Theoretical Mechanics
课程代码： |
06211141 |
适用专业： |
机械设计制造及其自动化 |
学时数： |
40学时 |
学分数： |
2.5学分 |
执笔人： |
翟秀云 |
编写日期： |
2019年11月 |
一、课程的性质和目的
本课程是机械设计制造及其自动化专业必修的专业基础课，是工科高等学校一门重要的技术基础课，是各门力学的基础，并在许多工程技术领域中有着广泛的应用。通过本课程的学习，使学生理解静力学、运动学、动力学的基本概念、原理和方法，培养学生的逻辑思维能力和计算能力，为后续课程的学习打下必要的基础，并能正确运用所学知识去分析和解决较复杂的力学问题。同时，为将来学习和掌握新的科学技术创造条件，使学生初步学会应用理论力学的理论和方法分析、解决一些工程实际问题；结合课程特点培养学生建立力学模型的初步能力和辩证唯物主义的世界观。
二、课程的教学内容和学时分配
第一篇静力学（12学时）
第一章静力学公理和物体的受力分析（2学时）
教学内容：
静力学基本概念，静力学公理，约束和约束力，物体的受力分析和受力图。
教学要求：
理解力、力系、刚体、平衡等静力学基本概念；理解静力学的五个公理——二力平衡公理、加减平衡力系公理、平行四边形公理、作用力与反作用力公理、刚化公理，两个推论——力的可传递性、三力平衡汇交定理；掌握各种常见约束和约束力的特点，会正确表示典型约束的约束反力（柔索、光滑接触面、光滑铰链、二力构件等约束及约束反力的画法）；正确进行受力分析并熟练的画出受力图。
重点：物体的受力分析和受力图。
难点：约束反力的画法。
第二章平面汇交力系和力偶系（3学时）
教学内容：
平面汇交力系合成与平衡的几何法、解析法，平面力对点之矩，平面力偶理论。平衡条件和平衡方程，静定和静不定问题的概念。
教学要求：
理解平面汇交力系合成与平衡的几何法；掌握力在轴上的投影的计算，平面上力对点之矩、合力矩定理，平面汇交力系合成与平衡的解析法，力偶的概念，力偶矩的计算，力偶的性质，平面力偶系合成与平衡的计算。了解静定和静不定问题的概念；
重点：平面力系简化方法、平衡方程及其应用。
难点：求解物体系的平衡问题。
第三章平面任意力学（3学时）
教学内容：
力的平移定理，平面任意力系的简化结果，平衡条件和平衡方程，物体系的平衡问题，平面简单桁架的内力计算。
教学要求：
理解力的平移定理，平面任意力系的简化结果，节点法和截面法；理解平面任意力系的主矢和主矩的定义，应用平面任意力系的平衡方程求解单个物体和物体系的平衡问题。掌握力在轴上的投影的计算，平面上力对点之矩、合力矩定理，平面力偶系合成与平衡的计算。
重点：平面任意力系平衡问题。
难点：物体系统平衡问题。
第四章摩擦（2学时）
教学内容：
滑动摩擦力，摩擦角，自锁现象，考虑摩擦力时的平衡问题。
教学要求：
了解摩擦现象，理解滑动摩擦和摩擦定理，掌握滑动摩擦力的计算方法；了解摩擦角与自锁现象，能求解考虑滑动摩擦时的平衡问题。
重点：考虑摩擦时平衡问题的求解。
难点：摩擦角和自锁。
第五章空间力系（2学时）
教学内容：
空间汇交力系的合成与平衡，力对点的矩和力对轴的矩，空间力偶理论，空间任意力系简化、平衡条件和平衡方程。
教学要求：
了解空间汇交力系、空间任意力系简化结果，空间任意力系的平衡方程的应用；掌握力在坐标轴上的投影和力对轴的矩的计算。
重点：力在坐标轴上的投影、力对轴之矩。
难点：力对轴之矩。
第二篇运动学（14学时）
第五章点的运动学（2学时）
教学内容：
运动学基本概念、用矢量法研究点的运动、用直角坐标法研究点的运动、用自然法研究点的运动。
教学要求：
了解运动学基本概念，理解点的运动方程和轨迹方程，掌握点的速度加速度的定义；能熟练地用直角坐标法和自然法求点的速度和加速度。
重点：用自然法求点的速度和加速度。
难点：用自然法求点的速度和加速度 。
第六章刚体的简单运动（4学时）
教学内容：
刚体的平动、刚体的定轴转动、定轴转动刚体上各点的速度和加速度。
教学要求：
理解刚体平动和定轴转动的概念及特点；掌握定轴转动刚体的角速度和角加速度的定义和计算方法。掌握定轴转动刚体上各的速度和加速度的计算方法及画法。
重点：刚体的定轴转动。
难点：定轴转动刚体上各点的速度和加速度。
第七章点的合成运动学（4学时）
教学内容：
运动的合成与分解的基本概念和方法，点的速度合成定理；点的加速度合成定理；
教学要求：
理解两个参考系、三种运动；掌握动点、动系的选择原则；牵连运动为平移的点的速度合成定理、加速度合成定理及其应；牵连运动为定轴转动时的速度合成定理；理解科氏加速度及其加速度合成定理及其应用。
