0电动力学-绪论
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0_电动力学绪论
Spring 2011
phwjdeng@
3
章节和课时分配
附录1 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 4 12 8 6 12
第5章 电磁波的辐射
第6章 狭义相对论
10
12
Spring 2011
phwjdeng@
c (a b )
x分量
a b d, c a b
d a, b f , f c, d
c2 a1b2 a2b1 c3 a3b1 a1b3
f1 c2 d 3 c3 d 2
a1 c2b2 c3b3 b1 c2 a2 c3 a3 a1 c b b1 c a
phwjdeng@
16
矢量的矢量积（叉乘）
AB C C AB sin
正交坐标系
ei e j ij
e1 A B A1 B1
phwjdeng@
e2 A2 B2
e3 A3 B3
17
ei e j ijk ek
Spring 2011
divA A
Spring 2011 phwjdeng@ 24
高斯定理 Gauss theorem
因为
divA lim
V 0
S
A dσ V
显然
A dσ (divA)dV
S V
矢量场的散度常常直接表示为梯度算符与矢量的点乘，即
phwjdeng@
10
附录I 矢量分析
根据坐标变换性质，可以将电动力学涉及的物理 量分为标量、矢量和二阶张量。大小取值不随坐标系 改变的物理量称为为标量，如电子的电荷；矢量具有 多个依赖于坐标轴的分量，各分量在不同的坐标系中 的取值像位置矢量一样变化，例如电流密度和能流密 度等；具有多个分量，而且各分量在不同的坐标系中 的取值像并矢一样改变的物理量称为张量，如动量流 密度。 标量和矢量也分别称为0阶张量和1阶张量。
《电动力学》课件
电场的能量
电场中的电荷具有电势能，当电荷在电场中移动时，它们的电势能可以转化为动能或其他形式的能量。了解电场能 量可以帮助我们理解各种电磁现象。
电势和电势能
电势是描述电场中某个位置的属性，它可以被认为是单位正电荷所具有的势能。电势能则是电荷在电场中具有的能 量。
静电场的高斯定律
静电场的高斯定律描述了电场中电荷的分布对电通量的影响。通过高斯定律， 我们可以更好地理解电场的特性和分布。
《电动力学》PPT课件
探索电动力学的奥秘，理解电荷和电场的关系，学习库仑定律，揭示电场的 概念和性质，掌握电场的能量以及电势和电势能的重要性，钻研静电场的高 斯定律，了解电源和电动势的作用。
电动力学的定义
电动力学是物理学中研究电荷和电场相互作用的学科。通过探索电场的性质 和行为，我们可以理解电荷之间的引力和有的一种性质，可以是正电荷或负电荷。电场则是电荷周围 的力场，通过电荷相互作用的方式传播。
库仑定律
库仑定律描述了电荷之间的电力相互作用。根据库仑定律，电荷之间的力与 它们之间的距离成反比，与它们的电荷量成正比。
电场的概念和性质
电场是电荷周围的力场，它可以被认为是电荷对周围空间产生的一种影响。电场具有方向性和大小，可以通过电场 线来可视化。
电源和电动势
电源是电能的来源，它可以提供电荷的流动。电动势是电源为电荷提供能量的能力，它描述了电荷在电路中流动的 推动力。
电动力学0绪论
(
)
(
) (
)
(0.22) (0.23) (0.24) (0.25)
G G G G G G G G G G ∇ f ⋅ g = ( g ⋅ ∇) f + f ⋅ ∇ g + f × (∇ × g ) + g × ∇ × f ,
(
)
)
(
)
∇ ⋅ ∇ϕ = ∇ 2ϕ , G G G ∇ × ∇ × f = ∇ ∇ ⋅ f − ∇2 f .
(0.7)
在直角坐标系中
*
数学手册 P446 绪 论
Wenji DENG 2010.3.1
电动力学讲义
第 3 页(共 6 页)
G ∂A ∂A ∂A divA = x + y + z , ∂x ∂y ∂z
所以，矢量场的散度常常直接表示为梯度算符与矢量的点乘，即
(0.8)
G G divA = ∇ ⋅ A.
