《力学》教学大纲.doc

物理电子工程学院力学课程教学大纲 课程编号:04110016课程性质：专业基础课 先修课程：高等数学总学时：96学时（16周*6学时）学分:6适合专业：物理学专业一 课程教学目标力学是一门重要的必修基础课程。本课程的主要内容是力学的基本现象，基本概念和基本规律。在对教材的处理过程中，着重思想方法的传授，使学生能了解对于物理对象的一般研究方法，力求能很好的运用数学工具，使学生较系统地掌握力学的基本现象，基本概念和基本规律，并能比较灵活地加以应用；掌握物理学的研究方法；培训学生独立分析问题与解决问题的能力，树立辨证唯物主义世界观，为学习后续课程打下良好基础。二 课程的目的与任务力学是高等师范院校物理系物理专业学生的第一门基础理论课程。它不仅作为物理学的一个有机组成部分，并且由于它在现代科学技术中的重要地位，而发展成一门独立的学科，并含有多种子学科，如材料力学等。通过本课程的教学，将有效地引导学生尽快地适应大学的学习，实现从中学到大学的过渡；使学生从力学的研究方法上掌握物理学的学习方法和科学研究方法，为学生以后专业课程的学习打下良好的基础，今后能够胜任中学力学教学。1、使学生比较系统地掌握力学的基础知识，能比较灵活地加以运用，为进一步学习后续课程打下坚实的基础；2、使学生了解物理的研究方法，培养学生分析问题和解决问题的能力；3、使学生掌握学习物理知识的学习方法，养成良好的自学学习习惯，培养和提高学生的自学能力；4、使学生能初步用高等数学工具解决一般力学问题，对中学教材中的力学部分有较深刻的理解，能独立解决今后教学中遇到的一般力学问题。三 理论教学的基本要求本课程理论教学的基本要求是使学生掌握力学基础知识，能运用力学知识去解决物理学及其它学科中有关力学的基本问题，了解力学是物理学的有机组成部分，了解现代力学的发展方向，使学生能对牛顿力学及其应用有全面深入的认识，能运用牛顿力学的原理、定律、矢量代数、微积分解决质点力学、质点组力学、 有心力场、刚体力学、振动和波的基本问题；掌握弹性力学、流体力学的基本原理与研究方法；掌握相对论力学的基本原理；会用相关的原理分析、解决力学问题，为后续理论物理课程打下坚实的基础。四 实践教学要求1、制定实践教学计划，安排学生完成基本的力学实验，使学生理论学习与动手能力同时得到锻炼。2、安排若干个力学综合设计性实验，使学生创造性能力得到发展。3、组织学生特别是力学兴趣小组讨论一些具体力学案例，分析实际生活中具体问题，提高学习兴趣。五 教学学时分配章次内容学时安排小计讲课习题实验课上机课外补充数学知识4261物理学和力学4042质点运动学82103动量定理及动量守恒定律82104动能和动量83115角动量5276万有引力定律4157刚体力学124168弹性体力学4269振动62810波动和声821011流体力学213合计732396六 大纲内容数学预备知识理解导数，微分及积分概念，掌握简单函数及复合函数的导数与积分；理解矢量的概念，掌握矢量的加法、减法的运算，掌握矢量点乘、叉乘和微商的概念及运算（一）物理学和力学教学目的与要求：1.讲授物质和运动，各种运动形式及相互转换，物理学的研究对象及其分类，近代物理学的内容及发展现状等。2.讲授物理学与其它科学技术的关系以及它在现实经济社会中的地位和作用。通过发展史的学习，阐明力学与生产发展间的关系，并适当介绍我国古代力学中的成就，明确中学物理教学的重要意义，从而鼓舞学生的学习热情，巩固专业思想。3.指出经典力学的适用范围，明确力学是一门古老而有生命力的学科。而且是学习物理学的基础。4.讲授研究方法时，应着重介绍力学分类及质点，刚体等概念，并明确在物理学的研究与学习中，必须以辩证唯物主义为指导，同时又必须掌握本学科的特殊的研究方法。教学内容：1 发展着的物理学。2 物理学科的特点。3 时间和长度的计量4 单位制和量纲。5 数量级估计。6 参照系、坐标系与时间坐标轴。7 力学学习物理学的开始。教学提示：多媒体教学,课堂授课,启发式教学教学重点和难点：参照系，坐标系，时间和时刻学法指导：系统了解物理学的发展史，了解物理学的发展方向，介绍力学在物理学中的地位；掌握物理量的度量，单位和量纲。（二）质点运动学教学目的与要求：1.