课程名称： 力学

英文名称：Mechanics

【课程编号】（可选项）GEN04125	【所属模块】（必备项） 数理基础与科学素养 √
【学分数】（必备项） 4学分	【适用专业】（必备项） 物理学，天文学
【学时数】（必备项） 64	【开设学期（春季、秋季、夏季小学期）】 一
【已开设次数】（必备项） 40次（每学年一次）	【建议选课人数】（必备项） 100-150人……(需配备助教)
【授课教师姓名】 包景东、彭婧 李融武	【授课教师职称】教授、副教授
【授课教师联系方式】jpeng@bnu.edu.cn
【开课单位】物理学系
【先修课要求】高等数学

一、课程简介（必备项）

力学是物理学专业（原子核物理方向）本科生所学《普通物理》的第一门基础课，主要讲授物理学的经典力学部分，为后续物理学相关课程的学习奠定基础。其由“静力学、运动学、动力学”三大部分组成，涉及到了质点、刚体、连续体、振动与波等行为和运动规律描述，同时对力的作用、万有引力、动量、冲量、能量、动能、势能、平动、转动、角动量、力矩等物理量及其相互关系作了全面描述这门课是在已有的中学物理知识基础上，利用高等数学的方法对静力学、运动学和动力学的基本问题的精确理论描述。在物理学最为重要的基础课程之一。

二、课程目标（必备项）

力学是物理类专业的一门重要的基础必修课，在教学培养计划中列为基础主干课程。

教学目的是使学生了解物理学研究问题的思路和方法，培养其独立分析和解决问题的能力；为学生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。

系统的掌握力学的基础知识，而且使学生学到力学基础的研究方法；在获取知识的同时，对简化模型的选取、量纲分析、数量级估计与定量计算的能力、提出问题和分析问题的能力、理论联系实际的能力等都应有所提高和发展。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。

在保证力学课程体系完备的前提下，注意与数学、电磁学、光学及相关课程的衔接与配合，数学知识适当安排少量课时提前讲解。相对论、物体的弹性、声学基础、流体力学作一定程度介绍。

使学生掌握科学的学习方法，真正达到从学会到会学。可采用从“渗透式”逐步推广到“体会式”的教学法，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，养成辩证唯物主义的世界观和方法论。

三、教学内容和学时分配（必备项）

（一）数学知识 4学时（课堂讲授学时）

主要内容：微积分和矢量

教学要求：微积分和矢量这两个数学工具使力学研究更深入、简洁、精确，又具普遍性，且在本课程中所用的数学工具先于高等数学的讲解，故简要补充数学知识(不要求内容完整和推证严密)，使学生掌握微积分初步和矢量的基本概念和运算方法。

重点、难点：微积分和矢量的直观图像。

其它教学环节：无

（二）第一章 物理学和力学 2学时（课堂讲授学时）

主要内容：物理学史，物理学的建立、发展，物理学和其他学科杂交产生的交叉科学，物理学与技术的关系，物理学科特点。

教学要求：了解本课程的发展概况、内容、任务以及它在物理学及整个科学发展过程中所起的作用；建立勤于思考的学习习惯，悟物穷理的科学态度。

重点、难点：单位制和量纲。

其它教学环节：无

（三）第二章 质点运动学 6学时（课堂讲授学时）

主要内容：时间与空间的计量；单位制与量纲；参考系、坐标系；运动学方程；速度、加速度；自然坐标系；极坐标系；伽利略变换。

理解参照系、坐标系、质点的概念；理解质点的位置矢量、速度、加速度的概念；掌握速度、加速度在直角坐标系和自然坐标系中的分量的形式。

熟练掌握由运动学方程求速度、加速度和由速度、加速度求运动学方程的方法。

了解在相互平动的参照系中相对运动速度和加速度之间的关系；把握相对运动的相对性。

教学要求：理解参照系、坐标系、质点的概念；理解质点的位置矢量、速度、加速度的概念；掌握速度、加速度在直角坐标系和自然坐标系中的分量的形式。熟练掌握由运动学方程求速度、加速度和由速度、加速度求运动学方程的方法。了解在相互平动的参照系中相对运动速度和加速度之间的关系；把握相对运动的相对性。

其它教学环节：质点2D运动学习题课。

（四）第三章 动量 牛顿运动定律 动量守恒定律 8学时（课堂讲授学时）

主要内容：牛顿三大运动定律及其应用；力学中常见的力及其分类；非惯性参照系；质点系的概念和统一坐标法。质点的动量、质点系的动量、冲量；质点的动量定理和动量守恒定律，质点系的动量定理和动量守恒定律。

教学要求：掌握牛顿三定律及适用条件，掌握运用微积分方法求解一维变力作用下质点的动力学问题。了解惯性参照系中力学的相对性原理和伽利略变换的有关内容。了解非惯性参照系的概念，理解直线加速运动参照系中的惯性力、匀速转动参照系中的惯性离心力的求法。了解科里奥利力及其相关实际效应。掌握质点系的概念和统一坐标法。理解质点的动量、质点系的动量、冲量，质心的概念；掌握质点的动量定理，质点系的动量定理；掌握质点动量守恒定律和质点系动量守恒定律。了解变质量问题、火箭运动问题。

