《工程力学》课程教学大纲 课程英文名称：Engineering Mechanics 课程代码：F1000430.02 学时数：48 学分数：3 课程类型：学科拓展课程（双语） 适用学科专业：航空宇航科学与技术，控制制导与控制技术 先修课程：徽积分、大学物理 执笔者：谢晓梅、严尧 编写日期：2020.06审核人：李辉 一、课程简介 《工程力学》是一门既与力学又与工程密切相关的课程，是工科大学重要的技术基础课。本课 程涵盖了静力学、运动学和动力学三部分，研究质点、质点系和刚体的机械运动（包括平衡）的基 本规律。其基本概念、理论和方法为学习一系列后续课程和有关的工程技术打下良好的基础。课程 采用探究式、问题引导式等多种模式相融合的方式进行教学，将价值塑造、知识传授和能力培养三 者融为一体，培养学生科学精神和创新精神、辩证唯物主义世界观和正确分析问题和解决问题的能 力，提高学生的综合素质和创新能力以及终身学习能力。 Engineering mechanics is an important technical basic course for engineering university and is related closely to both mechanics and engineering.It involves statics,kinematics and kinetic.This course studies the principles of particle,system of particles and rigid body in motion (including equilibrium). Concepts,theories and methods covered in this course are basis for the future course learning and related engineering technology.Curriculum adopts the method of inquiring,problem-guided and other modes for teaching.It integrates value shaping,knowledge transfer and ability training,and cultivates students' scientific and innovative spirit,dialectical materialist world outlook and the ability to analyze and solve problems.It also improve students'comprehensive quality,innovation ability and lifelong learning ability. 二、课程目标 通过本课程的学习，使学生掌握质点、质点系和刚体系统运动（包括平衡）的基本概念、基本 理论和研究方法，加强学生的工程概念和工程背景知识，提高学生的工程素质，培养学生运用工程 力学的概念和理论，分析解决一些简单工程实际问题的能力，从而具备力学建模能力、力学思维能 力、表达能力和计算能力。这将有利于学生向其他学科或其他工程领域扩展。 After this course,students will become familiar with the fundamental concepts,theory and research method related to motion(including equilibrium)of particle,a system of particles and rigid body system
《工程力学》课程教学大纲 课程英文名称：Engineering Mechanics 课程代码：F1000430.02 学 时 数 ：48 学 分 数：3 课程类型： 学科拓展课程（双语） 适用学科专业：航空宇航科学与技术，控制制导与控制技术 先修课程：微积分、大学物理 执 笔 者：谢晓梅、严尧 编写日期：2020.06 审 核 人： 李辉 一、课程简介 《工程力学》是一门既与力学又与工程密切相关的课程，是工科大学重要的技术基础课。本课 程涵盖了静力学、运动学和动力学三部分，研究质点、质点系和刚体的机械运动（包括平衡）的基 本规律。其基本概念、理论和方法为学习一系列后续课程和有关的工程技术打下良好的基础。