spContent=《理论力学》是工科大学生必修的一门专业基础课,是衔接数学与工程应用的桥梁。教学团队秉承山东大学“为天下储人才,为国家图富强”的办学宗旨,培养学生严谨的力学素养、逻辑思维能力和实践能力,具备解决实际工程问题的能力。本课程的学习为学生奠定坚实的理论力学基础知识,为学生后续课程《材料力学》的学习提供坚实基础。同时,作为工科专业基础课, 本课程的学习也为各专业“强基计划”的本科生知识体系的学习提供基础知识保障,培养学生的理性思维和力学思维,有助于培养基础知识扎实、能力卓越的本科生。
《理论力学》是工科大学生必修的一门专业基础课,是衔接数学与工程应用的桥梁。教学团队秉承山东大学“为天下储人才,为国家图富强”的办学宗旨,培养学生严谨的力学素养、逻辑思维能力和实践能力,具备解决实际工程问题的能力。本课程的学习为学生奠定坚实的理论力学基础知识,为学生后续课程《材料力学》的学习提供坚实基础。同时,作为工科专业基础课, 本课程的学习也为各专业“强基计划”的本科生知识体系的学习提供基础知识保障,培养学生的理性思维和力学思维,有助于培养基础知识扎实、能力卓越的本科生。
—— 课程团队
课程概述
一、课程描述
理论力学是工科的一门重要的专业技术基础课,是后续力学课程的理论基础,同时又是一门具有完整体系并继续发展的独立学科,在许多工程技术领域中有着广泛的应用。内容主要包括二部分:运动学和动力学。运动学主要研究物体运动的几何性质,包括点的运动学、刚体的基本运动、点的合成运动以及刚体的平面运动。动力学主要研究物体的机械运动与作用力之间的关系,主要包括力的基本性质、物体的受力分析与受力图、各种力系的简化与平衡、质点动力学基本方程、动量定理、动量矩定理、动能定理以及达朗贝尔原理等。
它的一些基本概念、基本理论和基本方法可以用来解决工程中的实际问题,广泛应用于机械、材料、土木、交通、水利、能源、航空航天、船舶、采矿、生物医学等行业。通过本课程的学习,学生能够掌握力学的基本理论和计算方法、具备初步的分析并解决工程实际问题的能力,为今后从事科学研究和工程技术工作奠定良好的力学基础。
本课程基于“以学习为中心”和“以学习成果为导向”的教育理念进行设计,提出了多元化的学习目标,设计了丰富的学习活动,主要体现在以下方面:
(1)通过观看视频、阅读课件及其它学习资料、参加在线测试和在线作业,实现理论力学知识的理解和掌握。
(2)通过完成线上测试和线上作业、参加线上课程讨论,提高分析工程实际问题的能力,
(3)通过参加线上的讨论、案例分析等环节的学习,提高科学素养,增强创新意识。
二、选用教材
冯维明主编,理论力学,北京:机械工业出版社,2018年6月第一版。
三、授课教师
王炳雷,冯维明,宋娟,刘广荣,李文娟,王卫东
授课目标
通过本课程的学习,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,为学习后续课程打好必要的基础;应用理论力学的基本理论和基本方法分析、解决相关工程实际问题;培养学生获取新知识的能力以及提出问题、解决问题的能力;培养学生的创新意识。
学习目标1:理解点和刚体相对于参考坐标系的运动方程建立方法,分析机构运动,计算点和刚体的运动学几何特征量,包括点或刚体上点的运动方程、运动轨迹、速度、加速度和刚体转动的角速度、角加速度等。
学习目标2:理解有关力的基本概念和基本理论,基于基本概念和基本理论建立力学模型,列写平衡条件,对静力学问题进行力学分析和计算。
学习目标3:理解动力学相关的基本概念和基本理论,建立动力学模型,基于基本理论列写动力学方程,对动力学问题进行力学分析和计算。
