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SPOC学校专有课程
2021年秋 理论力学B(蒋丰3)
第2次开课
开课时间: 2021年09月06日 ~ 2022年01月02日
学时安排: 4-6小时每周
当前开课已结束 已有 23 人参加
老师已关闭该学期,无法查看
spContent=本课程除包括传统的视频、课件、测验及作业外,还包含英语教学(部分)、实验教学和扩展知识阅读等。团队成员教学科研并重,有多位老师在全国讲课比赛中获奖;获得国家自然基金资助项目共13项,可将最新科研成果应用于教学中。为满足需要,部分章节还附加了同济大学随堂录制的视频。欢迎参加本课程学习。
本课程除包括传统的视频、课件、测验及作业外,还包含英语教学(部分)、实验教学和扩展知识阅读等。团队成员教学科研并重,有多位老师在全国讲课比赛中获奖;获得国家自然基金资助项目共13项,可将最新科研成果应用于教学中。为满足需要,部分章节还附加了同济大学随堂录制的视频。欢迎参加本课程学习。
—— 课程团队
课程概述

       理论力学是研究物体机械运动一般规律的一门学科,主要研究宏观物体的机械运动规律,是一门重要的专业基础课。理论力学以伽利略和牛顿总结的基本定律为基础,采用矢量力学和分析力学方法,给出了一般质点系、刚体和刚体系的空间运动描述、运动与力之间关系的普遍研究方法。

        理论力学是一门有较强理论性的技术基础课,学习理论力学的主要原因:

(1)理论力学揭示了力学中最普遍的基本规律。工科专业的其它力学和专业基础课,如材料力学、结构力学、弹塑性力学、流体力学、振动理论、机械原理、机械设计等,都以理论力学为基础。

(2)理论力学是解决机械和结构动力问题的理论基础。在机械、交通、航空航天、土木等工程领域存在大量动力学问题,例如机械减振、结构抗风抗震等,可以直接应用理论力学的基本理论去解决,或采用理论力学结合其它专业知识解决,理论力学的学习为解决工程问题打下基础。

(3)理论力学以数学为基础,推导严密、逻辑性强,可以培养解决科学问题的思路与研究途径。

         理论力学包括静力学、运动学和动力学三部分:

静力学:给出基本概念和公理、力系简化方法和结果、力系的平衡条件、桁架内力的求解方法、摩擦概念以及存在摩擦的平衡问题等;

运动学:从几何角度研究质点系运动,给出质点、刚体、刚体系的运动描述,包括:质点运动学、刚体基本运动、刚体平面运动及点的合成运动等;

动力学:建立质点系运动与受力的关系,给出研究运动与力关系的普遍方法,包括:质点运动微分方程、动量定理、动量矩定理、动能定理、碰撞、达朗伯原理、虚位移原理、动力学普遍方程、第二类拉氏方程等。

      本课程的主要特点:

(1)采用多种模式相融合的方式进行课程建设。除传统的理论课外,还增加了外语教学、实验教学和扩展知识阅读等。理论课教学:注重教学方法改进,采用自由度概念将课程内容完整融合;外语教学:部分章节引入全英语教学,并采用英文原版教材,以开阔学生视野;实验教学:增加实验教学视频,有效解决在线课程实验参与度不足的问题;扩展知识阅读:引入与工程相关的扩展知识,包括相关文献及团队成员的最新科研成果,培养学生理论联系实际、解决工程实际问题能力。 

(2)采用团队建设。共有9位老师参加(其中8位具有博士学位)。有多位成员参与工程力学和理论力学(网络版)国家精品课程(2010,2009)、国家共享课程(2016,2014)建设,并有多位老师在全国基础力学讲课比赛中获奖,包括特等奖、一等奖及二等奖等。团队成员年龄分布合理,课程具有较好的传承性和创新性。

(3)注重将科研成果、现代软件技术融合进课程设计。团队成员教学、科研并重,由团队成员主持的国家自然基金项目共13项,课题研究使得教学深度、广度得到有效提高。团队还注重将现代软件技术融进课程,如采用Mathematica、Matlab、Ansys,Adams、Ls-dyna等软件进行公式推导、数值仿真,并将结果应用于课件制作(如船桥碰撞、汽车直行跑偏等),以提高课件质量。


