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《理论力学》MOOC

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课程介绍

课程简介

运动是物质存在的形式和固有属性。自然界中所有的物质都处在不停地运动之中，且运动的形式多种多样。其中最简单、最普遍的一种即为机械运动。

所谓机械运动是指物体在空间的位置随时间变化的运动形态。像天体的运动、火箭的飞行、机器的运转、车辆的行驶以及河水的流动等等都属于机械运动。在其他物质高级、复杂的运动形式中，通常也包含或伴随着机械运动。因此研究机械运动不仅揭示自然界各种机械运动的规律，而且也是研究物质其他运动形式的基础。理论力学是研究物体机械运动一般规律的科学，这就决定了本课程在自然科学研究中所处的重要地位。

理论力学的科学体系是伽利略和牛顿所总结的牛顿定律，研究速度远小于光速的宏观物体的机械运动，属于古典力学的范畴。虽说于20世纪初产生的相对力学和量子力学打破了传统的时空概念，建立了现代力学的科学体系，对速度接近于光速的物体和微观粒子的运动给与了完善的解释，显现了古典力学的明显局限性，但对于一般工程中多数属于速度远小于光速的宏观物体运动研究而言，相对力学对古典力学的修正几乎为零。即使是象航天及火箭等尖端科学技术中的大量力学问题，用古典力学的方法来解决，仍显得既方便又能保证足够的精确度。由此可见，古典力学至今乃至今后仍具有重要的实用意义。

理论力学是一门理论性较强的技术基础课。许多工程专业的后续课程诸如材料力学、结构力学、流体力学、机械设计、机械振动等系列力学课程都是以理论力学的基本概念和理论为基础的；同时，理论力学的基本理论又可以直接用于解决某些工程问题，结合其它专门知识解决复杂工程问题。因此，理论力学是工科专业的一门必修课。

本课程的任务是使学生掌握质点、质点系和刚体的机械运动（包括平衡）基本规律及研究方法，初步学会运用这些基本理论和方法分析、解决实际问题，为学习后续课程和有关的技术科学打好基础。

教学内容

根据循序渐进的认识规律和解决工程实际问题的需要，理论力学分为静力学、运动学和动力学三个部分。

静力学研究力的性质、力系的简化方法和力系的平衡理论。不考虑物体的运动变化，侧重于力的性质及力系的平衡关系。其研究结果可直接用于工程设计计算。

运动学仅从几何角度研究物体的运动规律，而不考虑产生运动的原因。其研究结果一方面为研究动力学问题提供基础，另一方面又可直接应用于各类机械及仪表的机构设计计算。

工程中一般的力学问题均与物体的受力和运动是分不开的。动力学研究物体的受力与运动的因果关系，即建立运动量与力的作用量之间的对应关系，同时还要研究动力学求解的有效方法。

课程特点

理论力学课程具有以下特点：

课程比较注重基本概念、基本理论以及解决问题基本方法的学习和掌握。因此概念的准确性，理论推导的严谨性以及解决问题方法的规范性，都将贯穿整个教学过程中。

某些力学概念比较抽象，但大多都以工程和生活实际中的物理现象为背景。因此了解力学工程背景是建立力学概念、将理论应用于实际的重要环节。

理论力学逻辑性、系统性较强，对人的思维锻炼比较有利。通过本课程的学习，可以锻炼抽象思维、逻辑思维、辩证思维及创造思维。因此勤于思考，善于提问，积极展开问题讨论很有必要。

加强理论联系实际，提高分析问题和解决问题的能力是本课程的重点。为此要以对基本概念和理论的理解掌握为基础，只有通过加强实践、多做习题、经常总结，才会有真正的感悟。

学习方法

理论力学是一门理论性、逻辑性和系统性较强的课程，因此在学习中有以下特点：

1、理论力学的基本概念较多，是建立理论力学理论的基础，对它们的掌握非常重要。通常概念的理解要经过多次反复的应用才会逐步加深。

2、理论力学的逻辑性、系统性较强。各部分概念上、内容上层层递进，环环相扣，因此在学习上必须循序渐进，脚踏实地。

3、理论力学的理论和概念是有深刻的工程实际背景的，因此在学习中要注意了解问题的工程背景，并将概念和理论与工程实际中的力学现象联系起来，这样对理论和概念的理解大有帮助。

