电动力学教学大纲

电动力学教学大纲一、课程基本信息课程编码：07S1118B中文名称：电动力学英文名称：Electrodynamics课程类别：专业核心课总学时：48总学分：3适用专业：物理学专业先修课程：高等数学、大学物理、数学物理方程二、课程性质及目标教学的性质：《电动力学》是物理学（师范）专业本科的一门专业必修核心课程，它是电磁学和光学的延伸，为研究生阶段开设量子电动力学等理论物理课程提供必需的数学理论知识和计算方法。为进一步学习其它专业课程做准备，也为今后工作中遇到的数学物理问题的求解打下良好的基础。课程的目标：1.通过对本课程知识的学习，掌握电磁场的基本规律，通过对静电场、静磁场、电磁波的传播和辐射的学习加深对电磁场性质的理解。2.通过对本课程知识学习，获得处理一些基本电磁现象的理论方法，培养初步的科研能力，为以后解决实际问题打下基础；获得狭义相对论时空观，掌握相对论时空概念，对相对论协变形式的电动力学和相对论协变形式的力学有初步的了解。3.通过对本课程的学习，培养学生的科学素养，科学敏锐性以及创新思维。增强学生的逻辑思维能力，使学生获得严谨的科研态度，正确的人生观、价值观。提高学生的民族自豪感和爱国情操。表1课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求指标点课程目标1.师德规范1.3树立立德树人的教育理念，立志成为有理想信念、有道德情操、有扎实学识、有仁爱之心的新时代“四有好教师”。课程目标33.学科素养3.1掌握物理学的基础知识、基本理论和基本技能。理解以高等数学、普通物理实验为基础，理论核心课程为主线的物理学知识结构体系。3.3了解物理学发展前沿动态以及与其他学科的联系，具有将相关学科知识进行融合应用的意识。课程目标1课程目标24.教学能力4.2掌握中学物理教材的特点和课程标准，结合物理学科知识，能利用“互联网+”的多种教育信息技术科学地设计课程教学方案，有效实施教学计划，并能运用多种手段开展教学评价。课程目标3三、课程教学方法1.主要采用课堂讲授方法，培养学生独立思考、分析问题和解决问题的能力。2.运用多媒体课件进行辅助教学，提高课堂教学教学信息量，增强教学的直观性3.适当安排一定的自学内容，提高学生自学能力、解决实际问题的能力,增强创新意识。4.采用线上、线下两种答疑方式，增多与学生的交流时间，提高学生的学习兴趣。四、课程教学内容及要求预备知识矢量分析与场论初步（8学时）【教学目标与要求】1.教学目标通过本章的学习，使学生掌握矢量概念以及矢量微分运算，掌握理解标量函数与矢量函数的概念，了解一般正交坐标系的互换表达式。在推导中通过结合科学家的案例，使学生明确科学工作的严谨性。2.教学要求（1）了解矢量场的基本概念。（2）掌握Nabla算符（矢量微分算符）与函数的运算。（3）了解并矢和张量概念及运算。【教学重点与难点】1.教学重点：Nabla算符(矢量微分算符)的运算。2.教学难点：各坐标系间的转换。【教学内容】1.矢量分析2.场论初步【思政元素】矢量分析告诉同学们人类通过概括和总结的方式来理解世界，借助抽象符号来表示。从而学会分析问题时，抓主要矛盾，抓矛盾的主要方面的哲学思想。这在科学研究中是非常重要的能力。【思政元素】场的概念告诉同学们，借助具象的物理模型对事物进行思考，培养同学们思维的具象化方法和习惯。这种具象的物理模型其实本身又是对于物质世界的抽象概括，在抽象的基础上利用具象的方式有助于我们理解和探索事物的本质。第一章电磁现象的普遍规律（16学时）【教学目标与要求】1.教学目标通过本章的学习，使学生理解描述宏观电磁场的物理量，描述宏观电磁场的Maxwell方程组。掌握真空、介质中的Maxwell方程组及其Maxwell方程组满足的边界条件；还要掌握电磁场的能量、动量表达式，以及能量、动量守恒定律。通过Maxwell方程发现过程的讲述，使学生明确科学创新的重要性。2.教学要求（1）理解描述宏观电磁场的物理量，描述宏观电磁场的Maxwell方程组。（2）掌握真空、介质中的Maxwell方程组及其Maxwell方程组满足的边界条件；还要掌握电磁场的能量、动量表达式，以及能量、动量守恒定律。（3）了解描述电磁场能量密度和Maxwell应力张量等概念。【教学重点与难点】1.教学重点：真空中和介质中Maxwell方程组及其满足的边界条件。2.教学难点：介质中Maxwell方程组的推导，及其介质电磁性质方程。【教学内容】1.电荷和电场