重点、难点：动量和质心的概念，统一坐标法和质点系动力学的研究方法。掌握和具体应用统一坐标法来处理多个质点的问题。

其它教学环节：牛顿定律应用习题课。

（五）第四章 动能和势能 6学时（课堂讲授学时）

主要内容：做功的概念，计算变力的功；保守力做功的特点及势能的概念；重力、弹性力、万有引力的功及重力势能、弹簧的弹性势能、万有引力势能。质点和质点系的动能定理；功能原理及机械能守恒定律。二维的对心和非对心碰撞。

教学要求：掌握力做功的概念，计算变力的功；掌握保守力做功的特点及势能的概念；能够计算重力、弹性力、万有引力的功及系统的势能；理解功、功率的概念，掌握功和功率的计算。理解质点和质点系的动能定理，掌握动能定理的应用；理解保守力与势能的概念，掌握重力势能、弹簧的弹性势能、万有引力势能的计算；掌握一维势能的运用；掌握关于质点和质点系的功能原理及机械能守恒定律。了解二维的对心和非对心碰撞的规律。

重点、难点：公理化的方法由牛顿定律推导出质点和质点系的动能定理，功能原理及机械能守恒定律。保守力做功的特点及势能。

其它教学环节：无

（六）第五章 角动量 关于对称性 4学时（课堂讲授学时）

主要内容：质点的角动量和角动量守恒定律；质点系的角动量和角动量守恒定律。

教学要求：理解质点对定点和定轴的角动量；掌握质点对定点和定轴的角动量定理，及角动量守恒定律。理解质点系对定点、定轴和质心的角动量，掌握质点系对定点、定轴和质心的角动量定理，及角动量守恒定律。了解对称性、因果关系、保守系与时间反演不变性。

重点、难点：公理化的方法由牛顿定律推导出质点和质点系的对定点的角动量定理，对角动量概念的理解。

其它教学环节：无

（七）第六章 万有引力定律 2学时（课堂讲授学时）

主要内容：万有引力定律、引力势能及应用；引力质量和惯性质量；三种宇宙速度。

教学要求：理解开普勒的行星运动三定律；掌握万有引力定律、引力势能及应用。理解引力质量和惯性质量；掌握三种宇宙速度。

重点、难点：万有引力定律；引力质量和惯性质量；引力势能。

其它教学环节：无

（八）第七章 刚体力学 9学时（课堂讲授学时）

主要内容：角速度、角加速度。刚体对定轴的转动惯量，平行轴和垂直轴定理。刚体定轴转动定理，刚体定轴转动的动能定理。平动与转动的合成的平面平行运动的基本方法，刚体的自转和旋进。

教学要求：理解角速度、角加速度的概念；掌握角加速度与线加速度之间的关系。理解刚体对一定轴的转动惯量的概念；会用转动惯量的定义求规则形状刚体的转动惯量，并可用平行轴和垂直轴定理求一些复杂问题的转动惯量。掌握刚体定轴转动的运动规律；掌握刚体定轴转动的动能定理。理解平面平行运动是平动与转动的合成；掌握平面平行运动的基本的动力学方程；熟练掌握刚体的二维平动与圆柱体的无滑滚动。理解刚体对固定转轴的角动量定理及角动量守恒定律，质点和定轴转动的刚体组成的物体系对轴的角动量定理及角动量守恒定律，定轴转动的刚体对转轴上一点的角动量之间的关系。掌握作用在刚体上力的性质及力系的简化；了解平面力系下刚体的平衡方程及其应用；深入理解力矩、角动量的基本概念；熟练掌握角动量定理。理解回转效应、岁差、章动。

重点、难点：刚体作为一种特殊的质点系，其基本运动形式，运动描述量和基本处理方法。运动刚体的直观理解，熟练掌握刚体角动量定理及其守恒定律。

其它教学环节：演示实验：角动量守恒，回转仪，回转效应（杠杆陀螺仪）。

（九）第八章 流体力学 5学时（课堂讲授学时）

主要内容：静止流体内压强的概念；理想流体、理想流体的稳定流动、流线、流管的概念及流体的连续性原理；伯努力方程。黏滞流体的流动，固体在流体中受到的阻力。

教学要求：理解静止流体内压强的概念，掌握压强的分布规律，帕斯卡原理及阿基米德定律。理解理想流体、理想流体的稳定流动、流线、流管的概念及流体的连续性原理；掌握定常流动理想流体的伯努利方程。理解黏滞流体的运动情况，泊肃叶公式、斯托克斯公式；定常流动不可压缩黏滞流体在特殊边界条件下的伯努利方程。了解湍流与层流的区别，附壁边界层的概念，固体在流体中受到的阻力。

重点、难点：静止流体内压强的分布规律，定常流动理想流体的伯努利方程。静止流体内的压强，定常流动。

其它教学环节：讨论课：固体在流体中受到的阻力。

（十）第九章 弹性体的应力和应变 （选讲）

主要内容：弹性体的拉伸与压缩；弹性体的剪切形变；应力与应变；相似性原理弹性体的弯曲与扭转。

教学要求：理解弹性体的拉伸与压缩；弹性体的剪切形变；应力与应变, 相应的弹性势能等基本概念；了解相似性原理, 弹性体的弯曲与扭转。掌握拉伸与压缩、剪切形变的胡克定律。

