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理论大纲
来源:本站 作者:admin 更新时间:2011-10-24 14:45:21 字体大小:

潍坊学院力学课程(0612031)教学大纲

适用专业:物理学、光信息科学与技术、电子科学与技术专业 光电子技术科学

总学时:60学时    学分:3 学分

一、说明

1. 本课程的目的、任务

力学是四年制本科院校物理专业必修的重要基础课程。通过本课程的教学,应达到下列目标:

(1)使学生比较系统地掌握力学基础知识并能比较灵活地加以运用,且为后继专业基础课程的学习及进一步获取有关知识奠定必要的物理基础。

(2)使学生了解物理学的研究方法,培养学生独立分析问题和解决问题的能力,培养学生的创新精神。

(3)使学生掌握科学的学习方法,真正达到从学会到会学,培养学生有较强的独立思考能力和创造能力,较快进入科学发展的前沿。

(4)培养学生的辩证唯物主义世界观,提高学生综合素质。

(5)在保持本课程本身体系严密与完整的前提下,注意与数学、电磁学、光学及相关课程衔接与配合,在与数学有矛盾时适当安排少量课时讲解。相对论一般放在电动力学中讲授。物体的弹性、声学基础作一定程度介绍。

(6)作为高校第一门专业基础课程,要注意自学能力,锻炼动手实践的本领的培养。

2. 本课程的教学要求

在教学过程中,要着眼于物理学整体教学,注意用现代的观点审视、选择和组织好传统的教学内容,要适当的为物理学的前沿打开窗口和安装接口,开阔学生的眼界、启迪并激发学生的探索和创新精神,更深层次地提升其科学素质。使学生了解人类文明发展的现状是人才素质培养的一个重要方面。

二、课程内容及课时分配

第一章  物理学和力学(2学时)

第一节  发展着的物理学

第二节  物理学科的特点

第三节  时间和长度的计量

第四节  单位制和量纲

第五节  数量级估计

第六节  参考系﹒坐标系与时间坐标轴

第七节  力学——学习物理学的开始

本章教学要求:

(1)使学生明确物理学的研究对象及其内容分类。明确力学的研究内容及它在物理学中的地位。

(2)明确物理学与其他科学技术的关系及在现代化建设和科学研究过程中的地位和作用。激发学生的学习热情,巩固学生的专业思想。

(3)了解大学物理学的学习方法。

(4)掌握时间和空间的测量方法及标准。明确单位制、量纲的重要性。

第二章  质点运动学(10学时)

数学知识:微积分初步、矢量

第一节  质点的运动学方程、位置矢量、位移

第二节  瞬时速度矢量与瞬时加速度矢量

第三节  质点直线运动——从坐标到速度和加速度

第四节  质点直线运动——从加速度到速度和坐标

第五节  平面直角坐标系·抛体运动

第六节  自然坐标·切向和法向加速度

第七节  极坐标系、径向速度与横向速度

第八节  伽利略变换

本章教学要求:

(1)掌握微积分初步和矢量的基本概念和运算方法。

(2)理解参照系的概念,理解引入时空坐标的必要性并能恰当地选择坐标系。正确理解质点这一理想模型。

(3)能够正确理解位置坐标和位置矢量、运动学方程、位移和路程、速度和速率的基本概念,突出标量性和矢量性间的区别。

(4)深刻理解速度和加速度的瞬时性,矢量性和相对性。并且能够运用简单的微积分方法研究直线运动。学会从直线运动的速度图线和位移图线计算各种直线运动的位移、速度及加速度。

(5)能够利用平面直角坐标系和自然坐标系研究质点的平面运动,理解和掌握法向和切向加速度的概念,能够处理抛体运动、圆周运动等二维运动问题。

(6)理解位矢、速度、加速度的矢量性、瞬时性和相对性,掌握经典速度合成公式并会运用。学会从直线运动的速度图线和位移图线计算各种直线运动的位移、速度及加速度。

(7)理解相对速度的概念,并能运用于解决相对运动的速度问题。

第三章  动量·牛顿运动定律·动量守恒定律(8学时)

