《電動(dòng)力學(xué)》課程教學(xué)大綱

1、電動(dòng)力學(xué)課程教學(xué)大綱課程編號(hào)：20811211總學(xué)時(shí)數(shù)：64總學(xué)分?jǐn)?shù)：4課程性質(zhì)：必修適用專業(yè)：物理學(xué)一、課程的任務(wù)和基本要求：課程的任務(wù)是：通過學(xué)習(xí)電磁運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律、靜電場(chǎng)和靜磁場(chǎng)的主要特征及電磁波的傳播和輻射，加深對(duì)電磁場(chǎng)基本性質(zhì)的理解，掌握電磁運(yùn)動(dòng)規(guī)律；通過狹義相對(duì)論的學(xué)習(xí)，加深對(duì)電磁性質(zhì)和時(shí)空概念的理解。課程的基本要求是：要求學(xué)生獲得分析和處理一些本門課程領(lǐng)域內(nèi)基本問題的初步能力，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程和獨(dú)力解決實(shí)際問題打下基礎(chǔ)；了解電動(dòng)力學(xué)理論在近代科學(xué)技術(shù)和工程中應(yīng)用。 二、基本內(nèi)容和要求：補(bǔ) 充 矢量分析與場(chǎng)論第一節(jié) 矢量代數(shù)1.兩個(gè)矢量的標(biāo)量積（點(diǎn)積）；2. 兩個(gè)矢量的矢量積（叉積）

2、；3.矢量的混合積；4. 矢量的矢積第二節(jié) 矢量分析1.矢量的導(dǎo)數(shù)；2. 矢量的積分第三節(jié) 場(chǎng)論1.場(chǎng)論標(biāo)量場(chǎng)的梯度（gradient）；2.矢量場(chǎng)的散度（divergence）；3.矢量場(chǎng)的旋度（rotation）；4.與“Ñ ”有關(guān)的二階微分算符.高斯（Gauss）散度定理與斯托克斯(Stockes)定理。第一章 電磁現(xiàn)象的基本規(guī)律第一節(jié) 電荷和電場(chǎng) 1.庫(kù)侖定律；2.高斯定理和電場(chǎng)散度；3.靜電場(chǎng)的旋度；第二節(jié) 電流和磁場(chǎng)1.電荷守恒定律；2.畢奧薩伐爾定律；3.磁場(chǎng)的環(huán)量和旋度；4.磁場(chǎng)的散度；5.磁場(chǎng)旋度和散度公式的證明；第三節(jié) 麥克斯韋方程組1.電磁感應(yīng)定律；2.位移電流

3、；3.麥克斯韋方程組；4.洛倫茲力公式第四節(jié) 介質(zhì)的電磁性質(zhì)1.關(guān)于介質(zhì)的概念；2.介質(zhì)的極化；3.介質(zhì)的磁化；4.介質(zhì)中的麥克斯韋方程組第五節(jié) 電磁場(chǎng)邊值關(guān)系1.法向分量的躍變；2.切向分量的躍變第六節(jié) 電磁場(chǎng)的能量和能流1.場(chǎng)和電荷體系的能量守恒定律的一般形式；2.電磁場(chǎng)能量密度和能流密度表示式；3.電磁能量的傳輸。要求清楚如何由四大實(shí)驗(yàn)定律導(dǎo)出麥克斯韋方程組；熟練掌握真空中和介質(zhì)中麥克斯韋方程組的積分形式和微分形式；了解介質(zhì)的極化和磁化；熟練掌握電磁性質(zhì)方程、電磁場(chǎng)的邊值關(guān)系；能夠進(jìn)行電磁場(chǎng)的能量和能流的計(jì)算。本章重點(diǎn)是麥克斯韋方程組，電磁場(chǎng)的邊值關(guān)系，電磁場(chǎng)能量計(jì)算；運(yùn)用高斯定理和安培