使学生牢固掌握即时速度和即时加速度的概念。2.要区分时刻与时间间隔以及位置坐标、位置矢量、位移和路等概念。3.要求掌握位移图线与速度图线，并能应用它们来计算位移及速度、加速度。4.要熟练掌握匀加速直线运动规律并灵活运用，重点研究自由落体及竖直上抛运动。5.掌握好位移、速度及加速度的矢量性，能正确进行速度的合成分解。仅讲授动坐标系作平移的情况下的相对运动。6.要熟练掌握圆周运动及切向加速度、法向加速度的意义。7.通过抛体运动的学习，使学生对运动的独立性及运动的合成有明确的认识。8.在圆周运动基础上介绍一般曲线运动，但不作深入研究。9.熟练掌握在不同坐标系下，速度、加速度的表达形式。教学内容：1 质点的运动学议程。2 瞬时速度矢量与瞬时加速度矢量。3 质点直线运动从坐标到速度和加速度。4 质点直线运动从加速度到速度和坐标。5 平面直角坐标系 抛体运动。6 自然坐标，切向和法向加速度。7 极坐标，从向与横向速度。8伽利略变换。教学提示：多媒体教学,课堂讨论,提问式教学,师生互动.教学重点和难点：质点，位置矢量、位移、速度、加速度；运动方程，运动迭加原理；切向加速度和法向加速度；角位移、角速度、角加速度；角量与线量的关系；相对运动.学法指导：系统掌握描述质点运动的物理量以及各物理量之间的关系；着重矢量物理量的理解以及在不同坐标系中的运算，高数知识在物理中的运用。作业：2.1.3, 2.2.6, 2.3.2, 2.4.1, 2.4.2, 2.4.7, 2.4.8, 2.5.1, 2.8.1, 2.8.2, 2.8.5（三）动量定理及其守恒教学目的与要求：1.着重讲授惯性力、质量、质点系、质心等概念，使学生能牢固地掌握牛顿三定律。2.牛顿第二定律是本章重点，要使学生掌握好第二定律并能正确运用它来解决直线运动及曲线运动问题。要进一步阐明动力学中力与运动状态的关系，并使学生能正确运用隔离法解题。3.着重讲授牛顿第三定律在物体运动过程中的应用，并对牛顿三定律的建立过程进行适当的讨论，使学生对物理定律的特性有所认识。4.重点讲授力学量的国际单位制以及推行它的重要意义。但应同时介绍厘米、克、秒制及工程单位制，以使学生对单位制的形式、应用及其发展有较全面的认识，并有利于阅读参考文献。5.使学生深刻理解质量与重量的区别及联系。介绍关于重量的两种不同定义，并阐明失重、超重现象的物理实质。6.说明惯性参考系的意义，指出只有在惯性系中牛顿定律才能正确地成立。7.通过具体事例说明力学相对性原理在经典力学中的重要意义。8.非惯性系仅限于介绍直线加速及匀角速转动情形。要求初步掌握惯性力的概念，简要介绍科里奥利力。9.明确指出主要结论及其时空观。正确认识经典力学在实际工程技术上的广泛适应性。10.要突出动量的矢量性，要阐明动量定理与牛顿定律的区别与联系。教学内容：1 牛顿第一定律和惯性参照系。2 惯性质量，动量和动量守恒定律。3 牛顿运动定律，伽俐略相对性原理。4 主动力和被动力。5 牛顿运动定律的应用。6 非惯性系中的动力学。7 用冲量表述的动量定理。8 质点系动量定理和质心运动定理。9 经典力学中动量守恒定律的常见形式。教学提示：多媒体教学,课堂授课，课堂讨论,提问式教学,师生互动.教学重点和难点：牛顿三定律；非惯性系中的力学定律，惯性力；伽利略相对性原理，伽利略变换；动量、冲量、动量定理、动量守恒定律。学法指导：系统掌握牛顿三定律，不同参照系的动力学方程以及一个重要的守恒量-动量作业：3.5.4, 3.5.5, 3.5.20, 3.6.1, 3.8.6, 3.9.1（四）动能和势能教学目的与要求：1.着重讲授正功与负功的意义，变力的功以弹性力的功为主，可用图解法导出其计算公式。2.关于系统的势能，本章仅讲授重力势能及弹性势能。3.使学生深刻地认识功能关系，并指出功是能量变化的量度，能是以作功的方式传递并转化的。4.结合本章内容，指出只有量纲相同的物理量间才能构成等式关系。5.分别讲授质点的与质点组的功能原理与机械能守恒定律，并通过势能曲线研究动能与势能间的相互转化关系。6.讲授质点组的功能原理时，要阐明内力做功与内势能的概念。7.要分清动量守恒定律与现机械能守恒定律的适用条件的不同，使学生能正确运用两个守恒定律解决实际问题。教学内容：1 能量另一个守恒量。