)容：物理學(xué)的研究對(duì)象和方法，物理學(xué)與力學(xué)的關(guān)系，微積分初步和簡(jiǎn)單的矢量運(yùn)算。重點(diǎn)難點(diǎn)：微積分的運(yùn)用及物理意義；量綱和量綱制思政元素：中國(guó)古人在力學(xué)方面取得的一些成就，感悟中國(guó)傳統(tǒng)文化的博大精深。增長(zhǎng)知識(shí)見識(shí)的同時(shí)激發(fā)學(xué)生的家國(guó)情懷。2.質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)教學(xué)要求：理解參考系、坐標(biāo)系的物理意義及質(zhì)點(diǎn)的應(yīng)用范圍、矢量和微積分概念，掌握描述運(yùn)動(dòng)的四個(gè)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(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)的兩類問題；掌握直角坐標(biāo)系及自然坐標(biāo)系中運(yùn)動(dòng)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(biāo)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(diǎn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的變換特點(diǎn)和計(jì)算。教學(xué)內(nèi)容：參考系、坐標(biāo)系、位矢、速度和加速度的概念；在不同坐標(biāo)系下位矢、速度和加速度的表示形式及關(guān)系；相對(duì)運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系、科里奧利加速度。重點(diǎn)難點(diǎn)：在不同坐標(biāo)系位矢、速度和加速度的表示以及相互關(guān)系；相對(duì)運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系、科里奧利加速度。思政元素：介紹中國(guó)古代發(fā)明之世界上最早的導(dǎo)航裝置-司南，介紹中國(guó)自行研制的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航、定位等相關(guān)知識(shí)，了解中國(guó)科學(xué)家在世界科技中的創(chuàng)新性貢獻(xiàn)。增長(zhǎng)知識(shí)見識(shí)的同時(shí)激發(fā)學(xué)生科技報(bào)國(guó)的家國(guó)情懷和使命擔(dān)當(dāng)。3.動(dòng)量牛頓運(yùn)動(dòng)定律教學(xué)要求：深入理解牛頓運(yùn)動(dòng)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(jì)算方法，明確主動(dòng)力和被動(dòng)力的概念；熟練掌握運(yùn)用牛頓定律分析問題的思路和方法，能運(yùn)用微積分等數(shù)學(xué)工具計(jì)算簡(jiǎn)單的力學(xué)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(jì)算方法，了解科利奧利力的特征和判斷；掌握動(dòng)量和沖量的概念及動(dòng)量定理，特別是它們的矢量性；掌握用動(dòng)量守恒定律解決問題的思路和方法，特別是二維運(yùn)動(dòng)的問題；理解質(zhì)心的概念及質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理，掌握質(zhì)心的計(jì)算方法，初步掌握利用質(zhì)心概念處理問題。教學(xué)內(nèi)容：牛頓三定律、常見力的分類；牛頓運(yùn)動(dòng)定律的運(yùn)用、伽利略相對(duì)性原理，慣性系與慣性力；離心力、科里奧利力；動(dòng)量、沖量及質(zhì)心的概念；動(dòng)量定理、質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理、動(dòng)量守恒定律其應(yīng)用。重點(diǎn)難點(diǎn)：牛頓運(yùn)動(dòng)定律的運(yùn)用；質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理的應(yīng)用；動(dòng)量定理、動(dòng)量守恒定律及其應(yīng)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?yàn)等內(nèi)容，增長(zhǎng)知識(shí)見識(shí)的同時(shí)激發(fā)學(xué)生科技報(bào)國(guó)的家國(guó)情懷和使命擔(dān)當(dāng)。4.功與能教學(xué)要求：掌握功的定義及變力做功的計(jì)算方法；理解質(zhì)點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)能定理的意義及其應(yīng)用，明確質(zhì)點(diǎn)系內(nèi)力做功的特點(diǎn)；掌握保守力和及其相關(guān)勢(shì)能的概念。掌握重力勢(shì)能、萬(wàn)有引力勢(shì)能和彈性勢(shì)能的概念和計(jì)算方法，注意勢(shì)能零點(diǎn)的選擇；熟練掌握功能原理和機(jī)械能守恒定律，并能聯(lián)系動(dòng)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(yīng)用。教學(xué)內(nèi)容：元功，有限路徑中功的計(jì)算；質(zhì)點(diǎn)及質(zhì)點(diǎn)系動(dòng)能定理及其應(yīng)用；保守力與勢(shì)能；功能定理和機(jī)械能守恒定律及其應(yīng)用。重點(diǎn)難點(diǎn)：功能定理和機(jī)械能守恒定律及其應(yīng)用；不同坐標(biāo)系下，有限路徑中功的計(jì)算。5.