《理論物理概論（電動(dòng)力學(xué)）》課程教學(xué)大綱

PAGE1PAGE7理論物理概論（電動(dòng)力學(xué)）課程教學(xué)大綱（Electrodynamics）學(xué)時(shí)數(shù)：48其中：實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：0課外學(xué)時(shí)：0學(xué)分?jǐn)?shù)：3適用專業(yè)：物理學(xué)（師范）一、課程的性質(zhì)、目的和任務(wù)電動(dòng)力學(xué)是物理學(xué)專業(yè)學(xué)生的一門必修的重要學(xué)科基礎(chǔ)課，它包括電磁場理論和狹義相對(duì)論兩部分，是繼普通物理電磁學(xué)之后的理論性課程，是今后從事研究和應(yīng)用開發(fā)的重要基礎(chǔ)理論。課程的目的和任務(wù)是：1、加深對(duì)電磁場性質(zhì)的理解，掌握電磁場的基本規(guī)律，了解狹義相對(duì)論的時(shí)空觀及基礎(chǔ)理論。2、獲得用電動(dòng)力學(xué)方法（包括數(shù)學(xué)方法）分析和處理電磁現(xiàn)象基本問題的初步能力，為獨(dú)立解決實(shí)際問題和學(xué)習(xí)后繼課程打下基礎(chǔ)。3、通過學(xué)習(xí)電動(dòng)力學(xué)，了解場和實(shí)物粒子都是物質(zhì)以及質(zhì)量和能量、時(shí)間和空間等的辨證關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生的辨證唯物主義世界觀,提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)和能力。4、在深入掌握電磁場理論的基礎(chǔ)上，有能力居高臨下，深入淺出地分析中學(xué)電磁學(xué)教材，提高作為中學(xué)物理教師的能力。二、課程教學(xué)的基本要求(一)理解數(shù)量場的方向?qū)?shù)和梯度的定義，并掌握計(jì)算方向?qū)?shù)和梯度的方法。（二）解介質(zhì)極化強(qiáng)度和靜電場以及極化電荷（體密度、面密度）之間的關(guān)系，并利用這些關(guān)系從已知某些量求另一些量。（三）理解介質(zhì)磁化強(qiáng)度和穩(wěn)定電流磁場以及磁化電流之間的關(guān)系，并利用這些關(guān)系從已知的某些量求另一些量。（四）掌握和應(yīng)用電磁場的能量公式、能流公式以及能量守恒與轉(zhuǎn)化定律分析有關(guān)現(xiàn)象和計(jì)算一些簡單問題。（五）平面單色電磁波在介質(zhì)分界面上的反射定律和折射定律以及菲涅耳公式的導(dǎo)出，理解全反射時(shí)的電磁場能流。（六）理解加速運(yùn)動(dòng)電荷輻射電磁場的物理圖象，理解電偶極輻射場以及輻射能流、輻射功率和輻射阻尼力的性質(zhì)。三、課程的教學(xué)內(nèi)容、重點(diǎn)和難點(diǎn)第一章矢量分析與場論一、場1、場的概念及表示2、場的直觀描述方法二、數(shù)量場的方向?qū)?shù)和梯度1、方向?qū)?shù)2、梯度三、矢量場的通量及散度1、有向曲面散度2、散度四、矢量場的旋度1、環(huán)量2、環(huán)量面密度3、旋度五、哈密爾頓算子重點(diǎn)：重點(diǎn)：場的梯度、散度、旋度的概念及計(jì)算。難點(diǎn)：哈密爾頓算子。第二章真空中的靜電場一、真空中的靜電場方程1、庫侖定律2、高斯定理和電場的散度3、靜電場的旋度二、電介質(zhì)中的靜電場方程1、電介質(zhì)的極化2、介質(zhì)中的靜電場方程三、靜電場的邊值關(guān)系1、法向分量的躍變2、切向分量的躍變四、靜電場的勢及其微分方程1、靜電勢2、電勢梯度3、電勢的微分方程4、電場的能量五、靜電場的唯一性定理電象法六、拉普拉斯方程分離變量法*七、電多極子重點(diǎn)：重點(diǎn)：靜電勢的微分方程及其求解，靜電問題的電象法和分離變量法。難點(diǎn)：靜電勢的微分方程及其求解。第三章穩(wěn)定電流的磁場一、電流和電場1、歐姆定律的微分形式2、電荷守恒定律3、畢奧—薩伐爾定律4、磁場的環(huán)量和旋度5、磁場的散度*6、磁場旋度和散度公式的證明二、介質(zhì)中的穩(wěn)定磁場方程1、介質(zhì)的磁化2、介質(zhì)中的穩(wěn)定磁場方程三、穩(wěn)定磁場的邊值關(guān)系1、法向分量的躍變2、切向分量的躍變四、磁場的矢勢及其微分方程1、矢勢2、矢勢的微分方程3、矢勢的邊值關(guān)系4、穩(wěn)定磁場的能量五、磁標(biāo)勢重點(diǎn)：重點(diǎn)：磁場的微分方程及邊值關(guān)系。難點(diǎn)：穩(wěn)定電流磁場的矢勢及其微分方程和邊值關(guān)系。第四章電磁場的普遍規(guī)律一、電動(dòng)力學(xué)的基本方程1、法拉第電磁感應(yīng)定律2、位移電流3、麥克斯韋方程組4、洛倫茲力公式5、介質(zhì)的電磁性質(zhì)方程6、電磁場的邊值關(guān)系二、電磁場的能量1、電磁場的能量2、能量守恒和轉(zhuǎn)換定律3、能量密度和能流密度重點(diǎn)：重點(diǎn)：麥克斯韋方程組、電磁場的邊值關(guān)系。