2 力的元功，用线积分表示的功。3 质点和质点系的动能定理。4 保守力与非保守力、势能。5 功能原理和机械能守恒定律。6 对心碰撞。7 非对心碰撞。8质心参考系的运用，粒子的对撞。教学提示：多媒体教学,课堂授课，课堂讨论,提问式教学,师生互动. 教学重点和难点：功，变力的功，功率；动能，动能定理；保守力与非保守力；势能（重力势能、弹性势能、引力势能），势能曲线和从势函数求力；功能原理；力学中的能量守恒定律；普遍的能量转换和守恒定律；对心和非对心碰撞。学法指导：掌握功，能在动力学中的应用。作业：4.2.5, 4.3.3, 4.5.1, 4.5.2, 4.6.5, 4.6.6, 4.6.10（五）角动量，关于对称性教学目的与要求：1.着重讲授角动量，力矩等概念，使学生能牢固掌握角动量定理及其守恒律。2.质点系对质心的角动量定理及守恒律，可以简要介绍。3.了解物理学中的对称性。教学内容：1 质点的角动量。2 质点系的角动量定理及角动量守恒定律。3 质点系对质心的角动量定理及角动量守恒定律。4 对称性，对称性与守恒律。5 经典力学的适用范围。教学提示：多媒体教学,课堂授课，课堂讨论,提问式教学,师生互动.教学重点和难点：力矩，角动量，角动量定理，角动量守恒定律。学法指导：理解物理世界的对称性及美学特点作业：5.1.2, 5.1.7, 5.2.1, 5.2.2, 5.2.3（六）万有引力定律教学目的与要求：1.介绍开普勒定律，可作简单推证，主要由历史发展说明万有引力定律的建立过程，体现实中践是检验真理的唯一标准。2.结合地球自转说明地球上物体重量变化的各种原因，以及重力与引力的区别与联系。3.可用近似方法推导出万有引力势能的计算公式。4.对人造卫星的运动不作详细介绍，可通过实例研究卫星在圆形轨道上运动的速度及周期。教学内容：1 行星的运动、开普勒定律。2 万有引力定律。惯性质量和引力质量、引力恒量。3 地球上物体重量的变化。4 万有引力势能。5 三种宇宙速度。教学提示：多媒体教学, 课堂授课，课堂讨论,提问式教学,师生互动. 教学重点和难点：开普勒定律； 万有引力定律；三种宇宙速度。学法指导：理解万有引力定律作业：6.1.1, 6.2.1（七）刚体力学教学目的与要求：1.本章以刚体绕固定轴的转动为重点，要使学生熟练掌握有关规律。2.着重讲述角速度、角加速度及转动惯量的概念。3.要指出质心与重心的联系和区别。4.讲授动量矩定理与动理矩守恒定律时均应包括质点的与质点组的两个方面。通过实例说明动量矩守恒定律的重要性。5.对刚体的平面运动不作一般研究，仅讨论圆柱体滚动问题，可结合车轮的滚动进行讲授。6.对回转仪的运动可通过演示进行观察，并应用矢量方法定性地说明其初级原理，不作深入分析。教学内容：1 刚体的平动和转动。2 角速度和角加速度。角量和线量的关系、角速度的矢量表示法、匀变速转动。3 质点组的质心、刚体的质心。4 刚体的平动、质心运动定理。5 刚体绕固定轴的转动。力矩、转动惯量、转动定律。6 转动惯量的计算。7 转动刚体的功能、力矩的功。8 冲量矩和动量矩、动量矩守恒定律。9 自转与旋进。10刚体的滚动、滚动磨擦。11刚体的平衡。教学提示：多媒体教学,课堂授课，课堂讨论,提问式教学,师生互动.教学重点和难点：刚体的平动、转动和定轴转动；刚体在定轴转动中的力矩，转动定律，转动惯量；力矩的功，转动动能，刚体角动量和角动量守恒定律；质心，质心运动定律；刚体的平面运动；进动。学法指导：结合质点系介绍刚体的有关知识，介绍刚体的应用。作业：7.1.3, 7.1.4, 7.2.3, 7.3.6, 7.3.7, 7.3.9, 7.4.2, 7.5.2, 7.5.3, 7.5.4, 7.5.6（八）弹性体的应力与应变教学目的与要求：1.要求明确掌握应力与应变的概念及其相互关系。2.通过对伸长形变的分析介绍材料力学的初步知识，并阐明胡克定律的适用范围。3.讲授弹性模量的一般概念，并分别介绍杨氏模量、泊松比、切变模量以及体变弹性模量等。4.对弯曲和扭转的公式可以作简单推导。5.考虑到中学物理教学中常用到弹簧，可以介绍弹簧伸长的原理。6.本章主要研究固体的弹性，但在体变部分可包括液体的压缩率。为学习振动和波动作准备。教学内容：1 应力和应变。