第一节  牛顿第一定律和惯性参考系

第二节  惯性质量和动量

第三节  主动力和被动力

第四节  牛顿运动定律的应用

第五节  非惯性系中的动力学

第六节  用冲量表述的动量定理

第七节  质点系动量定理和质心运动定理

第八节  动量守恒定律

本章教学要求:

(1)讲授中对动量定理的普遍意义和突出作用应进行适当的介绍。讨论牛顿运动定律的建立过程,使学生对定律的实质有所认识。

(2)牢固掌握第一定律的确切表述和由该定律提出的几个概念:①力的定性定义;②惯性的定义;③惯性参照系的概念。

(3)全面准确地掌握牛顿第二定律的语言表述和数学形式。真正理解力与加速度的矢量性和瞬时关系。理解“力的独立性原理”的内容。 

(4)牢固掌握第三定律的表述和数学形式。

(5)掌握重力、弹性力、摩擦力等主动力和被动力的概念和基本规律,并能熟练地运用牛顿运动定律求解质点的动力学问题。

(6)要求理解力学的相对性原理的内容及其在经典力学中的重要含义。

(7)对非惯性系仅限于介绍直线加速和匀角速转动的情况,掌握在非惯性系中运用惯性力求解问题的方法。科里奥利力不做要求。

(8) 深入理解质点的动量、力的冲量概念,质点和质点系的动量定理和质心运动定理,以及动量守恒定律及其应用条件。

第四章  动能和势能 (7学时)

第一节  能量

第二节  功的概念、功的计算

第三节  质点和质点系动能定理

第四节  保守力与非保守力·势能

第五节  功能原理和机械能守恒定律

第六节  对心碰撞

第七节  非对心碰撞

第八节  质心参考系的运用·粒子的对撞

本章教学要求:

 (1)确切理解力作功的定义。在学会变力的元功的基础上掌握变力作功的基本方法。

 (2)确切掌握质点动能定义,熟悉质点和质点系动能定理的推导过程,运用定理求解力学问题。

 (3)深刻认识功能关系,强调功是能量转换或变化的量度。

 (4)能区分保守力和非保守力,掌握势能的概念,会熟练计算重力势能和弹性势能。

(5)正确掌握质点系的功能原理与机械能守恒定律,并能运用它们解决动力学的问题。

(6)能综合运用动量和动能概念研究碰撞等力学问题。

第五章  角动量·关于对称性(4学时)

第一节   质点的角动量

第二节  质点系的角动量定理及角动量守恒定律

第三节  质点系对质心的角动量定理和守恒定律

第四节  对称性、守恒律

第五节  经典动力学的适用范围

本章教学要求:

(1) 理解力对某参考点的矩的定义,牢固掌握力对某轴的矩的概念。了解力对点和力对轴的矩之间的关系。

 (2)理解质点对某点的角动量概念和角动量定理及其守恒定律的内容、数学表述,并能推导上述公式。

 (3)掌握质点对轴的角动量定理及其守恒定律的内容和数学表述,学会运用该定理和定律解决质点对绕某点某轴运动的问题。

(4)掌握质点系对点对轴的角动量定理及其守恒定律的内容和数学表述。(要求重点掌握对轴的规律)。

(5)介绍能量、动量和角动量守恒定律与时空对称性的关系。

(6)明确经典动力学的适用范围。

第六章  万有引力定律(2学时)

第一节  开普勒定律

第二节  万有引力定律·引力质量与惯性质量

第三节  引力势能

第四节  潮汐

本章教学要求:

(1)了解和掌握开普勒三定律在天文学中的重要作用和具体内容。

(2)介绍万有引力定律的建立过程和其重要地位。

(3)掌握由万有引力的功确定引力势能的方法。

(4)能推导第一、第二宇宙速度,了解三种宇宙速度的意义。

(5)明确重力与万有引力之间的联系和区别,明确地球自转对重量的影响。

第七章  刚体力学(8学时)

