PAGE《理論力學》課程教學大綱一、課程基本信息課程名稱理論力學課程編號課程性質必修課課程類別專業(yè)核心課程開課單位機電工程學院授課學期第3學期學分/學時3.5/56課內(nèi)學時56理論授課56上機學時0課內(nèi)實踐0實驗學時0課外學時78適用專業(yè)機械設計制造及其自動化（中外合作辦學）是否雙語是先修課程機械制圖，高等數(shù)學，大學物理后續(xù)課程材料力學，機械原理等二、課程簡介理論力學是一門為設計工程實際構件提供必要理論計算基礎的重要專業(yè)技術基礎課。其基本內(nèi)容是對剛體進行靜力學、運動學與動力學分析。通過本課程的學習使學生掌握質點、質點系、剛體和剛體系機械運動（包括平衡）的基本規(guī)律，培養(yǎng)學生熟練的理論計算能力，為學習和掌握新的科學技術以及后繼相關課程的學習奠定必要的基礎。三、課程目標及對畢業(yè)要求指標點的支撐（一）課程目標通過本課程的學習，使學生達到以下目標：課程目標1.運用剛體的受力分析和力系的簡化理論基礎、剛體的平衡條件進行各種靜定結構的靜力學求解；運用質點、質點系和剛體的運動描述方法和運動分析方法求解剛體運動學問題；運用質點、質點系和剛體的運動描述方法和運動分析方法求解剛體運動學問題；應用力與運動之間的關系求解質點系（包括剛體）的動力學問題。課程目標2.能夠運用理論力學的基本知識將工程實際結構抽象為力學模型，并正確的進行力學分析。具有科學正確的邏輯思維方式和正確分析問題的能力和方法，善于思考，勇于實踐。（二）課程目標對畢業(yè)要求指標點的支撐課程目標支撐畢業(yè)要求指標點畢業(yè)要求課程目標11.2積累機械工程學科的工程基礎知識，應用其基本理論和方法分析機械設計與制造領域的工程問題；工程知識能夠將數(shù)學、自然科學、機械工程學科基礎和機械設計與制造的專業(yè)知識用于解決機械設計及制造過程中的復雜工程問題。課程目標22.1能夠運用數(shù)學、自然科學和機械工程學科的基本原理對機械工程問題進行識別與描述；問題分析能夠應用數(shù)學、自然科學和機械工程學科的基本原理，識別、表達并通過文獻研究分析機械設計與制造領域的復雜工程問題，以獲得有效結論。四、課程基本教學內(nèi)容及對課程目標的支撐（一）課程基本教學內(nèi)容第一單元靜力學公理及物體的受力分析（學時數(shù)：4學時）1.課程主要內(nèi)容理論力學的發(fā)展史，理論力學的研究對象、研究內(nèi)容和方法；剛體、力、力系、平衡、約束的基本概念；靜力學公理及其推論；約束的概念、常見約束類型及約束力的表示方法；物體的受力分析的方法，單個物體和物體系統(tǒng)的受力分析。2.重點和難點重點：剛體、力、力系、平衡、約束的基本概念；靜力學公理及其推論；物體的受力分析難點：光滑鉸鏈的約束特征；單個物體和物體系統(tǒng)的受力分析。3.學生學習預期成果熟練而且正確的進行單個物體和物體系統(tǒng)的受力分析，畫出受力圖。4.教學方式課堂講授+自主學習+課堂翻轉+課后作業(yè)5.支撐課程目標通過作業(yè)，完成課程目標1；通過復雜工程問題的案例作業(yè)完成課程目標2。第二單元平面力系（學時數(shù)：8學時）1.課程主要內(nèi)容（1）力沿坐標軸分解和力在坐標軸上的投影，合力投影定理；平面匯交力系的合成及平衡條件（幾何法和解析法），平面匯交力系的平衡方程及其應用。