课程 采用探究式、问题引导式等多种模式相融合的方式进行教学，将价值塑造、知识传授和能力培养三 者融为一体，培养学生科学精神和创新精神、辩证唯物主义世界观和正确分析问题和解决问题的能 力，提高学生的综合素质和创新能力以及终身学习能力。 Engineering mechanics is an important technical basic course for engineering university and is related closely to both mechanics and engineering. It involves statics, kinematics and kinetic. This course studies the principles of particle, system of particles and rigid body in motion (including equilibrium). Concepts, theories and methods covered in this course are basis for the future course learning and related engineering technology. Curriculum adopts the method of inquiring, problem-guided and other modes for teaching. It integrates value shaping, knowledge transfer and ability training, and cultivates students' scientific and innovative spirit, dialectical materialist world outlook and the ability to analyze and solve problems. It also improve students' comprehensive quality, innovation ability and lifelong learning ability. 二、课程目标 通过本课程的学习，使学生掌握质点、质点系和刚体系统运动（包括平衡）的基本概念、基本 理论和研究方法，加强学生的工程概念和工程背景知识，提高学生的工程素质，培养学生运用工程 力学的概念和理论，分析解决一些简单工程实际问题的能力，从而具备力学建模能力、力学思维能 力、表达能力和计算能力。这将有利于学生向其他学科或其他工程领域扩展。 After this course, students will become familiar with the fundamental concepts, theory and research method related to motion (including equilibrium) of particle, a system of particles and rigid body system
The study of engineering mechanics will strengthen students'concepts and background in engineer field, improve student's engineering quality,and cultivate students'capability of analyzing and solving engineering practical problem through applying mechanical concept and theory,strengthen students' concepts and background in engineer field.Students will have mechanical modeling ability,mechanical thinking ability,expression ability and practical ability for solving engineer problem from mechanics' point of view.The understanding of engineering mechanics is beneficial to broad the students' knowledge in the related field and learn other subjects. 