理论力学
理论力学
1000+ 人选课
更新日期:2026/05/15
开课平台学银在线
开课高校山东科技大学
开课教师马静敏陈俊国冯元慧
学科专业工学力学类
开课时间2026/03/02 - 2026/07/12
课程周期19 周
开课状态开课中
每周学时-
课程简介

这门课会讲什么?

        欢迎来到理论力学的殿堂!这不仅仅是一门课程,更是一场思维的壮丽远征。我们将从稳固的基石出发,穿越运动的表象,最终抵达一个用能量与对称性书写宇宙规律的优美之境。

第一幕:静力学——平衡的艺术

        我们的征程始于静力学 ,一个看似静止却充满张力的世界。在这里,力与力达成精妙的艺术平衡。你将学习如何像工程师一样,对桥梁、桁架或任何结构进行“受力分析”,运用力的合成、分解与力矩定理,解开所有约束与载荷的谜题。掌握它,你便掌握了理解结构稳定性的第一把钥匙。

第二幕:运动学——纯粹的几何之舞

        暂时放下“力”的因果,让我们进入运动学 的纯然世界。这里只关心运动本身的几何图案:点如何描绘出轨迹?刚体如何旋转与进动?我们将以矢量为语言,以坐标系为画布,精确描述从直线滑轮到复杂机构的一切运动形态。你将学会在绝对、相对、牵连的视角间自由切换,欣赏同一运动展现出的不同数学美感。

第三幕:动力学基本定理——守恒的序曲

        当“力”闯入“运动”的世界,真正的理论伦理学开始了。在牛顿定律的基石上,我们将建立三大动力学基本定理,它们是从不同维度度量运动因果的黄金标尺:

  • 动量定理质心运动定理:探讨力的时间累积效应。它们揭示了系统总动量的变化如何忠实记录外力的冲量,并宣告了质心那宛如受所有外力支配的“独舞”规律。

  • 动量矩定理探讨力矩的时间累积效应。它描述了系统转动状态的改变,是理解自旋、进动乃至天体运行规律的核心。

  • 动能定理探讨力的空间累积效应。它建立了功与能之间牢不可破的桥梁,将复杂的矢量力关系,转化为标量能量的简洁计算。机械能守恒定律 更是在保守力的世界里,为我们点亮了一盏不灭的灯。

    这些定理,是解决动力学问题的强大武器库。

第四幕:动静之法——达朗贝尔原理
        面对复杂系统,达朗贝尔原理 提供了一次绝妙的思维转身。它邀请我们进入一个“动态平衡”的剧场:将加速度产生的惯性力巧妙地“虚加”在物体上。于是,一个动力学问题瞬间披上了静力学的外衣。此法在处理刚体和复杂机构时,兼具直观与系统性,是工程分析的利器。

第五幕:能量之钥——虚位移原理
        如果我们追求更具普遍性和美感的解决方案,虚位移原理 便是那柄能量铸就的万能钥匙。它彻底超越力的矢量细节,从“虚功”的维度审视平衡。通过设想系统一个合乎约束的、无限小的可能位移(虚位移),我们得以用功的平衡来判读力的平衡。这是迈向更高层次力学原理的辉煌阶梯。

终章:分析力学初窥——统一的诗篇
        旅程的华彩乐章,在于分析力学基础的惊鸿一瞥。我们将穿上拉格朗日赠予的“广义坐标”法袍,摆脱繁琐几何约束的束缚。那个由动能与势能之差(拉格朗日函数)所导出的拉格朗日方程 ,宛如一句深刻的哲学箴言,从能量的最高视角,统一、优雅地揭示出万物运动的普遍规律。从这里回望,之前的所有定理仿佛找到了共同的源头,力学世界呈现出前所未有的简洁与和谐。

你将收获什么?

  经过这场穿越理论力学核心疆域的思维之旅,您将收获的远不止于公式与定理,而是一整套洞察与塑造力学世界的高级心智工具

一、一双“透视万物”的力学之眼

  • 您将能看穿复杂机械、精巧结构甚至天体运行背后统一的力学本质。秋千的摆动、陀螺的进动、桥梁的震颤……在您眼中,都将还原为力、动量、能量与运动的清晰图像。

  • 您将掌握力学建模的核心艺术:如何从纷繁现实中剥离次要因素,构建既能反映本质又便于求解的力学模型。这是从工程师到科学家都赖以生存的核心能力。

二、一座解决复杂问题的“思维武器库”

  • 三大基本定理(动量、动量矩、动能) 是您手中的“重型精确制导武器”,能从整体上把握系统的动力学特征,直击问题核心。

  • 达朗贝尔原理 为您提供一套独特的“动静转换”视角,让复杂的动力学问题在静力学的框架下迎刃而解,尤其擅长处理刚体系统。

  • 虚位移原理与分析力学初步 则授予您一柄“能量与广义坐标”的万能钥匙,让您能以最优雅、最普遍的方式,解开多约束复杂系统运动规律的终极谜题。

三、一种对“科学之美”的深刻鉴赏力

  • 您将亲身领略物理规律中令人震撼的简洁、对称与统一之美。从牛顿定律的质朴直接,到拉格朗日方程的统摄万象,您会理解为何科学家们常将伟大的方程誉为“诗篇”。

  • 您将体会到“守恒律”的深刻与强大——动量、能量、动量矩的守恒,不仅仅是计算工具,更是宇宙运行中深层对称性的体现。

四、一块通往更广阔世界的“基石”