绪
论
Wenji DENG 2010.3.1
电动力学讲义
第 2 页(共 6 页)
§0.1 矢量分析
标量场的梯度（gradient） 、矢量场的散度（divergence）和旋度（rotation, curl）都可以采用体积导数的 * 方式作统一的定义 ，与高等数学中常用的定义方式互为补充。 所谓体积导数，是指场量的高斯曲面积分 体积 V 之比的极限值。 【梯度】 1_梯度可定义为标量场的体积导数
G
G G
G
[问题] 利用 Stokes 定理(0.14)式证明（令 A = cϕ ，且 c 为任意常矢量）
G
G
G
∫∫ dσ × ( ∇ϕ ) = v ∫ ϕ d A.
S L
电动力学教学大纲
XX《电动力学》教学大纲课程编号： 3407课程名称:电动力学英文名称:学分／学时:４/64课程性质: 必修适用专业: 应用物理建议开设学期:５先修课程: 电磁学,数学物理方法,场论与复变函数开课单位：物理与光电工程学院一、课程的教学目标与任务(１）理解电磁运动的基本规律，理解电磁场基本性质；（2）获得分析和处理一些电磁基本规律问题的能力；(3)通过学习狭义相对论理论，掌握相对论的时空观及有关的基本理论；(４)为后续课程的学习和独力解决实际问题打下必要的基础。
二、课程具体内容及基本要求（一）引言（4学时）１。
基本要求了解《电动力学》的主要内容、熟悉研究对象等电磁场理论的史2.重点、难点掌握数学知识补充（矢量分析和算符运算）３。
作业及课外学习要求：课后及课本XX中的补充内容,掌握基本的矢量分析及算符运算法则（二)第一章电磁现象的普遍规律（８学时）１.基本要求第一节电荷和电场一、库仑定律(电荷连续分布带电体的电场）二、高斯定理，静电场的散度（矢量场的两个基本性质）三、静电场的旋度第二节电流和磁场一、电荷守恒定律（微分形式和积分形式)二、用毕—萨定律证明磁场旋度和散度公式第三节麦克斯韦方程组一、电磁感应定律二、位移电流三、麦克斯韦方程组四、洛伦兹力公式第四节介质的电磁性质一、极化和磁化的物理图象及描述二、极化强度的散度和磁化强度的旋度三、物质方程四、介质中的方程第五节电磁场的边值关系一、方程的积分形式二、法向分量的跃变三、切向分量的跃变第六节电磁场的能量和能流一、场和电荷系统的能量转化和守恒定律的一般形式二、电磁场能量密度和能流密度表示式三、电磁能量的传输2.重点、难点本章重点:方程及其物理根据，电磁场的边值关系，电磁场能量.难点:电磁场的矢量运算，电磁场及边值关系的物理图像。
３．作业及课外学习要求:课后题的部分内容，掌握电磁场的基本边值关系及方程.（三）第二章静电场（13学时）1.基本要求第一节静电场的标势及其微分方程一、静电场的标势二、静电势的微分方程和边值关系三、静电场的能量第二节唯一性定理一、静电问题的唯一性定理二、有导体存在时的唯一性定理第三节拉普拉斯方程分离变量法一、分离变量法二、边界条件的使用第四节电像法一、电像法的物理原理二、电像法的适用区域第五节格林函数法（选讲)一、点电荷密度二、格林函数三、格林公式和边值问题的解第六节电多极矩一、电势的多极展开二、电多极矩三、电荷体系在外电场中的能量２。
清华大学 电动力学绪论及0-2,3,4,5 9,15
(a b )(c d ) (a c )(b d ) (a d )(b c )
(a b ) (c d ) (a c )(b d ) (a d )(b c )
( AB) C C ( AB)
并矢与矢量的点乘是一个矢量
§0-2 一、场的概念
矢量场论复习
描述一定空间中连续分布的物质对象的物理量。或说：若在 一定空间中的每一点，都对应着某个物理量的确定值，就说 在这空间中确定了该物理的场。 如：温度场、引力场、电 磁场。
c A dl
L
C＝0: 表明在区域内无涡旋状态，不闭合， C≠0: 表明在区域内有涡旋状态存在，闭合， 意义：用来刻画矢量场在空间某一范围内是否 有涡旋存在，具有局域性质。
2、旋度
以闭合曲线L为界的面积 S 逐渐缩小， A dl 也将逐渐减 L
小，一般说来，这两者的比值有一极限值，记作
3 A B Ai Bi AB cos
i 1
A B AB sin en A1 B1
e1
e2 A2 B2
e3 A3 B3
A ( B C ) B (C A) C ( A B)
T AB
i , j 1
3 Ai Bi ei e j Tij ei e j 3 i, j