（2）力對點之矩和力對軸之矩，力偶和力偶矩的概念，平面力偶的性質和平面力偶的等效條件，平面力偶系的合成、平衡條件和平衡方程；力的平移定理。（3）平面任意力系向一點簡化及其結果分析，平面力系的平衡條件，平面任意力系的平衡方程的三種形式及其應用。（4）靜定與靜不定的概念，判斷物體系統(tǒng)是否靜定。簡單桁架的簡化假設，計算其桿件內(nèi)力的節(jié)點法和截面法及其綜合作用。2.重點和難點重點：合力投影定理，平面匯交力系的平衡問題求解，平面力偶的等效條件，平面任意力系向一點簡化，平面任意力系作用下物體和物體系統(tǒng)的平衡問題。難點：綜合應用平面力系的平衡條件和平衡方程正確求解平面力系作用下物體和物體系統(tǒng)的平衡問題。3.學生學習預期成果（1）能正確地將力沿坐標軸分解和求力在坐標軸上的投影，對合力投影定理及力對點之矩有清晰的理解，并能熟練地計算。（2）會應用解析法求平面匯交力系的平衡問題。（3）深入理解力偶和力偶矩的概念，明確平面力偶的性質和平面力偶的等效條件。（4）掌握平面任意力系向一點簡化的方法，會應用解析法求主矢和主矩，熟知平面任意力系簡化的結果。（5）深入理解平面任意力系的平衡條件及平衡方程的三種形式。能熟練地計算在平面任意力系作用下物體和物體系統(tǒng)的平衡問題。（6）正確理解靜定與靜不定的概念，會判斷物體系統(tǒng)是否靜定。（7）會綜合運用節(jié)點法和截面法計算簡單桁架的桿件內(nèi)力。4.教學方式課堂講授+自主學習+課堂翻轉+課后作業(yè)+測試5.支撐課程目標通過測試和作業(yè)，完成課程目標1；通過復雜工程問題的案例作業(yè)完成課程目標2。第三單元空間力系（學時數(shù)：2學時）1.課程主要內(nèi)容空間力在直角坐標軸上的投影、力對點的矩矢，力對軸的矩和計算方法，空間匯交力系的合成與平衡。重心與形心的概念，重心和形心的計算方法。2.重點和難點重點：力在空間直角坐標軸上的兩種投影法；力對軸之矩和力對點之矩計算及力矩關系定理；空間力系的平衡方程及其應用；重心的坐標公式。難點：力在坐標軸上的二次投影；空間力偶矩矢在坐標軸上的投影；求組合體的形心坐標。3.學生學習預期成果（1）能熟練地計算力在空間直角坐標軸上的投影，力對點之矩與力對軸之矩的計算。（2）能熟練地應用坐標公式求物體的重心。4.教學方式課堂講授+自主學習+課堂翻轉+課后作業(yè)5.支撐課程目標通過作業(yè)，完成課程目標1。第四單元摩擦（學時數(shù)：2學時）1.課程主要內(nèi)容靜滑動摩擦、動滑動摩擦、摩擦系數(shù)、摩擦角、自鎖概念?；瑒幽Σ炼?，考慮摩擦時物體的平衡問題。2.重點和難點重點：滑動摩擦力和臨界滑動摩擦力，滑動摩擦定律；考慮滑動摩擦時物體的平衡問題的求解方法。難點：正確區(qū)分不同類型的含摩擦平衡問題；正確判斷摩擦力的方向及正確應用庫侖摩擦定律。3.學生學習預期成果牢固掌握滑動摩擦的性質，深刻理解庫侖摩擦定律的內(nèi)涵；求解考慮滑動摩擦時的平衡問題（解析法、幾何法）。4.教學方式課堂講授+自主學習+課堂翻轉+課后作業(yè)5.支撐課程目標通過作業(yè)，完成課程目標1。第五單元點的運動學（學時數(shù)：2學時）1.課程主要內(nèi)容參考體、參考坐標系等概念。描述點運動的三種方法：矢量法、直角坐標法、自然坐標法。點的運動方程、運動軌跡、速度、加速度的求解2.