《理论力学》教学大纲

课程编号：ME012002

   课程名称：理论力学                      英文名称： Theoretical Mechanics

   学分/学时：3.0/48(理论40+实验4+实践8+线上2)            课程性质：必修（专业平台基础课）

   适用专业：机械设计制造及自动化、自动化             建议开设学期：第3学期

   先修课程：高等数学、线性代数                 开课单位：机电工程学院

1 课程的教学目标与任务

理论力学是机械工程各本科专业的专业基础课之一，通过本课程的学习，要求学生掌握质点、质点系和刚体机械运动（包括平衡）的基本规律和研究方法；初步学会应用理论力学的理论和方法分析、解决工程实际问题；结合本课程的特点，培养学生的辩证唯物主义世界观、培养学生的能力。

通过本课程的理论与实验实践教学，使学生具备以下知识和能力：

（1）掌握静力学、运动学和动力学的基本力学知识及理论，能将其用于复杂机械工程问题设计方案的力学与运动学计算分析。

（2）具备对复杂工程问题进行文献检索和应用以获得合理有效结论的能力。

（3）能够对复杂机械工程问题的力学问题进行分析和提炼，考虑各种制约因素下设计其力学解决方案。

（4）熟悉基本力学原理的实验验证设备，能够进行力学原理的实验验证。

（5）能够针对复杂机电工程问题构建力学实验系统，进行实验研究。

2 课程教学目标与毕业要求对应关系

3 教学安排及方式

课程具体内容分为理论教学、实验教学、实践教学和线上教学。

一、理论教学

（一）静力学 (12学时)（支持课程目标1）

静力学基本概念、公理及其推论，工程中常见约束及其约束反力，受力分析及受力图，力在轴上的投影和力矩的计算，平面力偶理论，平面力系的简化，平面力系的平衡条件和平衡方程，物体系的平衡、静定和静不定问题，力对点之矩和力对轴之矩，空间力偶理论，空间任意力系的简化，空间力系的平衡条件与平衡方程，空间力系平衡问题举例，重心的工程应用，平面静定桁架，摩擦与考虑摩擦时的平衡问题。

1）基本要求

（1）熟悉工程常见约束的性质，对简单物体系统能熟练地取分离体并画出受力图。

（2）熟悉力、力矩和力偶等基本概念及其性质，能熟练地计算力的投影，力对点的矩和力对轴的矩。

（3）掌握各种类型力系的简化方法，熟悉简化结果；能熟练地计算主矢和主矩。

（4）能应用各种类型力系的平衡条件和平衡方程求解单个物体和简单物体系统的平衡问题。对平面一般力系的平衡问题，能熟练地选取分离体和应用各种形式的平衡方程求解。

（5）掌握求简单桁架内力的节点法和截面法；掌握计算物体重心的各种方法。

（6）理解滑动摩擦的概念和摩擦力的特征，能求解考虑滑动摩擦时简单的物体系统平衡问题。了解滚动摩阻的概念。

2）重点、难点

重点：通过对物体系统的受力分析，对平面一般力系能熟练地进行力系的简化，并应用各种形式的平衡方程求解其平衡问题。

难点：约束及约束反力，正确地进行受力分析；平面物系（含摩擦）的平衡问题；空间力系的简化和平衡。

3）作业及课外学习要求：

    提前预习相关概念、原理，每次课堂教学后有课外作业，要求独立完成。

(二) 运动学 (12学时) （支持课程目标1、2）

点的运动学，刚体基本运动的有关问题，角速度矢量，泊桑公式，点的合成运动的基本概念，点的速度合成定理，点的加速度合成定理，刚体平面运动的基本概念及平面运动的描述，求平面运动刚体内各点的速度，求平面运动刚体内各点的加速度，运动学综合应用举例。

1）基本要求

（1）掌握描述点的运动的矢量法，直角坐标法和孤坐标法，能求点的运动轨迹。能熟练地求解与点的速度和加速度有关的问题。

（2）熟悉刚体平动和定轴转动的特征。能熟练地求解绕定轴转动刚体的角速度，角加速度以及刚体内各点的速度和加速度有关的问题，熟悉角速度、角加速度及刚体内各点速度和加速度的矢量表示法。

（3）掌握运动合成与分解的基本概念和方法。熟练掌握点的速度合成定理和牵连运动为平动时的加速度合成定理及其应用，掌握牵连运动为定轴转动时的加速度合成定理及其应用。

（4）熟悉刚体平面运动的特征，能熟练应用基点法、瞬心法和速度投影法求解有关速度的问题。能熟练应用基点法求解有关加速度的问题。对常见平面机构能熟练地进行速度和加速度分析。