单位张量和任意矢量的点乘等于该矢量 AB : CD B C A D AB CD A B C D A B C AD CD AB
s
S
(a b ) (c d ) (a c )(b d ) (a d )(b c )
( AB) C C ( AB)
并矢与矢量的点乘是一个矢量
§0-2 一、场的概念
矢量场论复习
描述一定空间中连续分布的物质对象的物理量。或说：若在 一定空间中的每一点，都对应着某个物理量的确定值，就说 在这空间中确定了该物理的场。 如：温度场、引力场、电 磁场。
c A dl
L
C＝0: 表明在区域内无涡旋状态，不闭合， C≠0: 表明在区域内有涡旋状态存在，闭合， 意义：用来刻画矢量场在空间某一范围内是否 有涡旋存在，具有局域性质。
2、旋度
以闭合曲线L为界的面积 S 逐渐缩小， A dl 也将逐渐减 L
小，一般说来，这两者的比值有一极限值，记作
3 A B Ai Bi AB cos
i 1
A B AB sin en A1 B1
e1
e2 A2 B2
e3 A3 B3
A ( B C ) B (C A) C ( A B)
T AB
i , j 1
3 Ai Bi ei e j Tij ei e j 3 i, j
单位张量和任意矢量的点乘等于该矢量 AB : CD B C A D AB CD A B C D A B C AD CD AB
s
S
电动力学(全套课件)ppt课件
电磁波的传播遵循惠更斯原理，即波 面上的每一点都可以看作是新的波源。
电磁波在真空中的传播速度等于光速， 而在介质中的传播速度会发生变化。
电磁波的能量与动量
01
电磁波携带能量和动量，其能量密度和动量密度与 电场和磁场的振幅平方成正比。
02
电磁波的能量传播方向与波的传播方向相同，而动 量传播方向则与波的传播方向相反。
03
电磁波的能量和动量可以通过坡印廷矢量进行描述 和计算。
06
电动力学的应用与发展前 景
电动力学在物理学中的应用
描述电磁现象
电动力学是描述电荷和电流如何 产生电磁场，以及电磁场如何对 电荷和电流产生作用的理论基础。
解释光学现象
光是一种电磁波，电动力学为光 的传播、反射、折射、衍射等现 象提供了理论解释。
麦克斯韦方程组与电磁波
01
麦克斯韦方程组是描述电磁场的基本方程组，包括高斯定律、 高斯磁定律、法拉第电磁感应定律和安培环路定律。
02
电磁波是由变化的电场和磁场相互激发而产生的，其传播速度
等于光速。
麦克斯韦方程组揭示了电磁波的存在和传播规律，为电磁学的
03
发展奠定了基础。
电磁波的性质与传播
电磁波具有横波性质，其电场和磁场 振动方向相互垂直，且都垂直于传播 方向。
电场能量
W=∫wdV，表示整个电场 中的总能量。
功率
P=UI，表示单位时间内电 场中消耗的能量或提供的 能量。
04
恒磁场
磁感应强度与磁场强度
磁感应强度的定义与物理意义 磁感应强度与磁场强度的关系
磁场强度的定义与计算 磁场的叠加原理
安培环路定理与磁通量
01
安培环路定理 的表述与证明
电动力学第一讲
8. 狭义相对论
பைடு நூலகம்
25
19世纪末期拥有开尔文爵士之称的汤姆生在一次国际会议上讲 到“物理学大厦已经建成，以后的工作仅仅是内部的装修和粉 刷”。但是，他话锋一转又说：“大厦上空还漂浮着两朵‘乌 云’，迈克尔逊-莫雷实验结果和黑体辐射的紫外灾难。”正 是为了解决上述两问题，物理学发生了一场深刻的革命导致了 相对论和量子力学的诞生。 早在电动力学麦克斯韦方程建立之日，人们就发现它没有涉及 参照系问题。人们利用经典力学的时空理论讨论电动力学方程， 发现在伽利略变换下麦克斯韦方程及其导出的方程（如亥姆霍 兹，达朗贝尔等方程）在不同惯性系下形式不同，这一现象应 当怎样解释？ 经过几十年的探索，在1905年终于由爱因斯坦创建了狭义相对 论。相对论是一个时空理论是对牛顿时空观的拓展和修正。按 照狭义相对论而言，物体运动时质量会随着物体运动速度增大 而增加，同时，空间和时间也会随着物体运动速度的变化而变 化，即会发生尺缩效应和钟慢效应。
9
§0-1 绪 论
一、基本情况
课程性质 ：电动力学是物理学科的一门重要专业理论 课，是物理学的“四大力学”之一。描述电磁相互作 用的经典理论，宏观尺度的理论（包含大量分子、原 子的邻域）适用于宏观电磁现象的非牛顿力学理论 （相对论） 研究对象 ：电动力学是研究电磁场的动力学理论，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。 研究方法：归纳法（从特殊到一般）；类比法（从一 种特殊到另一种特殊）；演绎法（从一般到特殊）
