《理论力学》课程大纲.docx
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《理论力学》课程大纲
《理论力学》课程教学大纲
一、课程基本信息
英文名称
TheoreticalMechanics
课程代码
VEEN3011
课程性质
大类基础课程
授课对象
车辆工程专业
学分
3.5
学时
72
主讲教师
修订日期
2021.02.06
指定教材
哈尔滨工业大学理论力学教研室编.理论力学（I）（第8版）.北京:
高等教育出版社,2016.
二、课程目标
（一）总体目标
《理论力学》是各门力学课程的基础，同时是一门对工程对象进行静力学、运动学与动力学分析的技术基础课，在诸多工程技术领域有着广泛的应用。
本课程的任务和目的是使车辆工程、机械类等专业的学生掌握质点、质点系、刚体和刚体系机械运动（包括平衡）的基本规律和研究方法，为学习相关的后继课程以及将来学习和掌握新的科学技术打好必要的基础；使学生初步学会应用理论力学的理论和方法分析、解决一些简单的工程实际问题；结合本课程的特点，培养学生科学的思维方式和正确的世界观，培养学生的建模能力、分析能力和自学能力。
（二）课程目标
课程目标1：
掌握静力学、运动学和动力学的基本内容、公式推导和计算，为后续课程的学习打下坚实基础；
课程目标2：
掌握力学分析的逻辑性、基本方法和技巧，提高分析问题的能力；
课程目标3：
掌握建立力学模型的方法，具有解决简单车辆、机械等工程实际问题的能力。
（三）课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系
本课程支撑专业培养计划中毕业要求1、毕业要求2和毕业要求4。
毕业要求观测点1-2.能够运用数学与自然科学的基本概念和语言对复杂工程问题进行合理描述。
毕业要求观测点2-2.针对复杂工程问题，具有运用数学与自然科学的基本概念和语言进行识别、提炼、定义、表达和建模的能力。
毕业要求观测点4-1.能够基于科学原理与方法，通过文献研究或相关方法，调研和分析车辆复杂工程问题的解决方案。
表1：
课程目标与毕业要求的对应关系表
毕业要求
课程目标
毕业要求观测点1-2
（权重0.3）
毕业要求观测点2-2
（权重0.2）
毕业要求观测点4-1
（权重0.3）
课程目标1
√
课程目标2
√
课程目标3
√
表2：
课程目标与课程内容的对应关系表
课程目标
对应课程内容
课程目标1
绪论、第一章—第十四章
课程目标2
第一章—第十四章
课程目标3
第一章—第十四章
三、教学内容
绪论
1.教学目标
（1）掌握理论力学的研究对象、目的和任务；
（2）掌握理论力学的主要内容及研究方法。
2.教学重难点
理论力学主要内容及研究方法。
3.教学内容
（1）理论力学的研究对象、目的和任务；
（2）理论力学的主要内容及研究方法。
4.教学方法
讲授、自学
5.教学评价
回答问题：
理论力学的研究对象、主要内容、研究方法分别是什么？
第一部分静力学
第一章静力学公理和物体的受力分析
1.教学目标
（1）完全理解和掌握静力学5个公理及两个推理；
（2）掌握约束的概念和各种常见约束力的性质；
（3）能熟练地画出单个物体及物体系的受力图；
（4）能根据实际的力学问题抽象为简单的力学模型。
2.教学重难点
重点：
（1）力、刚体、平衡和约束等概念；
（2）静力学公理及其推论；
（3）柔性约束、光滑支承面约束、光滑铰链约束的特征及其反力的画法；
（4）单个物体及物体系统的受力分析。
难点：
（1）光滑铰链的约束特征（尤其是销钉连接二个以上的构件，即复合铰）；
（2）物体系的受力分析。
3.教学内容
（1）静力学公理；