学习目标4:应用基本概念、基本理论和基本分析方法,建立工程实际问题力学模型,基于工程相关背景知识进行合理分析,理解应承担的社会责任感和工程职业道德,并进行有效沟通与交流。
成绩 要求
本课程成绩满分100分,分数构成如下:
1、课程讨论(0%):获取满分学生需要在课件的“讨论活动”中回帖的数量总共达10条及以上。课件中发布的讨论题会自动关联到讨论区版块中的老师“课堂交流区”,每章节的讨论题会集中呈现在这里供学生讨论。在此区域,学生只能回复讨论题不能发起新主题,也只有在这个区域的回帖或点赞,才可以被计入总成绩。水帖不计分。学生也可以在老师答疑区和综合讨论区发帖或提问。(暂时请忽略该项)
2、章测验(100%):每次测验允许尝试3次,每次在60分钟内完成,取最高成绩。计分方式:分值=50*每章获得分数之和/每章测试题总分之和。
课程大纲
点的运动学
课时目标:1、应用矢量法建立点的运动方程,计算点的速度和加速度。2、应用直角坐标法建立点的运动方程,计算点的轨迹、速度和加速度。3、应用自然法求点在平面上作曲线运动时的运动方程、速度和加速度,理解切向加速度和法向加速度的物理意义。4、根据点的直角坐标法与自然法两者之间的联系分析相应问题。
刚体的简单运动
课时目标:1、描述刚体平动和定轴转动的特征。2、用矢量方法表示刚体的角速度、角加速度及刚体内各点速度和加速度,计算与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。
2.1 刚体的平行移动
2.2 刚体绕定轴的转动
2.3 转动刚体内各点的速度和加速度
2.4 轮系的传动比
2.5 以矢量表示角速度和角加速度.·以矢量积表示点的速度和加速度
点的合成运动
课时目标:1、描述运动相对性及运动合成与分解的基本概念,理解动点、动系、三种速度及三种加速度,归纳机构动点、动系的选取原则和方法。2、识记点的速度合成定理和牵连运动为平动和转动时的加速度合成定理,区别牵连运动为平动和转动时加速度合成定理的差别。3、选择动点、动系和定系,分析运动轨迹、速度和加速度,计算科氏加速度,应用合成定理计算相关动力学问题。
3.1 绝对运动·相对运动·牵连运动
3.2 点的速度合成定理
3.3 牵连运动为平移时点的加速度合成定理
3.4 牵连运动为转动时点的加速度合成定理
刚体的平面运动
课时目标:1、识记刚体平面运动的特征,描述刚体平面运动简化与分解过程。2、判断运动机构中做平面运动的刚体,应用基点法、瞬心法和速度投影法计算有关速度的问题,应用基点法计算有关加速度的问题。3、针对综合性问题进行速度和加速度分析并计算。
4.1 刚体的平面运动概述和运动分解
4.2 求平面图形内各点速度的基点法
4.3 求平面图形内各点速度的瞬心法
4.4 平面图形内各点的加速度.运动学综合问题
4.5 刚体绕平行轴转动的合成
刚体动力学的基本概念
课时目标:1、识记各种常见约束的性质,对简单的物体系统,选取分离体并画出受力图。2、识记力、力矩和力偶等基本概念及其性质。3、计算力的投影,力对点的矩和力对轴的矩等力学量。
5.1 力的概念与基本规律
5.2 力矩与力偶
5.3 约束与约束力
5.4 物体的受力分析和受力图
力系的简化与平衡
课时目标:1、识记各种类型力系的简化方法,描述各力系的简化结果并归纳异同之处,计算力系简化的主矢和主矩。2、选取分离体并绘制受力图,应用平面任意力系的平衡条件和平衡方程,计算单个物体和简单物体系统的平衡问题。3、识记理想桁架的特征,应用节点法和截面法计算简单桁架内力。4、识记滑动摩擦的性质,分析考虑滑动摩擦时的平衡问题并计算。5、计算一般物体的重心。
6.1 汇交力系的简化与平衡
6.2 力偶系的简化与平衡
6.3 空间任意力系的简化