课程目标及能力要求具体如下： 课程目标1：掌握质点、质点系和刚体的机械运动（包括平衡）的基本概念、基本原理和基本 方法，并具有应用相关原理和方法分析和解决工程力学问题的能力： 课程目标2：能够应用工程力学的基本概念、基本原理和基本方法，对一些简单的工程实际问 题进行力学建模，发现问题、表述问题和解决问题： 课程目标3：具有对复杂工程问题所涉及的力学现象进行理论分析： 课程目标4：具有团队合作意识，能够与团队成员合理分工，有效沟通和合作，熟练进行文字、 电子及多媒体交流。 三、课程内容安排和要求 (一)教学内容、要求及教学方法 第一篇静力学(16学时) 第一章绪论(2学时) 教学内容： 力学发展简史：力学与工程的关系：工程力学课程的研究对象、研究内容、研究方法和学习目 的：工程力学课程的教学安排、教学要求等。 教学要求（对应课程目标1,2）： 了解力学发展史：了解力学与工程的关系：了解工程力学的研究对象、研究内容和研究方法： 第二章力矢量（2学时) 教学内容： 静力学的基本概念：静力学五条公理（包括两条推论）：矢量和矢量的运算：力矢量的合成与 分解：平面力系的合成：笛卡尔矢量和笛卡尔矢量的合成：力和位置的笛卡尔矢量表示：矢量点积。 教学要求（对应课程目标1,2）：
The study of engineering mechanics will strengthen students’ concepts and background in engineer field, improve student’s engineering quality, and cultivate students’ capability of analyzing and solving engineering practical problem through applying mechanical concept and theory, strengthen students’ concepts and background in engineer field. Students will have mechanical modeling ability, mechanical thinking ability, expression ability and practical ability for solving engineer problem from mechanics’ point of view. The understanding of engineering mechanics is beneficial to broad the students’ knowledge in the related field and learn other subjects. 课程目标及能力要求具体如下： 课程目标 1：掌握质点、质点系和刚体的机械运动（包括平衡）的基本概念、基本原理和基本 方法，并具有应用相关原理和方法分析和解决工程力学问题的能力； 课程目标 2：能够应用工程力学的基本概念、基本原理和基本方法，对一些简单的工程实际问 题进行力学建模，发现问题、表述问题和解决问题； 课程目标 3：具有对复杂工程问题所涉及的力学现象进行理论分析； 课程目标 4：具有团队合作意识，能够与团队成员合理分工，有效沟通和合作，熟练进行文字、 电子及多媒体交流。 三、课程内容安排和要求 （一）教学内容、要求及教学方法 第一篇 静力学（16 学时） 第一章 绪论（2 学时） 教学内容： 力学发展简史；力学与工程的关系；工程力学课程的研究对象、研究内容、研究方法和学习目 的；工程力学课程的教学安排、教学要求等。 教学要求（对应课程目标 1,2）： 了解力学发展史；了解力学与工程的关系；了解工程力学的研究对象、研究内容和研究方法； 第二章 力矢量（2 学时） 教学内容： 静力学的基本概念；静力学五条公理（包括两条推论）；矢量和矢量的运算；力矢量的合成与 分解；平面力系的合成；笛卡尔矢量和笛卡尔矢量的合成；力和位置的笛卡尔矢量表示；矢量点积。 教学要求（对应课程目标 1,2）：