（2）约束和约束力；
（3）物体的受力分析和受力图；
（4）力学模型与力学简图。
4.教学方法
讲授、PBL、讨论、自学
5.教学评价
回答问题：
（1）静力学5个公理及两个推理分别是什么？
（2）叙述约束的概念和各种常见约束力的性质。
（3）画出单个物体及物体系的受力图的原则是什么？
第二章平面力系
1.教学目标
（1）掌握平面汇交力系平衡的几何条件及解析条件；
（2）掌握力矩、力偶等基本概念及其性质；能熟练地计算力的投影、力对点之矩以及力偶矩；
（3）掌握平面任意力系的简化方法和简化结果，包括平行力系中心的概念及其位置计算的方法；掌握力系的主矢和主矩的基本概念及其性质；能熟练地计算平面力系的主矢和主矩；
（4）掌握平面力系的平衡条件；能熟练利用平衡方程求解单个刚体的平衡问题；
（5）能熟练利用平衡方程求解物体系的平衡问题；了解结构的静定与静不定概念；
（6）掌握利用节点法和截面法计算桁架内力。
2.教学重难点
重点：
（1）力在坐标轴上的投影、合力投影定理、平面汇交力系的平衡条件及求解平衡问题的解析法、力对点之矩的计算、力偶矩的概念、平面力偶性质和力偶等效条件；
（2）平面任意力系向作用面内任一点的简化及力系的简化结果；
（3）平面任意力系平衡的解析条件及平衡方程的各种形；
（4）物体及物体系平衡问题的解法。
难点：
（1）利用特殊力系的特点画出某些约束反力，选择恰当的平衡方程求解未知量；
（2）物体系平衡问题中正确选取研究对象及平衡方程。
3.教学内容
（1）平面汇交力系；
（2）平面力对点之矩•平面力偶；
（3）平面任意力系的简化；
（4）平面任意力系的平衡条件和平衡方程；
（5）物体系的平衡•静定和超静定问题；
（6）平面简单桁架的内力计算。
4.教学方法
讲授、PBL、讨论、自学
5.教学评价
回答问题：
（1）叙述平面汇交力系平衡的几何条件及解析条件。
（2）叙述力矩、力偶等基本概念及其性质；叙述力的投影、力对点之矩以及力偶矩等概念。
（3）叙述平面任意力系的简化方法和简化结果，包括平行力系中心的概念及其位置计算的方法；叙述力系的主矢和主矩的基本概念及其性质。
（4）叙述平面力系的平衡条件；叙述利用平衡方程求解单个刚体的平衡问题的结题思路。
（5）叙述利用平衡方程求解物体系的平衡问题的解题思路。
（6）叙述节点法、截面法计算桁架内力的解题思路。
第三章空间力系
1.教学目标
（1）能熟练地计算空间力的投影；掌握空间汇交力系的平衡；
（2）能熟练计算力对点的矩和力对轴的矩；
（3）能熟练计算力偶矩；掌握空间力偶系的平衡；
（4）掌握空间力系的简化方法和简化结果；掌握力系的主矢和主矩的基本概念及其性质；能熟练地计算空间力系的主矢和主矩；
（5）掌握空间力系的平衡方程；
（6）掌握平行力系中心和重心的概念；掌握计算重心的方法。
2.教学重难点
重点：
（1）力在空间直角坐标轴上的两种投影法；
（2）力对点之矩和力对轴之矩的计算及力矩关系定理；
（3）空间汇交力系、空间任意力系、空间平行力系的平衡方程及应用；
（4）各种常见的空间约束及约束反力画法；
（5）重心的坐标公式。
难点：
（1）力在坐标轴上的二次投影；
（2）空间力偶矩矢在坐标轴上的投影；
（3）空间结构的几何关系与立体图；
（4）求解空间力系平衡问题时力矩轴的选取；
（5）求组合体的形心坐标。
3.教学内容
（1）空间汇交力系；
（2）力对点的矩和力对轴的矩；
（3）空间力偶；
（4）空间任意力系的简化；
（5）空间任意力系的平衡方程；
（6）物体的重心。
4.教学方法
讲授、PBL、讨论、自学
5.教学评价
回答问题：
（1）叙述空间力的投影的概念；叙述空间汇交力系的平衡条件。
（2）叙述力对点的矩和力对轴的矩的概念。