6.4 空间任意力系的平衡
6.5 平面任意力系的平衡
6.6 刚体系统的平衡·静定与超静定概念
6.7 平行力系的简化·重心
6.8考虑摩擦时的平衡
质点动力学
课时目标:1、应用牛顿运动三定律,建立质点的运动微分方程,理解运动初始条件的力学意义,计算质点动力学的两类问题。
7.1 质点的运动微分方程
7.2 质点动力学的两类基本问题
7.3 质点相对运动动力学的基本方程
动量定理
课时目标:1、识记动力学中各基本物理量〈动量、冲量等〉并计算。2、应用动量定理、质心运动定理及相应的守恒定理,计算质点系的动力学问题。
8.1 质点系的动量
8.2 质点系的动量定理
8.3 质心运动定理
动量矩定理
课时目标:1、识记动力学中各基本物理量〈动量矩、冲量矩等〉并计算。2、应用对固定点(轴)的和对质心的动量矩定理及相应的守恒定理,计算质点、质点系的动力学问题。3、应用刚体定轴转动、平面运动的微分方程求解质点系动力学问题。
9.1 质点系的动量矩
9.2 质点系的动量矩定理
9.3 刚体绕定轴的转动微分方程
9.4 刚体的平面运动微分方程
动能定理
课时目标:1、识记功和动能的概念,并计算各种力的功和质点系的动能。2、应用动能定理及相应的守恒定理,计算质点系的动力学问题。3、综合应用动力学普遍定理〈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〉及相应的守恒定理,计算质点系的动力学问题。
10.1 动能
10.2力的功
10.3动能定理
10.4功率·功率方程·机械效率
10.5 势力场·势能·机械能守恒定律
10.6普遍定理的综合应用举例
达朗贝尔原理
课时目标:1、识记惯性力的概念,描述质点系惯性力简化的方法,计算平动、定轴转动和平面运动刚体惯性力系的主矢和主矩,注意不同运动刚体惯性力系简化中心的选择。2、应用达朗伯原理建立动力学方程并求解。
11.1 惯性力·质点的达明贝尔原理
11.2 质点系的达朗贝尔原理
11.3 刚体惯性力系的简化
11.4 绕定轴转动刚体的轴承动约束力
虚位移原理及动力学普遍方程
课时目标:1. 掌握约束、约束方程、虚位移、广义坐标和理想约束等概念。2. 熟练地应用虚位移原理写出质点系的虚功方程,建立相应虚位移之间的关系,求出所需的未知量。3. 了解动力学普遍方程,学会利用动力学普遍方程求解较为复杂的问题。
12.1 约束·自由度和广义坐标
12.2 虚位移·虚功和理想约束
12.3 虚位移原理及应用
12.4 动力学普遍方程
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预备知识
1.完成先修课程《高等数学》的学习。
2.能够上传作业图片,并将图片、word等文件转为pdf文档上传。
3.能够熟练使用电脑或手机APP、在电脑和手机之间进行文件传输。
参考资料
1、《理论力学》(第八版),哈工大理论力学教研组编著,高教出版社,2016年。经典教材,供参考。(可图书馆借阅或自行购买)
2、《理论力学》,李俊峰主编,北京:清华大学出版社,2005年。多角度讲解基本概念、基本公式和基本方法。(可图书馆借阅或自行购买)
3、《matlab理论力学》,程燕平主编,北京:高等教育出版社。引入数学软件matlab,参考计算机建模编程和分析计算。(可图书馆借阅或自行购买)
4、《理论力学精细辅导》,陈奎孚主编,北京:清华大学出版社,2018年。参考精选例题、习题解答。(可图书馆借阅或自行购买)
5、《理论力学习题全解》,孙毅主编 北京:高等教育出版社,2017年。哈工大理论力学教研组编著的《理论力学》(第八版)配套习题解答。
(可图书馆借阅或自行购买)