4、理论容易做题难。理论力学的理论学习并不困难，而且在原理上有部分内容与物理有重复，但是在应用这些理论解题时通常会感到很困难，这是因为面对的问题千差万别，解决问题的正确思路又依赖于对基本概念、基本理论和方法有清晰和深刻的认识。如果基本概念、基本理论和基本方法掌握不好就必然会遇到困难。因此要特别注意加深对基本概念、基本理论和基本方法的认识及灵活应用。而要做到这一点，只有多做题，多实践，反复理解，反复应用，才有可能融会贯通，克服困难，最终掌握。

学习过程中要注重事项如下：

1、要特别注重理论力学基本概念、基本理论以及解决问题的基本方法的学习。

2、要有意识地培养和锻炼对实际问题进行科学抽象建立力学模型并应用理论力学的方法加以解决的能力。

3、要勤于思考和总结，培养辩证唯物主义世界观，掌握唯物辨证法的方法论，提高分析和解决问题的能力。

4、要积极主动地培养创新意识和创新能力。

努力做到：

1、正确理解有关力学概念的来源、含义和用途；

2、清楚有关理论公式推导的根据和关键，公式的物理意义及应用条件和范围；

3、正确掌握理论力学分析和解决问题的方法；

4、明确各章节的主要内容和要点；

5、清楚各章节在内容和分析问题的方法上的区别和联系。

6、必须要独立完成一定数量的习题。

7、温故知新，及时复习和常做小结。

课程概述

理论力学是研究物体机械运动一般规律的科学。机械运动是指物体的空间位置随时间的变化，这是最常见、最普遍、最基本的运动形态。理论力学不仅可以直接用于生产实践以及研究自然规律，它还是很多后续课程的基础。因此理论力学是一门很重要的技术基础课。

理论力学的研究内容是速度远小于光速的宏观物体的机械运动，它以伽利略和牛顿总结的基本定律为基础，属于古典力学的范畴。人们在日常生活及一般工程中最常遇到的均属于宏观物体远小于光速的运动，因此古典力学在工程实际中有着最广泛的应用；除此，理论力学所研究的机械运动一般规律，又为后续的一系列力学课程以及专业课程奠定基础。因此理论力学是工科的一门理论性较强的技术基础课程。

学习理论力学的目的是：

围绕大纲要求的知识点，结合工程实例分析问题，引导同学们学习力学建模、受力分析、运动分析、寻找问题解决的思想和方法。

通过该课程的学习，培养辩证唯物主义的世界观，培养逻辑思维、创新思维、表达和计算能力；掌握理论力学的理论和方法，并解决简单的工程实际问题，并为以后解决复杂的工程问题打好必要的基础。

理论力学主要包括三部分：静力学、运动学和动力学。

静力学是研究物体在力系作用下的平衡规律的科学。主要研究物体受力分析的方法、力系简化的方法，以及受力物体平衡时作用力所应满足的条件。

运动学是研究物体运动几何性质的科学。主要从几何角度研究物体的运动，如轨迹、速度和加速度。

动力学研究物体的机械运动与作用力之间的关系。

授课目标

掌握各种力系的简化和平衡理论，并能利用这些理论来计算和求解一般工程结构中的力学问题；

掌握点与刚体的基本运动规律以及复合运动的运动定律，并利用这些理论分析和求解机构运动中的某些工程问题。

掌握质点以及刚体简单运动时的动力学规律，会分析、求解各种工程实际中的一般动力学问题。

课程大纲

绪论

静力学引言

第1章静力学基础

1.1 力及其表示方法

1.2 共点力系

1.3 作用于刚体的力的基本性质

1.4 常见约束和约束反力

1.5 链杆约束与二力构件

1.6 受力分析和受力图

第2章基本力系

2.1 汇交力系合成与平衡

2.2 力偶及其基本性质

2.3 力偶系的合成与平衡

第3章作用于刚体的力系等效简化

3.1 力对点之矩

3.2 力对轴之炬

3.3 力矩关系定理

3.4 力系向一点简化

3.5 力系简化结果的讨论

3.6 重心的计算

第4章力系的平衡·

4.1 空间力系的平衡条件

4.2平面力系的平衡条件

4.3物体系的平衡问题

4.4平面简单桁架的内力计算

第5章摩擦

5.1 滑动摩擦的性质

5.2 考虑摩擦的平衡问题

5.3 摩擦角与自锁现象

5.4 滚动摩阻的概念

静力学小结

静力学测验

运动学概述

第6章运动学基础

6.1用矢量法与直角坐标法描述点的运动

6.2用自然法描述点的运动

6.3 刚体的平动

6.4 刚体的定轴转动

第7章刚体平面运动

7.1 刚体平面运动的基本概念

7.2 刚体平面运动的分解

7.3 平面运动的速度合成法(基点法)