（3）叙述空间力偶矩的概念及性质；叙述空间力偶系的平衡条件。
（4）叙述空间力系的简化方法和简化结果；叙述力系的主矢和主矩的基本概念及其性质。
（5）叙述空间力系的平衡条件。
（6）叙述平行力系中心和重心的概念及计算重心的方法。
第四章摩擦
1.教学目标
（1）掌握滑动摩擦、摩擦力的概念；
（2）掌握摩擦角的概念；
（3）能熟练地求解考虑滑动摩擦时简单刚体系的平衡问题；
（4）了解滚动摩阻的概念。
2.教学重难点
重点：
（1）滑动摩擦力和临界滑动摩擦力，滑动摩擦定律；
（2）考虑滑动摩擦时物体平衡问题的求解方法。
难点：
（1）正确区分不同类型含摩擦的平衡问题；
（2）正确判断摩擦力的方向及正确应用库伦摩擦定律。
3.教学内容
（1）滑动摩擦；
（2）摩擦角和自锁现象；
（3）考虑摩擦时物体的平衡问题；
（4）滚动磨阻的概念。
4.教学方法
讲授、PBL、讨论、自学
5.教学评价
回答问题：
（1）叙述滑动摩擦、摩擦力的概念。
（2）什么是摩擦角？
（3）叙述求解考虑滑动摩擦时简单刚体系的平衡问题的解题步骤。
（4）什么是滚动摩阻？
第二部分运动学
第五章点的运动学
1.教学目标
（1）掌握描述点运动的矢量法；
（2）掌握描述点运动的直接坐标法；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；
（3）掌握描述点运动的自然法；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。
2.教学重难点
重点：
（1）点的曲线运动的直角坐标系，点的运动方程、速度和加速度在直角坐标轴上的投影；
（2）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。
难点：
（1）自然轴系的几何概念；
（2）速度和加速度在自然轴上投影的推导。
3.教学内容
（1）矢量法；
（2）直角坐标法；
（3）自然法。
4.教学方法
讲授、PBL、讨论、自学
5.教学评价
回答问题：
（1）叙述描述点运动的矢量法。
（2）叙述描述点运动的直接坐标法；如何求点的运动轨迹、点的速度和加速度？
（3）叙述描述点运动的自然法；如何求点的运动轨迹、点的速度和加速度？
第六章刚体的简单运动
1.教学目标
（1）掌握刚体平移的概念及其运动特征；
（2）掌握刚体定轴转动的概念及其运动特征，定轴转动刚体的角速度、角加速度；
（3）能熟练求解与定轴转动刚体的角速度、角加速度以及刚体上各点的速度和加速度有关的问题；
（4）了解轮系的传动比；
（5）掌握定轴转动刚体的角速度、角加速度以及刚体上各点的速度和加速度的矢量表示法。
2.教学重难点
重点：
（1）刚体平动及其运动特征；
（2）刚体的定轴转动，转动方程，角速度与角加速度；
（3）转动刚体内各点的速度和加速度。
难点：
用矢积表示刚体上任一点的速度和加速度。
3.教学内容
（1）刚体的平行移动；
（2）刚体绕定轴的转动；
（3）转动刚体内各点的速度和加速度；
（4）轮系的传动比；
（5）以矢量表示角速度和角加速度•以矢积表示点的速度和加速度。
4.教学方法
讲授、PBL、讨论、自学
5.教学评价
回答问题：
（1）叙述刚体平移的概念及其运动特征。
（2）叙述掌握刚体定轴转动的概念及其运动特征，定轴转动刚体的角速度、角加速度。
（3）如何求解定轴转动刚体的角速度、角加速度以及刚体上各点的速度和加速度？
（4）什么是轮系的传动比？
（5）叙述定轴转动刚体的角速度、角加速度以及刚体上各点的速度和加速度的矢量表示法。
第七章点的合成运动
1.教学目标
（1）掌握运动合成与分解的基本概念；