難點(diǎn)：麥克斯韋方程組。第五章電磁波的傳播一、平面電磁波1、電磁場的波動(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二、平面單色電磁波在介質(zhì)分界面上的反射和折射1、反射定律和折射定律2、菲涅耳公式3、全反射三、平面單色電磁波在導(dǎo)體中的傳播1、導(dǎo)體內(nèi)的自由電荷分布2、導(dǎo)體內(nèi)的電磁波3、趨膚效應(yīng)和穿透深度4、導(dǎo)體表面上的反射四、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、諧振腔五、波導(dǎo)1、高頻電磁能量的傳播2、矩形波導(dǎo)中的電磁波3、截止頻率*六、高斯光束*七、等離子體重點(diǎn)：重點(diǎn)：電磁波在界面上的反射和折射，平面電磁波的特性，矩形波導(dǎo)。難點(diǎn)：電磁波在導(dǎo)體中的傳播。第六章電磁波的輻射一、電磁場的勢及其微分方程推遲勢1、矢勢和標(biāo)勢2、規(guī)范變換和規(guī)范不變性3、達(dá)朗伯方程4、推遲勢二、電偶極輻射1、振動(dòng)子輻射2、輻射能流3、輻射功率和角分布4、輻射阻尼力*三、電磁波的衍射重點(diǎn)：矢勢和標(biāo)勢、規(guī)范變換和規(guī)范不變性、推遲勢、偶極輻射及其特點(diǎn)。難點(diǎn)：重點(diǎn)：矢勢和標(biāo)勢、規(guī)范變換和規(guī)范不變性、推遲勢、偶極輻射及其特點(diǎn)。難點(diǎn)：規(guī)范變換和規(guī)范不變性。第七章狹義相對(duì)論一、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)二、狹義相對(duì)論的基本原理洛倫茲變換1、狹義相對(duì)論的基本原理2、間隔不變性3、洛倫茲變換三、相對(duì)論的時(shí)空理論1、相對(duì)論時(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)尺度的縮短6、速度變換公式四、相對(duì)論理論的四維形式1、正交變換2、物理量按空間變換性質(zhì)的分類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)變性五、相對(duì)論力學(xué)1、相對(duì)論力學(xué)方程2、質(zhì)速關(guān)系式3、質(zhì)能關(guān)系式4、能量動(dòng)量關(guān)系式六、電磁規(guī)律的洛倫茲協(xié)變性1、四維電流密度矢量2、四維勢矢量3、麥克斯韋方程的協(xié)變形式4、電磁場變換公式重點(diǎn)重點(diǎn)：狹義相對(duì)論的基本原理、洛倫茲變換、相對(duì)論的時(shí)空理論、質(zhì)能關(guān)系式、質(zhì)速關(guān)系式。難點(diǎn)：電磁場的變換公式。四、課程各教學(xué)環(huán)節(jié)要求1、本課程以課堂教學(xué)為主，在教學(xué)過程中，對(duì)教學(xué)內(nèi)容的體系及先后次序，討論課及自學(xué)等教學(xué)環(huán)節(jié)的安排及教學(xué)方法的使用，均可根據(jù)實(shí)際情況確定。2、在內(nèi)容上要著重于基本原理和基本方法的分析。對(duì)于基本原理的闡述應(yīng)盡量體現(xiàn)近代的概念和觀點(diǎn)；在數(shù)學(xué)處理上，要注意由淺入深，恰當(dāng)?shù)倪x擇方法，必要時(shí)可作適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)補(bǔ)充以便學(xué)生接受。3、有“*”的內(nèi)容為自選內(nèi)容，可根據(jù)實(shí)際情況取舍。五、學(xué)時(shí)分配章節(jié)主要內(nèi)容各教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時(shí)分配作業(yè)題量備注講授實(shí)驗(yàn)討論習(xí)題課外其它小計(jì)一矢量分析與場論40044靜電場60284二穩(wěn)定電流的磁場50164三電磁場的普遍規(guī)律50164四電磁波的傳播601294五電磁波的輻射50164六狹義相對(duì)論52294合計(jì)362824828六、課程與其它課程的聯(lián)系本課程是繼普通物理電磁學(xué)之后的理論性課程，是電磁學(xué)的延續(xù)與加深。《電磁學(xué)》、《場論》、《數(shù)學(xué)物理方法》是本課程必須的重要的先修課程?？紤]到新的培養(yǎng)計(jì)劃中沒有安排《場論》課，本課程中增加了場論的有關(guān)內(nèi)容。《電動(dòng)力學(xué)》與物理學(xué)專業(yè)的其他課程—《現(xiàn)代物理與高新技術(shù)》、《激光原理》等課程