2 胡克定律、弹性模量。3 弯曲和扭转。4固体的形变势能。教学提示：本章仅作介绍教学重点和难点：应力和应变，胡克定律、弹性模量。学法指导：本章仅作介绍作业：8.1.1, 8.1.6, 8.2.1（九）振动教学目的与要求：1.本章重点是简谐振动，要求掌握好它的规律并能进行有关计算。 2.使学生正确理解位相和位相差的概念。3.要求掌握简谐振动的矢量表示法，并能应用它来研究振动的合成问题。简单介绍振动的分解及其应用。4.互相垂直振动合成可用作图法处理。教学内容：1 简谐振动、弹簧振动、弹簧振子、谐振动方程。2 简谐振动的振幅、频率、周期和位相。3 简谐振动的速度和加速度。4 单摆、复摆和扭摆。5 简谐振动的能量。6 简谐振动的合成。 同方向两个振动的合成、拍、互相垂直的两个振动的合成。7 阻尼振动。8 受迫振动、共振。教学提示：多媒体教学,课堂授课，课堂讨论,提问式教学,师生互动. 教学重点和难点：谐振动，谐振动动力学和运动学方程；频率、圆频率、周期、振幅和周相；谐振动的参考圆及旋转矢量表示法；谐振动的能量；阻尼振动、受迫振动、共振；同方向同频率谐振动的合成；同方向不同频率谐振动的合成；相互垂直方向谐振动的合成.学法指导：掌握周期运动的特点作业：9.2.7, 9.2.8, 9.2.13, 9.3.1, 9.3.2, 9.6.1 (十)波动和声教学目的与要求：1.本章重点是简谐波，要求掌握好它的规律并能进行有关计算。2.使学生正确理解波的周期,频率,波长,位相和位相差的概念。3.要求掌握由质点的简谐振动写出简谐波方程，并应用它来研究谐波的干涉问题。4.掌握波动是能量的传播过程,能计算平均能流密度.5.了解多普勒效应在实践中的应用.教学内容：1波的基本概念2.平面简谐波方程3.波动方程与波速4.平均能流密度5.波的叠加和干涉,驻波6.多普勒效应教学提示：多媒体教学,课堂授课，课堂讨论,提问式教学,师生互动. 教学重点和难点：弹性媒质中波的产生和传播；纵波和横波；波速、波频与波长的关系；平面简谐波方程；波的能量，能流，能流密度。惠更斯原理，波的迭加原理；相干波及干涉；驻波；声波，次声波和超声波，声强级；多普勒效应。学法指导：理解场的概念作业：10.2.5, 10.2.6, 10.2.9, 10.3.1, 10.4.3, 10.5.2, 10.5.6, 10.5.9 (十一)、流体力学教学目的与要求：1.掌握流体静压强的概念及在重力场种静止液体内部压强的分布规律。2.要求掌握连续性方程和伯努利方程，并能用以解决稳定流动时的一般问题，如小孔流速，管道流量的计算等。3.对斯托克斯公式可直接给出结果，并说明其物理意义及其应用。4.对流体中运动物体所遇到的阻力和机翼升力做一般介绍。教学内容：1.理想流体2.理想流体内的压强3.流体运动学的基本概念4.伯努利方程教学提示：本章仅做介绍教学重点和难点：重力场种静止液体内部压强的分布规律，连续性方程和伯努利方程，斯托克斯公式学法指导：本章仅做介绍作业：11.4.1, 11.4.3, 11.4.4七 课程的有关说明本教学大纲制订依据:参考国家教委高等理工科院校力学基本教学要求；按照信阳师范学院教务处关于修订本科课程教学大纲的指导意见，特修订本大纲。大学物理与其他课程的关系： 先修课程高等数学。本课程在一年级第一学期开始为宜。应注意训练学生用高等数学知识来表达物理规律、分析和处理物理问题。适当要求学生的计算能力。 力学是物理学的基础。按照制定教学大纲系统性与适应性相结合的基本原则，应在授课过程中介绍与后续课程的联系。本课程的重点与难点内容为:质点运动学，动力学及功能关系，振动和波，刚体。教学安排：力学一学期进行教学。96学时。执行本大纲应注意的问题：教学中要注意提高学生学习物理的兴趣，注意和中学物理知识衔接，避免简单重复。要注意各部分内容的相互联系和扩大知识面，使学生学得活而广。大纲包含了现代工程技术的物理基础专题，专题的教学时数可灵活掌握。八 主要教学方法与媒体要求本课程课从大学一年级上期开始授课，一个学期完成全部教学任务教学。教学中以讲授为主，注意采用启发式和讨论式教学，并结合力学实验，着重讲清基本概念、基本原理和基本方法。同时注意与数学的配合和衔接。在教学过程中，采取课堂教学和实验