电动力学教学大纲

电动力学教学大纲课程名称：电动力学教学目的、规定：1、掌握电磁运动的基本规律，加深对电磁场物质性的认识，理解狭义相对论的时空观及有关的基本理论。2、获得在本课程领域内分析和解决某些基本问题的初步能力，为学习后继课程和独立解决实际工作中的有关问题打下必要的基础。3、本课程为专业基础课。教学预修课程：高等数学、矢量分析与场论、偏微分方程和特殊函数、电磁学。四、教学重点、难点：（一）重点1.明确电动力学的知识构造和逻辑体系；掌握多个不同条件下电磁场的空间分布和运动变化规律。（二）难点1.电动力学属理论物理范畴，其逻辑体系是以演绎推理为根本，这与普通物理电磁学有着明显的差别。从电磁学到电动力学的学习，在思维方式上应有较大的转变，这对初学理论物理的学生是一难点。2.电动力学理论性强，全部规律高度地概括为几个数学方程式，数学不仅是描述概念、规律以及物理现象、过程的语言，同时也是进行物理思维和逻辑推理，进一步挖掘物理内容的工具，纯熟运用数学工具的能力尤为重要，也是一种难点。五、教学内容及学时分派：（总75学时）第一章电磁现象的普遍规律（15学时）电荷和电场库仑定律高斯定理电场的散度和旋度电流和磁场电荷守恒定律毕奥—沙伐尔定律磁场的散度和旋度麦克斯韦方程组法拉第电磁感应定律位移电流电动力学基本方程式洛仑兹力电磁场的能量能量密度坡印廷矢量涉及电磁场能量的守恒定律电磁能量的传输电磁场的动量动量密度动量流密度涉及电磁场动量的守恒定律辐射压力介质的电磁性质介质的极化和磁化介质中的麦克斯韦方程组电磁场的边值关系法向分量的边值关系切向分量的边值关系阐明（1）本章是在总结普通物理电磁学的基础上建立电磁场方程的微分形式，重点在麦克斯韦方程组、电磁场能量守恒定律及边值关系；（2）将电磁场动量放在第一章的好处是与电磁场能量相对应，若数学上有困难，也可放在背面讲授；（3）本章所列习题学时数较多，可抽出一定时数复习和介绍本课程所用的数学工具。第二章静电场（14学时）1、静电场的势及其微分方程电势和电势梯度泊松方程和电势的边值关系静电场的能量2、静电场唯一性定理分离变量法3、电像法4﹡、格林函数法5、电多级矩电势的多极展开电偶极矩和电四极矩社区域的电荷体系与外电场的互相作用阐明（1）本章的重点是静电场的势及其微分方程、静电问题的分离变量法和电像法、电偶极子的场及其与外场的互相作用；（2）格林函数法可根据学时状况作为选讲内容。第三章静磁场（8学时）1、矢势及其微分方程静磁场的矢势矢势的微分方程磁场的能量2、磁标势法磁标势的引入磁标势满足的微分方程3、磁多极矩矢势的多极展开磁偶极子及其与外磁场的互相作用阐明（1）本章的重点是静磁场的矢势及其微分方程、磁偶极子及其与外磁场的互相作用；（2）磁标势法要着重讲清引入磁标势的条件。第四章电磁波的传输（12学时）1、平面电磁波在介质中的传输平面电磁波平面电磁波在均匀介质中的传输2、平面电磁波在介质分界面上的反射和折射反射定律和折射定律菲涅耳公式半波损失全反射3、电磁波在导体中的传输导体内的自由电荷分布电磁波在均匀导体内的传输趋肤效应电磁波在导体表面的反射4、电磁波在波导管内的传输波导中电磁波传输的基本方程矩形波导内的电磁波截止频率谐振腔阐明（1）本章的重点在解决几何光学和物理光学的基础理论问题如反射、折射、菲涅耳公式、趋肤效应等；（2）波导中的电磁波宜先分析场分布的物理图象，然后再作数学推导。第五章电磁波的辐射（10学时）1、迅变电磁场的势矢势与标势规范变换和规范不变性达朗伯方程推迟势2、电偶极辐射电偶极子的势函数电偶极子的场强似稳条件与似稳场偶极子的辐射场辐射能流辐射功率3﹡、磁偶极和电四极辐射4﹡、天线辐射5﹡、运动带电粒子的电磁场李纳—维谢尔势匀速运动带电粒子的电磁场阐明（1）本章的重点在电磁场的势和电偶极辐射；（2）带星号的几节非必学内容，可根据学时状况选择。第六章狭义相对论（16学时）1、狭义相对论的实验基础典型力学的相对性原理伽利略变换迈克尔逊—莫雷实验2、狭义相对论的基本原理相对性原理光速不变原理洛仑兹变换相对论速度变换公式3、狭义相对论的时空理论同时的相对性运动的时钟延缓运动的长度缩短因果律对讯号速度的限制4、闵可夫斯基空间四维张量四维张量的变换规律四维速度四维矢量微分算符物理规律的协变性5、电动力学的四维协变形式四维电流密度四维势势方程的协变形式电磁场张量麦克斯韦方程组的协变形式电磁场的变换公式6、相对论力学四维速度和四维动量四维力和相对论动力学方程质速关系和动能公式质能关系式能量—动量关系式7、结束语典型电动力学的局限性阐明（1）狭义相对论的实验基础以迈克尔逊—莫雷实验为主，适宜介绍某些近年新做的实验；（2）本章的重点在狭义相对论的基本原理、洛仑兹变换、相对论的时空理论、速度变换公式、质能关系式、电磁场的变换公式等；（3）相对论力学的重点在四维动量、物体总能量、静止能量和能量—动量关系式。（4）最后应作简短的结束语，指出典型电动力学的局限性，但不介绍量子电动力学的内容。六、教学办法：1.本课程采用以教师讲授为主并且结合学生课堂讨论的教学办法。2.为加强基础理论，避免与普通物理电磁学的不必要重复，本大纲采用从电磁学实验定律总结出麦克斯韦方程组，然后分别解决电磁场各类问题的体系，以保持典型电磁场理论系统的完整性。3.对个别问题，特别是某些数学比较繁难问题的解决上采用先讲清物理概念再作严格数学推导，详见章目后的某些阐明。七、考核办法及规定：本课程为考试课程，考核的内容规定严格按本课程“考试大纲”执行。八、教材及参考书目：（一）教材1.罗春荣等.电动力学.第3版.西安：西安交通大学出版社，.2.宋福等.电动力学教学指导.第2版.西安：西安交通大学出版社，.（二）参考书1.郭硕鸿.电动力学.第2版.北京：高等教育出版社，1997.2.蔡圣善等.电动力学.第2版