角動(dòng)量教學(xué)要求：理解角動(dòng)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(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)系角動(dòng)量定理及守恒定律，并能處理一些實(shí)際問題；掌握質(zhì)心系的角動(dòng)量定理，理解質(zhì)心系中處理問題的特點(diǎn)；了解對(duì)稱性的意義及經(jīng)典動(dòng)力學(xué)的適用范圍。教學(xué)內(nèi)容：力矩、角動(dòng)量、質(zhì)點(diǎn)角動(dòng)量定理、角動(dòng)量守恒定律及其應(yīng)用；質(zhì)點(diǎn)系的角動(dòng)量定理、角動(dòng)量守恒定理，質(zhì)點(diǎn)在有心力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)。重點(diǎn)難點(diǎn)：力矩、角動(dòng)量；質(zhì)點(diǎn)與質(zhì)點(diǎn)系的角動(dòng)量定理、角動(dòng)量守恒定律及其應(yīng)用思政元素：觀看“太空轉(zhuǎn)身”實(shí)驗(yàn)視頻，了解我們國(guó)家在航空航天領(lǐng)域取得的一系列成果，增長(zhǎng)知識(shí)見識(shí)的同時(shí)激發(fā)學(xué)生科技報(bào)國(guó)的家國(guó)情懷和使命擔(dān)當(dāng)。6.萬(wàn)有引力定律教學(xué)要求：理解開普勒三定律的意義；理解萬(wàn)有引力定律及其適用范圍。教學(xué)內(nèi)容：開普勒定律；萬(wàn)有引力定律慣性質(zhì)量和引力質(zhì)量；引力勢(shì)能重點(diǎn)難點(diǎn)：萬(wàn)有引力定律，引力勢(shì)能7.剛體力學(xué)教學(xué)要求：掌握剛體的概念和剛體的基本運(yùn)動(dòng)；理解轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的意義及計(jì)算方法，掌握利用平行軸定理和垂直軸定理求解轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的方法；熟練應(yīng)用剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)定律；掌握應(yīng)用剛體的角動(dòng)量定理、角動(dòng)量守恒定律及機(jī)械能守恒定律解決轉(zhuǎn)動(dòng)問題；理解剛體平面平行運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律和計(jì)算方法。教學(xué)內(nèi)容：剛體的運(yùn)動(dòng)的描述，剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)定律及其應(yīng)用；剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及其計(jì)算方法；剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能定理及其應(yīng)用。重點(diǎn)難點(diǎn)：剛體運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)和描述；剛體的角動(dòng)量定理；剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算；轉(zhuǎn)動(dòng)定理，平面平行運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)分析8.振動(dòng)教學(xué)要求：掌握簡(jiǎn)諧振動(dòng)的特征和規(guī)律，理解描述簡(jiǎn)諧振動(dòng)的特征量的物理意義，熟練確定振動(dòng)系統(tǒng)的特征量，建立諧振方程；熟練掌握描述簡(jiǎn)諧振動(dòng)的旋轉(zhuǎn)矢量法；掌握同方向、同頻率簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成的特點(diǎn)與規(guī)律，掌握互相垂直簡(jiǎn)諧振動(dòng)合成的特點(diǎn)；了解阻尼振動(dòng)、受迫振動(dòng)和共振的發(fā)生條件和規(guī)律。教學(xué)內(nèi)容：簡(jiǎn)諧振動(dòng)的基本規(guī)律，簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成；阻尼振動(dòng)、受迫振動(dòng)和共振。重點(diǎn)難點(diǎn)：簡(jiǎn)諧振動(dòng)的基本規(guī)律；簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成；受迫振動(dòng)和共振9.波動(dòng)教學(xué)要求：理解描述波動(dòng)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(qiáng)、減弱的條件；掌握駐波的形成條件和特點(diǎn)，建立半波損失的概念，掌握其形成的特點(diǎn)。教學(xué)內(nèi)容：機(jī)械波的形成、橫波與縱波；波線、波面、波速和波長(zhǎng)；簡(jiǎn)諧波的波動(dòng)方程，波的干涉與駐波。重點(diǎn)難點(diǎn)：簡(jiǎn)諧波方程；波的能量和強(qiáng)度；波的干涉與駐波五、課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容及要求無(wú)。六、課程考核與評(píng)價(jià)根據(jù)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的表現(xiàn)給出平時(shí)成績(jī)，平時(shí)成績(jī)占總成績(jī)30%，平時(shí)成績(jī)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(jìn)行考核，考試的卷面成績(jī)也就是期末成績(jī)，占總成績(jī)的70%。表3：成績(jī)?cè)u(píng)定方式表考核環(huán)節(jié)分值考核/評(píng)價(jià)細(xì)則出勤100以課上提問、點(diǎn)名、抽查的方式進(jìn)行考勤，