理论力学教学课件-电子教案

《理论力学》教学大纲

课程中文名称：理论力学
课程英文名称： Theoretical mechanics
总学时： 80-90 学时 上机学时： 18 学时
授课对象：力学系、机械系、建工系、实验学院
先修课程：高等数学、物理（力学部分）

一、课程教学目的

理论力学是研究物体机械运动一般规律的科学，因此是工科大学生重要的技术基础课程。
通过本课程的学习应使学生掌握经典力学的基本理论和基本方法，并善于应用这些理论和方法解决工程实际问题，同时为后续课程打下坚实的基础。

二、教学内容及基本要求

静力学：

静力学公理、约束、约束力、物体受力分析、受力图。汇交力系的合成与平衡、力对点的矩、力对轴的矩、力偶及其特性、力偶系的合成与平衡。力的平移定理、力系向一点简化、主矢与主矩、力系简化结果分析、力系的平衡条件、平衡方程、特殊力系的平衡方程、平面任意力系的平衡方程、平面物体系的平衡问题、静定静不定的概念、平面简单桁架的内力计算、重心。滑动摩擦、摩擦力、静摩擦定律、考虑摩擦时物体的平衡问题、摩擦角与自锁概念、滚动摩擦。

运动学：

点的运动、轨迹、速度、加速度，直角坐标系内点的运动方程、速度和加速度的投影，点的速度、切向和法向加速度，点的速度和加速度在极坐标、柱坐标中的投影。刚体平移，刚体绕定轴转动，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，角速度和角加速度以矢量表示，定轴转动刚体上任一点的速度和加速度以矢量表示，定轴轮系传动比。静、动参考系，点的相对运动、绝对运动和牵连运动，点的速度合成定理，牵连运动是平移与转动时点的加速度合成定理，科氏加速度。刚体平面运动，基点、平面运动分解为平移与转动，平面运动刚体的角速度，基点法求点的速度和加速度，速度瞬心，瞬心法求点的速度，运动学综合练习。刚体绕定点的运动，刚体绕相交轴转动的合成，瞬时转动轴，角速度与角加速度矢，定点运动刚体上点的速度与加速度，刚体一般运动，刚体绕平行轴转动的合成，周转轮系的传动比。

动力学：

动力学基本定律，质点运动微分方程，两类基本问题，质点相对运动的基本方程，牵连惯性力与科氏惯性力。质点与质点系、质心、动量、冲量、动量定理、动量守恒、管道流体动压力、质心运动定理、质心运动守恒、变质量质点的运动微分方程。质点对点和对轴的动量矩、质点系的动量矩、动量矩定理、动量矩守恒、刚体绕定轴转动微分方程、转动惯量，质点系相对于质心的动量矩定理、刚体平面运动微分方程、陀螺仪近似理论。力的功、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、动力学普遍定理的综合运用。碰撞、碰撞力、碰撞过程的基本假设、动量和动量矩定理在碰撞过程中的应用、恢复系数、碰撞过程中的机械能损失、质点的碰撞、定轴转动刚体的碰撞、撞击中心、平面运动刚体的碰撞。惯性力、达朗伯原理、质点系惯性力的简化、刚体惯性力系简化的特例、绕定轴转动刚体的动约束力、惯性积、惯性主轴、定轴转动刚体的动平衡条件。约束条件、虚位移、虚功、虚位移原理、自由度、广义坐标、广义力、动力学普遍方程、拉格朗日方程其应用。单自由度系统的自由振动、谐振动、固有频率、计算固有频率的能量法、粘性阻尼、单自由度的衰减振动、衰减率、干扰力、单自由度系统的受迫振动、共振、转子的临界转速、隔振、两自由度系统的自由振动、固有频率、主振动及振型、两自由度系统的受迫振动、共振、动力消振。

三、课程负责人示范性教学设计

教材：《理论力学》第六版，哈工大理论力学教研室主编，高等教育出版社出版。

重点与难点：

第 Ⅰ 册：
第一章：约束和约束力，受力分析和受力图。
第二章：平面汇交力系合成与平衡的几何法，力对点的矩，平面力偶、力偶系平衡条件。
第三章：平面任意力系的简化、平衡方程、物体系的平衡。
第四章：空间汇交力系、力对点及对轴的矩、空间力偶、空间力系简化、平衡方程。
第五章：滑动摩擦、摩擦角及自锁、考虑摩擦时物体的平衡。
第六章：描述点运动的矢量法、直角坐标法、自然法。
第七章：刚体定轴转动内各点的速度、加速度。用矢量表达的角速度、角加速度，用矢积表达的点的速度和加速度。
第八章：三种运动，点的速度合成定理、加速度合成定理、科氏加速度。
第九章：刚体平面运动中求各点速度和加速度的基点法、瞬心法、加速度的基点法、运动学的综合应用。
第十章：质点动力学基本定律、运动微分方程。
第十一章：动量、动量定理、质心运动定理。
第十二章：动量矩、动量矩定理、定轴转动微分方程、转动惯量、质点系相对质心的动量矩定理、刚体平面运动微分方程。
第十三章：功、动能、动能定理、功率方程、势能、普遍定理的综合应用。
第十四章：惯性力、达朗贝尔原理、惯性力系的简化、轴承动约束力。
第十五章：虚位移、虚功、虚位移原理。
第 Ⅱ 册：
第一章：非惯性力系中质点动力学基本方程及动能定理。
第二章：碰撞问题的简化、基本定理、恢复系数、撞击中心。
第三章：自由度、广义坐标、广义力、动力学普遍方程。第二类拉格朗日方程及初积分。
第四章：单自由度系统的振动、固有频率、有阻尼的受迫振动、转子的临界转速、隔振、二个自由度系统的振动。
第五章：刚体定点运动的运动描述、自由刚体运动、陀螺仪近似理论。
第六章：变质量质点的运动微分方程及动力学普遍定理。