了解静力学的基本概念和静力学五条公理：了解矢量的概念和矢量的基本运算法则：掌握力矢 量的合成与分解：掌握力和位置的笛卡尔矢量表示：掌握平面力系的合成：理解矢量点积。 第三章质点的平衡(0.5学时) 教学内容： 质点的平衡条件：共面力系：空间共点力系。 教学要求： 掌握并能够熟练应用共点力系平衡条件求解质点的平衡问题。 第四章力系的合成(3学时) 教学内容（对应课程目标1、2）： 力对点之矩和力对轴之矩：力偶的基本性质和力偶矩的计算：合力矩定理：力系的简化 教学要求： 掌握并熟练计算力对点之矩和力对轴之矩：掌握力偶的基本性质和力偶矩的计算方法：理解合 力矩定理和力的平移定理：熟练应用力的平移定理进行力系的简化：理解主矢和主矩的概念：掌握 力系的主矢和主矩的计算：了解力系的不同简化结果。 第五章刚体的平衡(3学时) 教学内容： 刚体的平衡条件和平衡方程：约束和约束力：物体的受力分析和受力图绘制：二力构件和三力 构件 教学要求（对应课程目标2,3）： 了解刚体的平衡条件：掌握并能够熟练应用平衡方程求解平衡问题：理解约束与约束力：掌握 物体的受力图绘制。 第六章结构分析（3.5学时) 教学内容 简单平面桁架及其内力计算的节点法和截面法：物体系统的平衡问题。 教学要求（对应课程目标2,3,4）：
了解静力学的基本概念和静力学五条公理；了解矢量的概念和矢量的基本运算法则；掌握力矢 量的合成与分解；掌握力和位置的笛卡尔矢量表示；掌握平面力系的合成；理解矢量点积。 第三章 质点的平衡（0.5 学时） 教学内容： 质点的平衡条件；共面力系；空间共点力系。 教学要求： 掌握并能够熟练应用共点力系平衡条件求解质点的平衡问题。 第四章 力系的合成（3 学时） 教学内容（对应课程目标 1、2）： 力对点之矩和力对轴之矩；力偶的基本性质和力偶矩的计算；合力矩定理；力系的简化 教学要求： 掌握并熟练计算力对点之矩和力对轴之矩；掌握力偶的基本性质和力偶矩的计算方法；理解合 力矩定理和力的平移定理；熟练应用力的平移定理进行力系的简化；理解主矢和主矩的概念；掌握 力系的主矢和主矩的计算；了解力系的不同简化结果。 第五章 刚体的平衡（3 学时） 教学内容： 刚体的平衡条件和平衡方程；约束和约束力；物体的受力分析和受力图绘制；二力构件和三力 构件 教学要求（对应课程目标 2，3）： 了解刚体的平衡条件；掌握并能够熟练应用平衡方程求解平衡问题；理解约束与约束力；掌握 物体的受力图绘制。 第六章 结构分析（3.5 学时） 教学内容 简单平面桁架及其内力计算的节点法和截面法；物体系统的平衡问题。 教学要求（对应课程目标 2，3，4）：
掌握平面简单桁架的内力计算方法（包括截面法和节点法）：理解物体系统的平衡：熟练分析 并灵活应用平衡方程求解物体系统的平衡问题。 第七章摩擦(2学时) 教学内容： 干摩擦特性：考虑干摩擦的平衡问题 教学要求： 了解静、动摩擦力的概念和特点：了解摩擦角和自锁的概念：能够求解滑动摩擦时单个物体和 物体系统的平衡问题。 第二篇动力学(32学时) 第八章质点运动学(3学时) 教学内容： 质点的直线运动：连续运动和不规则运动：质点的一般曲线运动：描述质点曲线运动的直角坐 标法、自然法和柱坐标法：质点间的相对运动和绝对运动。 教学要求（对应课程目标1,2)： 掌握矢量法表示的点的运动方程、速度和加速度之间的数学关系；掌握用直角坐标法和自然法 建立点的运动方程并求解点的速度和加速度。 第九章刚体平面运动的运动学(6.5学时) 教学内容： 刚体的平动：刚体的定轴转动：刚体的平面运动：刚体上点的绝对运动分析和相对运动分析： 平面运动刚体上点的速度分析：速度瞬心；平面运动刚体上点的加速度分析。 教学要求（对应课程目标1,2,3)： 掌握刚体平动的定义和特征：掌握刚体定轴转动的定义和特征：掌握由刚体的运动来确定刚体 上各点运动的方法：熟悉地计算刚体上各点的速度和加速度。 掌握刚体平面运动的基本概念：掌握平面运动刚体上点的速度和加速度的分析方法：理解速度 瞬心的概念并掌握确定速度瞬心的方法：能综合运用平面运动刚体的速度和加速度分析方法求解有 关速度和加速度的问题。 第十章质点和刚体平面运动的动力学一一力和加速度（7.5学时)
掌握平面简单桁架的内力计算方法（包括截面法和节点法）；理解物体系统的平衡；熟练分析 并灵活应用平衡方程求解物体系统的平衡问题。 第七章 摩擦（2 学时） 教学内容： 干摩擦特性；考虑干摩擦的平衡问题 教学要求： 了解静、动摩擦力的概念和特点；了解摩擦角和自锁的概念；能够求解滑动摩擦时单个物体和 物体系统的平衡问题。 第二篇 动力学（32 学时） 第八章 质点运动学（3 学时） 教学内容： 质点的直线运动：连续运动和不规则运动；质点的一般曲线运动；描述质点曲线运动的直角坐 标法、自然法和柱坐标法；质点间的相对运动和绝对运动。 教学要求（对应课程目标 1,2）： 掌握矢量法表示的点的运动方程、速度和加速度之间的数学关系；掌握用直角坐标法和自然法 建立点的运动方程并求解点的速度和加速度。 第九章 刚体平面运动的运动学（6.5 学时） 教学内容： 刚体的平动；刚体的定轴转动；刚体的平面运动；刚体上点的绝对运动分析和相对运动分析； 平面运动刚体上点的速度分析；速度瞬心；平面运动刚体上点的加速度分析。 教学要求（对应课程目标 1，2,3）： 掌握刚体平动的定义和特征；掌握刚体定轴转动的定义和特征；掌握由刚体的运动来确定刚体 上各点运动的方法；熟悉地计算刚体上各点的速度和加速度。 掌握刚体平面运动的基本概念；掌握平面运动刚体上点的速度和加速度的分析方法；理解速度 瞬心的概念并掌握确定速度瞬心的方法；能综合运用平面运动刚体的速度和加速度分析方法求解有 关速度和加速度的问题。 第十章 质点和刚体平面运动的动力学——力和加速度（7.5 学时）