    理论力学是现代力学和几乎所有工程学科的通用语言和基石。无论是学习后续的振动理论、结构力学、流体力学、航天动力学,还是深入现代物理的量子力学与相对论,您在此锻造的思维框架和数学工具,都将成为您理解更复杂、更精微世界的最重要起点。

最终,您将完成一次重要的思维升级:
    从“应用公式者”转变为“创造模型、理解本质的分析者”。 您收获的,是一种能伴随您终身学习和探索的 “第一性原理”式的分析能力 —— 一种在面对任何复杂系统时,都能回归最基本的物理定律,进行理性推演和创造性解决问题的强大自信。

    这门课,为您装备的不是记忆,而是思想。它不是终点,而是您探索科学与工程无限可能性的真正起点。


适合什么人学习?

       这趟理论力学的旅程,并非专为某一类人而设,它更像一座思想的熔炉,为所有渴望理解世界运行底层逻辑的探索者敞开大门。具体而言,它尤其适合以下几类学习者:

一、未来的工程师与科技创造者

  • 机械、土木、航天、船舶、车辆等所有工程专业学生:这是你们的核心专业基础课。无论是设计抗震的建筑、高效的发动机、稳定的航天器还是智能机器人,其静力平衡、运动规划与动力响应的灵魂,皆源于此。

  • 有志于前沿科技(如机器人学、自动驾驶、无人机、精密仪器)的探索者:理论力学是构建这些系统“身体”与“运动智能”的数学骨骼。没有它,设计将停留于直觉,无法达到精确与优化。

二、未来的物理学家与科学探索者

  • 物理学、应用数学专业学生:这是通往经典物理大厦的必修门户。它是学习后续电动力学、量子力学、统计力学的思维与语言准备。分析力学中的概念(如拉格朗日量、哈密顿量)更是直接通向现代物理的桥梁。

  • 对宇宙和自然规律充满好奇的人:如果您曾痴迷于行星的轨道、陀螺的进动、波浪的形态,这门课将为您提供自己动手推导这些现象的工具,满足您最深层的求知欲。

三、具备以下特质与基础的“思维挑战者”

  • 热爱逻辑与推导:享受从清晰公理出发,一步步推演出复杂结论的智力过程,并能从中获得美感与满足。

  • 具备扎实的数学基础:熟练掌握高等数学(微积分、常微分方程) 和线性代数(向量、矩阵)。数学是这门课的语言,流畅的阅读能力至关重要。

  • 不畏惧抽象,追求深刻理解:不满足于“怎么用”,更渴望知道“为什么”。愿意接受从具体矢量到抽象广义坐标的思维跃升。

  • 拥有耐心与细致的品格:力学分析需要清晰的步骤、严谨的符号和仔细的演算。这是一门能锤炼心性的学科。

重要提示:它可能不完全适合……

  • 仅仅希望进行简单计算或记忆公式的人:这门课的精髓在于原理、推导和建模思想,而非套用模板。

  • 数学基础较为薄弱,且不愿补强的人:数学的障碍会直接影响对概念的理解。

  • 期待极少投入就能轻松通过的人:它需要持续的思考、练习和悟性,是一门典型的“硬核”课程。

  总而言之,如果您是一位未来的建造者、探索者,或 simply 一位享受用数学和逻辑来破解世界运行密码的“解题家”,那么理论力学正是为您准备的、充满挑战与回报的必修旅程。

  它不承诺轻松,但承诺深刻;不给予捷径,但赋予力量。 在这里,您将被锻造出解决复杂现实问题的底层能力。如果您准备好接受这场思维的洗礼,那么,欢迎加入。


课程大纲

课程章节

  • 绪论
  • 静力学公理和物体的受力分析
  • 平面力系
  • 空间力系
  • 摩擦
  • 静力学知识点解析和习题讲解
  • 点的运动学
  • 刚体的简单运动
  • 点的合成运动
  • 刚体的平面运动
  • 运动学知识点解析和习题讲解
  • 质点动力学的基本方程
  • 动量定理
  • 动量矩定理
  • 动能定理
  • 达朗贝尔原理
  • 虚位移原理
  • 分析力学基础
  • 碰撞
  • 动力学知识点解析和习题讲解
  • 理论力学课程知识点解析和习题讲解