重點和難點重點：點的曲線運動的直角坐標法，點的運動方程，點的速度和加速度在直角坐標軸上的投影；點的曲線運動的自然坐標法（以在平面內(nèi)運動為主），點沿已知軌跡的運動方程，點的切向加速度和法向加速度。難點：正確自然軸系的幾何概念，速度與加速度在自然軸上的投影。3.學生學習預期成果（1）能用矢量法建立點的運動方程，求點的速度和加速度。（2）能應用直角坐標法建立點的運動方程，求點的軌跡、速度和加速度。（3）能應用自然坐標法求點在平面上作曲線運動時的運動方程、速度和加速度，并正確理解切向加速度和法向加速度的物理意義。4.教學方式課堂講授+自主學習+課堂翻轉+課后作業(yè)5.支撐課程目標通過作業(yè)，完成課程目標1。第六單元剛體的簡單運動（學時數(shù)：4學時）1.課程主要內(nèi)容剛體的平移和剛體定軸轉動的概念及其運動特征。定軸轉動的轉動方程、角速度和角加速度的計算。定軸轉動剛體內(nèi)任意一點的速度和加速度的計算。2.重點和難點重點：剛體平動及其運動特征；定軸轉動剛體的轉動方程、角速度與角加速度；定軸轉動剛體內(nèi)各點的速度與加速度。難點：用矢積表示剛體上任一點的速度與加速度。3.學生學習預期成果（1）明確剛體平行移動（平動）和剛體繞定軸轉動的特征，正確地判斷作平動的剛體和定軸轉動的剛體。（2）對剛體定軸轉動時的轉動方程、角速度和角加速度及它們之間的關系要清晰的理解，熟知勻速和勻變速轉動的定義與公式。（3）針對一個具體的工程實例，能熟練地計算定軸轉動剛體上任一點的速度和加速度。4.教學方式課堂講授+自主學習+課堂翻轉+測試+課后作業(yè)5.支撐課程目標通過測試和作業(yè)，完成課程目標1。第七單元點的合成運動（學時數(shù)：4學時）1.課程主要內(nèi)容運動合成與分解的基本概念和方法，動點、動參考系與靜參考系的概念，相對運動、絕對運動和牽連運動，相對軌跡和絕對軌跡的概念；點的速度合成定理及應用；牽連運動是平移時的加速度合成定理；牽連運動是轉動時的加速度合成定理、科氏加速度及其大小和方向的分析。2.重點和難點重點：動點和動系的選擇；運動的合成與分解；速度合成定理和加速度合成定理的應用和計算。難點：動點和動系的選擇；加速度合成定理的應用和計算。3.學生學習預期成果（1）理解三種運動、三種速度和三種加速度的定義、運動的合成與分解以及運動相對性的概念。（2）對具體問題能夠恰當?shù)剡x擇動點、動系和定系進行運動軌跡、速度和加速度分析，能計算科氏加速度的大小并確定它的方向。（3）對工程中的復雜結構進行力學模型簡化，應用速度合成定理、牽連運動為平動時點的加速度合成定理，進行剛體的運動學分析。4.教學方式課堂講授+自主學習+課堂翻轉+測試+課后作業(yè)5.支撐課程目標通過測試和作業(yè)，完成課程目標1；通過復雜工程問題的案例作業(yè)完成課程目標2。第八單元剛體的平面運動（學時數(shù)：4學時）1.課程主要內(nèi)容剛體平面運動的概念及其特征，基點法和速度瞬心法求平面圖形內(nèi)各點的速度?；c法求平面圖形內(nèi)各點的加速度。運動學綜合問題。2.重點和難點重點：以運動的分解與合成為出發(fā)點，研究求平面圖形上各點的速度和加速度的基點法，明確速度投影定理和瞬心法是從基點法推導而來。難點：速度瞬心的概念及求法；剛體上任一點的速度和加速度分布規(guī)律；剛體轉動部分的規(guī)律與基點的選取無關的概念；轉動部分角速度和角加速度的求法；用基點法分析剛體上某點加速度。