2.电流和磁场

3.麦克斯韦方程组

4.介质的电磁性质

5.电磁场边值关系

6.电磁场的能量和能流【思政元素】电荷作为物质带电属性的概念告诉同学们，反映物质属性的概念又是并不是一个具体的事物，而是一类事物的总体表现。从而帮助同学们理解抽象与具体的本质关系问题。【思政元素】麦克斯韦方程组的发现，告诉同学们：实践和认识的辩证关系问题。实践创造认识，认识又反作用与实践。人类通过实践掌握的大量知识，可以通过整理和挖掘创造出更深层的认识，从而更好地指导人类的实践。第二章静电场（10学时）【教学目标与要求】1.教学目标通过本章的学习，使学生理解静电场的标势引入的物理意义、唯一性定理。掌握求解方程的分离变量法、镜像法和电多极矩法。通过解决静电场问题的过程，使学生明确物理解决问题的方法，以及开创性解决问题的思维。2.教学要求（1）理解静电场的标势引入的物理意义、唯一性定理。（2）掌握求解方程的分离变量法、镜像法和电多极矩法。（3）了解Green函数法。【教学重点与难点】1.教学重点：静电场的标势满足的微分方程，及分离变量法、镜像法、电多极矩法等求解方法。2.教学难点：Green函数法和电多极矩法。【教学内容】1.静电场的标势及其微分方程

2.唯一性定理

3.拉普拉斯方程分离变量法

4.镜像法

5.格林函数

6.电多极矩【思政元素】静态场的计算方法，告诉同学们在解决问题时，可以通过分析和综合的思维方式。通过将静态模型来模拟缓慢动态问题，从而实现许多问题的解决。第三章静磁场（4学时）【教学目标与要求】1.教学目标通过本章的学习，使学生理解磁标势概念，及其能引入磁标势的条件。掌握磁标势满足的微分方程，并能够类似于电标势通过镜像法和分离变量法进行求解。通过磁现象的讲解，引入磁悬浮技术的案例，使学生了解我国科学技术的发展。2.教学要求（1）理解磁标势概念，及其能引入磁标势的条件。（2）掌握磁标势满足的微分方程，并能够类似于电标势通过镜像法和分离变量法求解。（3）了解磁多极矩法。【教学重点与难点】1.教学重点：引入磁标势和引入电标势之间的类比。2.教学难点：能够引入磁标势的条件。【教学内容】1矢势及其微分方程2磁标势3磁多极矩【思政元素】磁场作为电现象在光速情况下的表现，告诉同学们绝对和相对的关系问题，让同学们理解到通过不同视角看同一事物的相对性，以及物质本质的相对稳定性。【思政元素】稳态的概念告诉同学们，动态平衡和静态概念的区别，同时，告诉同学们运动与静止的相对性问题。第四章电磁波的传播（10学时）【教学目标与要求】1.教学目标通过本章的学习，使学生理解平面电磁波与时谐电磁波满足的微分方程。掌握平面时谐电磁波满足的微分方程，及其求解方法和边界条件；并掌握有导体存在时的电磁波的边界条件，及其谐振腔、波导中电磁波满足的表达形式。了解电磁波在介质界面上的反射与折射定律和菲涅耳公式等。通过电磁波传播公式的推导，使学生明确电磁波的性质和光的本性，从而坚定唯物主义信念。2.教学要求（1）理解平面电磁波与时谐电磁波满足的微分方程。（2）掌握平面时谐电磁波满足的微分方程，及其求解方法和边界条件；并掌握有导体存在时的电磁波的边界条件，及其谐振腔、波导中电磁波满足的表达形式。（3）了解电磁波在介质界面上的反射与折射定律和菲涅耳公式等。【教学重点与难点】1.教学重点：平面时谐电磁波满足的微分方程，有导体存在时电磁场的边界条件，以及谐振腔和波导中的电磁波表达形式。2.教学难点：金属波导中只能传播横电波或横磁波的推导的原因分析，还有电磁场横向分量能够用纵向分量表达的推导。【教学内容】1.平面电磁渡2.电磁波在介质界面上的反射和折射3.有导体存在时电磁渡的传播4.谐振腔5.波导【思政元素】电磁波传播问题的解决过程，告诉同学们在解决实际问题时要学会抓住问题的本质，由表及里，由内而外地思考问题，不被表象所迷惑，透过现象看本质。第五章电磁波的辐射（8学时）【教学目标与要求】1.教学目标通过本章的学习，使学生理解电磁场的矢势与标势的物理意义，推迟势的物理意义。掌握电磁场场的矢势和标势在不同规范下所满足的微分方程，并能根据电多极矩计算矢势和标势的表达式；了解衍射问题和基尔霍夫公式还有辐射压力的表达式，并且要了解库仑规范和洛仑兹规范中对矢势不同的限定。通过对电磁波辐射方程的使用，了解我国通信领域的高速发展。2.教学要求（1）理解电磁场的矢势与标势的物理意义，推迟势的物理意义。（2）掌握电磁场场的矢势和标势在不同规范下所满足的微分方程，并能根据电多极矩计算矢势和标势的表达式；（3）了解衍射问题和基尔霍夫公式还有辐射压力的表达式，并且要了解库仑规范和洛仑兹规范中对矢势不同的限定。【教学重点与难点】1.教学重点：电磁场的矢势和标势在不同规范下不同的微分方程，计算电偶极矩辐射公式。2.教学难点：两种规范对电磁场矢势的不同限定，还有电磁场的能量密度和动量密度的表达式，及其守恒定律。【教学内容】1.电磁场的矢势和标势

