《理论力学》课程教学大纲

《理论力学》课程教学大纲课程编码：AL040800课程性质：专业基础课程适用专业：机械设计制造及其自动化、农业机械化及其自动化学时学分：56学时3.5学分所需先修课：高等数学、大学物理、机械制图编写单位：机电工程学院一、课程说明1．课程简介理论力学是机械设计制造及其自动化和农业机械化及其自动化专业的一门专业基础课程。课程主要内容包括：静力学的基本概念和公理、基本力系、任意力系、摩擦、点的运动、刚体的基本运动、点的复合运动、刚体的平面运动、质点动力学基础、动能定理、动量定理、动量矩定理、达朗伯原理和动静法、虚位移原理等。课程的先修课包括：高等数学、大学物理、机械制图。通过课程学习，使学生掌握质点、质点系和刚体机械运动（包括平衡）的基本规律及其研究方法，为学习有关的机械原理、机械设计、农业机械学等专业课程打好必要理论基础，并学会应用理论力学的理论和方法解决一些简单工程实际问题。2．教学目标要求学习本课程的目的，一是掌握力学知识，为学习有关的后续课程打好必要的基础；二是培养学生运用力学的概念和理论，分析解决工程实际问题；三是学习力学方法，培养学生逻辑思维能力，计算表达能力等综合素质。3．教学重点难点（1）对物体系统进行受力分析，画出受力图，根据不同的力系求解。（2）考虑摩擦时物体的平衡问题。（3）运动的合成与分解，速度合成定理及加速度合成定理及其应用。（4）用各种方法求平面运动刚体内各点的速度、加速度。（5）质点系动量计算和质心运动定理的应用。（6）质点系动量矩定理的应用，刚体绕定轴转动微分方程的应用。（7）力的功和物体动能的计算，动能定理和机械能守恒定理的应用。4．学时分配表次序教学内容理论课学时数第一部分绪论、静力学基础4第二部分汇交力系与力偶系6第三部分力系简化和平衡方程6第四部分摩擦4第五部分点的运动2第六部分刚体的基本运动2第七部分点的合成运动8第八部分刚体平面运动8第九部分动量定理6第十部分动量矩定理6第十一部分动能定理4总计=SUM(ABOVE)565．主要教法、学法本课程以课堂讲授为主、自学和讨论为辅的方式开展教学，着重对学生的分析问题能力、理论综合能力以及实验研究能力等方面的培养。采用多媒体教学方式。6．考核方式及标准（1）考核目的：考核学生对电机学的基本知识、基本理论、工程设计计算方法等的理解和掌握程度，促进学生提高分析和解决问题的能力。（2）考核形式：考试。（3）主要考核内容：物体系的受力分析，汇交力系和任意力系的计算，力对轴之矩的计算，点的合成运动的计算，刚体的平面运动的计算，动量、动量矩、动能定理的计算。（4）考核题型：作图，填空，选择，计算。（5）成绩评定：考试成绩占总成绩的70%，其他（包括考勤、作业、讨论等）成绩占总成绩的30%。二、各部分教学纲要第一部分静力学基础（4学时）教学目标深入地理解力、刚体、平衡和约束等重要概念及静力学公理，明确和掌握约束的基本特征及约束反力的画法，熟练而正确地对单个物体与物体系统进行受力分析，画出受力图。本部分重点1.力、刚体、平衡和约束等概念。2.静力学公理及其推论。3.柔性约束、光滑支承面约束、光滑铰链约束的特征及其反力的画法。4.单个物体及物体系统的受力分析。本部分难点光滑铰链的约束特征（尤其是销钉连接二个以上的构件即复合铰），物体系统的受力分析。教学内容1静力学基本概念和公理2约束和约束反力3物体的受力分析和受力图第二部分汇交力系与力偶系（6学时）教学目标通过学习应掌握力在坐标轴上的投影计算，理解力对点之矩、力偶矩的基本概念并能熟练计算，掌握汇交力系、力偶系的平衡条件及平衡方程式并能熟练运用。本部分重点力对空间点之矩，力对空间点之矩与力对通过该点的轴之矩的关系，汇交力系的平衡条件及平衡方程式，力偶的基本性质。本部分难点1.力在空间直角坐标轴上的两种投影法；2.力对轴之矩和力对点之矩的计算及力矩关系定理；3.空间汇交力系平衡方程。教学内容1力在坐标轴上的投影与合力投影定理2汇交力系的合成及平衡条件3力矩4力偶及其性质5力偶系的合成与平衡6力线平移定理第三部分力系的简化和平衡方程（6学时）教学目标通过学习应了解力系向任一点简化的方法，掌握各种力系的平衡方程式并会应用平衡方程式求解未知的约束反力，掌握并能熟练计算在平面任意力系作用下物体及物体系统的平衡问题，了解简单行架内力的计算方法（节点法、截面法）。