第一节  刚体运动的描述

第二节  刚体的动量和质心运动定理

第三节  刚体定轴转动的角动量·转动惯量

第四节  刚体定轴转动的动能定理

第五节  刚体平面运动的动力学

第六节  刚体的平衡

第七节  自转与旋进

本章教学要求:

(1)理解刚体模型的特征。掌握刚体力学中的主要概念和规律。

(2)区别刚体绕定轴转动和平动的定义。牢固掌握刚体定轴转动的运动学方程、角位移、角速度和角加速度的定义及其数学表式。熟练掌握定轴转动刚体的角量与其上一点的线量之间的关系,并要求能够运用角位移、角速度概念、匀变角速运动公式及角量线量关系处理刚体定轴转动运动学问题。

(3)明确质心和重心的区别和联系,要求用简单的积分法求刚体的质心。掌握质心运动定理并能正确应用。

(4)掌握刚体对某定轴转动惯量的定义,要求能用积分法求对称刚体对轴的转动惯量和熟练地应用转动惯量的可加性、平行轴定理和垂直轴定理求转动惯量。并着重指出计算刚体转动惯量与质心时的区别。

(5)着重掌握刚体定轴转动定理的内容和数学表式;要求能联合运用刚体定轴转动定理以及牛顿定律和质心运动定理解决涉及刚体定轴转动的动力学问题。

(6)牢固掌握绕定轴转动刚体的动能和重力势能的概念。明确力矩的功实际上是力的功的具体体现。较熟练地运用刚体定轴转动的动能定理和机械能守恒定律解题。

 (7)对角动量只要求掌握对轴的角动量定理和角动量守恒定律。掌握力矩对轴的冲量矩概念,理解质点和定轴转动刚体组成的物体系对转轴的角动量,并掌握该体系所满足的角动量定理以及守恒定律,能应用以上规律列出的方程求解问题。

 (8)明确作用在刚体上的力是滑移矢量,了解力偶矩与力矩的区别和联系,掌握平面力系的简化方法,牢固掌握并熟练运用刚体的平衡方程。明确刚体所受的力是滑移矢量,介绍力偶概念,掌握几种类型的刚体平衡方程。

 (9)对刚体的平面平行运动仅讨论圆柱体的纯滚动。对滚动摩擦力偶矩只作简单介绍。掌握刚体平面运动的基本运动学方程,能求解简单的刚体平面运动动力学问题。

(10)了解自转与旋进,了解回转仪的应用。

第八章  弹性体的应力和应变 (2学时)

第一节  弹性体的拉伸和压缩

第二节  弹性体的剪切形变

第三节  弯曲和扭转

本章教学要求:

(1)了解杆内正应力的定义和数学表述及拉伸压缩的胡克定律,理解杨氏模量的物理意义和胡克定律的适用条件。

(2)介绍固体拉伸压缩形变势能和势能密度公式。

(3)理解剪切应力和剪切形变和胡克定律的内容和数学表示式,理解剪切模量的概念。

(4)了解梁的弯曲和杆的扭转的基本知识。

第九章  振动(6学时)

第一节  简谐振动的动力学特征

第二节  简谐振动的运动学

第三节  简谐振动的能量转换

第四节  简谐振动的合成

第五节  振动的分解

第六节  阻尼振动

第七节  受迫振动

第八节  混沌行为

第九节  参数振动·自激振动

本章教学要求:

 (1)牢固掌握简谐振动的动力学特征,深刻理解振幅、圆频率、位相差等概念,并能熟练地运用动力学方程、线性回复力(力矩)来判断系统是否作简谐振动。

 (2)熟练掌握用简谐振动运动学方程、图线表示法和矢量表示法来描述简谐振动。学会确定系统的固有圆频率、振幅和初相位。熟练确定振动系统的运动状态与相位间的关系。根据已知条件正确写出作简谐振动系统的运动学方程,画出图线,定出旋转矢量的位置。

 (3)能够推导简谐振动的动能、势能及总机械能的表达式,从而认识简谐振动的能量转化关系。

 (4)简谐振动的合成主要重点放在讲授同方向同频率的两个振动的合成,介绍“拍”现象及产生条件。介绍相互垂直同频率两简谐振动的合成方法,对李萨如图形进行适当的讨论。

(5)简单介绍振动的分解。

(6)阻尼振动和受迫振动以定性讨论为主,对共振现象应予足够的重视。

(7)对参数振动、自激振动及混沌行为只作简单介绍。

第十章  波动和声(7学时)