7.4 平面运动的速度投影法

7.5平面运动的速度瞬心法

7.6刚体平面运动的加速度分析

第8章点的合成运动

8.1 点的合成运动基本概念

8.2 动点、动系的选择

8.3 合成运动中的速度合成定理

8.4 牵连运动为平动时点的加速度合成定理

8.5 科氏加速度的概念

运动学总结

运动学测验

动力学概综述

第9章质点运动微分方程

9.1 质点运动微分方程

9.2 振动概念与振动模型

9.3无阻尼自由振动

9.4 有阻尼自由振动

9.5有阻尼受迫振动

9.6 固有频率的计算

9.7 振动的消减与隔离

第10章质点系动量定理

10.1 质点系质心与质点系动量

10.2质点系动量定理

10.3 流体对管道的动压力

10.4 质心运动定理

第11章质点系动量矩定理

11.1质点系动量矩

11.2 质点系动量矩定理

11.3 刚体转动定理

11.4 转动惯量的计算

11.5 相对质心的动量矩定理

11.6 刚体平面运动微分方程

第12章动能定理

12.1 力的功

12.2 动能的计算

12.3 动能定理

12.4 功率功率方程机械效率

12.5 普遍定理的综合应用

第13章达朗贝尔原理

13.1 惯性力与达朗贝尔原理

13.2 刚体惯性力系向一点简化

13.3 质点系达朗贝尔原理应用

13.4 转子的静平衡与动平衡

第14章虚位移原理

14.1 约束及其分类

14.2 虚位移

14.3 虚位移原理

动力学小结

动力学测验

综合考试

预备知识

学习本课程之前应该预先学习过《高等数学》中的微积分知识。

教师团队

张克猛 教授

毕业于西安交通大学，教授。曾任西安交通大学理论力学教研室主任，力学中心主任，西安交通大学城市学院教授会副主席，机械工程系专业基础课首席教授，系教学委员会负责人。

长期从事本科基础力学教学及工业往复压缩机管道系统的振动研究。获国家级、省级、校级“教学成果”奖10项及教学优秀奖7项。主编教材11部、参编教材2部，5部被评为优秀教材。主持省级本科一课程1项。发表论文 30余篇，获国家发明和技术专利9项、“陕西省产学研科技成果一等奖” 1 项。获“西安交大基础教学优秀特等奖”，被评为“全国优秀力学教师”和“宝钢优秀教师”。

主讲《理论力学》和《材料力学》课程，参编《理论力学》教材两部。发表学术论文9篇。
个人基本情况
姓名	韩海燕	性别	女	出生年月	1978.9
职称	副教授	学位	博士	研究方向	润滑理论及摩擦学，转子动力学
教育经历
1996/09-2000/06，西北轻工业学院，机械系，学士 2000/09-2003/04，西北工业大学，航空发动机系，硕士 2004/3-2009/12，西安交通大学，机械学院，博士
工作经历
2010/3—2016/12 西安交通大学城市学院讲师 2017/1—至今西安交通大学城市学院副教授

教学情况：承担《理论力学》、《材料力学》、《工程力学》等课程的主讲，参编《理论力学》教材。

科研情况：发表学术论文5篇，获得实用新型专利2项，软件著作权1项。

个人基本情况
姓名	韩少燕	性别	女	出生年月	1987.9
职称	讲师	学位	硕士	研究方向	结构动力学分析与有限元仿真
教育经历
2008/09-2012/06，中国矿业大学，工程力学，学士 2012/09-2015/04，大连理工大学，工程力学，硕士
工作经历
2016/3-2019/12 西安交通大学城市学院机械系助教 2020/1-至今西安交通大学城市学院机械系讲师

证书要求

1、上网学习的过程，包括测试题和作业题完成情况、讨论区的提问和回复情况等，占总评的70%；最后的期末考试卷面分占30%。最后的考试仅有一次机会，请选用网络环境稳定的电脑来完成考试。

2、总评分数达到60分为合格，达到85分为优秀。

3、本课程暂无证书。

参考资料

1、理论力学，张克猛唐红春, 科学出版社。

2、理论力学（第2版），张克猛，西安交通大学出版社。

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