电动力学教学大纲(科学教育专业)

《电动力学》教学大纲

课程名称：电动力学

课程编号：073132003

总学时：54学时

适应对象：科学教育（本科）专业

一、教学目的与任务

教学目的：电动力学是物理学本科专业开设的一门理论课程，是物理学理论的一个重要组成部分。通过对本课程的学习，（1）使学生掌握电磁场的基本规律，加深对电磁场性质和时空概念的理解；（2）获得本课程领域内分析和处理一些基本问题的能力，为解决实际问题打下基础；（3）通过对电磁场运动规律和狭义相对论的学习，更深刻领会电磁场的物质性。

教学任务：本课程主要阐述宏观电磁场理论。第一章主要分析各个实验规律，从其中总结出电磁场的普遍规律，建立麦克斯韦方程组和洛仑兹力公式。第二、三章讨论恒定电磁场问题，着重讲解恒定场的基本性质和求解电场和磁场问题的基本方法。第四章讨论电磁波的传播，包括无界空间中电磁波的性质、界面上的反射、折射和有界空间中电磁波问题。第五章讨论电磁波的辐射，介绍一般情况下势的概念和辐射电磁场的计算方法。第六章狭义相对论，首先引入相对论时空观，由协变性要求把电动力学基本方程表示为四维形式，并得出电磁场量在不同参考系间的变换。

二、教学基本要求

通过本课程的教学，使学生了解电磁场的基本性质、运动规律以及与物质的相互作用。掌握求解恒定电磁场的基本方法；掌握电磁波在无界和有界空间的传播规律；掌握

一般情况下势的概念和求解电偶极辐射，理解相对论的时空理论；掌握电磁场量的四维

形式和电动力学规律的四维形式，加深对电动力学规律的认识。

三、教学内容及要求

绪论矢量场分析初步

第一章电磁现象的普遍规律

第一节引言及数学准备

第二节电荷和电场

第三节电流和磁场

第四节麦克斯韦方程

第五节介质的电磁性质

第六节电磁场的边值关系

第七节电磁场能量和能流

教学重点：电磁场的普遍规律，麦克斯韦方程组，电磁场的边值关系。

教学难点：位移电流概念，能量守恒定律的普遍式。

本章教学要求：通过本章学习，要使学生了解各实验定律及其意义，掌握电磁场散度、旋度的计算方法及意义，理解麦克斯韦方程的重要意义和地位，以及积分和微分形式的麦克斯韦方程适用的范围。

第二章静电场

第一节静电场的标势及其微分方程

第二节唯一性定理

第三节分离变量法

第四节电象法

第五节*格林函数

第六节电多极矩

教学重点：唯一性定理，分离变量法，电象法。

教学难点：格林函数法，电多极矩。

本章教学要求：通过本章教学，使学生了解本章是通过求解电场标势的微分方程解决静电场问题，掌握分离变量法和电象法，理解格林函数法和电多极矩，加深对求解静电场问题的认识。

第三章静磁场

第一节矢势及其微分方程

第二节磁标势法

第三节磁多极矩

第四节*A—B效应

第五节*超导体的电磁性质

教学重点：矢势及共微分方程，磁标势法。

教学难点：通过本章教学，使学生了解本章是通过求解磁场矢势的微分方程解决静磁场问题，掌握解矢势方程的一般方程和磁标势法，了解磁多极矩法。

第四章电磁波的传播

第一节平面电磁波

第二节平面电磁波在介质界面上的反射和折射

第三节平面电磁波在导体内的传播

第四节谐振腔

第五节波导

第六节*高斯光束

第七节*等离子体

教学重点：平面电磁波在无界空间的传播，电磁波在介质界面上的反射、折射和在有界空间的传播。

教学难点：平面电磁波在导体内的传播。

本章教学要求：通过本章教学，使学生了解平面电磁波的基本性质，掌握其在无界和有界空间空间的传播规律，加强对平面电磁波在导体内传播规律的认识。

第五章电磁波的辐射

第一节电磁场的矢势和标势

第二节推迟势

第三节电偶极辐射

第四节*磁偶极辐射和电四极辐射

第五节*天线辐射

第六节*电磁波的衍射

第七节*电磁场的动量

教学重点：达朗伯尔方程及共解—推迟势，电偶极辐射。

教学难点：电偶极辐射。

本章教学要求：通过本章学习，要求学生了解并掌握一般情况下电磁场量如何用矢势和标势表示及势满足的方程，掌握达朗伯尔方程及共解—推迟势的物理意义，掌握电偶极辐射的规律。

第六章狭义相对论

第一节相对论的实验基础

第二节相对论的基本原理

第三节相对论的时空理论

第四节相对论四维形式

第五节电动力学的相对论不变性

第六节相对论力学

第七节*电磁场中带电粒子的拉格朗日量和哈密顿量

教学重点：相对论的基本原理和时空理论，电磁场量的四维形式和电动力学规律的四维协变式，相对论力学。

教学难点：相对论的时空理论，电动力学规律的四维协变式。

本章教学要求：通过本章教学，要求学生深刻理解相对论的基本原理和时空理论，掌握电磁场量的四维形式和电动力学规律的四维形式。

第七章电磁场与物质的相互作用

第一节运动带电粒子的势和辐射电磁场

第二节*高束运动带电粒子的辐射

第三节*切伦可夫辐射

第四节*周期势中的电磁波

第五节*各向异性介质中的电磁波

教学重点：运动带电粒子的势和辐射电磁场。

教学难点：李纳—维谢尔势及辐射电磁场。

本章教学要求：通过本章学习，使学生了解运动带电粒子的势—李纳—维谢尔势及辐射

电磁场。

四、学时分配与教学方式

总学时：54

绪论矢量场分析初步2学时

第一章电磁现象的普遍规律10学时

第二章静电场10学时

第三章静磁场8学时

第四章电磁波的传播8学时

第五章电磁波的辐射6学时

第六章狭义相对论8学时

第七章电磁场与物质的相互作用2学时

教学方式：电动力学是一门理论基础课，其教学方式以课堂教学为主，课后答疑为辅，同时适当引进计算物理的思想，引导学生分析、讨论课程中的部分问题，真正提高学生的学习兴趣和分析解决问题的能力。

五、考核方式

考试

六、本课程与其它课程的关系

学习本课程时，学生应具备以下基础知识：普通物理电磁学、矢量代数和矢量分析基础、微积分与微分方程、数学物理方法等；本课程是普通物理电磁学课程的提高，又是学习其它后续课程：激光物理，固体物理，光电子技术等的基础。

七、教材与参考书

教材：《电动力学》（第3版），郭项宏，高等教育出版社，2008。

参考书：《电动力学》，何启智，高等教育出版社，1985；

《电动力学》，罗春荣等，西安交通大学出版社，2000；

《电动力学》，尹真，南京大学出版社，1999；

《电动力学》，梁绍荣，北京师范大学出版社，1986；

《经典电动力学》，杰克逊（朱培豫译），人民教育出版社，1979。

《电动力学》，王大中著，高等教育出版社，2005年版。

八、其它需要说明的问题

教学内容中带*号部分做为选学内容。