理論力學(xué)教學(xué)課件-電子教案

《理論力學(xué)》教學(xué)大綱

課程中文名稱：理論力學(xué)
課程英文名稱： Theoretical mechanics
總學(xué)時(shí)： 80-90 學(xué)時(shí) 上機(jī)學(xué)時(shí)： 18 學(xué)時(shí)
授課對(duì)象：力學(xué)系、機(jī)械系、建工系、實(shí)驗(yàn)學(xué)院
先修課程：高等數(shù)學(xué)、物理（力學(xué)部分）

一、課程教學(xué)目的

理論力學(xué)是研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)一般規(guī)律的科學(xué)，因此是工科大學(xué)生重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程。
通過本課程的學(xué)習(xí)應(yīng)使學(xué)生掌握經(jīng)典力學(xué)的基本理論和基本方法，并善于應(yīng)用這些理論和方法解決工程實(shí)際問題，同時(shí)為后續(xù)課程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

二、教學(xué)內(nèi)容及基本要求

靜力學(xué)：

靜力學(xué)公理、約束、約束力、物體受力分析、受力圖。匯交力系的合成與平衡、力對(duì)點(diǎn)的矩、力對(duì)軸的矩、力偶及其特性、力偶系的合成與平衡。力的平移定理、力系向一點(diǎn)簡化、主矢與主矩、力系簡化結(jié)果分析、力系的平衡條件、平衡方程、特殊力系的平衡方程、平面任意力系的平衡方程、平面物體系的平衡問題、靜定靜不定的概念、平面簡單桁架的內(nèi)力計(jì)算、重心?；瑒?dòng)摩擦、摩擦力、靜摩擦定律、考慮摩擦?xí)r物體的平衡問題、摩擦角與自鎖概念、滾動(dòng)摩擦。

運(yùn)動(dòng)學(xué)：

點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)、軌跡、速度、加速度，直角坐標(biāo)系內(nèi)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程、速度和加速度的投影，點(diǎn)的速度、切向和法向加速度，點(diǎn)的速度和加速度在極坐標(biāo)、柱坐標(biāo)中的投影。剛體平移，剛體繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，角速度和角加速度，定軸轉(zhuǎn)動(dòng)剛體上任一點(diǎn)的速度和加速度，角速度和角加速度以矢量表示，定軸轉(zhuǎn)動(dòng)剛體上任一點(diǎn)的速度和加速度以矢量表示，定軸輪系傳動(dòng)比。靜、動(dòng)參考系，點(diǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)、絕對(duì)運(yùn)動(dòng)和牽連運(yùn)動(dòng)，點(diǎn)的速度合成定理，牽連運(yùn)動(dòng)是平移與轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)點(diǎn)的加速度合成定理，科氏加速度。剛體平面運(yùn)動(dòng)，基點(diǎn)、平面運(yùn)動(dòng)分解為平移與轉(zhuǎn)動(dòng)，平面運(yùn)動(dòng)剛體的角速度，基點(diǎn)法求點(diǎn)的速度和加速度，速度瞬心，瞬心法求點(diǎn)的速度，運(yùn)動(dòng)學(xué)綜合練習(xí)。剛體繞定點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)，剛體繞相交軸轉(zhuǎn)動(dòng)的合成，瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，角速度與角加速度矢，定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)剛體上點(diǎn)的速度與加速度，剛體一般運(yùn)動(dòng)，剛體繞平行軸轉(zhuǎn)動(dòng)的合成，周轉(zhuǎn)輪系的傳動(dòng)比。