绪论

1.1 本章概要

1.2 绪论

静力学公理和物体的受力分析

2.1 本章概要

2.2 静力学引言

2.3 静力学公理

2.4 约束和约束力

2.5 物体的受力分析和受力图

2.6 力学模型与力学简图

2.7 本章总结

2.8 作业答案及讲解

2.9 章节测验

平面力系

3.1 本章概要

3.2 平面汇交力系

3.3 平面力对点之矩 平面力偶

3.4 平面任意力系的简化

3.5 平面任意力系的平衡条件和平衡方程

3.6 平面任意力系平衡方程的三种形式

3.7 平面平行力系

3.8 物体系的平衡 静定和超静定问题

3.9 平面简单桁架的内力计算

3.10 本章总结

3.11 作业答案及讲解

3.12 章节测验

空间力系

4.1 本章概要

4.2 空间汇交力系

4.3 力对点的矩和力对轴的矩

4.4 空间力偶

4.5 空间任意力系的简化

4.6 空间任意力系的平衡方程

4.7 物体的重心

4.8 本章总结

4.9 作业答案及讲解

4.10 章节测验

摩擦

5.1 本章概要

5.2 滑动摩擦

5.3 摩擦角和自锁现象

5.4 考虑摩擦时物体的平衡问题

5.5 滚动摩阻的概念

5.6 本章总结

5.7 作业答案及讲解

5.8 章节测验

静力学知识点解析和习题讲解

6.1 静力学知识点解析和习题讲解

点的运动学

7.1 本章概要

7.2 运动学引言

7.3 点的运动方程描述

7.4 点的速度和加速度的矢量法和直角坐标法

7.5 点的速度和加速度的自然法

7.6 本章总结

7.7 作业答案及讲解

7.8 章节测验

刚体的简单运动

8.1 本章概要

8.2 刚体的平行移动

8.3 刚体绕定轴的转动

8.4 转动刚体内各点的速度和加速度

8.5 轮系的传动比

8.6 以矢量法表示角度度和角加速度 以矢积表示点的速度和加速度

8.7 本章总结

8.8 作业答案及讲解

8.9 章节测验

点的合成运动

9.1 本章概要

9.2 相对运动 牵连运动 绝对运动

9.3 点的速度合成定理

9.4 牵连运动是平移时点的加速度合成定理

9.5 牵连运动是定轴转动时点的加速度合成定理 科氏加速度

9.6 本章总结

9.7 作业答案及讲解

刚体的平面运动

10.1 本章概要

10.2 刚体平面运动的概述和运动分解

10.3 求平面图形内各点速度的基点法

10.4 求平面图形内各点速度的瞬心法

10.5 用基点法求平面图形内各点的加速度

10.6 本章总结

10.7 作业答案及讲解

10.8 章节测验

运动学知识点解析和习题讲解

11.1 运动学知识点解析和习题讲解

质点动力学的基本方程

12.1 本章概要

12.2 动力学引言

12.3 动力学的基本定律

12.4 质点的运动微分方程

12.5 本章总结

12.6 作业答案及讲解

12.7 章节测验

动量定理

13.1 本章概要

13.2 动量与冲量

13.3 动量定理

13.4 质心运动定理

13.5 本章总结

13.6 作业答案及讲解

13.7 章节测验

动量矩定理

14.1 本章概要

14.2 质点和质点系的动量矩

14.3 动量矩定理

14.4 刚体绕定轴的转动微分方程

14.5 刚体对轴的转动惯量

14.6 质点系相对于质心的动量矩定理

14.7 刚体的平面运动微分方程

14.8 本章总结

14.9 作业答案及讲解

14.10 章节测验

动能定理

15.1 本章概要

15.2 力的功

15.3 质点和质点系的动能

15.4 动能定理

15.5 功率 功率方程 机械效率

15.6 势力场 势能 机械能守恒定律

15.7 本章总结

15.8 作业答案及讲解

15.9 章节测验

达朗贝尔原理

16.1 本章概要

16.2 惯性力 质点的达朗贝尔原理

16.3 质点系的达朗贝尔原理

16.4 刚体惯性力系的简化

16.5 绕定轴转动刚体的轴承动约束力

16.6 本章总结

16.7 作业答案及讲解

16.8 章节测验

虚位移原理

17.1 本章概要

17.2 约束 虚位移 虚功

17.3 虚位移原理

17.4 本章总结

17.5 作业答案及讲解

分析力学基础

18.1 自由度和广义坐标

18.2 以广义坐标表示的质点系平衡条件

18.3 保守系统的平衡条件 平衡稳定性

18.4 动力学普遍方程

18.5 第二类拉格朗日方程

18.6 拉格朗日方程的初积分

18.7 本章总结

18.8 作业答案及讲解

碰撞

19.1 碰撞的分类 碰撞问题的简化

19.2 用于碰撞过程的基本定理

19.3 质点对固定面的碰撞 恢复因数

19.4 碰撞冲量对绕定轴转动刚体的作用 撞击中心

19.5 本章总结

19.6 作业答案及讲解

动力学知识点解析和习题讲解

20.1 动力学知识点解析和习题讲解

理论力学课程知识点解析和习题讲解

21.1 理论力学课程知识点解析和习题讲解

App 下载
关注我们