《理论力学》教学大纲 （ 60-72 学时）

课程中文名称：理论力学
课程英文名称： Theoretical mechanics
总学时： 60-72 学时 上机学时： 18 学时
授课对象：能源学院、材料学院、自动控制
先修课程：高等数学、物理（力学部分）

一、课程教学目的

理论力学是研究物体机械运动一般规律的科学，因此是工科大学生重要的技术基础课程。
通过本课程的学习应使学生掌握经典力学的基本理论和基本方法，并善于应用这些理论和方法解决工程实际问题，同时为后续课程打下坚实的基础。

二、教学内容和基本要求

静力学：

静力学公理、约束、约束力、物体受力分析、受力图。汇交力系的合成与平衡、力对点的矩、力对轴的矩、力偶及其特性、力偶系的合成与平衡。力的平移定理、力系向一点简化、主矢与主矩、力系简化结果分析、平面力系的特例。力系的平衡条件、平衡方程、特殊力系的平衡方程、平面任意力系的平衡问题、静定与静不定的概念、平面简单桁架的内力计算、平行力系的中心和重心。滑动摩擦、摩擦力、静摩擦定律、考虑摩擦时物体的平衡、平衡范围摩擦角、自锁、滚动摩阻。

运动学：

点的运动、轨迹、速度、加速度、直角坐标系内点的运动方程、速度和加速度的投影，自然轴、点的速度、切向和法向加速度、点的速度和加速度在极坐标、柱坐标中的投影。刚体平移、刚体绕定轴转动、角速度和角加速度、定轴转动刚体上一点的速度和加速度及其矢量积表示、定轴轮系传动比。静、动参考系，点的相对运动、绝对运动和牵连运动、点的速度合成定理、牵连运动是平移与转动时点的加速度合成定理、科氏加速度。刚体平面运动，基点、平面运动分解为平移与转动，平面运动刚体的角速度，基点法求点的速度和加速度，速度瞬心，瞬心法求点的速度，运动学综合练习。刚体绕平行轴转动的合成 , 、刚体绕相交轴转动的合成、瞬时转动轴、角速度与角加速度矢、定点运动刚体上点的速度与加速度、刚体一般运动。

动力学：

动力学基本定律，质点运动微分方程、两类基本问题，质点相对运动的基本方程、牵连惯性力与科氏惯性力。质点与质点系的动量、冲量、动量定理、动量守恒、管道流体动压力、质心运动定理、质心运动守恒、变质量质点的运动微分方程。质点对点和对轴的动量矩、质点系的动量矩、动量矩定理、动量矩守恒、刚体绕定轴转动的微分方程、转动惯量、质点系相对于质心的动量矩定理、刚体平面运动微分方程、陀螺仪近似理论。力的功，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，动力学普遍定理的综合运用。碰撞，碰撞力，碰撞过程的基本假设，动量和动量矩定理在碰撞过程中的应用，恢复系数，碰撞过程中的机械能损失，质点的碰撞，定轴转动刚体的碰撞，撞击中心。惯性力，达朗伯原理，刚体惯性力系简化的特例，绕定轴转动刚体的动反力，惯性积，惯性主轴，定轴转动刚体的动平衡条件。约束，虚位移，虚功，虚位移原理及其应用，动力学普遍方程。

三、课程负责人示范性教学设计

教材：《理论力学》第六版，哈工大理论力学教研室主编，高等教育出版社出版。

重点与难点：
第 Ⅰ 册：
第一章：约束和约束力，受力分析和受力图。
第二章：平面汇交力系合成与平衡的几何法，力对点的矩，平面力偶、力偶系平衡条件。
第三章：平面任意力系的简化、平衡方程、物体系的平衡。
第四章：空间汇交力系、力对点及对轴的矩、空间力偶、空间力系简化、平衡方程。
第五章：滑动摩擦、摩擦角及自锁、考虑摩擦时物体的平衡。
第六章：描述点运动的矢量法、直角坐标法、自然法。
第七章：刚体定轴转动内各点的速度、加速度。用矢量表达的角速度、角加速度，用矢积表达的点的速度和加速度。
第八章：三种运动，点的速度合成定理、加速度合成定理、科氏加速度。
第九章：刚体平面运动中求各点速度的基点法、瞬心法、对加速度的基点法、运动学的综合应用。
第十章：质点动力学基本定律、运动微分方程。
第十一章：动量、动量定理、质心运动定理。
第十二章：动量矩、动量矩定理、定轴转动微分方程、转动惯量、质点系相对质心的动量矩定理、刚体平面运动微分方程。
第十三章：功、动能、动能定理、功率方程、势能、普遍定理的综合应用。
第十四章：惯性力、达朗贝尔原理、惯性力系的简化、轴承动约束力。
第十五章：虚位移、虚功、虚位移原理。
第 Ⅱ 册：
第一章：非惯性力系中质点动力学基本方程及动能定理。
第二章：碰撞问题的简化、基本定理、恢复系数、撞击中心。
第三章：自由度、广义坐标、广义力、动力学普遍方程。第二类拉格朗日方程及初积分。
第四章：单自由度系统的振动、固有频率、有阻尼的受迫振动、转子的临界转速、隔振、二个自由度系统的振动。
第五章：刚体定点运动的运动描述、自由刚体运动、陀螺议近似理论。
第六章：变质量质点的运动微分方程及动力学普遍定理。