本课程是工科机械类专业基础课，开课目的是让学生掌握物体机械运动过程中力系的简化处理方法、物体机械运动规律、物体受力与机械运动之间的量化决定关系等。主要教学内容有：力系简化与平衡，物体的常见运动形式研究（平行移动、定轴转动、平面运动与相对运动等），动力学三定理（动量定理、动量矩定理与动能定理），现代分析力学基础等。本课程需要高等数学理论作基础，熟悉矢量运算规则、函数求导、积分等运算规则。本课程为后续材料力学、机械原理、机械设计等课程提供先导性理论基础。

课程编码：

3073009103

课程名称：

理论力学

总学分：

4.5

总学时：

72

课程英文名称：

Theoretic Mechanics

先修课程：

高等数学、大学物理

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、机械电子工程、能源与动力工程

大纲执笔人：

张居敏

大纲审核人：

王晓敏

学习成果

学习成果指标点

课程目标

1.理论力学基本理论，基础知识、基本方法

1.具备力系简化与平衡相关理论知识；

2.具备平面运动、相对运动等相关理论知识；

3.具备动力学相关理论知识；

4.具备现代分析力学基础理论知识.

课程目标1

2.分析和判断

1.能进行静定、超静定问题判断分析；

2.能分析确定速度瞬心；

3.能进行静平衡、动平衡、动不平衡等问题判断.

课程目标2

3.理论力学知识应用

1.静力学理论在平面简单桁架中的应用；

2.静力学理论在摩擦学中的应用；

3.利用静力学理论确定物体重心位置；

4.运动学理论中行星轮系中的应用；

5.动能定理在流体力学中的应用：伯努利流体力学方程推导；

6.达朗贝尔原理（静力学理论中动力学中的应用）；

7.虚位移原理（动力学理论中静力学中的应用）.

课程目标3

4.创新意识与精神

1.了解理论力学发展史；

2.力学在人文社科中的应用；

3.牛顿、达朗贝尔、伯努利、拉格朗日等力学家治学精神.

课程目标4

5.思维方法和思辨能力

1.领会力系简化思想；

2.领会动系与定系、动点与牵连点等概念及内涵；

3.领会动量、动量矩、动能等概念的内涵及工程意义；

4.领会动静法思想；

5.领会虚位移、虚功、虚位移原理等概念及内涵.

课程目标5

序

号

教学内容

教学要求

推荐

学时

教学

方式

对应的

课程目标

0

0绪论

（1）理论力学研究对象及内容

（2）理论力学研究问题的方法

（3）理论力学的发展历史

（4）理论力学对后续专业课程的基础性作用

（5）如何学习理论力学

1.了解理论力学的发展史；

2.了解理论力学对后续专业课的基础性作用；

3.了解理论力学的对象和内容；

4.了解理论力学的学习方法.

1

讲授

课程目标4

课程目标5

1

1静力学公理、约束及约束力

（1）静力学五条公理

（2）常见约束及约束力

（3）物体受力分析及受力图

（4）力学建模及力学简图

1.理解约束及约束力；

2.掌握常见约束及约束力表示方式；

3.理解静力学五条公理；

4.掌握物体受力分析方法及受力图画法；

5.理解刚体、变形体等概念.

3

讲练结合

课程目标1

课程目标5

2

2平面力系

（1）平面汇交力系

（2）平面力矩、力偶

（3）平面任意力系简化与平衡

（4）物体系统的平衡

（5）静定与超静定

（6）工程应用举例：平面简单桁架

1.掌握平面汇交力系简化与平衡；

2.理解力偶、力矩等概念及工程应用；

3.掌握平面力偶等效变换；

4.掌握力线平移定理；

5.理解平面任意力系简化处理思路；

6.掌握一矩式、两矩式和三矩式力学平衡方程组；

7.理解静定、静不定概念的产生背景、判断方法与工程应用；

8.掌握平面简单桁架内力计算方法：截面法与节点法；

9.掌握零力杆概念、判断方法及存在的必要性.

8

讲练结合

课程目标1

课程目标2

课程目标3

课程目标5

3

3空间力系

（1）空间汇交力系

（2）空间力矩、力偶

（3）空间任意力系的简化与平衡

（4）物体在空间任意力系作用下的平衡

（5）工程应用举例：物体重心位置的确定

1.掌握空间汇交力系简化处理方法；

2.理解空间力偶、力矩等概念及工程应用；

3.理解力偶矩自由矢量及合成；

4.理解空间任意力系简化处理的总体思路；

5.掌握物体在空间任意力系作用下的平衡条件及工程应用；

6.理解重心、质心等概念；

7.掌握组合体重心位置的确定方法.

6

讲练结合

课程目标1

课程目标3

课程目标5

4

4工程应用举例：摩擦

（1）静摩擦定律

（2）摩擦角与自锁

（3）滚阻定律、摩擦力偶

（4）滚阻系数及物理含义

1.掌握静摩擦定理；

2.掌握摩擦角、自锁等概念及应用；

3.理解滚阻定律；

4.理解滚阻系数的物理含义.