動(dòng)力學(xué)：

動(dòng)力學(xué)基本定律，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)微分方程，兩類基本問題，質(zhì)點(diǎn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的基本方程，牽連慣性力與科氏慣性力。質(zhì)點(diǎn)與質(zhì)點(diǎn)系、質(zhì)心、動(dòng)量、沖量、動(dòng)量定理、動(dòng)量守恒、管道流體動(dòng)壓力、質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理、質(zhì)心運(yùn)動(dòng)守恒、變質(zhì)量質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)微分方程。質(zhì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和對(duì)軸的動(dòng)量矩、質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量矩、動(dòng)量矩定理、動(dòng)量矩守恒、剛體繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)微分方程、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，質(zhì)點(diǎn)系相對(duì)于質(zhì)心的動(dòng)量矩定理、剛體平面運(yùn)動(dòng)微分方程、陀螺儀近似理論。力的功、動(dòng)能、動(dòng)能定理、功率、功率方程、機(jī)械效率、勢力場、勢能、機(jī)械能守恒定律、動(dòng)力學(xué)普遍定理的綜合運(yùn)用。碰撞、碰撞力、碰撞過程的基本假設(shè)、動(dòng)量和動(dòng)量矩定理在碰撞過程中的應(yīng)用、恢復(fù)系數(shù)、碰撞過程中的機(jī)械能損失、質(zhì)點(diǎn)的碰撞、定軸轉(zhuǎn)動(dòng)剛體的碰撞、撞擊中心、平面運(yùn)動(dòng)剛體的碰撞。慣性力、達(dá)朗伯原理、質(zhì)點(diǎn)系慣性力的簡化、剛體慣性力系簡化的特例、繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)剛體的動(dòng)約束力、慣性積、慣性主軸、定軸轉(zhuǎn)動(dòng)剛體的動(dòng)平衡條件。約束條件、虛位移、虛功、虛位移原理、自由度、廣義坐標(biāo)、廣義力、動(dòng)力學(xué)普遍方程、拉格朗日方程其應(yīng)用。單自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng)、諧振動(dòng)、固有頻率、計(jì)算固有頻率的能量法、粘性阻尼、單自由度的衰減振動(dòng)、衰減率、干擾力、單自由度系統(tǒng)的受迫振動(dòng)、共振、轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速、隔振、兩自由度系統(tǒng)的自由振動(dòng)、固有頻率、主振動(dòng)及振型、兩自由度系統(tǒng)的受迫振動(dòng)、共振、動(dòng)力消振。

三、課程負(fù)責(zé)人示范性教學(xué)設(shè)計(jì)

教材：《理論力學(xué)》第六版，哈工大理論力學(xué)教研室主編，高等教育出版社出版。

重點(diǎn)與難點(diǎn)：

第 Ⅰ 冊：
第一章：約束和約束力，受力分析和受力圖。
第二章：平面匯交力系合成與平衡的幾何法，力對(duì)點(diǎn)的矩，平面力偶、力偶系平衡條件。
第三章：平面任意力系的簡化、平衡方程、物體系的平衡。
第四章：空間匯交力系、力對(duì)點(diǎn)及對(duì)軸的矩、空間力偶、空間力系簡化、平衡方程。
第五章：滑動(dòng)摩擦、摩擦角及自鎖、考慮摩擦?xí)r物體的平衡。
第六章：描述點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的矢量法、直角坐標(biāo)法、自然法。
第七章：剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)各點(diǎn)的速度、加速度。用矢量表達(dá)的角速度、角加速度，用矢積表達(dá)的點(diǎn)的速度和加速度。
第八章：三種運(yùn)動(dòng)，點(diǎn)的速度合成定理、加速度合成定理、科氏加速度。
第九章：剛體平面運(yùn)動(dòng)中求各點(diǎn)速度和加速度的基點(diǎn)法、瞬心法、加速度的基點(diǎn)法、運(yùn)動(dòng)學(xué)的綜合應(yīng)用。
第十章：質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)基本定律、運(yùn)動(dòng)微分方程。
第十一章：動(dòng)量、動(dòng)量定理、質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理。
第十二章：動(dòng)量矩、動(dòng)量矩定理、定軸轉(zhuǎn)動(dòng)微分方程、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、質(zhì)點(diǎn)系相對(duì)質(zhì)心的動(dòng)量矩定理、剛體平面運(yùn)動(dòng)微分方程。
第十三章：功、動(dòng)能、動(dòng)能定理、功率方程、勢能、普遍定理的綜合應(yīng)用。
第十四章：慣性力、達(dá)朗貝爾原理、慣性力系的簡化、軸承動(dòng)約束力。
第十五章：虛位移、虛功、虛位移原理。
第 Ⅱ 冊：
第一章：非慣性力系中質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)基本方程及動(dòng)能定理。
第二章：碰撞問題的簡化、基本定理、恢復(fù)系數(shù)、撞擊中心。
第三章：自由度、廣義坐標(biāo)、廣義力、動(dòng)力學(xué)普遍方程。第二類拉格朗日方程及初積分。
第四章：單自由度系統(tǒng)的振動(dòng)、固有頻率、有阻尼的受迫振動(dòng)、轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速、隔振、二個(gè)自由度系統(tǒng)的振動(dòng)。
第五章：剛體定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)描述、自由剛體運(yùn)動(dòng)、陀螺儀近似理論。
第六章：變質(zhì)量質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)微分方程及動(dòng)力學(xué)普遍定理。

