4.中外著名大学《理论力学》主流教材的比较与思考(王新宇) 2(6)

2019-04-21 14:50

(3) 切变模量与杨氏模量的关系 (4) 切变弹性势能密度 43. 圆杆的扭转 44. 杆的弯曲 (1) 单纯弯曲 (2) 关于截面的形状 (3) 带有切变的弯曲 45. 胁变的一般分析 (1) 胁变张量 (2) 胁变主轴 (3) 体胀系数 (4) 相容条件 46. 胁强的一般分析 (1) 胁强张量 (2) 胁强主轴

(3) 胁强与胁变之间的关系 (4) 相容条件 47. 弹性体静力学 48. 弹性体动力学 (1) 动力学基本方程

(2) 哈密顿原理;拉格朗日方程 (3) 弹性体中的波动 第十一章 流体运动学 49. 流体运动学的特点 (1) 着重研究速度场 (2) 迹线与流线

(3) 当地变化率与实体变化率 50. 速度场的分析 (1) 速度场的一般分析 (2) 有旋流动与无旋流动

(3) 连续性方程 第十二章 流体动力学 51. 流体动力学的特点 52. 流体静力学 (1) 流体的平衡方程 (2) 静止液体的自由表面 (3) 不可压缩流体中的静压强分布(4) 可压缩流体中的静压强分布 53. 理想流体稳恒流动的运动定理 (1) 动量定理 (2) 伯努利定理 54.无粘滞流体动力学 (1) 欧拉方程

(2) 欧拉方程的第一次积分 (3) 涡旋动力学 (4) 绕流对物体的作用力 (5) 欧拉方程的线性近似 55.粘滞流体 (1) 粘滞系数 (2) 直圆管的流量公式 (3) 运动定理 56.粘滞流体动力学方程 (1) 纳威尔—斯托克斯方程 (2) 雷诺数

(3) 边界层[附]球体所受粘滞阻力附录 习题 答案

5.6 朗道《力学》第五版

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第一章 运动方程 1 广义坐标 2 最小作用量原理 3 伽利略相对性原理 4 自由质点的拉格朗日函数 5 质点系的拉格朗日函数 第二章 守恒定律 6 能量 7 动量 8 质心 9 动量矩 10 力学相似性 第三章 运动方程的积分 11 一维运动

12 根据振动周期确定势能 13 折合质量 14 有心力场内的运动 15 开普勒问题 第四章 质点碰撞 16 质点分裂 17 质点弹性碰撞 18 质点散射 19 卢瑟福公式 20 小角度散射 第五章 微振动 21 一维自由振动 22 强迫振动 23 多自由度系统振动 24 分子振动 25 阻尼振动

26 有摩擦的强迫振动 27 参数共振 28 非简谐振动 29 非线性振动中的共振 30 快速交变场中的运动 第六章 刚体的运动 31 角速度 32 惯性张量 33 刚体动量矩 34 刚体运动方程 35 欧拉角 36 欧拉方程 37 非对称陀螺 38 刚体接触

39 非惯性参考系中的运动

第七章 正则方程 40 哈密顿方程 41 罗斯函数 42 泊松括号

43 作为坐标函数的作用量44 莫培督原理 45 正则变换 46 刘维尔定理 47 哈密顿一雅可比方程 48 分离变量 49 绝热不变量 50 正则变量

51 绝热不变量守恒精确性52 条件周期运动

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朗道撰写的第一版序 索引

附录:理论力学短评

理论力学是人们称为“四大力学”的物理课程之一,也称为经典力学。在物理学中占有重要的地位,对于各高校物理教学是必不可少的基础课程。经典力学有三种不同的理论形式:牛顿力学、拉格朗日方程和哈密顿理论,后两者合称为分析力学。拉格朗日方程是其中的一个关键节点。也有拉格朗日力学之说,强调对经典力学的数学表述。拉格朗日方程是处理力学体系特别是约束体系动力学问题的主要理论和有效工具之一,通常是应用拉氏方程建立体系的动力学方程。

对于拉格朗日方程的引入,中外《理论力学》的不同教材采取的方式和侧重点有所不同。归纳起来,可粗略分为两类:一类是以达朗伯方程、虚功原理为线索出发得到拉格朗日方程(为方便起见,此处称为第一类);另一类是以哈密顿原理、最小作用量原理,变分法为线索出发得到拉格朗日方程(此处称为第二类)。从历史的角度来看,似乎第一类更为顺理成章,因为,在历史上,先有的达朗伯原理,虚功(虚位移)原理,再有的拉格朗日方程(虚功、虚位移原理的变分形式)。从教学的角度,国内似乎倾向于使用第一类做法,这样做的好处还有一个:就是与下位课程普通物理的衔接上比较自然。可以直接从普通物理的牛顿力学对质点运动的讨论出发,加上“约束”这个新内容,由于约束的加入使得问题复杂化,需要新的方法来处理这样的问题,于是引入虚位移的概念,顺利进入理论力学。不过,围绕虚位移和约束的概念产生了一系列的新概念,例如理想约束和非理想约束,完整约束和非完整约束等,加上广义坐标等,在有限的时间(学时)内,会令学生一时感到不适应,这种情况会随着学生接触的例题、习题的增多而得到改善。对于第二类做法,国外的教材不乏采用者,这样做的好处是物理意义明确,可以在内容上做简单的切割。虽然从历史的时间顺序上不是很符合,但是从逻辑性看,由哈密顿原理、最小作用量原理,变分法导出拉格朗日方程,是一条线索很清晰的思路,与普通物理的力学的联系是松散的,且不需要引入过多的新概念。唯一需要解释的新东西就是最小作用量,结合对历史的讲解,对变分法的讲解,这是很容易做到的,然后就是集中精力研究广义坐标了。综上所述,对于简明的教材和少学时的教学,使用第二类做法比较合适,而对于比较深入、系统的教材和学时充分的教学,第一类做法比较合适。

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国外《理论力学》教材的一个常见的风格是经常会提到历史沿革,而国内的教材在这方面则提的较少。另一方面,国内《理论力学》教材在理科和工科有较大区别,而国外似乎并不刻意加以区分,特别是例题和习题中不乏相当联系实际的内容。

【基金项目】 教育部2012年研究项目《比较中外著名大学“四大力学”本科课程与主流教材,探索物理学国际化创新人才培养模式》(2012-28)资助.

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