（2）掌握点的速度合成定理及其应用；
（3）掌握牵连运动是平移时点的加速度合成定理及其应用；
（4）掌握牵连运动是定轴转动时点的加速度合成定理及其应用。
2.教学重难点
重点：
（1）动点和动系的选择；
（2）运动的合成与分解；
（3）速度合成定理和加速度合成定理的应用和计算。
难点：
（1）动点和动系的选择；
（2）加速度合成定理的应用和计算；
（3）牵连速度、牵连加速度及科氏加速度的概念。
3.教学内容
（1）相对运动•牵连运动•绝对运动；
（2）点的速度合成定理；
（3）牵连运动是平移时点的加速度合成定理；
（4）牵连运动是定轴转动时点的加速度合成定理•科氏加速度。
4.教学方法
讲授、PBL、讨论、自学
5.教学评价
回答问题：
（1）叙述运动合成与分解的基本概念。
（2）叙述点的速度合成定理。
（3）叙述牵连运动是平移时点的加速度合成定理。
（4）叙述牵连运动是定轴转动时点的加速度合成定理。
第八章刚体的平面运动
1.教学目标
（1）掌握刚体平面运动的概念及其特征；
（2）熟练应用基点法求解平面图形内各点速度；
（3）熟练应用瞬心法求解平面图形内各点速度；
（4）熟练应用基点法求解平面图形内各点加速度；
（5）会综合判定平面机构各构件的运动特征，并会对其进行与角速度、角加速度以及各点的速度和加速度有关问题的分析。
2.教学重难点
重点：
（1）以运动的分解与合成为出发点，研究平面图形上各点的速度和加速度的基点法，明确速度投影定理和瞬心法是从基点法推导而来；
（2）掌握合矢量投影定理。
难点：
（1）速度瞬心的概念及求法；
（2）转动部分的规律与基点的选取无关的概念，转动部分角速度和角加速度的求法；
（3）用基点法分析一点加速度的方法；
（4）运动学综合问题。
3.教学内容
（1）刚体平面运动的概述和运动分解；
（2）求平面图形内各点速度的基点法；
（3）求平面图形内各点速度的瞬心法；
（4）用基点法求平面图形内各点的加速度；
（5）运动学综合应用举例。
4.教学方法
讲授、PBL、讨论、自学
5.教学评价
回答问题：
（1）叙述刚体平面运动的概念及其特征。
（2）如何应用基点法求解平面图形内各点速度？
（3）如何应用瞬心法求解平面图形内各点速度？
（4）如何应用基点法求解平面图形内各点加速度？
（5）如何判定平面机构各构件的运动特征？
如何对其进行与角速度、角加速度以及各点的速度和加速度有关问题的分析？
第三部分动力学
第九章质点动力学的基本方程
1.教学目标
（1）了解动力学的基本定律；
（2）掌握建立质点运动微分方程的方法，以及质点动力学基本问题的求解方法。
2.教学重难点
重点：
（1）建立质点运动微分方程；
（2）求解质点动力学的两类基本问题。
难点：
在质点动力系第二类问题中，根据题目所要求的问题对质点运动微分方程进行变量交换后再积分的方法。
3.教学内容
（1）动力学的基本定律；
（2）质点的运动微分方程。
4.教学方法
讲授、PBL、讨论、自学
5.教学评价
回答问题：
（1）叙述动力学的基本定律。
（2）叙述建立质点运动微分方程的方法，以及质点动力学基本问题的求解方法。
第十章动量定理
1.教学目标
（1）熟练计算质点系与刚体的动量和冲量；
（2）掌握动量定理及相应的守恒定律，并能熟练应用；
（3）掌握质心运动定理及相应的守恒定律，并能熟练应用。
2.教学重难点
重点：
质点系质心、动量的计算。
难点：
动量定理中力的计算。
3.教学内容
（1）动量与冲量；
（2）动量定理；
（3）质心运动定理。
4.教学方法
讲授、PBL、讨论、自学
5.教学评价
回答问题：
（1）什么是质点系与刚体的动量和冲量？
（2）叙述动量定理及相应的守恒定律。
（3）叙述质心运动定理及相应的守恒定律。