4

讲练结合

课程目标1

课程目标3

5

5点的运动描述方法

（1）矢量法

（2）直角坐标法

（3）自然法

1.理解动点概念；

2.掌握矢量法、直角坐标法及自然坐标法等描述动点运动规律；

3.理解曲率圆、密切面、自然轴系等概念；

4.理解动点作曲线运动时加速度推导过程及结论.

4

讲练结合

（动画演示）

课程目标1

课程目标4

6

6刚体的基本运动

（1）平行移动

（2）定轴转动

1.掌握平行移动、定轴转动等概念；

2.掌握平移刚体、定轴转动刚体运动规律；

3.理解角速度、角加速度的矢量化表示方法；

4.会推导定轴转动刚体上任意一点的速度、加速度表达式.

2

讲练结合

（动画演示）

课程目标1

课程目标4

7

7 刚体相对运动

（1）两系、两点、三运动

（2）速度合成定理

（3）加速度合成定理

1.理解两种参考系：动参考系与定参考系；

2.理解两点：动点与牵连点；

3.理解三种运动：绝对运动、相对运动与牵连运动；

4.理解速度合成定理、加速度合成定理；

5.会求解相对速度问题、相对加速度问题；

6.理解科氏加速度含义及生产应用.

6

讲练结合

（动画演示）

课程目标1

课程目标3

课程目标5

8

8 刚体平面运动

（1）平面运动的概念

（2）平面运动的分解

（3）基点法

（4）速度瞬心

（5）速度投影定理

1.掌握平面运动概念；

2.掌握基点法、速度瞬心法、速度投影定理；

3.掌握平面运动速度及加速度问题求解方法；

6

讲练结合

（动画演示）

课程目标1

课程目标2

课程目标3

9

9 质点动力学基本方程

（1）牛顿动力学三定律

（2）质点运动微分方程

1.理解牛顿动力学三定理；

2.理解惯性坐标系；

3.掌握质点在直角坐标系和自然坐标系中的运动微分方程及应用.

2

讲练结合

课程目标1

课程目标4

10

10 动量定理

（1）动量、冲量与质心等概念

（2）动量定理与质心运动定理

（3）动量守恒定理与质心守恒定理

1.掌握动量、冲量、质心等概念、涵义及应用；

2、掌握动量定理及质心运动定理；

3.掌握动量守恒定理及质心守恒定理.

4

讲练结合

课程目标1

课程目标4

课程目标5

11

11 动量矩定理

（1）动量矩的概念

（2）动量矩定理

（3）刚体定轴转动微分方程

（4）质点系相对于质心的动量矩定理

（5）刚体平面运动微分方程

1.理解刚体对固定点的动量矩、对固定轴的动量矩以及相互关系；

2.掌握动量矩定理、刚体定轴转动微分方程；

3.理解质点系对质心点的动量矩及动量矩定理；

4.掌握刚体平面运动微分方程.

8

讲练结合

课程目标1

课程目标5

12

12动能定理

（1）功、不同形式力做功特点

（2）刚体的动能

（3）动能定理

（4）机械能守恒定理

（5）功率、功率方程、机械效率

1.理解功、动能、功率、机械效率等概念；

2.掌握不同形式力做功特点；

3.理解动能定理与机械能守恒定理，会藉此求解相关动力学问题；

4.会运用功率方程求解相应动力学问题中涉及到的加速度；

5.会借助动能定理推导伯努利流体力学方程，理解伯努利流体力学方程中各项的物理含义.

6

讲练结合

课程目标1

课程目标3

课程目标4

课程目标5

13

13 达朗贝尔原理

（1）惯性力、质点达朗贝尔原理

（2）质点系达朗贝尔原理

（3）刚体惯性力系简化

（4）定轴转动刚体的动平衡与静平衡

1.理解惯性力、质点达朗贝尔原理；

2.掌握质点系达朗贝尔原理；

3.理解平行移动、定轴转动、平面运动等刚体对应惯性力系的简化；

4.会利用质点系达朗贝尔原理把动力学问题从形式上转化为静力学问题；

5.理解动平衡、静平衡、动不平衡等概念及物理意义；

6.会计算动不平衡定轴转动刚体受到的轴承附加约束力.

4

讲练结合

课程目标1

课程目标2

课程目标3

课程目标4

课程目标5

14

14 虚位移原理

（1）虚位移、虚功、虚速度

（2）虚位移原理

1.理解虚位移、虚功、虚速度等概念；

2.理解虚位移原理思想；

3.掌握虚位移原理及应用.

4

讲练结合

课程目标1

课程目标3

课程目标4

课程目标5

15

15 理论力学提高（任选其二）

（1）静力学平衡及稳定性判断

（2）达朗贝尔-拉格朗日方程

（3）第二类拉格朗日方程

1.理解静力学平衡及稳定性判断准则；

2.理解达朗贝尔-拉格朗日方程提出初衷及其对动力学问题的处理方法；

3.理解第二类拉格朗日方程.

4

讲练结合

课程目标2

课程目标4

课程目标5