重点、难点：弹性体作为连续性介质(一种特殊的质点系)的静力学规律: 拉伸与压缩、剪切形变的胡克定律, 连续性介质的静力学: 形变势能; (为波动力学准备知识)

其它教学环节：无

（十一）第十章 振动 6学时（课堂讲授学时）

主要内容：简谐振动运动学及动力学定义, 基本物理量及其判据。

解析法、图形法及旋转矢量法描述物体简谐振动运动状态。

同方向、同频率简谐振动的合成；同方向、不同频率的简谐振动的合成；互相垂直简谐振动的合成。

阻尼振动的动力学方程及三种运动状态；受迫振动、共振的概念。

教学要求：了解振动的一般概念；深入理解简谐振动的概念并会判断一个振动是否为简谐振动。掌握简谐振动的运动学及动力学方程的基本特征，能建立一维简谐振动的微分方程，能根据给定的初始条件写出一维简谐振动的运动学方程。熟练掌握简谐振动的微分方程及周期(频率)、圆频率、相位、初位相的概念；理解简谐振动的x-t图。掌握用解析法、图形法及旋转矢量法解物体简谐振动运动状态的方法。掌握同方向、同频率简谐振动的合成规律，同方向、不同频率的简谐振动的合成规律，互相垂直简谐振动的合成规律。了解阻尼振动的动力学方程及三种运动状态；了解受迫振动、共振的概念。

重点、难点：简谐振动的概念, 同方向、同频率简谐振动的合成规律；相位、初位相, 相位差的概念。

其它教学环节：MOVIE，FLASH直观演示振动的各种现象。

（十二）第十一章 波动和声 6学时（课堂讲授学时）

主要内容：波的基本概念, 平面简谐波方程及其基本物理量: 波长、波速, 周期、频率。

弹性平面简谐波: 波动方程,波速，能量分布；能量密度、能流、能流密度等概念。

波的叠加,干涉和干涉条件, 驻波及其形成条件；多普勒效应。

教学要求：理解机械波产生的条件及机理；掌握建立平面简谐波方程的方法，以及波动方程的物理意义；理解波、横波、纵波的概念。掌握平面简谐波的波动方程，波动方程与其振动图线、波形图线之间的关系。理解波长、波速的概念，掌握周期、频率、波速与波长之间的关系。理解波的能量传播特征；了解波的群速和相速、能量、能流、能流密度等概念。理解波的相干条件及相干叠加后振幅加强减弱的相位差及波程差的条件；理解驻波及其形成条件。 了解驻波与行波的区别；了解多普勒效应及其产生的原因。

重点、难点：建立平面简谐波方程的方法、相干叠加振幅加强或减弱的条件；波是振动在空间的传播, 波动方程和波的能量, 驻波。

其它教学环节：演示实验：驻波，FLASH+MOVIE直观演示波动的各种现象。

（十三）第十二章 相对论简介 6学时（课堂讲授学时）

主要内容：狭义相对论的历史背景,基本原理, 同时性的相对性, 洛伦兹变换与速度的合成；高速运动物体的动量、质量与速度的关系，质能关系、能量和动量的关系。

教学要求：联系狭义相对论的历史背景, 深刻理解其基本原理和同时性的相对性,理解并掌握洛伦兹变换与速度的合成；理解并掌握狭义相对论中的动量、质量与速度的关系，质能关系、能量和动量的关系。

了解广义相对论原理与时空弯曲、等效原理和广义相对论的可观测效应。

重点、难点：狭义相对论基本原理, 洛伦兹变换与速度的合成；相对论质量和质能关系。接受实验结果, 深刻理解狭义相对论基本原理。

其它教学环节：讨论课：相对论的时空观。

四、教材与学习资源（必备项）

教材：

漆安慎, 杜婵英. 普通物理学教程（力学）. 第二版. 北京：高等教育出版社,2005.

参考书：

[1] 赵凯华, 罗蔚茵. 新概念物理学（力学）. 北京：高等教育出版社,1995.

[2] 郑永令, 贾启民. 力学. 第二版. 北京：高等教育出版社, 1999.

[3] Halliday, Resnick. Fundamentals of Physics. 3ed. New York: J0hn-Wiley & Sons, 1988.

网络：http://bb.bnu.edu.cn/webapps/login/，师生交流BB平台。

五、教学策略与方法建议（可选项）

以直观图像，基本概念，基本规律，基本方法为核心，使学生摆脱中学形成的为解题而学习的习惯，研究性地学习科学本身而不是学习解决具体复杂问题的技术。

由于本课程通常设在大一上，是学生的过渡阶段，期中考试是很重要的检验和督促。同理，教师对学生的学习和生活给予尽量多的鼓励和关心也是很重要的方面。

六、考核方式（必备项）

平时：40%（包含作业，出勤，期中考试等）；

期末：60%

 

 

 

【编写日期】：2014/11/27