5. 麦克斯韦方程
麦克斯韦方程是英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦 在19世纪建立的一组描述电场、磁场与电荷密度、 电流密度之间关系的偏微分方程 麦克斯韦方程由： (1)描述电荷如何产生电场的高斯定理 E
第01讲 绪论 山东大学物理学院电动力学课件
《电动力学》授课计划表
• 《电动力学》授课计划表 •
• ——2008-2009学年第1学期
• 本学期上课17周（包括国庆节放假1周、宣讲 小论文0.5周、元旦放假0.5周）
• 实际讲课15周，共30讲
绪论
• 《电动力学》课程考试办法：
– ⑴ 闭卷笔试 – ⑵ 课堂学习 – ⑶ 课下作业
– (4) 小论文
《电动力学》教学方案
• 下篇为介质电动力学，讨论介质中的电磁现象， 包括第四章和第五章。
第四章由介质的极化和磁化导出介质中的麦克斯 韦方程组和边值关系，各种边界条件下静电问题和 静磁问题的解法。讨论了各种条件下静电场及静磁 场的边值问题解法，A-B效应及超导的理论解释。
第五章讨论了介质中电磁波的传播问题，并讨 论5%；
占 20%。
绪论
• 小论文要求： • (1) 格式正确，具体格式要求同中文核心期刊正式论
文； • (2) 内容新颖、充实，经过自己的独立思考； • (3) 严禁从网络上直接下载，严禁互相抄袭； • (4) 与自然科学密切相关，与物理学相关； • (5) 论文书写用时应在20课时以上，字数应在1万字
左右；
• (6) 10月份开始安排宣讲小论文; • (7) 2008年12月31日前网上提交小论文。
绪论
• 下面请观看视频
– 中央电视台《人物》专栏 – 爱因斯坦
《电动力学》第1讲
绪论
绪论
• http://219.218.121.129/
– 电动力学教学网站
•http://219.218.121.129/bbs/
–电动力学论坛
•电动力学的研究对象：
–电磁场的基本属性，运动规律，以及电磁场 和带电物质之间的相互作用。
电动力学ppt课件
磁场
磁体周围空间存在的一种特殊物质， 对放入其中的磁体有力的作用。
电场强度
描述电场强弱的物理量，用E表示， 单位是牛/库仑（N/C）。
磁感应强度
描述磁场强弱的物理量，用B表示， 单位是特斯拉（T）。
麦克斯韦方程组及其物理意义
麦克斯韦方程组
是电磁学的基本方程，由四个方程组 成，分别描述了电场的性质、磁场的 性质以及电场和磁场之间的相互作用 。
磁悬浮列车
磁共振成像
利用恒定磁场产生的排斥力或吸引力，实 现列车悬浮和导向。
利用恒定磁场与射频脉冲相互作用产生磁 共振信号，实现人体内部结构和功能的成 像。
04 时变电磁场理论 及其应用
法拉第电磁感应定律和楞次定律
法拉第电磁感应定律
描述时变磁场中感应电动势的大小和方向，是电磁感应现象的基础。
楞次定律
01
麦克斯韦方程组的时 域形式
由四个偏微分方程组成，分别描述了 电荷如何产生电场、电流如何产生磁 场、变化的电场如何产生磁场以及变 化的磁场如何产生电场。
02
麦克斯韦方程组的频 域形式
通过傅里叶变换将时域信号转换为频 域信号，得到频域下的麦克斯韦方程 组，适用于分析单一频率或窄带信号 的电磁问题。
03
导体和绝缘体在静电场中特性
导体
01
在静电场中，导体内部电场为零，电荷分布在导体表面，形成
表面电荷密度。
绝缘体
02
绝缘体内部存在电场，电荷不能自由移动，因此不会产生电流
。
静电感应
03
当导体靠近带电体时，导体内部电荷重新分布，使得导体两端
出现异号电荷的现象。
静电场应用实例
电容器
利用静电场存储电能，广泛应 用于电子电路和电力系统中。
电动力学第一章
x分量
f1 c2 d3 c3d 2
c2 a1b2 a2b1 c3 a3b1 a1b3
c d c1e1 c2 e2 c3e3 d1e1 d 2 e2 d3e3 c2 d3 c3d 2 e1
方向，则称此空间为矢量场。如电场、速度场等。若场
称为不稳定场。
中各点处的物理量不随时间变化，就称为稳定场，否则，
（2）标量场的梯度
标量场
方向导数
(x)
一般来说，在不同的方向上 l 的值是不同的。 Pl 如图所示，l 为场中的任意方向，P1是这个方
