理论力学教学大纲设计土木工程的专业Word文档格式.docx
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它是工科专业的主干课程,并在许多工程技术领域中有着广泛的应用。
本课程的任务是掌握运用质点、质点系和刚体模型研究机械运动的基本概念、基本理论和基本方法,为学习有关后续课程如材料力学、结构力学、弹性力学等的学习打好必要的基础,学会应用理论力学的理论和方法分析、解决一些简单的工程实际问题,培养抽象化能力、逻辑思维能力和创新能力。
(二)课程教学的总体要求
静力学:
1.重点掌握物体和物体系统的受力分析;
各种类型力系的简化方法和简化结果,能熟练地计算主矢和主矩;
各种类型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。
2.掌握力、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;
计算物体重心各种方法.
3.了解滑动摩擦的概念和摩擦力的特征,自锁的条件,考虑滑动摩擦时简单物体系统的平衡问题以及滚动摩阻的概念。
运动学:
1.重点掌握:
描述点的运动的矢量法,直角坐标法和自然坐标法,会求点的运动轨迹,并能熟练地求解与点的速度和加速度有关的问题;
刚体平动和定轴转动的特征,能熟练的求解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;
点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;
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。
对常见的平面机构能熟练地进行速度和加速度分析。
2.掌握牵连运动为定轴转动时的加速度合成定理及其应用。
3.了解角速度、角加速度及刚体内各点速度和加速度的矢量表示法。
动力学:
计算动力学中各基本物理量(动量、动量矩、动能、冲量、功、势能等);
动力学普遍定理(包括动量定理、质心运动定理、对固定点和质心的动量矩定理、功能定理)及相应的守恒定理,能熟练选择和综合应用这些定理求解质点、质点系的动力学问题.
2.掌握质点的运动微分方程建立;
刚体转动惯量的计算;
刚体定轴转动和平面运动的微分方程求解有关的问题
(三)课程的基本内容
本课程得主要内容为:
力的基本性质,物体的受力分析与受力图及各种力系的简化与平衡;
点的运动、刚体基本运动描述方法,平动及定轴转动参考系下点的运动的合成,刚体平面运动的运动学方程、速度和加速度分析方法;
动力学中各基本物理量(动量、动量矩、动能、冲量、功、势能等);
动力学普遍定理(包括动量定理、质心运动定理、对固定点和质心的动量矩定理、功能定理)及相应的守恒定理。
(四)先学课程及后续课程
先学课程:
《高等数学》、《大学物理》;
后续课程:
《材料力学》、《弹性力学》、《结构力学》。
二、课程教学总体安排
(一)学时分配建议表
学时分配建议表
课程内容
各教学环节的学时分配
讲课
习题课
实验
设计
绪论
2
静力学基本公理及受力分析
4
力系的简化
6
力系的平衡原理
摩擦
物体运动的直接描述
物体运动的间接描述
8
质点动力学的基本方程
动力学普遍定理
10
合计(学时)
42
(二)推荐教材及参考书目
1、教材
《工程力学》(Ⅰ)第一版,王海容主编,中国水利水电出版社,2011年.
2、参考书目
[1]哈尔滨工业大学理论力学教研室编.《理论力学》(Ⅰ).高教出版社.第7版.2009年
[2]哈尔滨工业大学理论力学教研室.《理论力学学习辅导》.高教出版社.2003年
[3]同济大学基础力学教学研究部编.《理论力学》.同济大学出版社.2005年
(三)课程考核方式
1、考核方式
本课程为闭卷考试
2、成绩构成
最终成绩构成:
平时考核成绩占总成绩的20%,末考试成绩占总成绩的80
三、课程教学内容及基本要求
(一)绪论(2课时)
1、教学目的
通过本讲的学习,使学生明白工程力学的任务和基本内容;
工程力学的重要性和将工程实际问题抽象成力学模型的方法.