成绩要求

本课程总成绩为100分。

  平时测试成绩按30%计入总成绩;作业按20%计入总成绩;

  课程结束后进行一次统一安排的考试,以50%计入总成绩。

  总成绩达到60分及以上的,可申请本课程的合格证书;成绩达到80分及以上可申请优秀学员证书(注:合格证书及优秀证书只提供认证证书)。


课程大纲
绪论 、基本概念与基本原理
课时目标:掌握理论力学有关基本概念与基本原理;掌握力的分解与力的投影、力矩、力偶的概念;
1.1 绪论
1.2 基本概念及基本原理
1.3 力的分解与力的投影
1.4 力矩理论
1.5 力偶的概念
本章课外扩展阅读
1.1a 绪论(英文)
第1章本章单元测验
第1章本章单元作业
附:1.2-1.5上课随堂录制版
力系简化与物体受力分析
课时目标:掌握力系的分类与力线平移定理;掌握各类力系的简化;掌握重心与形心的计算;掌握常见约束的性质与受约束物体的受力分析
2.1 汇交力系与力偶系的简化
2.2 任意力系的简化
2.3平面与平行力系的简化
2.4约束的基本类型与约束反力
2.5受力分析及受力图
第2章本章单元测验
第2章本章单元作业
附:2.1-2.5上课随堂录制版
力系的平衡
课时目标:掌握力系的平衡条件;掌握静定与超静定的概念;掌握平面刚体系统平衡问题的求解;
3.1任意力系的平衡
3.2 静定与超静定概念
3.3 物体系统平衡应用
本章课外扩展阅读
第3章本章单元测验
第3章本章单元作业
附:3.1-3.3上课随堂录制版
静力学应用问题
课时目标: 掌握平面静定桁架杆件内力计算;掌握滑动摩擦的相关概念;熟悉滚动摩阻的相关概念;掌握考虑摩擦时物体平衡问题的计算
4.1平面桁架
4.2滑动摩擦
4.3滚动摩阻
本章课外扩展阅读
4.2-3a 摩擦实验视频
第4章本章单元测验
第4章本章单元作业
附:4.1-4.3上课随堂录制版
运动学概述,点的运动学
课时目标:了解运动的相对性;掌握在各种坐标坐标系中列写点的运动方程的方法;掌握运动方程与速度、加速度之间的关系。
5.1运动学概述与点的运动矢量法
5.2点的运动直角坐标法和自然坐标法
本章课外扩展阅读
5.1-2a 点的运动学(英文)
第5章本章单元测验
第5章本章单元作业
刚体的基本运动
课时目标:掌握平行移动刚体的特征;掌握移动刚体上各点的速度之间的关系、加速度之间的关系;掌握定轴转动刚体的运动方程、角速度方程和角加速度的方程;掌握定轴转动刚体上一点的速度和加速度的计算;了解定轴转动刚体上一点的速度和加速度的矢量表示。
6.1刚体平行移动
6.2刚体定轴转动
本章课外扩展阅读
第6章本章单元测验
第6章本章单元作业
刚体平面运动
课时目标:掌握平面运动刚体的基本概念和运动方程;掌握平面运动刚体上二点之间的速度关系、二点之间的加速度的关系;掌握求解速度的基点法、投影法、速度瞬心法;掌握求解加速度的基点法。
7.1刚体平面运动概述与速度
7.2平面运动速度分析瞬心法
7.3平面运动加速度分析
本章课外扩展阅读
第7章本章单元测验
第7章本章单元作业
点的合成运动
课时目标:掌握点的合成运动的基本概念;掌握动点、动系的取法;掌握分析动点相对二种坐标的三种运动;掌握速度合成定理;掌握加速度合成定理;掌握基于刚体平面运动和点的合成运动的运动学综合计算问题;熟悉约束、自由度和广义坐标的概念。
8.1点的合成运动速度分析
8.2点的合成运动加速度分析
8.3广义坐标和自由度
本章课外扩展阅读
第8章本章单元测验
第8章本章单元作业
动力学基本定律质点运动微分方程