第十一章动量矩定理
1.教学目标
（1）熟练计算质点系与刚体的动量矩；
（2）掌握对固定点的动量矩定理及相应的守恒定律，并能熟练应用；
（3）掌握刚体绕定轴的转动微分方程；
（4）掌握刚体转动惯量的计算；
（5）掌握对质心的动量矩定理，并能熟练应用；
（6）掌握建立刚体平面运动动力学方程的方法；会应用刚体平面运动微分方程求解有关简单问题。
2.教学重难点
重点：
（1）质点系的动量矩和转动惯量；
（2）质点系相对定点的动量矩定理；
（3）定轴转动微分方程的应用；
（4）刚体平面运动微分方程及其应用。
难点：
（1）质点系相对质心的动量矩定理；
（2）刚体平面运动微分方程的应用。
3.教学内容
（1）质点和质点系的动量矩；
（2）动量矩定理；
（3）刚体绕定轴的转动微分方程；
（4）刚体对轴的转动惯量；
（5）质点系相对于质心的动量矩定理；
（6）刚体的平面运动微分方程。
4.教学方法
讲授、PBL、讨论、自学
5.教学评价
回答问题：
（1）什么是质点系与刚体的动量矩？
（2）叙述对固定点的动量矩定理及相应的守恒定律。
（3）叙述刚体绕定轴的转动微分方程。
（4）什么是刚体的转动惯量？
（5）叙述对质心的动量矩定理。
（6）叙述建立刚体平面运动动力学方程的方法。
第十二章动能定理
1.教学目标
（1）熟练计算力的功；
（2）熟练计算质点系与刚体的动能；
（3）掌握动能定理，并熟练应用；
（4）掌握功率方程，并熟练应用；
（5）掌握机械能守恒定律，并熟练应用；
（6）熟练综合应用动力学普遍定理。
2.教学重难点
重点：
（1）力的功和动能的计算；
（2）质点系的动能定理、机械能守恒定律及其应用；
（3）综合应用动力学普遍定理求平面机构的动力学问题。
难点：
（1）综合应用动力学普遍定理求解动力学问题；
（2）求解杆系动力学问题时，运动学补充方程的提出。
3.教学内容
（1）力的功；
（2）质点和质点系的动能；
（3）动能定理；
（4）功率•功率方程•机械效率；
（5）势力场•势能•机械能守恒定律；
（6）普遍定理的综合应用举例。
4.教学方法
讲授、PBL、讨论、自学
5.教学评价
回答问题：
（1）什么是力的功？
（2）什么是质点系与刚体的动能？
（3）叙述动能定理。
（4）叙述功率方程。
（5）叙述机械能守恒定律。
（6）简述如何综合应用动力学普遍定理。
第十三章达朗贝尔原理
1.教学目标
（1）掌握达朗贝尔惯性力的概念及质点的达朗贝尔原理；
（2）掌握质点系达朗贝尔原理（动静法），并会综合应用；
（3）掌握刚体平移、具有质量对称面的刚体作定轴转动和平面运动时惯性力系的简化方法及简化结果计算；
（4）了解定轴转动刚体动约束力的概念及其消除条件。
2.教学重难点
重点：
（1）惯性力的概念；
（2）平动、定轴转动和平面运动刚体惯性力系的简化及简化结果；
（3）利用达朗贝尔原理求解动力学问题。
难点：
（1）惯性力系的简化；
（2）惯性积和惯性主轴的概念。
3.教学内容
（1）惯性力•质点的达朗贝尔原理；
（2）质点系的达朗贝尔原理；
（3）刚体惯性力系的简化；
（4）绕定轴转动刚体的轴承动约束力。
4.教学方法
讲授、PBL、讨论、自学
5.教学评价
回答问题：
（1）叙述达朗贝尔惯性力的概念及质点的达朗贝尔原理。
（2）叙述质点系达朗贝尔原理（动静法）。
（3）叙述刚体平移、具有质量对称面的刚体作定轴转动和平面运动时惯性力系的简化方法。
（4）叙述定轴转动刚体动约束力的概念及其消除条件。
第十四章虚位移原理
1.教学目标
（1）掌握虚位移、虚功和理想约束的概念；
（2）掌握质点系虚位移原理，并会综合应用。
2.教学重难点
重点：
（1）虚位移和理想约束的概念；
