电动力学教学大纲

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《电动力学》教学大纲 电动力学》
一,课程性质与教学目的 1,课程性质:本科物理教育专业的专业必修课 2,课程的任务和目的 电动力学是物理类各专业的的一门重要基础理论课, 是物理专业的一门专业 必修课,在教学培养计划中列为主干课程(专业平台课). 学生学习本课程的主要目的是: (1) 掌握电磁运动的基本规律,加深对电磁场性质的理解; (2) 了解狭义相对论的时空观及有关

的基本理论; (3) 获得在本课程领域内分析和处理一些最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. 二,课程教学的基本要求 1,本课程以课堂讲授为主,辅以一定数量的课后练习和针对一些实际问题 的讨论和小论文,使学生在解决实际问题中得到锻炼,提高他们思考问题和解决 问题的能力.教学中力求注意理论联系实际,强调对物理概念的理解和结合实际 问题的讨论. 2,在讲授"电磁现象的普遍规律"时,可以适度地介绍一些麦克斯韦方程 组的应用,还有电磁场与物质的相互作用,光的电磁理论以及电磁运动的相对性 等,为后续章节开窗口,留接口,使学生对电动力学理论的整体概貌有一定的了 解.讲授"静电场和稳恒电流磁场"时,在课堂上演示一些例题和习题的具体求 解过程,帮助学生熟练掌握一些稳恒电磁场的势的计算方法,并留一定的课后习 题和思考题,锻炼学生自己解决问题的能力.讲到"狭义相对论"时,应引导学 生阅读一些课外资料,并预留思考题,组织学生进行讨论,同时可适当安排观看 有关录像片和CAI课件,尽量使学生有一定的感性认识. 3,本课程教学过程中,要求在课上给出各章节及专业用语的英文名称,要 求学生阅读一定章节的英文参考书. 在各章的教学中均安排一定内容引导学生自 学, 对要求学生自学的内容, 应布置思考题和讨论题, 使学生带着问题进行自学, 提高他们的自学能力.在课堂讨论中,应结合一些具体问题,引导学生多思考多 练习多查阅课外资料,并布置一定的课外作业,以及以小论文的形式让学生解决 一些具体问题. 4,本课程考核的形式应以期末考试和平时考核相结合的方式进行.要加强 对学生平时学习的考查,采用课堂抽查提问和讨论,质疑,作业,小论文,开卷 和闭卷考试多种方式,对学生的学习成绩进行综合评定. 5,布置课后习题是使学生深入理解基本原理及概念,掌握基本计算方法, 提高分析问题和解决问题能力的重要一环.各部分内容的具体题量要求如下: (1)矢量分析基础:3-4题; (2)电磁现象的普遍规律:5-6题; (3)静电场计算:6-8题; (4)稳恒电流磁场:4-6题; (5)电磁波的传播:5-7题; (6)电磁波的辐射:2-3题; (7)狭义相对论基础:6-8题; (8)带电粒子与电磁场相互作用:2-3题. 三,课程教学内容及学时安排

该课程主要讲述电磁现象的普遍规律,稳恒电磁场的计算,电磁波的产生与 传播,带电粒子与电磁场的相互作用以及狭义相对论基础,共72学时. 序言 矢量分析初步(4学时) 第一章 电磁现象的普遍规律(12学时) 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 重点: 1,电荷守恒定律 2,麦克斯韦方程组的积分和微分形式以 3,洛仑兹力公式 难点: 1,电场的散度和旋度 2,磁场的散度和旋度 教学目标: 1,理解库仑定律,高斯定理以及电场的散度和旋度,掌握电荷守恒定律; 理解毕奥-萨伐尔定律以及磁场的散度和旋度;理解电磁感应定律,了解位移电 流;掌握麦克斯韦方程组的积分和微分形式以及洛仑兹力公式. 2,理解介质的概念,介质的极化和磁化,掌握介质中的麦克斯韦方程组和 电磁场边值关系;理解场和电荷系统的能量关系,掌握电磁场能量密度和能流密 度,了解电磁能量的传播. 第二章 静电场和稳恒电流磁场(12学时+2学时) 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,矢势及其微分方程 6,电多极矩 磁多极矩 重点: 1,静电场能量 2,用分离变量法和电像法求解电势分布 难点: 1,静电场的标势及其微分方程和边值关系 2,电多极矩和磁多极矩 教学目标: 1,理解静电场的标势及其微分方程和边值关系,掌握静电场能量的计算; 理解静电问题的唯一性定理,掌握用分离变量法和镜像法求解电势分布. 2,理解矢势及其微分方程,了解磁标势和稳恒电流磁场能量的计算;了解 并矢的概念,理解电势的多极展开,以及电多极矩的计算和磁多极矩的概念.