教学内容： 牛顿第二定律：质点在不同坐标系下的运动微分方程（直角坐标系、自然坐标系和柱坐标系）： 运用微分方程求解一个质点的动力学问题：转动惯量和平行移轴定理：平面运动的动力学方程：平 动、定轴转动和平面运动的动力学方程 教学要求（对应课程目标2,3）： 了解动力学基本定律的内容及其适用范围和参考系：掌握质点运动微分方程的三种形式：矢量 式、直角坐标式、自然形式：能应用质点运动微分方程求解动力学问题：掌握转动惯量的概念及其 计算，能熟练正确地运用平行移轴定理计算刚体的转动惯量：熟悉刚体平动、定轴转动和平面运动 的动力学方程：熟练应用不同运动形式的动力学方程求解刚体的动力学问题。 第十章质点和刚体平面运动的动力学一一功和能(7学时) 教学内容： 力的功，力偶的功：质点、质点系和刚体的动能：质点、质点系和刚体的动能定理：保守力和 势能：能量守恒定律。 教学要求（对应课程目标2,3)： 正确理解力的功、力偶的功、功率和效率、保守力和势能的概念：熟练计算重力、弹性力和力 偶的功，重力势能和弹性势能：理解动能定理和能量守恒定律：熟练掌握质点、质点系行刚体动能 的计算，能熟练地应用动能定理和能量守恒定律求解质点动力学和刚体动力学问题。 第十一章质点和刚体平面运动的动力学一一冲量和动量(8学时) 教学内容： 动量和动量矩：质点、质点系和刚体的动量定理及动量守恒定理：碰撞：质点、质点系和刚体 的动量矩定理及动量矩守恒定理：碰撞。 教学要求（对应课程目标2,3）： 掌握动量和冲量、动量矩和冲量矩概念：能熟练地计算质点、质点系和刚体的动量和动量矩， 冲量和冲量矩：熟悉质点、质点系和刚体动量定理、动量守恒定律及其在直角坐标轴上的投影表达 式，能够：掌握质点、质点系和刚体的动量矩定理，并能够熟练应用动量矩及动量矩守恒定理求解 动力学问题：能够灵活应用动力学普遍定理求解动力学问题：了解碰撞的概念。 (二)自学内容和要求 无。 (三)实践性教学环节和要求
教学内容： 牛顿第二定律；质点在不同坐标系下的运动微分方程（直角坐标系、自然坐标系和柱坐标系）； 运用微分方程求解一个质点的动力学问题；转动惯量和平行移轴定理；平面运动的动力学方程；平 动、定轴转动和平面运动的动力学方程 教学要求（对应课程目标 2,3）： 了解动力学基本定律的内容及其适用范围和参考系；掌握质点运动微分方程的三种形式：矢量 式、直角坐标式、自然形式；能应用质点运动微分方程求解动力学问题；掌握转动惯量的概念及其 计算，能熟练正确地运用平行移轴定理计算刚体的转动惯量；熟悉刚体平动、定轴转动和平面运动 的动力学方程；熟练应用不同运动形式的动力学方程求解刚体的动力学问题。 第十章 质点和刚体平面运动的动力学——功和能（7 学时） 教学内容： 力的功，力偶的功；质点、质点系和刚体的动能；质点、质点系和刚体的动能定理；保守力和 势能；能量守恒定律。 教学要求（对应课程目标 2,3）： 正确理解力的功、力偶的功、功率和效率、保守力和势能的概念；熟练计算重力、弹性力和力 偶的功，重力势能和弹性势能；理解动能定理和能量守恒定律；熟练掌握质点、质点系行刚体动能 的计算，能熟练地应用动能定理和能量守恒定律求解质点动力学和刚体动力学问题。 第十一章 质点和刚体平面运动的动力学——冲量和动量（8 学时） 教学内容： 动量和动量矩；质点、质点系和刚体的动量定理及动量守恒定理；碰撞；质点、质点系和刚体 的动量矩定理及动量矩守恒定理；碰撞。 教学要求（对应课程目标 2,3）： 掌握动量和冲量、动量矩和冲量矩概念；能熟练地计算质点、质点系和刚体的动量和动量矩， 冲量和冲量矩；熟悉质点、质点系和刚体动量定理、动量守恒定律及其在直角坐标轴上的投影表达 式，能够；掌握质点、质点系和刚体的动量矩定理，并能够熟练应用动量矩及动量矩守恒定理求解 动力学问题；能够灵活应用动力学普遍定理求解动力学问题；了解碰撞的概念。 （二）自学内容和要求 无。 （三）实践性教学环节和要求
