电动力学

英国物理学家和化学家。
最主要贡献：1831年发现了电磁感应现象。 1834年他研究电流通过溶液时产生的化 学变化，提出了法拉第电解定律。这一定 律为发展电结构理论开辟了道路。 1845年9月13日法拉第发现，一束平面偏 振光通过磁场时发生旋转，这种现象被称 为“法拉第效应”。法拉第认为光具有电 磁性质，是光的电磁波理论的先驱 1852年他引进磁力线概念。 他的很多成就不仅非常重要、且是带根 本性的理论。










单位张量与矢量、 张量的点乘
I C C I C I AB AB I AB



I : AB A B
2 B A 1.计算 A B A B 2.证明 M b a c a b c 与矢量 c 垂直,即 M c 0
林斯顿。遵照他的遗嘱，不举行任何丧礼，不筑坟 墓，不立纪念碑，骨灰撒在永远对人保密的地方， 为的是不使任何地方成为圣地。 爱因斯坦的后半生一直从事寻找大统一理论的工作， 不过这项工作没有获得成功，现在大统一理论是理 论物理学研究的中心问题。 爱因斯坦是耶路撒冷希伯来大学的注册商标
§2 矢量代数与张量初步
难点：公式多、数学推导较繁杂；解题难度大、
相对论概念不易理解。
二、电动力学与电磁学的联系与区别
范围
既讨论静场又讨论变化场，外加相对论。
深度
从矢量场论出发，总结电磁现象普遍规律，解题更具一般性。
方法
建立模型、求解方程、注重理论。
数学
矢量分析与场论、线性代数、数理方程、特殊函数 „
三、理论物理的特点
1939年他获悉铀核裂变及其链式反应的发现，在匈 牙利物理学家利奥· 西拉德推动下，上书罗斯福总 统，建议研制原子弹，以防德国占先。第二次世界 大战结束前夕，美国在日本广岛和长崎两个城市上
空投掷原子弹，爱因斯坦对此强烈不满。战后，为
开展反对核战争的和平运动及反对美国国内法西斯 进行不懈的斗争。
1955年4月18日爱因斯坦因主动脉瘤破裂逝世于普






C AB C A B B C A B A C BA C
AB C A B C 并矢 并矢 C AB C A B 两并矢的一次点乘 AB (CD) A( B C) D CD AB 两并矢的二次点乘 AB : CD B C A D
3
标积（点积）
矢积（叉积）
3 A B AB cos Ai Bi i 1 e1 e2 A B AB sin en A1 A2
e3 A3
B1 B2 B3
矢量代数中的两个重要公式 混合积 双重矢量积 矢量微分
a (b c ) b (c a) c (a b ) a (b c ) (a c )b (a b )c
模型建立在一些实验与一系列假设基础之上 模型一般为偏微分方程
求解方程需要特殊的数学方法
理论的正确由求解结果与实验是否相符合来验证
一些基本思想在争论中不断发展
四、适用范围及主要应用
适用于宏观电磁现象，对于微观粒子不考虑波动性
同时也不考虑电磁场的量子性。
主要应用：电力工业技术、广播、通讯、雷达、
学习目的与要求 （1）通过学习电磁运动的基本规律，加深对电磁场基本性 质的理解； （2）通过学习狭义相对论理论了解相对论的时空观及有关 的基本理论；
（3）获得在本门课程领域内分析和处理一些基本问题的初 步能力；
（4）为学习后续课程和独力解决实际问题打下必要的基础。
主要内容 （1）矢量场论的简单运算； （2）电磁场基本理论、重要实验定律； （3）静电场和静磁场的基本理论和解题方法； （4）电磁波传播和辐射的基本概念和简单应用； （5）狭义相对论的基本理论和简单应用。
爱因斯坦
1879-1955 20世纪最杰 出的科学家
爱因斯坦是在德国出生的犹太裔美国 物理学家。1879年3月14日生于德国乌尔 姆一个经营电器作坊的小业主家庭。一年 后，随全家迁居慕尼黑。1894年，他的家 迁到意大利米兰。1895年他转学到瑞士阿 劳市的州立中学。1896年进苏黎世工业大 学 师 范 系 学 习 物 理 学 ， 1900 年 毕 业 。 1901年取得瑞士国籍。1902年被伯尔尼 瑞士专利局录用为技术员，从事发明专利 申请的技术鉴定工作。他利用业余时间开 展科学研究，1905年，他发表了四篇开创 性的论文，同年获黎世大学博士学位，这 四篇论文分别是关於狭义相对论、质能等 价、光的粒子性和布朗运动 （Brownian Motion）方面的。1921年，他因对光电效 应的研究而获诺贝尔物理学奖。
Ai Bi
i 1
3
T AB
T11 T12 T13 T T21 T22 T23 T T32 T33 31
张量的运算
3 I ei ei i 1
1 0 0 I 0 1 0 0 0 1
i, j
矢量定义 直角坐标系中
ˆ, A A, A A ˆ A AA A 3 或 A Ai ei A Axi Ay j Az k
i 1
1 2 2 2 2 A A ( A1 A2 A3 )
矢量的基本运算
Ai2
i 1
ei e j 为单位并矢，张量的基（9个分量）
矢量与张量的矩阵表示
i , j 1

