电动力学课程教学大纲.pdf

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1、电动力学课程教学大纲 文档来自网络，是本人收藏整理的，如有遗漏，差错，还请大家指正！电动力学课程教学大纲 Electrodynamics 课程编号：042324 课程类别：学科基础课 适用专业：物理学专业（师范类）先修课程：高等数学、基础物理、基础物理、基础物理、数学物理方法、应用数学 后续课程：固体物理学、理论物理专题、电磁场理论 总 学 分：4 学分 其中实验学分：0 教学目的与要求：通过电动力学课程的学习，使学生对于电磁现象的了解更加深入，系统地掌握电磁场的基本性质、运动规律及电磁场与物质的相互作用等电磁理论知识，能够熟练运用电动力学认识和处理相关电磁现象问题 电动力学是物理学发展比较成

2、熟的一门学科，从电磁理论发展史看，章章节节中渗透着科学家的成功思想和方法，让学生了解并学习这一点，对于培养学生学习物理学的方法，培养学生的物理直觉和科学素质是十分有益的，这也是本课程教学的一个目的 本课程教学的基本要求是：使学生系统而深入地掌握静电场和静磁场理论，掌握电磁波的传播和电磁场辐射规律，并能够熟练运用知识分析和解决相关电磁问题 教学内容与学时安排 序号 章目名称 学时分配 序号 章目名称 学时分配 讲授 实验 讲授 实验 1 引 言 4 5 第四章 电磁波的传播 12 2 第一章 电磁现象的普遍规律 8 6 第五章 电磁波的辐射 10 3 第二章 静电场 10 7 第六章 狭义相对论

3、 10 4 第三章 静磁场 10 引 言（4 学时）一、电动力学的主要内容、研究对象等 二、电磁场理论的发展史 三、数学知识补充（矢量分析和算符运算）第一章 电磁现象的普遍规律（8 学时）第一节 电荷和电场 一、库仑定律（电荷连续分布带电体的电场）二、高斯定理，静电场的散度（矢量场的两个基本性质）三、静电场的旋度 第二节 电流和磁场 一、电荷守恒定律（微分形式和积分形式）二、用毕-萨定律证明磁场旋度和散度公式 第三节 麦克斯韦方程组 一、电磁感应定律 二、位移电流 三、麦克斯韦方程组 四、洛伦兹力公式 第四节 介质的电磁性质 一、极化和磁化的物理图象及描述 二、极化强度的散度和磁化强度的旋度

4、三、物质方程 四、介质中的 Maxwell 方程 第五节 电磁场的边值关系 一、Maxwell 方程的积分形式 二、法向分量的跃变 三、切向分量的跃变 第六节 电磁场的能量和能流 一、场和电荷系统的能量转化和守恒定律的一般形式 二、电磁场能量密度和能流密度表示 式 三、电磁能量的传输 本章重点：Maxwell 方程及其物理根据，电磁场的边值关系，电磁场能量 难点：电磁场的矢量运算，电磁场及边值关系的物理图像 第二章 静电场（10 学时）第一节 静电场的标势及其微分方程 一、静电场的标势 二、静电势的微分方程和边值关系 三、静电场的能量 第二节 唯一性定理 一、静电问题的唯一性定理 二、有导体存

5、在时的唯一性定理 第三节 拉普拉斯方程 分离变量法 一、分离变量法 二、边界条件的使用 第四节 电像法 一、电像法的物理原理 二、电像法的适用区域 第五节 格林函数法（选讲）一、点电荷密度的 函数表示 二、格林函数 三、格林公式和边值问题的解 第六节 电多极矩 一、电势的多极展开 二、电多极矩 三、电荷体系在外电场中的能量 本章重点：静电场的特征，分离变量法，电像法，静电场的多级展开 难点：静电场的多级展开 第三章 静磁场（10 学时）第一节 矢势及其微分方程 一、矢势（规范条件）二、矢势微分方程 三、矢势边值关系 四、静磁场的能量 第二节 磁标势 一、磁标势的适用条件 二、磁标势满足的方程