(二)第一章静力学公理与物体的受力分析(4课时)
通过本章的学习,使学生深入理解力、刚体、平衡等重要概念;
静力学公理是静力学的理论基础;
了解物体的受力分析、物体的受力图的概念;
能正确地对单个物体与物体系进行受力分析。
2、教学重点与难点
(1)教学重点:
静力学公理;
约束的概念;
常见约束的特征及约束反力的画法;
单个物体及物体系的受力分析。
(2)教学难点:
静力学公理的两个推论;
物体系的受力分析。
3、教学方法:
课堂讲授。
4、教学主要内容
静力学的研究对象和基本概念;
约束的基本类型与约束反力;
物体的受力分析与受力图;
5、教学要求
熟练掌握静力学公理;
了解物体的受力分析、物体的受力图的概念.深入理解约束、约束力等重要概念;
掌握光滑表面接触约束、柔性体约束、光滑铰链约束等常见约束的特征;
,能正确地对单个物体与物体系进行受力分析
6、学生练习4-6道题
(三)第二章力系的简化(6学时)
通过本章的学习,使学生对于力的投影、力偶、力矩和力偶矩的概念有清晰的理解,并能熟练的计算;
熟练掌握力矩和力偶的基本性质;
掌握平面基本力系的合成方法,掌握平面任意力系向一点简化的方法;
掌握重心的计算方法
力在坐标轴上的投影,力对点之矩的计算,平面力偶性质和力偶等效条件;
平面任意力系向作用面内任一点的简化;
重心的计算方法
重心的计算方法。
力的投影、力偶、力矩和力偶矩的概念、性质和计算。
平面基本力系的合成方法;
要求学生对于力的投影、力偶、力矩和力偶矩的概念有清晰的理解,能正确地将力沿坐标轴分解和求力在坐标轴上的投影,了解投影合力投影定理,并能熟练的计算;
掌握平面力偶的性质和平面力偶的等效条件、平面力偶系的合成方法,能熟练掌握平面任意力系向一点简化的方法,求主矢和主矩;
6、学生练习6-8道题
(四)第三章力系的平衡原理(讲课6学时,习题2课时)
通过本章的学习,使学生熟知平面任意力系简化的结果、平衡方程的形式。
了解静定和超静定问题,能够熟练分析和处理单个物体的平衡问题及物体系统的平衡问题
平面任意力系平衡方程的形式和运用
主矢和主矩的概念;
空间力系平衡的解析条件和平衡方程的运用
静定与静不定问题,各种力系平衡方程的形式和运用,物体系的平衡问题。
使学生熟知平衡方程的形式。
了解静定和超静定问题的判别方法;
深入理解平面任意力系的平衡条件及平衡方程的三种形式;
能够熟练解决平面任意力系的平衡问题及物体系统的平衡问题。
6、学生练习6-10道题
(五)第四章摩擦(2学时)
能区分滑动摩擦力与极限滑动摩擦力。
理解摩擦角的概念和自锁现象;
对滑动摩擦定律有清晰的理解。
能用摩擦角解物体的平衡问题(几何法)。
能熟练解决考虑摩擦力时物体的平衡问题,平衡的临界状态和平衡范围。
2、教学重点与难点重点:
平衡的临界状态和平衡范围,自锁的条件及应用。
用摩擦角解物体、物体系的平衡问题。
滑动摩擦、摩擦系数、摩擦角、滑动摩擦定律;
考虑滑动摩擦时物体的平衡问题;
能区分滑动摩擦力与极限滑动摩擦力,理解平衡的临界状态和平衡范围,能熟练解决考虑摩擦力时物体的平衡问题,。
了解滚动摩阻的概念。
6、学生练习3-4道题
(六)第五章物体运动的直接描述(4学时)
通过本章的学习,使学生能用矢量法、直角坐标法、自然法对点的运动进行描述。
明确刚体平动和刚体定轴转动的特征。
能正确地判断作平动的刚体和定轴转动的刚体。
点的曲线运动的直角坐标法,点的运动方程、点的速度和加速度在直角坐标轴上的投影;
点的曲线运动的自然法,点沿已知轨迹的运动方程,点的切向加速度和法向加速度。
刚体平动及其运动特征,刚体的定轴转动,转动方程、角速度和角加速度
定轴转动刚体上任一点的速度和加速度。
矢量求导及自然轴系的概念。
点的运动方程;
刚体平动及其运动特征;
刚体的定轴转动,转动方程、角速度和角加速度;
学生能熟练的应用直角坐标法建立点的运动方程,求轨迹、速度和加速度;
能熟练地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,正确理解切向加速度和法向加速度的物理意义。
对刚体定轴转动时的转动方程、角速度和角加速度及它们之间的关系要有清晰的理解。
能熟练地计算定轴转动刚体上任一点的速度和加速度。
(七)第六章物体运动的间接描述(讲课8学时,习题2课时)
通过本章的学习,使学生学会用运动合成的方法研究物体的运动;
能熟练地解决做平面运动刚体上点的速度和加速度。
运动的合成与分解,速度合成定理及其应用;
加速度合成定理及其应用。
以运动的分解与合成为出发点,研究求平面图形上各点的速度的基点法、速度投影法、速度瞬心法
动点、动系的选择和相对运动的分析。
牵连点、牵连速度、牵连加速度的概念;
正确理解平面运动分解为随基点的平动和饶及点的转动时,选基点的意义和相对基点转动的运动特征;
求平面图形上各点的加速度的基点法
刚体的平行移动;
刚体的定轴转动;
转动刚体内各点的速度和加速度;
定轴轮系的传动比。
学生能深刻理解三种运动、三种速度和三种加速度的定义,运动的合成与分解以及运动相对性的概念;
对具体问题能恰当地选择动点、动系和定系,进行运动轨迹、速度分析;
会推导速度合成定理,并能熟练地应用该定理;
明确刚体平面运动的特征;
掌握研究平面运动的方法,能熟练地应用基点法、速度投影法、速度瞬心法求平面图形上任一点的速度;
会应用基点法求平面图形上任一点的加速度
6、学生练习10-15道题
(八)第七章质点动力学的基本方程(2学时)
通过本章的学习,使学生对质点动力学的基本概念(如惯性、质量等)和动力学基本定律在物理课程的基础上进一步理解其实质。
深刻理解力和加速度的关系。
建立质点运动微分方程。
对质点微分方程进行变量变换后再积分的方法。
动力学基本定律;
质点运动微分方程。
能正确地建立质点的运动微分方程。
掌握两类基本问题的解法。
6、学生练习2-3道题
(