i , j 1

A1 A ( A1 , A2 , A3 ) A Ai ei , A A2 A 3 B1 A B ( A1 , A2 , A3 ) B2 A1 B1 A2 B2 A3 B3 B 3
电 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 力 学
目 录
第0章 绪论及数学准备 第1章 电磁现象的普遍规律 第2章 静电场 第3章 静磁场 第4章 电磁波的传播 第5章 电磁波的辐射
第6章 狭义相对论
第零章 绪论及数学准备
§1 绪 论
一、基本情况及要求
课程性质 电动力学是物理学科的一门重要基础理论课 ，是物理学的 “四大力学”之一。 研究对象 电动力学主要研究电磁场的基本性质，运动规律以及与带电 物质之间的相互作用。
加速器、光电子技术、激光理论、非线性光学、
等离子体、天体物理 „ 。
五、发展简史
⑴ 1675 库仑定律 ⑵ 1820 电流磁效应（毕－萨定律） ⑶ 1822 安培作用力定律（电动力学一词开始使用） ⑷ 1831 电磁感应（法拉第），场的思想 ⑸ 1856-1873 麦克斯韦方程，预言了电磁波的存在 ⑹ 1881-1887 迈克尔逊实验(1881),迈－莫雷实验(1887) ⑺ 1888 赫兹证实电磁波存在 ⑻ 1905 狭义相对论（爱因斯坦“论运动物体的电动力学”）
T V (Tij Vij )ei e j
AB C A B C A C B AC B C B A C BA B C A B CA
爱因斯坦1908年兼任伯尔尼大学编外讲师。
1909年离开专利局任苏黎世大学理论物理学 副教授。1911年任布拉格德语大学理论物理
学教授，1912年任母校苏黎世联邦工业大学
教授。1914年，应马克斯· 普朗克和瓦尔特· 能 斯脱的邀请，回德国任威廉皇家物理研究所所
长兼柏林大学教授，直到1933年到美国普林
d ( A B) dB dA A B dt dt dt
d ( A B) dB dA A B dt dt dt
注意顺序 不能颠倒
并矢与张量 AB （一般 AB BA ） 3 3 T AB Ai B j ei e j Tij ei e j
斯 顿 大 学 （ Princeton University ） 执 教 。 1920年应亨德里克· 安东· 洛伦兹和保耳· 埃伦菲
斯特的邀请，兼任荷兰莱顿大学特邀教授。第
一次世界大战爆发后，他投入公开和地下的反 战活动。
1915年爱因斯坦发表了广义相对论。他所作的光 线经过太阳引力场要弯曲的预言于1919年由英国 天文学家亚瑟〃斯坦利〃爱丁顿的日全食观测结 果所证实。1916年他预言的引力波在1978年得 到了证实。爱因斯坦和相对论在西方成了家喻户 晓的名词，同时也招来了德国和其他国家的沙文 主义者、军国主义者和排犹主义者的恶毒攻击。 爱因斯坦 因在光电效应方面的研究 ，而被授 予 1921年诺贝尔物理学奖。 1933年1月纳粹党攫取德国政权后，爱因斯坦是 科学界首要的迫害对象，幸而当时他在美国讲学， 未遭毒手。3月他回欧洲后避居比利时，9月9日 发现有准备行刺他的盖世太保跟踪，星夜渡海到 英国，10月转到美国普林斯顿大学，任新建的高 级研究院教授，直至1945年退休。1940年他取 得美国国籍。
法拉第
（1791～1867）
他制造了世界上第一台发电机。法拉第发现电介质的作用， 创立了介电常数的概念。后来电容的单位“法拉”就是用他的 名字命名的。
麦克斯韦(James Clerk Maxwel 1831～1879)
生平简介：著名的英国物理学家，经典电动 力学的创始人,统计物理学的奠基人之一。 1831年6月13日生于爱丁堡，1847～1850 年在爱丁堡大学学习,1850～1854年入剑桥 三一学院攻读数学。1856～1860年担任阿 伯丁郡的马里查尔学院教授。1860～1865 年在伦敦皇家学院执教，并从事气体运动理 论的研究。1860年为英国皇家学会会员。 1871年任剑桥大学教授，创建并领导了英国 第一个专门的物理实验室──卡文迪许实验 室，1874年建成后担任主任。1879年11月 5日在剑桥逝世，终年49岁。 科学成就：电磁场理论和光的电磁理论，预言了电磁波的存在 ， 1873《电磁学通论》。他建立了实验验证的严格理论，并重复卡文 迪许的实验，他还发明了麦克斯韦电桥。运用数学统计的方法导出 了分子运动的麦克斯韦速度分布律，创立了定量色度学，负责建立 起来的卡文迪许实验室 。