（2）虚位移原理及其应用。
难点：
找虚位移之间的关系。
3.教学内容
（1）约束•虚位移•虚功；
（2）虚位移原理。
4.教学方法
讲授、PBL、讨论、自学
5.教学评价
回答问题：
（1）叙述虚位移、虚功和理想约束的概念；
（2）叙述质点系虚位移原理。
四、学时分配
表3：
各章节的具体内容和学时分配表
章节
章节名称
学时分配
绪论
1
第一章
静力学公理和物体的受力分析
3
第二章
平面力系
8
第三章
空间力系
5
第四章
摩擦
5
第五章
点的运动学
2
第六章
刚体的简单运动
3
第七章
点的合成运动
9
第八章
刚体的平面运动
9
第九章
质点动力学的基本方程
2
第十章
动量定理
3
第十一章
动量矩定理
8
第十二章
动能定理
8
第十三章
达朗贝尔原理
3
第十四章
虚位移原理
3
总计
72
注：
1、课程实践学时按相关专业培养计划列入表格；
2、主要教学方法包括讲授法、讨论法、基于问题（PBL）、案例（CBL）等方法。
五、教学进度
表4：
教学进度表
周次
日期
章节名称
内容提要
授课时数
作业及要求
备注
1
绪论
第一章静力学公理和物体的受力分析
绪论；
静力学公理；
约束和约束力；
物体的受力分析和受力图；
力学模型与力学简图。
4
1、完成教学评价问题；
2、完成课后教师指定的习题。
2-3
第二章平面力系
平面汇交力系；
平面力对点之矩•平面力偶；
平面任意力系的简化；
平面任意力系的平衡条件和平衡方程；
物体系的平衡•静定和超静定问题；
平面简单桁架的内力计算。
8
1、完成教学评价问题；
2、完成课后教师指定的习题。
4
第三章空间力系
空间汇交力系；
力对点的矩和力对轴的矩；
空间力偶；
空间任意力系的简化；
空间任意力系的平衡方程；
物体的重心。
5
1、完成教学评价问题；
2、完成课后教师指定的习题。
5
第四章摩擦
滑动摩擦；
摩擦角和自锁现象；
考虑摩擦时物体的平衡问题；
滚动磨阻的概念。
5
1、完成教学评价问题；
2、完成课后教师指定的习题。
6
第五章点的运动学
第六章刚体的简单运动
矢量法；
直角坐标法；
自然法；
刚体的平行移动；
刚体绕定轴的转动；
转动刚体内各点的速度和加速度；
轮系的传动比；
以矢量表示角速度和角加速度•以矢积表示点的速度和加速度。
5
1、完成教学评价问题；
2、完成课后教师指定的习题。
7-8
第七章点的合成运动
相对运动•牵连运动•绝对运动；
点的速度合成定理；
牵连运动是平移时点的加速度合成定理；
牵连运动是定轴转动时点的加速度合成定理•科氏加速度。
9
1、完成教学评价问题；
2、完成课后教师指定的习题。
9-10
第八章刚体的平面运动
刚体平面运动的概述和运动分解；
求平面图形内各点速度的基点法；
求平面图形内各点速度的瞬心法；
用基点法求平面图形内各点的加速度；
运动学综合应用举例。
9
1、完成教学评价问题；
2、完成课后教师指定的习题。
11
第九章质点动力学的基本方程
第十章动量定理
动力学的基本定律；
质点的运动微分方程；
动量与冲量；
动量定理；
质心运动定理。
5
1、完成教学评价问题；
2、完成课后教师指定的习题。
12-13
第十一章动量矩定理
质点和质点系的动量矩；
动量矩定理；
刚体绕定轴的转动微分方程；
刚体对轴的转动惯量；
质点系相对于质心的动量矩定理；
刚体的平面运动微分方程。
8
1、完成教学评价问题；
2、完成课后教师指定的习题。
14-15
第十二章动能定理
力的功；
质点和质点系的动能；
动能定理；
功率•功率方程•机械效率；
势力场•势能•机械能守恒定律；
普遍定理的综合应用举例。
8
1、完成教学评价问题；
2、完成
升级会员 