本部分重点力系的主矢和主矩，空间力系简化结果的讨论，空间一般力系、平面一般力系平衡方程的应用，物体系统的平衡本部分难点力系的主矢和主矩，物体系统的平衡教学内容1平面任意力系向作用面内一点简化2平面任意力系的平衡条件和平衡方程3物体系的平衡、静定和静不定问题4平面简单行架内力的计算5空间任意力系的简化6空间任意力系的平衡方程7平行力系中心、重心（自学）第四部分摩擦（4学时）教学目标通过学习应掌握考虑摩擦时物体平衡问题的计算方法，理解摩擦角及自锁现象，掌握用摩擦角求解物体的平衡问题。本部分重点考虑摩擦时物体的平衡问题本部分难点摩擦角的概念教学内容1滑动摩擦2摩擦角与自锁3考虑摩擦时物体的平衡问题4滚动摩阻第五部分点的运动（2学时）教学目标通过学习应了解描述点的运动的几种不同方法，掌握用自然法、直角坐标法建立点的运动方程，计算速度、加速度。本部分重点1.点的曲线运动的直角坐标法，点的运动方程，点的速度和加速度在直角坐标轴上的投影。2.点的曲线运动的自然法（以在平面内运动为主），点沿已知轨迹的运动方程，点的切向加速度和法向加速度。本部分难点自然轴系的几何概念，速度与加速度在自然轴上投影的推导。教学内容1点的运动方程2点的速度和加速度第六部分刚体的基本运动（2学时）教学目标通过学习应掌握刚体平动和刚体绕定轴转动的特征，能正确判断作平动和定轴转动的刚体，掌握计算定轴转动刚体上任一点的速度和加速度，了解角速度矢量、角加速度矢量以及用矢积表示刚体上任一点的速度和加速度。本部分重点1.刚体平动及其运动特征。2.刚体的定轴转动，转动方程，角速度与角加速度。3.转动刚体内各点的速度与加速度。本部分难点以矢积表示点的速度和加速。教学内容1刚体的平动2刚体的定轴转动3定轴轮系的传动比4角速度和角加速度矢量，以矢积表示点的速度和加速度第七部分点的合成运动（8学时）教学目标通过学习应理解三种运动，三种速度和三种加速度的定义，掌握运动合成与分解以及运动相对性的概念，掌握恰当的选择动点、动系和定系，进行运动轨迹、速度和加速度的分析的方法，能够正确计算科氏加速度，掌握用速度合成定理，加速度合成定理进行速度分析与加速度分析。本部分重点1.动点和动系的选择；2.运动的合成与分解；3.速度合成定理和加速度合成定理的应用和计算。本部分难点1.动点和动系的选择；2.加速度合成定理的运用与计算；3.牵连速度、牵连加速度及科氏加速度的概念。教学内容1绝对运动、相对运动、牵连运动2点的速度合成定理3牵连运动是平动时点的加速度合成定理4牵连运动是转动时点的加速度合成定理科氏加速度第八部分刚体的平面运动（8学时）教学目标通过学习应掌握研究平面运动的方法（运动的合成与分解），能够正确地判断机构中作平面运动的刚体并能熟练地应用各种方法——基点法、瞬心法和速度投影定理求平面图形上任一点的速度，能熟练地用基点法分析平面图形内一点的加速度。本部分重点1.以运动的分解与合成为出发点，研究求平面图形上各点的速度和加速度的基点法，明确速度投影定理和瞬心法是从基点法推导而来。2.掌握加速度矢量投影定理。本部分难点1.速度瞬心的概念及求法；2.转动部分的规律与基点的选取无关的概念；转动部分角速度和角加速度的求法。3.用基点法分析一点加速度的方法；4.运动学综合问题。教学内容1刚体的平面运动分解为平动和转动2用基点法、速度投影定理求平面图形上各点的速度3用瞬心法求平面图形上各点速度4用基点法求平面图形内各点的加速度第九部分动量定理（6学时）教学目标通过学习应理解质点和质点系的动量、力的冲量、质心等概念，能熟练地应用质点系的动量定理、质心运动定理（包括相应的守恒定律）求解动力学问题。本部分重点质点系动量计算和质心运动定理的应用本部分难点：质点系动量计算和质心运动定理的应用教学内容1动力学普遍定理的概述2动量和力的冲量3动量定理4质心运动定理第十部分动量矩定理（6学时）教学目标通过学习应掌握计算质点系动量矩的方法，掌握用质点系动量矩定理求解动力学问题，了解相对质心的动量矩定理，掌握用刚体平面运动微分方程求解动力学问题。本部分重点质点系的动量矩和刚体对轴的转动惯量，质点系动量矩定理的应用，刚体绕定轴转动微分方程的应用本部分难点：刚体平面运动微分方程的应用教学内容1动量矩2动量矩定理3刚体对轴的转动惯量4刚体绕定轴转动的微分方程5刚体平面运动微分方程第十一部分动能定理（4学时）教学目标通过学习应掌握功和动能的计算，掌握应用动能定理求解动力学问题的方法，掌握应用动力学三大定理求解动力学综合问题的方法。本部分重点力的功和物体动能的计算，动能定理和机械能守恒定理的应用本部