《理論力學(xué)》教學(xué)大綱 （ 60-72 學(xué)時(shí)）

課程中文名稱：理論力學(xué)
課程英文名稱： Theoretical mechanics
總學(xué)時(shí)： 60-72 學(xué)時(shí) 上機(jī)學(xué)時(shí)： 18 學(xué)時(shí)
授課對(duì)象：能源學(xué)院、材料學(xué)院、自動(dòng)控制
先修課程：高等數(shù)學(xué)、物理（力學(xué)部分）

一、課程教學(xué)目的

理論力學(xué)是研究物體機(jī)械運(yùn)動(dòng)一般規(guī)律的科學(xué)，因此是工科大學(xué)生重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程。
通過本課程的學(xué)習(xí)應(yīng)使學(xué)生掌握經(jīng)典力學(xué)的基本理論和基本方法，并善于應(yīng)用這些理論和方法解決工程實(shí)際問題，同時(shí)為后續(xù)課程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

二、教學(xué)內(nèi)容和基本要求

靜力學(xué)：

靜力學(xué)公理、約束、約束力、物體受力分析、受力圖。匯交力系的合成與平衡、力對(duì)點(diǎn)的矩、力對(duì)軸的矩、力偶及其特性、力偶系的合成與平衡。力的平移定理、力系向一點(diǎn)簡化、主矢與主矩、力系簡化結(jié)果分析、平面力系的特例。力系的平衡條件、平衡方程、特殊力系的平衡方程、平面任意力系的平衡問題、靜定與靜不定的概念、平面簡單桁架的內(nèi)力計(jì)算、平行力系的中心和重心。滑動(dòng)摩擦、摩擦力、靜摩擦定律、考慮摩擦?xí)r物體的平衡、平衡范圍摩擦角、自鎖、滾動(dòng)摩阻。

運(yùn)動(dòng)學(xué)：

點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)、軌跡、速度、加速度、直角坐標(biāo)系內(nèi)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程、速度和加速度的投影，自然軸、點(diǎn)的速度、切向和法向加速度、點(diǎn)的速度和加速度在極坐標(biāo)、柱坐標(biāo)中的投影。剛體平移、剛體繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)、角速度和角加速度、定軸轉(zhuǎn)動(dòng)剛體上一點(diǎn)的速度和加速度及其矢量積表示、定軸輪系傳動(dòng)比。靜、動(dòng)參考系，點(diǎn)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)、絕對(duì)運(yùn)動(dòng)和牽連運(yùn)動(dòng)、點(diǎn)的速度合成定理、牽連運(yùn)動(dòng)是平移與轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)點(diǎn)的加速度合成定理、科氏加速度。剛體平面運(yùn)動(dòng)，基點(diǎn)、平面運(yùn)動(dòng)分解為平移與轉(zhuǎn)動(dòng)，平面運(yùn)動(dòng)剛體的角速度，基點(diǎn)法求點(diǎn)的速度和加速度，速度瞬心，瞬心法求點(diǎn)的速度，運(yùn)動(dòng)學(xué)綜合練習(xí)。剛體繞平行軸轉(zhuǎn)動(dòng)的合成 , 、剛體繞相交軸轉(zhuǎn)動(dòng)的合成、瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)軸、角速度與角加速度矢、定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)剛體上點(diǎn)的速度與加速度、剛體一般運(yùn)動(dòng)。