方向导数是标量函数 ( x ) 在一点处沿任意方向 l 对距离的变化率，它的数值与所取 l 的方向有关，
学习电动力学课程的主要目的是:
1） 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初步能
力，为以后解决实际问题打下基础； 3） 通过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，帮助我们加深辩证唯物主义的世界观。
学习电动力学课程的主要意义是： 在生产实践和科学技术领域内，存在着大量和电磁
大的意义。
要想学好电动力学，必须树立严谨的学习态度和刻 苦的学习作风。
电动力学比电磁学难学，主要体现在思维抽象、习
题难解上。为此，在学习时要注意掌握好概念、原理、
结构和方法，这些在听课、阅读、复习、小结和总复习
时都要注意做到。要在数学与物理结合上下硬功夫，培 养物理与数学间相互‚翻译‛的能力，能熟练地运用数
ex e y ez x y z
电动力学课件0-(带目录)
电动力学课件01.引言电动力学是物理学中的一个重要分支，主要研究电荷、电流、电磁场以及它们之间的相互作用规律。
电动力学的发展历程可以追溯到19世纪，当时的科学家们通过实验和理论研究，逐步揭示了电磁现象的本质和规律。
本课件旨在介绍电动力学的基本概念、理论框架和重要应用，帮助读者系统地了解电动力学的基本原理和方法。
2.麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组是电动力学的基础，描述了电磁场的基本性质和演化规律。
麦克斯韦方程组包括四个方程，分别是：（1）高斯定律：描述了电荷分布与电场之间的关系，即电荷产生电场，电场线从正电荷出发，终止于负电荷。
（2）高斯磁定律：描述了磁场的无源性质，即磁场线是闭合的，没有磁单极子存在。
（3）法拉第电磁感应定律：描述了时变磁场产生电场的现象，即磁场的变化会在空间产生电场。
（4）安培环路定律：描述了电流和磁场之间的关系，即电流产生磁场，磁场线围绕电流线。
3.电磁波的传播（1）电磁波的传播速度：在真空中，电磁波的传播速度等于光速，即c=3×10^8m/s。
（2）电磁波的能量：电磁波传播过程中，电场和磁场交替变化，携带能量。
（3）电磁波的极化：电磁波的电场矢量在空间中的取向称为极化，可分为线极化、圆极化和椭圆极化。
（4）电磁波的反射、折射和衍射：电磁波在遇到边界时会发生反射和折射现象，同时还会产生衍射现象。
4.动态电磁场（1）电磁场的波动方程：描述了电磁波的传播规律，包括波动方程的推导和求解。
（2）电磁场的能量和动量：研究电磁场携带的能量和动量，以及它们与电荷、电流之间的相互作用。
（3）电磁场的辐射：研究电磁波在空间中的辐射现象，包括辐射源、辐射功率和辐射强度等。
5.电动力学应用（1）通信技术：电磁波的传播特性使其成为无线通信的理想载体，广泛应用于方式、电视、无线电等领域。
（2）能源传输：电磁感应原理使电能的高效传输成为可能，如变压器、发电机等。
（3）电子设备：电磁场的控制和应用是电子设备工作的基础，如电脑、方式、家用电器等。
电动力学0
dAz du
u x
)ey
( dAy du
u x
dAx du
u y
)ez
u d A du
证明
1r ,
r r3
r 0, r3
r r3
0, (r
0)
1 r
x
(
1 r
)ex
y
(
1 r
)ey
z
(
1 r
)ez
1 r2
(
r x
ex
r y
ey
r z
ez
)
r r3
r 1 r ( 1 ) r
A(r )
式中：
(ex
x
ey
y
ez
) z
圆柱坐标系下：
1
(er
r
e
r
ez
) z
哈密顿算符
A(r ) 1 (rAr ) 1 A Az
r r r z
球面坐标系下：பைடு நூலகம்
(er
r
e
1 r
e
(
r
1
sin
)
)
A(r )
1 r2
r
(r 2 Ar )
1
r sin
(sin A )
c
四、矢量场旋度的重要性质
( F ) 0
任意矢量场旋度的散度等于零。
证明：左边=(
x
ex +
y
ey
z
ez
)
[( Fz y
Fy z
)ex
(Fx z
Fz x
)ey
(Fy x
Fx y
)ez ]
[( 2Fz 2Fy ) (2Fx 2Fz ) (2Fy 2Fx )] xy xz yz xy xz yz
电动力学
电动力学
? ??
