《理論力學》教學大綱

一、考試內容

(一)運動學

1. 質點運動學:質點的速度和加快度;質點運動的內稟性質;矢徑、速度、加速度的坐標表示

2. 剛體運動學:剛體的自由度;平動和定軸轉動;平面運動和平面機構運動;剛體的定點運動;剛體的一般運動

3. 相對運動運動學:相對運動;轉動坐標系與相對微商;速度合成定理;加速度合成定理、柯氏加速度

(二)牛頓力學基礎

1. 質點動力學:牛頓運動定律和質點動力學問題;動量定量和動量矩定理;功和能;有心力運動;約束運動

2. 相對運動動力學:動力學方程和能量積分;相對於地球的運動

3. 質點系統力學普遍定理:相對於慣性系的定理及定恆定律;相對於質心平動系的定理;二體問題和粒子碰撞;衝擊問題

4. 靜力學:力系的簡化;力系的平衡條件

5. 變質量物體的運動

(三)拉格朗日力學基礎

1. 虛功原理和動力學普遍方程:約束、虛位移、廣義坐標;理想約束和虛功原理;動力學普遍方程

2. 拉格朗日方程:方程的導出;兩種特殊情形的拉格朗日方程;非完整系統的動力學方程

3. 哈密頓原理:變分問題;哈密頓原理

 (四)剛體動力學

1. 剛體的動量矩、動能和轉動慣量:定點運動剛體的動量矩和動能;轉動慣量和慣量橢球

2. 剛體動力學方程:定點運動方程;一般運動方程;定軸轉動和平面運動方程

3. 定點運動和一般運動的問題和例題:歐拉情形;拉格朗日情形;剛體與質點間的萬有引力 

(五)振動

1. 保守系統的微振動:穩定平衡位形;振動微分方程和方程的解;簡正坐標

2. 有非保守力情形的微振動:小耗散力對微振動的影響;強迫振動

3. 運動穩定性判據

4. 非線性振動:非線性問題;自治系統;非自治系統

(六)哈密頓力學基礎

1. 哈密頓正則方程及其初積分:勒讓德變換;正則方程的導出;正則方程的初積分

2. 相空間和劉維定理:一維守恆系統;劉維定理

3. 正則變換、泊松括弧和哈密頓-雅可比方程:修正的哈密頓原理;正則變換;泊松括弧;哈密頓-雅可比方程

4. 作用-角變數:關於周期運動的說明;作用變數;角變數


二、考試要求

(一)運動學

1. 理解並熟練掌握質點的速度和加快度概念;掌握質點運動的內稟性質;掌握矢徑、速度、加速度的坐標表示

2. 理解並掌握剛體的自由度、平動、定軸轉動、剛體的定點運動概念;了解平面運動、平面機構運動以及剛體的一般運動

3. 理解相對運動的概念,掌握轉動坐標系與相對微商,熟練掌握速度合成定理、加速度合成定理、柯氏加速度

(二)牛頓力學基礎

1. 熟練掌握牛頓運動定律、動量定量和動量矩定理、功和能;理解並掌握有心力運動和約束運動

2. 理解並掌握動力學方程和能量積分;了解相對於地球的運動

3. 理解並掌握相對於慣性系的定理及定恆定律、相對於質心平動系的定理;熟練掌握二體問題、粒子碰撞、衝擊問題

4. 掌握力系的簡化、力系的平衡條件

5. 了解變質量物體的運動

(三)拉格朗日力學基礎

1. 理解約束、虛位移、廣義坐標、理想約束的概念,理解並掌握虛功原理和動力學普遍方程

2. 理解拉格朗日方程的導出;掌握兩種特殊情形的拉格朗日方程;了解非完整系統的動力學方程

3. 理解並掌握哈密頓變分問題及哈密頓原理

 (四)剛體動力學

1. 理解並掌握剛體的動量矩、動能、轉動慣量、定點運動剛體的動量矩和動能、轉動慣量和慣量橢球的相關概念

2. 理解並掌握定點運動方程、一般運動方程、定軸轉動和平面運動方程,以及相關問題的求解

(五)振動

1. 理解並掌握穩定平衡位形、振動微分方程和方程的解;理解簡正坐標

2. 了解小耗散力對微振動的影響和強迫振動

3. 了解運動穩定性判據

4. 了解非線性振動

 (六)哈密頓力學基礎

1. 理解並掌握勒讓德變換、正則方程的導出、正則方程的初積分

2. 理解並掌握一維守恆系統

3. 了解修正的哈密頓原理、正則變換、泊松括弧、哈密頓-雅可比方程

4. 了解作用-角變數的相關內容

三、主要參考書目

1. 苟興華,《理論力學引論》,四川大學出版社,1988

2. 周衍柏,《理論力學》(第二版),高等教育出版社,1986年

3. 哈爾濱工業大學理論力學教研室編,《理論力學》(第四版),高等教育出版社,1993