動(dòng)力學(xué)：

動(dòng)力學(xué)基本定律，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)微分方程、兩類基本問題，質(zhì)點(diǎn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的基本方程、牽連慣性力與科氏慣性力。質(zhì)點(diǎn)與質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量、沖量、動(dòng)量定理、動(dòng)量守恒、管道流體動(dòng)壓力、質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理、質(zhì)心運(yùn)動(dòng)守恒、變質(zhì)量質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)微分方程。質(zhì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和對(duì)軸的動(dòng)量矩、質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量矩、動(dòng)量矩定理、動(dòng)量矩守恒、剛體繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的微分方程、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、質(zhì)點(diǎn)系相對(duì)于質(zhì)心的動(dòng)量矩定理、剛體平面運(yùn)動(dòng)微分方程、陀螺儀近似理論。力的功，動(dòng)能，動(dòng)能定理，功率，功率方程，機(jī)械效率，勢力場，勢能，機(jī)械能守恒定律，動(dòng)力學(xué)普遍定理的綜合運(yùn)用。碰撞，碰撞力，碰撞過程的基本假設(shè)，動(dòng)量和動(dòng)量矩定理在碰撞過程中的應(yīng)用，恢復(fù)系數(shù)，碰撞過程中的機(jī)械能損失，質(zhì)點(diǎn)的碰撞，定軸轉(zhuǎn)動(dòng)剛體的碰撞，撞擊中心。慣性力，達(dá)朗伯原理，剛體慣性力系簡化的特例，繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)剛體的動(dòng)反力，慣性積，慣性主軸，定軸轉(zhuǎn)動(dòng)剛體的動(dòng)平衡條件。約束，虛位移，虛功，虛位移原理及其應(yīng)用，動(dòng)力學(xué)普遍方程。

三、課程負(fù)責(zé)人示范性教學(xué)設(shè)計(jì)

教材：《理論力學(xué)》第六版，哈工大理論力學(xué)教研室主編，高等教育出版社出版。

重點(diǎn)與難點(diǎn)：
第 Ⅰ 冊：
第一章：約束和約束力，受力分析和受力圖。
第二章：平面匯交力系合成與平衡的幾何法，力對(duì)點(diǎn)的矩，平面力偶、力偶系平衡條件。
第三章：平面任意力系的簡化、平衡方程、物體系的平衡。
第四章：空間匯交力系、力對(duì)點(diǎn)及對(duì)軸的矩、空間力偶、空間力系簡化、平衡方程。
第五章：滑動(dòng)摩擦、摩擦角及自鎖、考慮摩擦?xí)r物體的平衡。
第六章：描述點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的矢量法、直角坐標(biāo)法、自然法。
第七章：剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)各點(diǎn)的速度、加速度。用矢量表達(dá)的角速度、角加速度，用矢積表達(dá)的點(diǎn)的速度和加速度。
第八章：三種運(yùn)動(dòng)，點(diǎn)的速度合成定理、加速度合成定理、科氏加速度。
第九章：剛體平面運(yùn)動(dòng)中求各點(diǎn)速度的基點(diǎn)法、瞬心法、對(duì)加速度的基點(diǎn)法、運(yùn)動(dòng)學(xué)的綜合應(yīng)用。
第十章：質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)基本定律、運(yùn)動(dòng)微分方程。
第十一章：動(dòng)量、動(dòng)量定理、質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理。
第十二章：動(dòng)量矩、動(dòng)量矩定理、定軸轉(zhuǎn)動(dòng)微分方程、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、質(zhì)點(diǎn)系相對(duì)質(zhì)心的動(dòng)量矩定理、剛體平面運(yùn)動(dòng)微分方程。
第十三章：功、動(dòng)能、動(dòng)能定理、功率方程、勢能、普遍定理的綜合應(yīng)用。
第十四章：慣性力、達(dá)朗貝爾原理、慣性力系的簡化、軸承動(dòng)約束力。
第十五章：虛位移、虛功、虛位移原理。
第 Ⅱ 冊：
第一章：非慣性力系中質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué)基本方程及動(dòng)能定理。
第二章：碰撞問題的簡化、基本定理、恢復(fù)系數(shù)、撞擊中心。
第三章：自由度、廣義坐標(biāo)、廣義力、動(dòng)力學(xué)普遍方程。第二類拉格朗日方程及初積分。
第四章：單自由度系統(tǒng)的振動(dòng)、固有頻率、有阻尼的受迫振動(dòng)、轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速、隔振、二個(gè)自由度系統(tǒng)的振動(dòng)。
第五章：剛體定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)描述、自由剛體運(yùn)動(dòng)、陀螺議近似理論。
第六章：變質(zhì)量質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)微分方程及動(dòng)力學(xué)普遍定理。