2）重点、难点

重点：能运用运动分解的方法，熟练地求解点和较为复杂的刚体运动系统问题。

难点：合成运动的加速度问题及运动学综合问题。

3）作业及课外学习要求：

    提前预习相关概念、原理，每次课堂教学后有课外作业，要求独立完成。

(三) 动力学(16学时) （支持课程目标1、2、3）

质点动力学的基本概念，质点系的质心，动量、动量矩、转动惯量的概念及其计算，质点系的动量定理，质点系的动量矩定理，力的功和功率，动能的计算，动能定理，势力场、势能、机械能守恒定律，动力学基本定理的综合应用，惯性力、达朗伯原理，刚体惯性力系的简化，达朗伯原理应用举例，定轴转动刚体的轴承动反力

1）基本要求

（1）能建立质点的运动微分方程，能求简单情况下运动微分方程的积分。

（2）理解质点在非惯性中运动的处理方法，会建立有关简单问题的相对运动微分方程

（3）能理解并熟练计算动力学中的基本物理量（动量、动量矩、动能、冲量、功、势能等）。

（4）熟练掌握动力学普遍定理（包括动量定理、质心运动定理、对固定点的和对质心的动量矩定理、动能定理）及相应的守恒条件，能正确选择和综合应用这些定理求解质点、质点系的动力学问题。

（5）掌握刚体转达动惯量的计算。了解惯性积和惯性主轴的概念，会判定简单情况下刚体的惯性主轴。

（6）能应用刚体定轴转动和平面运动微分方程求解有关的问题。

（7）会计算惯性力，熟悉刚体平动、对称刚体作定轴转动和平面运动时惯性力系简化的结果。熟悉掌握达伯朗原理（动静法）的应用。了解定轴转动刚体动反力的概念和消除动反力的条件。

2）重点、难点

重点：能熟练应用动力学普遍定理以及达朗伯原理求解动力学有关问题。

难点：动力学综合问题求解；惯性力系的简化。

3）作业及课外学习要求：

  提前预习相关概念、原理，每次课堂教学后有课外作业，要求独立完成。

二、实验教学（支持课程目标4）

理论力学实验是《理论力学》课程的实验教学环节。通过本实验课程的学习和实际操作，使学生巩固和加深理论力学的理论知识，提高学生的实验水平，培养学生独立分析问题、解决问题的能力和理论联系实际、实事求是的作风。

(一) 实验内容

具体实验内容见下表。

(二) 实验评分标准

三、实践教学（支持课程目标5）

理论力学实践教学是《理论力学》课程的重要环节。通过本课程的实践教学，使学生巩固和加深理论力学的理论知识，提高学生的实践动手能力，培养学生理论联系实践的能力，锻炼学生独立分析问题、解决问题的能力。

(一) 实践内容

（二）实践评分标准

4 教学安排及方式

总学时 48 学时，讲授 40 学时，实验 4 学时，实践 8 学时，线上 2 学时。

注：教学方式填写“讲授、实验或实践、上机、综合练习、多种形式”。

5 本课程对培养学生能力和素质的贡献点

1）能力：辩证分析和逻辑思维能力；发现、分析和解决问题的能力；继承和创新相结合的工作能力；团队的协助能力；计算机的应用能力和写作能力；终生学习的能力；组织能力和协作能力；获取整理信息的能力；理论联系实际的能力。

2）素质：刻苦钻研、勤奋进取；视野开阔、乐于探究；富有责任感；作风严谨，实事求是；创新意识。

6 课程考核及成绩评定方式

笔试（闭卷）

各教学环节占总分的比例：

平时成绩、实验成绩和实践成绩：60%。主要考核对每堂课知识点的复习、理解和掌握程度；以及考核发现、分析和解决问题的能力，以及语言及文字表达能力，提交实验报告；以及考核学生创新能力和理论联系实践的能力。

期末考试成绩：40%。主要考核理论力学基础知识的掌握程度。书面考试形式。题型为：选择题、填空题、计算题、综合分析题等。

课程目标达成评价：

过程成绩提交时间和总评成绩计算说明表

7 教学环节评分标准

1）平时成绩评分标准

2）课程考试评分标准

8 教材及参考书目

教材：《理论力学》（第3版），冯立富、陈平、王芳林主编，西安：西安交通大学出版社，2010

参考书目：

1. 《理论力学Ⅰ》（第6版），哈工大理力教研室编，北京：高等教育出版社，2002

2. 《理论力学辅导》，仇原鹰主编，西安：西安电子科技大学出版社，2002

3. 《理论力学学习辅导》，，北京：高等教育出版社，2003

4. 《理论力学》，刘庆云等编，西安：西安电子科技大学出版社，1995

9 说明

（一）与相关课程的分工衔接

理论力学是一门理论性较强的技术基础课，它是各门力学课和部分专业课的基础，并在许多工程技术领域中有着广泛的应用。

理论力学是机械、自动化、建筑等工程专业的一门重要的专业技术基础课，是学习材料力学、机械原理许多后继课程的基础课，必须重视。

（二）其他说明

无

（执笔人：       审核人：     ）

    年    月    日