课时目标:熟悉惯性参照系的概念;掌握质点的运动微分方程;掌握质点动力学问题的求解。
9.1 动力学绪论
9.2 质点运动微分方程应用
9.1-2a 质点运动微分方程(英文)
本章课外扩展阅读
第9章本章单元测验
第9章本章单元作业
动量定理
课时目标:掌握动量的计算;掌握动量定理;掌握质心运动定理;熟悉动量守恒和质心运动守恒;了解定常质量流情况的动约束力计算公式。
10.1 动量定理
10.2 质心运动定理
本章课外扩展阅读
第10章本章单元测验
第10章本章单元作业
动量矩定理
课时目标:掌握刚体转动惯量的定义式,掌握转动惯量平行移轴定理; 掌握质点系动量矩的计算; 掌握质点系对固定点动量矩定理;掌握质点系对质心点动量矩定理;熟悉动量矩守恒定律;掌握刚体定轴转动微分方程;掌握刚体平面运动微分方程。
11.1 动量矩定理1
11.2 动量矩定理2
11.3 动量矩定理3
本章课外扩展阅读
11.1a 转动惯量实验视频
第11章本章单元测验
第11章本章单元作业
动能定理
课时目标: 掌握功的定义式; 熟悉几种常见力的功的表达式; 掌握质点系动能的计算;掌握移动刚体、定轴转动刚体和平面运动刚体的动能表达形式; 掌握质点系动能定理的积分形式,熟悉质点系动能定理的微分形式;了解有势力的势能与功的关系,掌握几种常见有势力的势能的列写; 熟悉机械能守恒定律掌握动力学基本定理的综合应用问题的计算。
12.1 动能定理推导
12.2 力的功
12.3 动能
12.4 动能定理应用
12.5 势能
12.6 机械能守恒
12.7 动力学三定理综合应用
本章课外扩展阅读
第12章本章单元测验
第12章本章单元作业
碰撞
课时目标:熟悉碰撞的定义及碰撞现象的基本假设;熟悉恢复因素的定义;掌握基于动量定理、动量矩定理求解碰撞问题的分析方法;熟悉碰撞中心的概念与计算。
13.1碰撞的概念及用于碰撞过程的基本定理
13.2 恢复因数
13.3 碰撞问题动力学分析应用
13.4 碰撞中心
本章课外扩展阅读
第13章本章单元测验
第13章本章单元作业
达朗贝尔原理
课时目标:掌握质点的达朗贝尔原理和质点系的达朗贝尔原理;掌握质点系的惯性力系的简化,能列写移动刚体、定轴转动刚体和平面运动刚体的惯性力系的表达式;掌握运用达朗贝尔原理求解受约束物体的运动和力。
14.1 质点、质点系的达朗伯原理
14.2 质点系惯性力系 简化
14.3 达朗伯原理应用1
14.4 达朗伯原理应用2
本章课外扩展阅读
第14章本章单元测验
第14章本章单元作业
虚位移原理
课时目标:熟悉虚位移的定义,掌握虚位移的计算;熟悉虚位移原理的两种表达形式及其适用性;掌握运用虚位移原理求静力学的平衡问题的几何法与解析法;掌握广义力的概念、计算及以广义力表示的质点系平衡条件;了解势力场中质点系的平衡条件及平衡稳定性。
15.1 虚位移原理的引出及自由度、虚位移的概念
15.2 虚功的概念及虚位移原理
15.3虚位移原理应用
15.4 广义力表示的质点系平衡条件
15.5 势力场中质点系的平衡条件及平衡稳定性
本章课外扩展阅读
第15章本章单元测验
第15章本章单元作业
动力学普遍方程和拉格朗日方程(第二类)
课时目标:熟悉动力学普遍方程的表达形式与计算;掌握拉格朗日方程(第二类)。
16.1 动力学普遍方程
16.2 拉格朗日方程推导
16.3 拉格朗日方程应用
本章课外扩展阅读
第16章本章单元测验
第16章本章单元作业
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