？？ ？
什么是电 动力学? 动力学?
绪论
学什么? 学什么?
获得学习“电动力学” 获得学习“电动力学” 的自觉意识和较高的 起点。 起点。
怎样学? 怎样学?
电动力学是理论物理学的一部分， 电动力学是理论物理学的一部分，属于经典 是理论物理学的一部分 物理的范畴。它是高等师范院校物理学专业一门 物理的范畴。它是高等师范院校物理学专业一门 十分重要的理论课。 十分重要的理论课。 电动力学是在电磁学的基础上 电动力学是在电磁学的基础上系统阐述电磁 在电磁学的基础上系统阐述电磁 场的基本理论. 场的基本理论.它的主要任务是研究宏观电磁场 的基本属性、 的基本属性、运动变化的规律以及电磁场和物质 的相互作用。 的相互作用。
对于电磁波的研究主要有两个分支: 对于电磁波的研究主要有两个分支:
一个分支是：研究电磁波离开激发源，在激发区外 一个分支是：研究电磁波离开激发源， 的自身运动规律， 电磁波的传播; 的自身运动规律，即电磁波的传播; 另一个分支是：研究电磁波对它的激发源的依赖关系, 另一个分支是：研究电磁波对它的激发源的依赖关系, 即电磁波的辐射
研究的思路: 研究的思路:
r r ∂B ∇× E = − ∂t r 静 ∇⋅D = ρ r 电 r r ∂D 场 ∇× H = J + ∂t r ∇⋅B = 0
r ∇× E = 0
r E = −∇ϕ
ρ ∇ ϕ=− ε
2
v ∇⋅D = ρ
v E = −∇ ϕ
ϕ
第三章 静磁场
讨论Maxwell方程组应用到另一最简单情况:静磁场，即 与时变无关和电流恒定条件下的方程。通过引入矢势求解 静磁场 ,因为导出 的方程和边值关系，解方程较为复杂, 解 法不重点介绍，重点掌握矢势概念。另外对于静磁场而言， 在某些满足一定条件特殊区域可象静电场引入标势（磁标 势），从而利用（磁标势）， 求解静磁场 。所以磁标势是 一个十分重要的概念, 如何利用磁标势求解静磁 磁标势求解静磁场是本章应 掌握的内容。
? ??
？？ ？
什么是电 动力学? 动力学?
绪论
学什么? 学什么?
获得学习“电动力学” 获得学习“电动力学” 的自觉意识和较高的 起点。 起点。
怎样学? 怎样学?