第一节  波的基本概念

第二节  平面简谐波方程

第三节  波动方程与波速

第四节  平均能流密度·声强与声压

第五节  波的叠加和干涉·驻波

第六节  多普勒效应

本章教学要求:

 (1)理解振动与波动的区别和联系。正确理解波是振动状态的传播,明确形成机械波的条件,了解波的分类。建立波面、波前及波射线的概念。

(2)牢固掌握平面简谐波方程,熟练地进行有关计算。

(3)掌握波的干涉,明确驻波与行波的区别。

(4)对声波只作一般介绍,以弦及气体柱振动为例来讨论声源,对超声波只作简单介绍。

(5)理解多普勒效应产生的原因,掌握其公式并会运用。

第十一章  流体力学(4学时)

第一节  理想流体

第二节  静止流体内的压强

第三节  流体运动学的节本概念

第四节  伯努利方程及其应用

第五节  流体的动量和角动量

第六节  黏性流体的运动

第七节  固体在流体中受的阻力

第八节  机翼的升力

本章教学要求:

(1)掌握流体内一点压强的概念和流体内压强的分布规律并会运用。

(2)掌握连续性方程和伯努利方程,并能用以解决稳定流动时的一般问题。

(3)理解速度梯度的概念,了解黏性流体的运动,对泊肃叶公式和斯托克斯公式直接给出结果,说明应用。

(4)对动量定理及角动量定理在流体中的应用只作介绍。

(5)对流体中运动物体所受的阻力和机翼的升力做一般介绍。

第十二章  相对论简介(选学或自学)

第一节  狭义相对论的历史背景

第二节  洛伦兹变换

第三节  相对论的速度变换

第四节  相对论的动量和能量

第五节  广义相对性原理

第六节  引力场与弯曲时空

第七节  广义相对论的实验验证 

本章教学要求:

(1)了解爱因斯坦狭义相对论的两个基本假设。

(2)了解洛伦兹坐标变换。了解狭义相对论中同时性的相对性以及长度收缩和时间膨胀概念。掌握相对论速度变换公式及意义。

(3)理解狭义相对论中质量和速度的关系、质量和能量的关系。了解牛顿力学中的时空观和狭义相对论中的时空观以及二者的差异。

(4)了解广义相对性原理及广义相对论的代表性结论及实验验证。

三、推荐教材及参考书目

推荐教材:

1.漆安慎,杜婵英编.面向21世纪课程教材普通物理学教程力学》第二版.高等教育出版社,2005.6

2. 赵凯华,罗蔚茵主编.《新概念物理教程》力学(国家教委科技进步一等奖).高等教育出版社,1998

参考书目:

1.赵凯华,罗蔚茵编.力学》.高等教育出版社,1995年

2.漆安慎,杜婵英编.《力学》第一版.高等教育出版社,1996

3.程稼夫编.力学.修订版.中国科学技术大学出版社2000

4.郑永令,贾起民编.力学》.复旦大学出版社,1989年

5.梁昆淼编.《力学》.人民教育出版社,1980年

6.宁远源,刘爱晖译.力学引论》.人民教育出版社,1980年

7.梁昆淼等编.《力学讨论》.四川教育出版社,1987年

8.陆果编.《基础物理学教程》.高等教育出版社,1998年

各章讲授参考学时数

章  节

教学内容

参考学时

第零章

微积分初步与矢量代数简介

2

第一章

物理学和力学

2

第二章

质点运动学

8

第三章

动量·牛顿运动定律·动量守恒定律

8

第四章

动能和势能

6

第五章

角动量·关于对称性

6

第六章

万有引力定律

2

第七章

刚体力学

8

第八章

弹性体的应力和应变

2

第九章

振动

6

第十章

波动和声

6

第十一章

流体力学

4

合    计

60

 

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