6、三、磁标势与静磁场的关系 第三节 磁多极矩 一、矢势的多级展开 二、磁偶极矩的场和磁标势 三、小区域内电流分布在外磁场中的能量 第四节 阿哈罗诺夫玻姆效应 一、电子双缝衍射实验 二、A-B 效应的解释 三、矢势对磁场的描述 第五节 超导体的电磁电性（选讲）一、超导体的基本电磁现象 二、超导体的电磁性质方程（伦敦方程）三、超导体的完全抗磁性 四、超导环的磁通量子化 五、非局域理论，第一类和第二类超导体，磁通钉扎 六、BCS 理论，高温超导体 本章重点：静磁场的矢函数描述，磁多极矩 难点：静磁场的磁多极矩展开 第四章 电磁波的传播（12 学时）第一节 平面电磁波 一、电磁场波动方程 二、时谐波动方

7、程 三、平面电磁波 四、电磁波的能量和能流 第二节 电磁波在介质界面上的反射和折射 一、反射和折射定律 二、振幅关系，菲涅耳公式 三、全反射 第三节 有导体存在时电磁波的传播 一、导体内的自由电荷分布 二、导体内的电磁波 三、趋肤效应和穿透深度 四、导体表面上的反射 第四节 谐振腔 一、有界空间中的电磁波 二、理想导 体边界条件 三、谐振腔 第五节 波导管 一、高频电磁能量的传输 二、矩形波导中的电磁波 三、截止频率 四、TE10 波的电磁场和管壁电流 第六节 高斯光束（选讲）一、亥姆霍兹方程的波束解 二、高斯光束的传播特性 第七节 等离子体（选讲）一、等离子体的准电中性和屏蔽库仑场 二、等离

8、子体振荡 三、电磁波在等离子体中的传播 本章重点：平面电磁波，电磁波反射和折射，电磁波在导体中传播，谐振腔、波导管 难点：电磁波在导体中的传播 第五章（10 学时）第一节 电磁场的矢势和标势 一、用势描述电磁场 二、规范变换和规范不变性 三、达朗伯尔方程 第二节 推迟势 一、达朗贝尔方程的解 二、推迟势的物理图像 第三节 电偶极辐射 一、计算辐射场的一般公式 二、矢势的展开式 三、偶极辐射 四、辐射能流，角分布，辐射功率，短天线的辐射，辐射电阻 第四节 磁偶极辐射和电四极辐射（选讲）一、高频电流分布的磁偶极矩和电四极矩 二、磁偶极辐射 三、电四极辐射 第五节 天线辐射（选讲）一、天线上的电流分

9、布 二、半波天线 三、天线阵 第六节 电磁波的衍射（选讲）一、衍射问题 二、基尔霍夫公式 三、小孔衍射 第七节 电磁场的动量 一、电磁场的动量密度和动量流密度 二、辐射压力 本章重点：规范条件，推迟势和电偶极辐射，电磁波衍射，电磁场动量 难点：推迟势，电磁波衍射 第六章（10 学时）第一节 狭义相对论的实验基础 一、相对论产生的历史背景 二、相对论的实验基础 第二节 相对论的基本原理 洛伦兹变换 一、相对论的基本原理 二、间隔不变性 三、洛伦兹变换 第三节 相对论的时空理论 一、相对论时空结构 二、因果律和相互作用的最大传播速度 三、同时相对性 四、运动时钟的延缓 五、运动尺度的缩短 六、速度

10、变换公式 第四节 相对论理论的四维形式 一、三维空间的正交变换 二、物理量按空间变换分类 三、洛伦兹变换的四维形式 四、四维协变量 五、物理规律的协变性 第五节 电动力学的相对论不变性（选讲）一、四维电流密度矢量 二、四维势矢量 三、电磁场张量 四、电磁场的不变量 第六节 相对论力学（选讲）一、能量动量四维矢量 二、质能关 系 三、相对论力学方程 四、洛伦兹力 第七节 电磁场中带电粒子的拉格朗日量和哈密顿量（选讲）一、拉格朗日形式 二、哈密顿形式 三、非相对论情形 本章重点：洛伦兹变换，相对论基本原理，时空理论，四维物理量 难点：四维物理量的推导 教材：郭硕鸿编电动力学、高等教育出版社、1997 年 主要参考书目：1、尹真编电动力学、南京大学出版社、1999 年 2、俞允强编电动力学简明教程、北京大学出版社、1999 年 3、吴寿锽 丁士章编电动力学、西安交通大学出版社、1988年 4、T.TsangClassical Electrodynamics、世界图书出版公司、2002 5、J.D.Jackson Classical Electrodynamics、John Wiley&Sons、1998