電動力學教學大綱

電動力學教學大綱課程名稱：電動力學教學目的、規(guī)定：1、掌握電磁運動的基本規(guī)律，加深對電磁場物質性的認識，理解狹義相對論的時空觀及有關的基本理論。2、獲得在本課程領域內分析和解決某些基本問題的初步能力，為學習后繼課程和獨立解決實際工作中的有關問題打下必要的基礎。3、本課程為專業(yè)基礎課。教學預修課程：高等數(shù)學、矢量分析與場論、偏微分方程和特殊函數(shù)、電磁學。四、教學重點、難點：（一）重點1.明確電動力學的知識構造和邏輯體系；掌握多個不同條件下電磁場的空間分布和運動變化規(guī)律。（二）難點1.電動力學屬理論物理范疇，其邏輯體系是以演繹推理為根本，這與普通物理電磁學有著明顯的差別。從電磁學到電動力學的學習，在思維方式上應有較大的轉變，這對初學理論物理的學生是一難點。2.電動力學理論性強，全部規(guī)律高度地概括為幾個數(shù)學方程式，數(shù)學不僅是描述概念、規(guī)律以及物理現(xiàn)象、過程的語言，同時也是進行物理思維和邏輯推理，進一步挖掘物理內容的工具，純熟運用數(shù)學工具的能力尤為重要，也是一種難點。五、教學內容及學時分派：（總75學時）第一章電磁現(xiàn)象的普遍規(guī)律（15學時）電荷和電場庫侖定律高斯定理電場的散度和旋度電流和磁場電荷守恒定律畢奧—沙伐爾定律磁場的散度和旋度麥克斯韋方程組法拉第電磁感應定律位移電流電動力學基本方程式洛侖茲力電磁場的能量能量密度坡印廷矢量涉及電磁場能量的守恒定律電磁能量的傳輸電磁場的動量動量密度動量流密度涉及電磁場動量的守恒定律輻射壓力介質的電磁性質介質的極化和磁化介質中的麥克斯韋方程組電磁場的邊值關系法向分量的邊值關系切向分量的邊值關系闡明（1）本章是在總結普通物理電磁學的基礎上建立電磁場方程的微分形式，重點在麥克斯韋方程組、電磁場能量守恒定律及邊值關系；（2）將電磁場動量放在第一章的好處是與電磁場能量相對應，若數(shù)學上有困難，也可放在背面講授；（3）本章所列習題學時數(shù)較多，可抽出一定時數(shù)復習和介紹本課程所用的數(shù)學工具。第二章靜電場（14學時）1、靜電場的勢及其微分方程電勢和電勢梯度泊松方程和電勢的邊值關系靜電場的能量2、靜電場唯一性定理分離變量法3、電像法4﹡、格林函數(shù)法5、電多級矩電勢的多極展開電偶極矩和電四極矩社區(qū)域的電荷體系與外電場的互相作用闡明（1）本章的重點是靜電場的勢及其微分方程、靜電問題的分離變量法和電像法、電偶極子的場及其與外場的互相作用；（2）格林函數(shù)法可根據(jù)學時狀況作為選講內容。第三章靜磁場（8學時）1、矢勢及其微分方程靜磁場的矢勢矢勢的微分方程磁場的能量2、磁標勢法磁標勢的引入磁標勢滿足的微分方程3、磁多極矩矢勢的多極展開磁偶極子及其與外磁場的互相作用闡明（1）本章的重點是靜磁場的矢勢及其微分方程、磁偶極子及其與外磁場的互相作用；（2）磁標勢法要著重講清引入磁標勢的條件。第四章電磁波的傳輸（12學時）1、平面電磁波在介質中的傳輸平面電磁波平面電磁波在均勻介質中的傳輸2、平面電磁波在介質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損失全反射3、電磁波在導體中的傳輸導體內的自由電荷分布電磁波在均勻導體內的傳輸趨膚效應電磁波在導體表面的反射4、電磁波在波導管內的傳輸波導中電磁波傳輸?shù)幕痉匠叹匦尾▽鹊碾姶挪ń刂诡l率諧振腔闡明（1）本章的重點在解決幾何光學和物理光學的基礎理論問題如反射、折射、菲涅耳公式、趨膚效應等；（2）波導中的電磁波宜先分析場分布的物理圖象，然后再作數(shù)學推導。第五章電磁波的輻射（10學時）1、迅變電磁場的勢矢勢與標勢規(guī)范變換和規(guī)范不變性達朗伯方程推遲勢2、電偶極輻射電偶極子的勢函數(shù)電偶極子的場強似穩(wěn)條件與似穩(wěn)場偶極子的輻射場輻射能流輻射功率3﹡、磁偶極和電四極輻射4﹡、天線輻射5﹡、運動帶電粒子的電磁場李納—維謝爾勢勻速運動帶電粒子的電磁場闡明（1）本章的重點在電磁場的勢和電偶極輻射；（2）帶星號的幾節(jié)非必學內容，可根據(jù)學時狀況選擇。第六章狹義相對論（16學時）1、狹義相對論的實驗基礎典型力學的相對性原理伽利略變換邁克爾遜—莫雷實驗2、狹義相對論的基本原理相對性原理光速不變原理洛侖茲變換相對論速度變換公式3、狹義相對論的時空理論同時的相對性運動的時鐘延緩運動的長度縮短因果律對訊號速度的限制4、閔可夫斯基空間四維張量四維張量的變換規(guī)律四維速度四維矢量微分算符物理規(guī)律的協(xié)變性5、電動力學的四維協(xié)變形式四維電流密度四維勢勢方程的協(xié)變形式電磁場張量麥克斯韋方程組的協(xié)變形式電磁場的變換公式6、相對論力學四維速度和四維動量四維力和相對論動力學方程質速關系和動能公式質能關系式能量—動量關系式7、結束語典型電動力學的局限性闡明（1）狹義相對論的實驗基礎以邁克爾遜—莫雷實驗為主，適宜介紹某些近年新做的實驗；（2）本章的重點在狹義相對論的基本原理、洛侖茲變換、相對論的時空理論、速度變換公式、質能關系式、電磁場的變換公式等；（3）相對論力學的重點在四維動量、物體總能量、靜止能量和能量—動量關系式。（4）最后應作簡短的結束語，指出典型電動力學的局限性，但不介紹量子電動力學的內容。六、教學辦法：1.本課程采用以教師講授為主并且結合學生課堂討論的教學辦法。2.為加強基礎理論，避免與普通物理電磁學的不必要重復，本大綱采用從電磁學實驗定律總結出麥克斯韋方程組，然后分別解決電磁場各類問題的體系，以保持典型電磁場理論系統(tǒng)的完整性。3.對個別問題，特別是某些數(shù)學比較繁難問題的解決上采用先講清物理概念再作嚴格數(shù)學推導，詳見章目后的某些闡明。七、考核辦法及規(guī)定：本課程為考試課程，考核的內容規(guī)定嚴格按本課程“考試大綱”執(zhí)行。八、教材及參考書目：（一）教材1.羅春榮等.電動力學.第3版.西安：西安交通大學出版社，.2.宋福等.電動力學教學指導.第2版.西安：西安交通大學出版社，.（二）參考書1.郭碩鴻.電動力學.第2版.北京：高等教育出版社，1997.2.蔡圣善等.電動力學.第2版