2推迟势

3电偶极辐射

4磁偶极辐射和电四极辐射

5天线辐射

6电磁波的衍射【思政元素】通过对倏逝波和延迟势内容学习，告诉学生理论联系实际的重要性。理论计算的结果需要经过实验的检验。通过实践明确理论的局限，以及实践过程的复杂性。第六章狭义相对论（8学时）【教学目标与要求】1.教学目标通过本章的学习，使学生了解狭义相对论产生的历史背景和实验基础，理解狭义相对论的基本原理、间隔不变性和狭义相对论的时空理论。掌握狭义相对论中运动尺度的缩短和速度变换公式。通过引入相对论在航空航天领域的应用，使学生了解我国航空航天领域的最新进展。2.教学要求（1）了解狭义相对论产生的历史背景和实验基础。（2）理解狭义相对论的基本原理、间隔不变性和狭义相对论的时空理论。（3）掌握狭义相对论中运动尺度的缩短和速度变换公式。【教学重点与难点】1.教学重点：狭义相对论的基本原理、间隔不变性和狭义相对论的时空理论。2.教学难点：狭义相对论中运动尺度的缩短和速度变换公式。【教学内容】1.相对论的实验基础2.相对论的基本原理洛伦兹变换3.相对论的时空理论【思政元素】通过掌握狭义相对论的时空观，让学生深入理解时空的本质和时空的物质性。帮助我们加深辩证唯物主义的时空观。表2课程目标与教学内容.方法的对应关系章教学内容学时分配（课时）课程目标教学方法目标1目标2目标3方法1方法2方法3方法4一矢量分析与场论初步8√√√√√√二电磁现象的普遍规律8√√√√√√√三静电场8√√√√√√四静磁场6√√√√√√√五电磁波的传播6√√√√√√六电磁波的辐射6√√√√√√七狭义相对论6√√√√√√√√合计48课时五.考核方法与成绩评定考核方式：考试课程考核由平时考核和期末考核组成，相应的成绩评定由平时成绩（40%）和期末成绩（60%）两部分组成。平时考核和期末考核详细考核方式详见课程考核方案。3课程考核方式与课程目标的对应关系考核方式平时考核（40%）期末考试（60%）权重（%）作业出勤课堂互动课程目标目标14040目标23060目标330考核环节成绩比例403030100说明：期末考试分值比例仅做参考，每一学期允许略有浮动。六.教材及参考书目推荐教材郭硕鸿主编．电动力学(第三版)．北京：高等教育出版社出版，2008．参