4、環(huán)路定理計(jì)算電場(chǎng)和磁場(chǎng)。第二章 靜電場(chǎng)第一節(jié) 靜電場(chǎng)的標(biāo)勢(shì)及其微分方程1.靜電場(chǎng)的標(biāo)勢(shì)；2.靜電場(chǎng)的微分方程和邊值關(guān)系；3.靜電場(chǎng)能量第二節(jié) 唯一性定理1.靜電問題的唯一性定理；2.有導(dǎo)體存在時(shí)的唯一性定理第三節(jié) 拉普拉斯方程 分離變量法1.電荷分布具有球?qū)ΨQ；2.電荷分布具有軸對(duì)稱第四節(jié) 鏡象法第五節(jié) * 格林函數(shù)第六節(jié) * 電多極矩1.電勢(shì)的多極展開；2.電多極矩；3.電荷體系在外電場(chǎng)中的能量第五、六節(jié)不作要求，供學(xué)有余力的學(xué)生自學(xué)。要求熟練掌握靜電場(chǎng)的基本方程；理解泊松方程解的唯一性問題與解的積分形式；熟練掌握電荷分布具有球?qū)ΨQ和軸對(duì)稱的情況下拉普拉斯方程的求解方法；熟練掌握解靜電問題的

5、分離變量法和鏡像法。本章重點(diǎn)是分離變量法和鏡像法。第三章 穩(wěn)定電磁場(chǎng)與似穩(wěn)電磁場(chǎng)第一節(jié) 矢勢(shì)及其微分方程第二節(jié) 磁標(biāo)勢(shì) 第三節(jié) * 磁多極矩第四節(jié) * 阿哈羅諾夫-玻母效應(yīng)第五節(jié) * 超導(dǎo)體的電磁性質(zhì)第三、四、五節(jié)不作要求，供學(xué)有余力的學(xué)生自學(xué)。要求了解穩(wěn)定電流磁場(chǎng)的矢勢(shì)；通過與第二章靜電場(chǎng)類比，熟練掌握磁標(biāo)勢(shì)的求解方法。本章重點(diǎn)是磁標(biāo)勢(shì)法。第四章 電磁波的傳播第一節(jié) 平面電磁波1.電磁場(chǎng)波動(dòng)方程；2.時(shí)諧電磁波；3.平面電磁波；4.電磁波的能量和能流第二節(jié) 電磁波在介質(zhì)界面上的反射和折射1.反射和折射定律；2.振幅關(guān)系，菲涅耳公式；3.全反射第三節(jié) 有導(dǎo)體存在時(shí)電磁波的傳播1.導(dǎo)體內(nèi)的自由電

6、荷分布；2.導(dǎo)體內(nèi)的電磁波；3.趨膚效應(yīng)和穿透深度；4.導(dǎo)體表面上的反射第四節(jié) 諧振腔1.有界空間中的電磁波；2.理想導(dǎo)體的邊界條件；3.諧振腔第五節(jié) 波導(dǎo)1. 高頻電磁能量的傳輸；2.矩形波導(dǎo)中的電磁波；3.截止頻率；4.波的電磁場(chǎng)和管壁電流第六節(jié) * 高斯光束1.亥姆霍茲方程的波束解；2.高斯光束的傳播特性第七節(jié) * 等離子體1.等離子體的準(zhǔn)電中性和屏蔽庫(kù)侖場(chǎng)；2.等離子體振蕩；3.電磁波在等離子體中傳播第六、七節(jié)不作要求，供學(xué)有余力的學(xué)生自學(xué)。要求了解平面電磁波的特點(diǎn)；掌握平面電磁波在理想介質(zhì)、導(dǎo)體、分層介質(zhì)、波導(dǎo)中傳播時(shí)的分析方法；能夠推導(dǎo)反射定律與折射定律；熟練掌握諧振腔和波導(dǎo)管中電

7、磁波的傳播。本章重點(diǎn)是諧振腔和波導(dǎo)管的相關(guān)計(jì)算。第五章 電磁波的輻射第一節(jié) 電磁場(chǎng)的矢勢(shì)和標(biāo)勢(shì)1.用勢(shì)描述電磁場(chǎng)；2.規(guī)范變換和規(guī)范不變性；3.達(dá)朗貝爾方程第二節(jié) 推遲勢(shì)第三節(jié) 電偶極輻射1.計(jì)算輻射場(chǎng)的一般公式；2.矢勢(shì)的展開式；3.偶極輻射；4.輻射能流，角分布，輻射功率；5.短天線的輻射，輻射電阻第四節(jié) * 磁偶極輻射和電四極輻射1.高頻電流分布的磁偶極矩和電四極矩；2.磁偶極輻射；3.電四極輻射第五節(jié) * 天線輻射1. 天線上的電流分布；2.半波天線；3.天線陣第六節(jié) * 電磁波的衍射1.衍射問題；2.基爾霍夫公式；3.小孔衍射第七節(jié) 電磁場(chǎng)的動(dòng)量1.電磁場(chǎng)的動(dòng)量密度和動(dòng)量流密度；2.