重点：动点、动系的正确选择，速度合成定理及其应用；
难点：科氏加速度，加速度合成定理及其应用。
第八章刚体的平面运动（4学时）
教学内容：
刚体的平面运动及其分解，平面图形上各点的速度、加速度。
教学要求：
掌握刚体平面运动的定义、特征及运动方程，能够正确判定机构中作平面运动的刚体；掌握求平面图形上任一点速度的基点法、速度投影法、瞬心法，会应用基点法求平面图形上任一点的加速度。
重点：求速度的基点法、速度投影法、瞬心法。
难点：求加速度基点法。
第三篇动力学（14学时）
第十章动量定理（2学时）
教学内容：
质点系的质心，质心运动定理，动量与冲量，动量定理。
教学要求：
理解基本概念：质点系、质心、质点的动量、质点系的动量、冲量；掌握动量的计算，动量定理，质心运动定理及其相应的守恒定理；
重点：动量定理，质心运动定理、守恒定理。
难点：定理的灵活应用。
第十一章动量矩定理（4学时）
教学内容：
转动惯量，动量矩，动量矩定理，刚体平面运动微分方程。
教学要求：
理解转动惯量、回转半径和平行轴定理，能正确计算刚体对轴的转动惯量；理解质点、质点系的动量矩的定义，掌握转动刚体对轴的动量矩的，理解动量矩定理及动量守恒并正确应用；
3、理解刚体平面运动微分方程，掌握刚体的定轴转动微分方程。
重点：刚体的定轴转动微分方程。
难点：刚体平面运动微分方程。
第十二章动能定理（4学时）
教学内容：
功和功率，动能，动能定理，势能，动力学普遍定理的综合应用。
教学要求：
理解功的定义，能熟练地计算力的功；掌握质点、质点系及刚体的动能计算方法；理解微分形式和积分形式的动能定理，能熟练地应用动能定理；理解动力学普遍定理的综合应用的方法。
重点：功的计算、动能的计算、动能定理。
难点：刚体的动能计算。
第十三章达朗伯原理（2学时）
教学内容：
惯性力，质点和质点系的达朗伯原理，惯性力系的简化，动平衡和静平衡。
教学要求：
了解定轴转动刚体动约束力的概念和消除动约束力的条件；掌握惯性力计算，刚体平动、定轴转动和平面运动惯性力系的简化结果，达朗伯原理及其应用。
重点：惯性力系的简化，质点系达朗伯原理。
难点：惯性力的概念达朗伯原理。
第十四章虚位移原理（2学时）
教学内容：
约束，自由度广义坐标，虚位移，理想约束，虚位移原理。
教学要求：
理解确定虚位移间关系的三种方法（几何法、虚速度法、解析法）；理解虚位移原理，能应用虚位移原理求解非自由质点系的平衡问题；掌握约束、虚位移、虚功、理想约束等概念，虚位移及其与实位移的关系；
重点：虚位移的概念和计算、虚位移原理。
难点：虚位移的计算 。
三、课程教学环节的基本要求
课堂讲授：
1、本课程以课堂讲授为主，辅以现场录像教学。在作业练习方面，除了可以有针对性的选择一些练习题外，还可以根据一些工程实际发生的流体问题，在课堂上以讨论的形式，让学生们运用所学的知识解决，以锻炼学生学以致用的能力。
2、根据教育发展的趋势和教学改革的需要，在本课程的教学过程中，将逐步引入现代化的教学手段，如多媒体教学和远程网络教学。
3、除教材外，给学生指定相关的参考书，以拓宽学生的知识面。
作业方面：
在教学中以平面任意力系和运动学为重点，适当加大作业的训练量，为后续课程的学习奠定坚实的基础。
考试环节：
课程成绩采用百分制，由二部分组成：平时成绩（教学活动过程）占30%，期末考试成绩占70%。期末考试采取笔试、闭卷形式。
教学活动过程考核包括：考勤占30%，回答问题占40%，作业占30%。
四、本课程和其它课程的联系与分工
本课程开始之前，学生必须先学习《机械制图》、《高等数学》等课程。只有学好本门课程，打好基础，才能使后续课程《材料力学》、《机械原理》、《机械零件》等的学习取得满意效果。
五、建议教材和教学参考书
建议教材：
刘然慧主编.理论力学.西南交大出版社,2016.6；
教学参考书：
[1] 哈尔滨工业大学理论力学教研室主编.理论力学（第七版）.高等教育出版社，2012；
[2] 刘敬莹主编.工程力学（第一版）.重庆大学出版社，1998；
[3] 范钦珊主编.理论力学（第一版）.清华大学出版社，2004；
[4] 李树焕主编.理论力学上、下.北京理工大学出版社，1986.；
[5] 童桦主编.理论力学学习指导.武汉理工大学出版社，2005；
[6] 程靳新主编.理论力学思考题解和思考题集.哈尔滨工业大学出版社，2004。
[7] 周衍柏主编.理论力学教程.高等教育出版社，1985
[8] 梁昆淼主编.力学（上）.高等教育出版社，1965。