第三章 电磁波的传播(12学时+2学时) 1,电磁平面波 2,电磁波在介质界面上的反射和折射 3,有导体存在时电磁波的传播 4,谐振腔 重点: 1,电磁场波动方程和定态波动方程 2,电磁波在介质界面上的反射和折射定律 3,谐振腔和矩形波导管中电磁场的分布规律 难点 1,全反射和半波损失的物理机制 2,谐振腔和矩形波导管中电磁场的分布规律 教学目标: 1,掌握电磁场波动方程和定态波动方程,理解平面电磁波的特性,以及电 磁波的能量和能流; 2,掌握电磁波在介质界面上的反射和折射定律,理解其振幅关系和菲涅尔 公式,理解全反射和半波损失的物理机制. 3,理解导体内自由电荷的分布规律,理解导体内电磁波的传播特性,从而 进一步理解趋肤效应和穿透深度的概念;了解电磁波在导体表面上的反射. 4,理解理想导体的边界条件,掌握谐振腔和矩形波导管中电磁场的分布规 律,了解截止频率的概念. 第四章 电磁波的辐射(10学时) 1,电磁场用矢势与标势 2,推迟势 3,电偶极辐射 4,磁偶极辐射 5,电磁波的衍射 6,电磁场的能量 重点: 电磁场用矢势与标势 难点: 1,电偶极辐射的物理机制 2,电磁波的衍射机理 教学目标: 1,掌握电磁场用矢势与标势的表示,理解规范变换和规范不变性,了解达 朗伯方程;理解推迟势的概念,理解电磁作用具有一定传播速度的物理意义. 2,了解计算电磁场的一般公式,以及矢势的展开式;理解电偶极辐射的物 理机制,并了解偶极辐射电磁场的分布规律;理解辐射能流,角分布和辐射功率 的概念及公式; 了解短天线的辐射及辐射电阻的概念. 了解电磁波的衍射机理; 了解电磁场具有动量以及辐射压力的概念. 第五章 狭义相对论(12学时+2学时)

1,相对论的实验基础 洛仑兹变换 2,相对论的基本原理 3,相对论的时空理论 4,相对论的四维形式 5,电动力学的相对论不变性 重点: 1,洛仑兹变换 2,速度变换公式 难点: 1,运动时钟延缓 2,运动尺度缩短 3,相对论不变性 教学目标: 1,了解狭义相对论产生的历史背景,了解相对论的实验基础;理解相对论 的基本原理,掌握洛仑兹变换. 2,深入理解相对论的时空结构,理解同时相对性,运动时钟延缓和运动尺 度缩短等相对论效应;掌握速度变换公式. 3,理解相对论理论的四维形式,深入理解物理规律的协变性,理解电动力 学的相对论不变性,理解麦克斯韦方程组的四维形式.深入理解能量-动量四维 形式和质能关系,理解相对论力学方程. 第六章 带电粒子和电磁场的相互作用(4学时) 1,运动带电粒子的势和辐射电磁场 2,带电粒子的电磁场对带电粒子本身的反作用 3,电磁波的散射和吸收 介质的色散 难点: 谱线自然宽度的产生机理 教学目标: 1,了解运动带电粒子的势和辐射电磁场;理解电磁质量和辐射阻尼的概念, 理解谱线自然宽度的产生机理; 2,了解电磁波散射,吸收和介质色散的动力学基础;了解经典电动力学的 局限性. 四,本课程与其它课程的联系 先修课程:高等数学,电磁学,数学物理方法; 后续课程是:固体物理,光电子技术等. 其中高等数学和数理方法为本课程提供必要的数学基础和计算方法, 电磁学 则作为本课程的基础,归纳出麦克斯韦方程组和电磁波方程等,给出一些简单的 电磁场计算方法.后续课程将应用本课程的大量方法和结论,在物理思想上得以 明确和应用. 五,建议教材与教学参考书 [1] 郭硕鸿编,《电动力学》,高等教育出版社,1997 [2] 粱绍荣,王雪君编,《电动力学基础》,北京师范大学出版社,1990 [3] 曹昌祺编,《电动力学》,人民教育出版社,1962 [4] 何启智编,《电动力学》,高等教育出版社,1985

[5] 阚仲元编,《电动力学教程》,高等教育出版社,1979 [6] [美] J.D.杰克逊著,朱培豫译,《经典电动力学》,上,下册,人民 教育出版社



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