电动力学是理论物理学的一部分， 电动力学是理论物理学的一部分，属于经典 是理论物理学的一部分 物理的范畴。它是高等师范院校物理学专业一门 物理的范畴。它是高等师范院校物理学专业一门 十分重要的理论课。 十分重要的理论课。 电动力学是在电磁学的基础上 电动力学是在电磁学的基础上系统阐述电磁 在电磁学的基础上系统阐述电磁 场的基本理论. 场的基本理论.它的主要任务是研究宏观电磁场 的基本属性、 的基本属性、运动变化的规律以及电磁场和物质 的相互作用。 的相互作用。
对于电磁波的研究主要有两个分支: 对于电磁波的研究主要有两个分支:
一个分支是：研究电磁波离开激发源，在激发区外 一个分支是：研究电磁波离开激发源， 的自身运动规律， 电磁波的传播; 的自身运动规律，即电磁波的传播; 另一个分支是：研究电磁波对它的激发源的依赖关系, 另一个分支是：研究电磁波对它的激发源的依赖关系, 即电磁波的辐射
研究的思路: 研究的思路:
r r ∂B ∇× E = − ∂t r 静 ∇⋅D = ρ r 电 r r ∂D 场 ∇× H = J + ∂t r ∇⋅B = 0
r ∇× E = 0
r E = −∇ϕ
ρ ∇ ϕ=− ε
2
v ∇⋅D = ρ
v E = −∇ ϕ
ϕ
第三章 静磁场
讨论Maxwell方程组应用到另一最简单情况:静磁场，即 与时变无关和电流恒定条件下的方程。通过引入矢势求解 静磁场 ,因为导出 的方程和边值关系，解方程较为复杂, 解 法不重点介绍，重点掌握矢势概念。另外对于静磁场而言， 在某些满足一定条件特殊区域可象静电场引入标势（磁标 势），从而利用（磁标势）， 求解静磁场 。所以磁标势是 一个十分重要的概念, 如何利用磁标势求解静磁 磁标势求解静磁场是本章应 掌握的内容。
电动力学PPT第5章
式中 t t r
V
c
r
(x x)2
(y
y)2
(z z)2
1 2
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物理系
5-23
则有
A
0 4
V
j (x,t)d
r
0 4
V
(1 r
j
j
1)d
r
其中
j(
x,
t
)
j(
x,
t
)
t常数
j ( x, t )
x 常数
|| 0
这是因为微分只对x进行的
则
j(
x,
1
4 0 V
1 r
t
t t
d
1
4
0
V
1 r
t
d
由此得到：
A
1 c2
t
0 4
V
1 r
j
t常 d
1 c2
1
4 0
V
1 r
t
d
0 4
V
1 r
j
t常
t
d
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物理系
5-28
由电荷守恒定律
j
t常
t
0
A
1 c2
t
0 4
V
1 r
j
t常
t
d
0
即得
A
和
的解满足Lorentz条件。
5.1.1．用势描述电磁场 真空中,麦克斯韦方程组为
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物理系
5-3
引入矢势A 代入式
电磁场的矢势和标势
可得
由此可见，
是无旋场，因此它可以用标势 φ 描述。
电动力学教案12—绪论
研究方法：归纳法
§1 1、Coulomb定律
F
两个物理量：
静电现象的基本规律
qq r 3 40 r (1785)
E ( x, y, z, t ) , B( x, y, z, t )
意义：反映两点电荷的相互作用力大小和方向。其中 r 是两点电荷 之间的距离，且指向观察电荷。同性电荷相斥；异性电荷相 吸。问题：电荷的定义？ 相互作用是如何传递的？ * 超距作用 * 由电场传递 （1852年法拉第提出“电场”、“磁场”的概 念） 在静场的情况下两种观点是等价的！
静磁现象的基本规律
定义： 电流密度 J 是一个矢量，它的大小等于单位时间垂直通过
单位面积的电量；方向与该点的电流方向相同。
通过任意面积元的电流强度： dI J dscI J ds
s
一种运动带电粒子的电流密度： J v
由
Q E d s
s
0
Q r E 40 r 3
ra
ra
z
E
o a
E
r
s
Qr 4a 3 0
E
r 3 ＝？ 0 r
E E
0
球外 球内
0
＝？ r
3
§2
一、电荷守恒定律 1、电流密度
1 E ds
s
E dl 0
l
0 V
dV
由高斯公式
E
由斯托克斯公式
E 0
0
三、 Gauss定理和磁场的散度
在磁学中知道磁场的磁力线是闭合的，因此磁力线对任何一个 闭合的磁通量都是零，即
B ds 0 .