8、輻射壓力第四、五、六節(jié)不作要求，供學(xué)有余力的學(xué)生自學(xué)。要求了解電磁場(chǎng)的規(guī)范特性，推遲勢(shì)的概念，電磁波是怎樣產(chǎn)生的以及偶極輻射的特點(diǎn)；熟練掌握電偶極輻射的相關(guān)計(jì)算。本章重點(diǎn)是電偶極輻射的計(jì)算。第六章 狹義相對(duì)論第一節(jié) 相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)1.相對(duì)論產(chǎn)生的歷史背景；2.相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)第二節(jié) 相對(duì)論的基本原理 洛倫茲變換1.相對(duì)論的基本原理；2.間隔不變性；3.洛倫茲變換第三節(jié) 相對(duì)論的時(shí)空理論1.相對(duì)論的時(shí)空結(jié)構(gòu)；2.因果律和相互作用的最大傳播速度；3.同時(shí)相對(duì)性；4.運(yùn)動(dòng)時(shí)鐘的延緩；5.運(yùn)動(dòng)尺度的收縮；6.速度變換公式第四節(jié) 相對(duì)論理論的四維形式1.三維空間的正交變換；2.物理量按空間變換性質(zhì)的分

9、類；3.洛倫茲變換的四維形式；4.四維協(xié)變量；5.物理規(guī)律的協(xié)變性第五節(jié) 電動(dòng)力學(xué)的相對(duì)論不變性1.四維電流密度矢量；2.四維勢(shì)矢量；3.電磁場(chǎng)張量；4.電磁場(chǎng)的不變性第六節(jié) 相對(duì)論力學(xué)1.能量動(dòng)量四維矢量；2.質(zhì)能關(guān)系；3.相對(duì)論力學(xué)方程；4.洛倫茲力第七節(jié) * 電磁場(chǎng)中帶電粒子的拉格朗日量和哈密頓量1.拉格朗日形式；2.哈密頓形式；3.非相對(duì)論情形第七節(jié)不作要求，供學(xué)有余力的學(xué)生自學(xué)要求了解相對(duì)論的時(shí)空觀，電動(dòng)力學(xué)的相對(duì)論協(xié)變性以及相對(duì)論動(dòng)力學(xué)方程。本章重點(diǎn)是相對(duì)論的基本原理，洛倫茲變換，速度變換公式，四維協(xié)變量，不同坐標(biāo)系下電磁場(chǎng)的四維張量變換。 三、實(shí)踐環(huán)節(jié)和要求： 無四、教學(xué)時(shí)數(shù)分配

10、：理論： 68 實(shí)驗(yàn)： 無 上機(jī)：無 其它： 無教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)分配教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)分配緒論、矢量分析與場(chǎng)論2電磁現(xiàn)象的普遍規(guī)律12靜電場(chǎng)12靜磁場(chǎng)8電磁波的傳播12電磁波的輻射8狹義相對(duì)論14合計(jì)68五、其它項(xiàng)目（含課外學(xué)時(shí)內(nèi)容）：無六、有關(guān)說明：1、教學(xué)和考核方式：考試、閉卷?？己朔绞剑嚎偝煽?jī)期末成績(jī)×70%平時(shí)成績(jī)×30%。2、習(xí)題：書后面習(xí)題以及補(bǔ)充習(xí)題3、能力培養(yǎng)要求：要求能夠用電磁場(chǎng)理論理解日常生活中遇到的相關(guān)現(xiàn)象，解決與電磁場(chǎng)理論相關(guān)的物理問題。4、與其它課程和教學(xué)環(huán)節(jié)的聯(lián)系：先修課程和教學(xué)環(huán)節(jié)：先修課程：高等數(shù)學(xué)、電磁學(xué)、數(shù)理方法。應(yīng)用到先修課程中的矢量分析，梯度、散度、旋度，高斯定理，拉普拉斯方程的求解等。后續(xù)課程和教學(xué)環(huán)節(jié)：無平行開設(shè)課程和教學(xué)環(huán)節(jié)：5、教材和主要參考書目：（1）教材：電動(dòng)力學(xué)第二版，郭碩鴻著，高等教育出版社，199