《电动力学》课程教学大纲

1、电动力学Electrodynamics一、课程基本情况课程类别：专业主干课课程学分： 4 学分课程总学时：64学时课程性质：必修开课学期：第5学期先修课程：高等数学电磁学矢量分析数学物理方法适用专业：物理学，应用物理学及相关专业本科生教 材：电动力学第三版 高等教育出版社，郭硕鸿，2008年出版。开课单位：物理与光电工程学院 物理学系二、课程性质、教学目标和任务电动力学是物理类各专业必修的一门重要的专业主干课。电动力学的研究对象是电磁场的基本属性, 它的运动规律以及它和带电物质之间的相互作用。本课程是普通物理电磁学的后继课，在电磁学的基础上系统阐述电磁场的基本理论。学习电动力学的目的：（1）是

2、使学生系统地掌握电磁运动的基本概念和基本规律，加深对电磁场性质的理解；（2）是使学生获得分析和处理一些问题的基本方法和解决问题的能力，提高逻辑推理和抽象思维的能力，为后继课程的学习和独立解决实际问题打下必要的理论基础。在教学过程中，使用启发式教学，尽量多介绍与该课程相关的前沿科技动态，充分调动和发挥学生的主动性和创新性；提倡学生自学，培养学生的自学能力学习理论物理学处理问题的方法，提高在本课程领域分析、解决实际问题的能力。三、教学内容和要求第1章 矢量数学基础（7学时）（1）初步了解二阶微分运算的基本方法；（2）理解矢量代数的基本概念；（3）理解矢量场的旋度，斯托克斯定理；（4）掌握标量场的的

3、梯度，方向导数；（5）掌握矢量场的散度，高斯定理；重点：矢量场的梯度、散度、旋度及运算；难点：矢量场的散度、旋度。第2章 电磁现象的普遍规律 （12学时）2.1电场与磁场 麦克斯韦方程组（8学时）（1）了解介质的电磁性质，包括：介质的极化，磁化等；（2）理解电荷守恒定律； （3）理解位移电流概念和麦氏方程组；（4）掌握电荷和电场的基本概念和规律，包括：库仑定律， 高斯定理， 电场的散度，旋度等；（5）掌握毕萨定律，磁场的旋度，散度；（6）掌握电磁感应定律；（7）掌握麦克斯韦方程组；重点：高斯定理、电荷守恒定律、毕萨定律、位移电流、麦克斯韦方程组；难点：极化、磁化、位移电流。2.2 电磁场边值关

4、系 能量与能流（4学时）（1）理解电磁场的能量守恒律和能量的传输，能流密度和能量密度；（2）掌握电磁场的边值关系：切向方向和法线方向；重点：边值关系、电磁场的能量；难点：边值关系。第3章 静电场（13学时）3.1 静电场的标势（3学时）（1）理解标势引入的基础；（2）掌握静电场的标势；（3）掌握标势满足的微分方程；重点：静电场的标势、泊松方程；难点：标势的引入。3.2 唯一性定理（3学时）（1）理解唯一性定理；（2）理解有导体存在时的唯一性定理；重点：唯一性定理满足的条件要素；难点：唯一性定理证明。3.3 拉普拉斯方程 镜像法 格林函数方法（6学时）（1）理解格林函数方法；（2）理解电荷体系在

5、外场中的能量；（3）掌握拉普拉斯方程，分离变量法；（4）掌握镜像法；重点：分离变量、镜像法；难点：分离变量。3.4电多极矩 （1学时）（1）了解电多极矩概念和电势的多极展开；（2）了解电荷体系在外电场中的能量；难点：电多极矩 第4章 静磁场（9学时）4.1 矢势矢势微分方程（4学时）（1）理解矢势的引入；（2）掌握矢势微分方程；（3）掌握矢势的边值关系（4）掌握静磁场能量重点：矢势、矢势微分方程、边值关系、静磁场的能量；难点：矢势微分方程、边值关系。4.2 磁标势（2学时） （1）理解磁标势引入的条件；（2）理解磁标势满足的微分方程及其求解；（3）掌握磁标势与电势的对比；重点：磁标势的引入条件

6、及求解；难点：对比磁标势与电势。4.3磁多极矩（1学时）（1）了解矢势的多极展开；（2）理解磁偶极矩；（3）理解磁场对应的势函数；重点：磁偶极矩；难点：磁场的势函。4.4 AB效应超导电性（2学时）（1）了解磁多极矩和阿哈罗诺夫玻姆效应； （2）了解超导体的电磁性质； 重点：矢势A的相位意义；难点：矢势A在量子力学的重要性。第5章 电磁波的传播 （12学时）5.1 平面电磁波（2学时）（1）掌握平面电磁波满足的波动方程；（2）掌握时谐电磁波；（3）掌握平面电磁波的特性；重点：平面电磁波；难点：平面电磁波特征。5.2 反射及折射规律（3学时）（1）掌握电磁波在介质界面上的反射及折射规律；（2）掌

7、握菲涅耳公式：电场垂直于入射面和平行于入射面两种情况；（3）掌握全反射；重点：反射及折射规律；难点：反射及折射规律推导，全反射。5.3 有导体存在时电磁波的的传播（2学时）（1）理解有导体存在时电磁波的的传播；（2）理解复介电常数；（3）理解趋肤效应和穿透深度；（4）理解良导体条件；重点：复介电常数；难点：波的衰减特性。5.4 谐振腔 波导（5学时）（1）了解谐振腔原理及其应用；（2）了解波导的应用；（3）掌握波导原理；（4）掌握波导中的传播模式；重点：波导；难点：亥姆霍兹方程、边界条件。第6章 电磁波的辐射 （7学时）6.1 电磁场的矢势和标势（2学时）（1）理解电磁场的矢势和标势概念（2）

8、理解规范变换和规范不变性（3）掌握达朗贝尔方程；重点：电磁场的矢势和标势、规范变换、达朗贝尔方程；难点：规范变换。6.2 推迟势（2学时）（1）理解变化场激发下的电势；（2）掌握推迟势的物理图像；重点：推迟势。6.3 电偶极辐射（2学时）（1）了解计算辐射场的一般公式；（2）了解矢势的展开式；（3）了解辐射能流；（4）理解电偶极辐射；重点：电偶极辐射；难点：电偶极辐射；6.4 电磁场的动量 （1学时） （1）了解电磁场的动量密度和动量流密度（2）了解电磁场的辐射压力；（3）了解张量；难点：张量；辐射压力。第7章 狭义相对论 （4学时）（1）了解相对论产生的历史背景；（2）了解相对论理论的四维形式；（3）理解相对论的时空理论；（4）掌握相对论的基本原理及洛伦兹变换；重点：洛伦兹变换；难点：相对论的时空理论。四、课程考核（1）作业等：作业：7 次；（2）考核方式：闭卷考试（3）总评成绩计算方式：（平时成绩10%、期中考试成绩20%和期末考试成绩70%综合计算）五、参考书目