无。 四、考核方式 本课程的考核方式分为两类，一类是大班授课的考核方式，一类是小班授课、小班研讨的考核 方式，其成绩比例构成分别为： (一)大班授课的考核方式为： 平时考核40%：中期考试10%：一页纸开卷考试：期末考核50%：一页纸开卷考试。 1.平时考核：40%，包括平时作业(15%)+随堂测验(5%)+课堂表现(5%)+课程设计 (15%): 2.中期考试：10%，一页纸开卷考试，考核课程前半学期讲授的内容： 3.期末考试：50%，一页纸开卷考试，考核课程整个学期讲授的内容。 (二)小班授课、小班研讨的考核方式为： 平时考核50%：中期考试10%：一页纸开卷考试：期末考核40%：一页纸开卷考试。 1.平时考核：50%，包括平时作业(15%)+随堂测验(5%)+课堂研讨(20%)+课程设 计(15%)： 2.中期考试：10%，一页纸开卷考试，考核课程前半学期讲授的内容： 3.期末考试：40%，一页纸开卷考试，考核课程整个学期讲授的内容。 五、建议教材及参考资料 (一)教材： 1.Statics(静力学).R.C.Hibbeler.机械工业出版社，影印版，原书第12版，2014. 2.Dynamics(动力学).R.C.Hibbeler.机械工业出版社，影印版，原书第12版，2013. （二)参考资料： 1.Engineering mechanics-Statics.A.Pytel,J.Kiusalaas.Cengage Learning,Third Edition,2010. 2.An introduction to planar dynamics.Chen Guang,Yap Fook Fah.Thomson Learning,Third Edition.2003 3.Engineering Mechanics-Dynamics.A.Pytel,J.Kiusalaas,I.Sharma.Cengage Learning,SI Edition,2012. 4.理论力学().哈尔滨工业大学理论力学教研室编.高等教育出版社，第八版，2016 5.理论力学.武清玺，徐鉴编.高等教育出版社，第三版，2016. 6.理论力学.贾启芬，刘习军主编.机械工业出版社，第四版，2016
无。四、考核方式 本课程的考核方式分为两类，一类是大班授课的考核方式，一类是小班授课、小班研讨的考核 方式，其成绩比例构成分别为： （一） 大班授课的考核方式为： 平时考核 40%；中期考试 10%：一页纸开卷考试；期末考核 50%：一页纸开卷考试。 1. 平时考核：40%，包括平时作业（15%）+ 随堂测验（5%）+ 课堂表现（5%）+ 课程设计 （15%）； 2. 中期考试：10%，一页纸开卷考试，考核课程前半学期讲授的内容； 3. 期末考试：50%，一页纸开卷考试，考核课程整个学期讲授的内容。 （二）小班授课、小班研讨的考核方式为： 平时考核 50%；中期考试 10%：一页纸开卷考试；期末考核 40%：一页纸开卷考试。 1. 平时考核：50%，包括平时作业（15%）+ 随堂测验（5%）+ 课堂研讨 （20%）+ 课程设 计 （15%）； 2. 中期考试：10%，一页纸开卷考试，考核课程前半学期讲授的内容； 3. 期末考试：40%，一页纸开卷考试，考核课程整个学期讲授的内容。 五、建议教材及参考资料 （一）教材： 1. Statics（静力学）. R.C. Hibbeler. 机械工业出版社，影印版，原书第 12 版，2014. 2. Dynamics（动力学）. R.C. Hibbeler. 机械工业出版社，影印版，原书第 12 版，2013. （二）参考资料： 1. Engineering mechanics-Statics. A. Pytel, J. Kiusalaas. Cengage Learning, Third Edition, 2010. 2. An introduction to planar dynamics. Chen Guang, Yap Fook Fah. Thomson Learning, Third Edition, 2003 3. Engineering Mechanics-Dynamics. A. Pytel, J. Kiusalaas, I. Sharma. Cengage Learning, SI Edition, 2012. 4. 理论力学（I）. 哈尔滨工业大学理论力学教研室编. 高等教育出版社，第八版，2016. 5. 理论力学. 武清玺，徐鉴编. 高等教育出版社，第三版，2016. 6. 理论力学. 贾启芬，刘习军主编. 机械工业出版社，第四版，2016