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法拉第
（1791～1867） 返回
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：英国物理学家，1831年6月13日生于 英国爱丁堡的一个地主家庭，8岁时，母亲去世， 在父亲的诱导下学习科学，16岁时进入爱丁堡大 学，1850年转入剑桥大学研习数学，1854年以优 异成绩毕业于该校三一学院数学系，并留校任职。 1856年到阿伯丁的马里沙耳学院任自然哲学教授。 1860年到伦敦任皇家学院自然哲学及天文学教授。 1865年辞去教职还乡，专心治学和著述。1871年 受聘为剑桥大学的实验物理学教授，负责筹建该 校的第一所物理学实验室——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，终年只有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 。
爱因斯坦是耶路撒冷希伯来大学的注册商标 返回
六、发展简史
⑴ ⑵ ⑶ ⑷ ⑸ ⑹ 1675 库仑定律 1820 电流磁效应（毕－萨定律） 1822 安培作用力定律（电动力学一词开始使用） 1831 电磁感应（法拉第），场的思想 1 1856-1873 麦克斯韦方程，预言了电磁波的存在 2 1881-1887 迈克尔逊实验（1881）,迈－莫雷实验 （1887） 3 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 4 力学”）。
主要考核目标（包括重点及难点） （1）掌握矢量场论的简单运算； （2）掌握电磁场基本理论、重要实验定律； （3）掌握静电场和静磁场的基本理论和解题方法； （4）掌握电磁波传播和辐射的基本概念和简单应用； （5）掌握狭义相对论的基本理论和简单应用。
重点：第一、二、四、六章
难点：公式多、需要记得多、数学推导较繁杂；解题 难度大、相对论概念不易理解。
绪论结束
谢谢合作！
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。爱因斯坦1908年兼任伯尔尼 Nhomakorabea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。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
成绩评定： 考试（70%），作业（15%）, 研究性内容（15%）。
第零章
绪论及数学准备
河北师范大学重点建设课程
§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。
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年也得到了证实。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。
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 矢量场论、张量分析初步、线性代数、数理方程、 特殊函数 „„„
三、理论物理的特点
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
物理学、应用物理学专业必修课程
电动力学
河北师范大学电动力学课程组 负责人：杨世平
庆祝2005世界物理年
电 动 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
课 程 简 介
课程类型：物理学、应用物理学本科生限选课 学时学分：72学时，4学分 先修要求：普通物理电磁学，数学物理方程 基本目的： 1. 学习处理电磁问题的一般理论和方法 2. 学习狭义相对论的理论和方法 内容提要： 1．电磁场的基本规律 2．静电问题和静磁问题 3．电磁波的辐射和传播 4．狭义相对论的概念和理论的数学形式
法拉第专于实验探索，麦克斯韦擅长理论概括
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实验物理学家迈克尔孙
迈克耳孙1873年毕业于美国海军学院，并留校教物理和化学。大约在 5年后，开始进行光速的测量工作，随后游学欧洲，在德国和法国学 习光学。回国后离开海军成为凯斯学院物理学教授。迈克耳孙因为精 密光学仪器和借助这些仪器进行的光谱学和度量学的研究工作做出的 贡献获得1907年的诺贝尔物理学奖。 迈克耳孙自己设计了旋转镜和干涉仪，用以测定微小的长度、折射率 和光波波长。1879年，他得到的光速为299910±5千米／秒；1882 年，他得到的光速为299853±6千米／秒。这个结果被公认为国际标 准，沿用了40年。迈克耳孙最后一次测量光速是在加利福尼亚两座相 差35千米的山上进行的，光速测量精确度最后达到了299798±4千米 ／秒。他就在这次测量过程中中风，于1931年去世。 迈克耳孙最著名的实验是被称为迈克耳孙－莫雷的测定以太是否存在 的实验（1887）。 返回
数学
普通物理学 理论物理学 固体物理学 激光物理学 量子电动力学 量子场论
电 动 力 学
统 计 力 学
量 子 力 学
电子通信类课程 电磁相关的技术
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。
爱因斯坦
1879-1955 20世纪最杰 出的科学家
爱因斯坦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，于1905年在物理学三个不同 领域中取得了历史性成就，特别是狭义 相对论的建立和光量子论的提出，推动 了物理学理论的革命。同年，以论文《 分子大小的新测定法》，取得苏黎世大 学的博士学位。
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和反对美国国 内法西斯危险，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。
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、 测井技术、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、主要参考书
[1]《电动力学》郭硕鸿 高教出版社 第二版 1997 [2]《电动力学》蔡圣善等 高教出版社 第二版 2002 [3]《电动力学》虞福春 北京大学出版社 1992 [4]《电动力学题解》林璇英、张之翔 科学出版社 1999； [5]《电动力学解题指导》 王雪君 北京师范大学出 版社 1998 [6] 经典 电动 力 学( 影 印 版)( 第3 版) John David Jackson 高等教育出版社 2004 .