课程简介和教学大纲

课程简介和教学大纲

课程代码：061Q0008 课程名称：力学 (Mechanics)

学分： 4 周学时: 4

面向对象：求是科学班（物理）及部分对物理感兴趣的本科生

预修课程要求：高中物理课程

一、课程介绍（100-150字）

（一）中文简介

力学是物理学专业的基础课，是基础之基础，也是本科生所接触到的第一门物理课程。物理学是研究物质世界最基本最普遍的运动规律的一门学科。本课程面向物理求是科学班，以及部分物理学专业和对物理学兴趣浓厚的理科类和工科类的本科生。本课程介绍经典力学即牛顿力学的基本概念和基本规律，阐明力学与其他学科的关系和在当前科技与生产和日常生活中的应用。主要内容包括质点运动学和动力学、机械能守恒、动量守恒及角动量守恒、万有引力，刚体力学、机械振动与波、狭义相对论以及流体力学基础。

（二）英文简介

Mechanics is the very first of a series of fundamental elementary courses for an undergraduate physics major.In general,physics is a subject on the most fundamental and most general laws of the Nature. This course is mainly for the Physics class of the Qiushi Science Program,which is also open for physics majors and those who have a strong interest in physics from other sciences and engineering departments or schools.It covers the basic concepts and fundamental laws of Newtonian mechanics.It will also briefly point out its relationship with other science subjects and show its applications in science and technology as well as our everyday life.To be more specific,Mechanics covers kinematics and dynamics of a point mass, conservation laws of mechanical energy,momentum and angular momentum, universal gravitation,mechanics of a rigid body,mechanical oscillations and waves,theory of special relativity,and fundamentals of fluid mechanics.

二、教学目标

(一)学习目标

力学是物理系基础课的基础，也是技术学科的基础。通过本课程的学习，使学生掌握经典

力学的基本概念和基本规律，了解力学其他学科的关系。通过用现代的观点选择和组织教学内容，开辟窥视物理学前沿的窗口，引导学生的学习兴趣，开阔他们的眼界，启迪他们的思维，提高学生的科学素养和能力，为物理系后继课程的学习打下良好的基础。

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。

（二）可测量结果

学生应该能掌握牛顿力学的三大基本定律、三个重要的守恒定律，能够在惯性系和非惯性参照系下运用上述定律求解质点力学的基本问题，掌握刚体与转动的相关力学知识，会求解基本的机械振动和机械波传播的问题，学会狭义相对论及流体力学的基本知识。

本课程的考核将着重力学基本及核心知识。通过本课程的学习，大部分学生应该能够顺利通过期中及期末考试。试卷采用百分制，60分及格。

三、课程要求

（一）授课方式与要求

课堂教学＋习题课和讨论课。学生应该拥有制定教材。每章有课后习题。要求学生独立自主完成作业。本课程应由学校配备相应的实验课程（单独开课）。

（二）考试评分与建议

书面闭卷。试卷及最后总评成绩均采用百分制，60分及格。期末试卷分A、B卷。平时成绩和期末考试分别占总评成绩的35%和65%。其中平时成绩包括作业（占20%），随堂测验（10%），和听课考勤（5%）。具体比例如有调整，以课堂通知为准。

四、教学安排

课堂教学为主，在各个单元安排习题课；适当安排讨论课；课后布置每周4学时左右的作业。

本课程为秋冬季学期课程，共16周。每周4学时。时间安排如下：

第一章：引言和质点运动学

引言（2学时）：物质世界宏观到微观，经典到量子理论概览，物质世界的基本构成和基

本相互作用。大学及研究生所涉及到的物理学课程简列。

质点运动学及数学知识（6学时）：主要讲解质点运动学的基本知识。主要内容包括时间、长度和测量以及质点运动的描述。引入参照系和运动的相对性以及空间时间平移和反演等变换，不同参照系中速度和加速度的变换关系，等。强调通高中物理的区别，强调位移、速度和加速度的矢量性，以及对微积分的利用。最后引入速度合成律的失败以及光速不变性，

以及由此推论运动钟的变慢和长度的收缩，为后面学习狭义相对论做铺垫。补充讲授微积分、矢量运算及简单的场论数学。

第二章：质点动力学(5学时）

本章讲述质点动力学的相关知识，主要是质点对力的响应及其规律。牛顿三大定律，力学相对性原理，伽利略变换、非惯性系和惯性力，量纲分析，常见的力和动力学问题的求解等

第三章：动量守恒（4学时）

动量和冲量的概念，质点与质点组的动量守恒和动量定理，质心运动定理和质心坐标系，变质量物体的运动。

第四章：机械能守恒 （5学时）

功和能的概念、质点的机械能守恒，质点系动能定理，引力和保守力，势能曲线。质点系的机械能守恒，两体问题的约化处理，质心系与柯尼希定理，碰撞问题，对称性与守恒定律的关系。

第五章：角动量守恒, 万有引力和有心力（8学时）：角动量和冲量矩的概念，质点和质点系的角动量定理，角动量守恒，质心系的角动量定理。开普勒行星运动三定律，牛顿万有引力定律，重要的引力物理量，引力的几何性，有心力问题，有效势能，比内公式和轨道方程，隆格-楞茨矢量。

第六章：、刚体力学（8学时）

单质点圆周运动的转动惯量和转动动能，刚体的自由度，刚体的平动和转动及刚体运动的分解，角速度及其矢量特性，刚体的动能，刚体力系的简化，刚体的运动方程，转动定律和角加速度，刚体的平衡，转动惯量和定轴转动，转动惯量的平行轴定理和正交轴定理，复摆问题和外力做功，陀螺和定点转动。

第七章：振动和波(8学时）

机械振动（4学时）：平衡与振动，恢复力和弹性力，一维保守力及其平衡点附近的展开，简写振动及其描述，阻尼振动和Q值，受迫振动和共振，振动的合成。

机械波（4学时）：机械波及其分类，平面简谐波及波动方程，波的能量密度和能流密度，陂印廷矢量，波的传播及惠更斯原理，波动折射、衍射和叠加，驻波，相速度和群速度，