3.學生學習預期成果（1）明確剛體平面運動的特征，能夠正確地判斷機構中作平面運動的剛體。（2）能熟練地應用各種方法——基點法、瞬心法和速度投影定理求平面圖形上任一點的速度。（3）能熟練地用基點法分析平面圖形內(nèi)任一點的加速度。（4）對工程中的復雜結構進行力學模型簡化，綜合應用運動學理論知識，對剛體進行運動學綜合問題分析。對哥氏加速度有簡單了解。4.教學方式課堂講授+自主學習+課堂翻轉+測試+課后作業(yè)5.支撐課程目標通過測試和作業(yè)，完成課程目標1；通過復雜工程問題的案例作業(yè)完成課程目標2。第九單元動量定理（學時數(shù)：4學時）1.課程主要內(nèi)容質點、質點系、剛體、內(nèi)力、外力的定義；動力學的基本定律；質點運動微分方程的矢量形式、直角坐標形式、自然軸投影形式。質點動力學的兩類問題。質點和質點系的動量、力的沖量概念及計算。動量定理、質心運動定理及應用。2.重點和難點重點：建立質點運動微分方程；求解質點動力學的兩類基本問題。質點系（剛體、剛體系）質心、動量、沖量的計算。應用動量定理、質心運動定理進行求解。難點：應用動量定理、質心運動定理求解工程問題。3.學生學習預期成果（1）對質點動力學的基本概念（如慣性、質量等）和動力學基本定律要在物理課程的基礎上進一步理解其實質。（2）深刻理解力和加速度的關系，能正確地建立質點的運動微分方程，掌握質點動力學第一類基本問題的解法。（3）認識到質點系（剛體、剛體系）是動力學的主要力學模型，應用動量定理、質心運動定理求解工程問題或解釋有關現(xiàn)象，提升質疑、分析問題和解決問題的能力。4.教學方式課堂講授+自主學習+課堂翻轉+測試+課后作業(yè)5.支撐課程目標通過測試和作業(yè)，完成課程目標1；通過復雜工程問題的案例作業(yè)完成課程目標2。第十單元動量矩定理（學時數(shù)：4學時）1.課程主要內(nèi)容質點、質點系、剛體的動量矩概念及其計算；動量矩定理及應用；剛體對軸的轉動慣量及其計算；剛體定軸轉動微分方程和剛體平面運動微分方程。2.重點和難點重點：質點系（剛體、剛體系）對某定點（軸）動量矩的概念及計算，動量矩定理及其應用，定軸轉動剛體轉動慣量的計算，剛體定軸轉動微分方程和剛體平面運動微分方程。難點：相對質心的動量矩定理、剛體平面運動微分方程的應用。3.學生學習預期成果（1）對質點系（剛體、剛體系）對某軸的轉動慣量的概念有清晰的理解，會用定義、平行移軸定理和組合法（分割法）計算剛體對某軸的轉動慣量。（2）較為熟練地應用質點系的動量矩定理（包括動量矩守恒）和剛體繞定軸轉動微分方程求解動力學問題或解釋有關現(xiàn)象，提升質疑、分析問題和解決問題的能力。。4.教學方式課堂講授+自主學習+課堂翻轉+測試+課后作業(yè)5.支撐課程目標通過測試和作業(yè)，完成課程目標1；通過復雜工程問題的案例作業(yè)完成課程目標2。第十一單元動能定理（學時數(shù)：6學時）1.課程主要內(nèi)容功、功率、動能、勢力場、勢能、機械能的概念；元功的表達式，合力的功，重力、彈性力和摩擦力的功、力偶和力矩的功、內(nèi)力和約束力的功；質點、質點系的動能，平動、定軸轉動和平面運動剛體的動能；質點、質點系的動能定理及應用；機械能守恒定律；應用動力學普遍定理求解動力學問題。2.重點和難點重點：質點系（剛體、剛體系）對某定點（軸）動量矩的概念及計算，動量矩定理及其應用，定軸轉動剛體轉動慣量的計算，剛體定軸轉動微分方程和剛體平面運動微分方程。難點：相對質心的動量矩定理、剛體平面運動微分方程的應用。3.學生學習預期成果（1）對功和功率的概念有清晰的理解，能熟練地計算重力、彈性力和力矩的功。（2）能熟練地計算平動剛體、定軸轉動剛體和平面運動剛體的動能，重力和彈性力的勢能。（3）熟知何種約束反力的功為零，何種內(nèi)力的功之和為零。（4）能較為熟練地應用動能定理和機械能守恒定律求解動力學問題或解釋有關現(xiàn)象，感受用數(shù)學和力學知識將工程案例簡化為力學模型進而進行力學分析的過程，體現(xiàn)工程師的邏輯思維能力和嚴謹認真的工程態(tài)度。4.教學方式課堂講授+自主學習+課堂翻轉+測試+課后作業(yè)5.支撐課程目標通過測試和作業(yè)，完成課程目標1；通過復雜工程問題的案例作業(yè)完成課程目標2。（二）課程基本教學內(nèi)容對課程目標的支撐課程教學內(nèi)容教學方法支撐的課程目標學時安排課內(nèi)課外學時比例第一單元靜力學公理及物體的受力分析課堂講授+自主學習+課堂翻轉+課后作業(yè)課程目標1、241：1.5第二單元平面力系課堂講授+自主學習+課堂翻轉+課后作業(yè)+測試課程目標1、2101：1.5第三單元空間力系課堂講授+自主學習+課堂翻轉+課后作業(yè)課程目標131：1第四單元摩擦課堂講授+自主學習+課堂翻轉+課后作業(yè)課程目標131：1第五單元點的運動學課堂講授+自主學習+課堂翻轉+課后作業(yè)課程目標121：1第六單元點的簡單運動課堂講授+自主學習+課堂翻轉+課后作業(yè)課程目標141：1第七單元點的合成運動課堂講授+自主學習+課堂翻轉+課后作業(yè)+測試課程目標1、261：1.5第八單元剛體的平面運動課堂講授+自主學習+課堂翻轉+課后作業(yè)+測試課程目標1、261：1.5第九單元動量定理課堂講授+自主學習+課堂翻轉+課后作業(yè)+測試課程目標1、261：1.5第十單元動量矩定理課堂講授+自主學習+課堂翻轉+課后作業(yè)+測試課程目標1、261：1.5第十一單元動能定理課堂講授+自主學習+課堂翻轉+課后作業(yè)+測試課程目標1、261：1.5合計5656：78五、課程考核及對課程目標的支撐課程的考核以考核學生能力與培養(yǎng)目標的達成與否為主要目的，以檢查學生對各知識點的掌握程度和應用能力為重要內(nèi)容，包括課后作業(yè)、專題測試和期末考核等環(huán)節(jié)。課程總評成績?yōu)榘俜种?，課程作業(yè)權重20%，專題測試權重20%，期末成績權重60%。各考核環(huán)節(jié)所占分值比例可根據(jù)具體情況進行調(diào)整，建議值及考核細則如下。課程成績構成及比例考核環(huán)節(jié)目標分值考核/評價細則支撐的課程目標課程作業(yè)20%課程作業(yè)100物體的受力分析、平面力系、空間力系、摩擦點的簡單運動、點的合成運動、動量定理、動量矩定理、動能定理等主要考核學生對各章知識點的理解和掌握程度、知識應用和工程態(tài)度；每次作業(yè)按100分制單獨評分，取各次成績的平均值作為此環(huán)節(jié)最終成績。課程目標1、2專題測試20%專題測試100在每個專題學習結束后的