电动力学

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电动力学
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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。
基本内容
狭义相对论实验基础 经典时空观 狭义相对论基本原理 Lorenlz变换 相对论时空理论 相对论理论四维形式 电磁理论的相对论不变性 相对论力学
电 动 力 学
目 录
第0章 绪论及数学准备
(6学时)
第1章 电磁现象的普遍规律 (12学时) 第2章 静电场 (10学时) 第3章 静磁场 (6学时) 第4章 电磁波的传播 (10学时) 第5章 电磁波的辐射 第6章 狭义相对论
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。
第一章电磁现象的普遍规律 (电动力学的出发点) 电动力学的出发点)
基本实验定律
1. 库仑定律 2. 安培定律 3. 毕奥—沙伐尔定律 毕奥— 4. 法拉第电磁感应定律 5. 电荷守恒定律 叠加 原理 推广 麦克斯韦方程组
∇ ∇ ∇ ∇ r r ∂B × E = − ∂t r ⋅D = ρ r r r ∂D × H = J + ∂t r ⋅B = 0
v ∇× H = 0
v H = −∇ϕ m
v ∇⋅B = 0
ρm ∇ ϕm = − µ0
2
v H = −∇ ϕ m
ϕm
----------磁标势法 ----------磁标势法
第 一 章 电 磁 现 象 的 基 本 规 律
第二章 静电场


第三章 静磁场 第四章 电磁波 的传播
变化场
第五章 电磁波 的辐射
主要内容:
矢势及其微分方程 磁标势及其微分方程 边值关系 边值关系
Laplacs 方程分离变量法
静 磁 场研究的问题: 研究的问题:
给定传导电流以及周围空间介质情况下, 给定传导电流以及周围空间介质情况下, 如何求解静磁场? 如何求解静磁场?
研究的思路: 研究的思路:
r r ∂B ∇×E = − ∂t r 静 ∇⋅D = ρ r r r ∂D 磁 场 ∇×H = J + ∂t r ∇⋅B = 0
主要内容: 主要内容
电荷,电场 库仑定律 Gauss定理 电场的散度 静电场的旋度 电流和磁场 电荷守恒定律 Biot-Savsrt定律 电磁感应定律 位移电流 Maxwell方程组 Lorentz力 介质的电磁性质,极化,磁化 介质中的 Maxwell方程 电磁场边值关系 电磁场和电荷系统的能量守恒定律 场的能量密度和能流
第四章
电磁波的传播
讨论Maxwell方程组应用到迅变但不存电荷电流情 况,变化着的电场和磁场互相激发, 形成电磁波在激发 区外的传播。 限于时间,仅要求掌握电磁波传播的最基本理论。 基本内容 平面电磁波(波动方程、性质) 电磁波在介质表面上的反射和折射 导体存在时电磁波的传播 有界空间中(波导管中)的电磁波
(10学时) (6学时)
第4章 电磁波的传播 (10学时) 第5章 电磁波的辐射 (6学时) 第6章 狭义相对论
(10学时)
电动力学的主要内容
静磁场 电磁现 象的普 遍规律 静电场
电磁波 的传播
电磁波 的辐射
课程目的与要求
通过本课程学习 1.掌握电磁现象的基本概念、实验定律及电磁场的运动规律。 掌握电磁现象的基本概念、实验定律及电磁场的运动规律。 掌握电磁现象的基本概念 2.在掌握电磁学、电动力学各部分内容的内在联系中,培养分 在掌握电磁学、电动力学各部分内容的内在联系中, 在掌握电磁学 析问题和解决问题的能力。 析问题和解决问题的能力。 3.了解狭义相对论的基本概念、基本思想,加深对电磁场物质 了解狭义相对论的基本概念、基本思想, 了解狭义相对论的基本概念 性和时空概念的理解。 性和时空概念的理解。 该课程注重基础理论教学,重点帮助学生在《电磁学》 该课程注重基础理论教学,重点帮助学生在《电磁学》的知识 基础上对经典电磁学的基本理论和基本方法进行深入的学习研 究,对所涉及电磁学各方面主要问题的分析、处理的思路和方 对所涉及电磁学各方面主要问题的分析、 法的介绍,在深度、广度和系统性方面均有明显的台阶。 法的介绍,在深度、广度和系统性方面均有明显的台阶。
r 洛仑兹力 r r r f = ρE + J × B
电磁 场的 基本 方程
第 一 章 电 磁 现 象 的 基 本 规 律
第二章 静电场


第三章 静磁场 第四章 电磁波 的传播
变化场
第五章 电磁波 的辐射
第二章 静电场
讨论Maxwell方程组应用到最简单情况:静电场,即与时变无 关和j=0条件下的方程。主要研究在给定的自由电荷分布以及周 围空间介质和导体分布的情况下,怎样求解静电场。 静电问题是通过引入静电场的标势求解静电场 标势求解静电场的,标势是一个 标势求解静电场 十分重要的概念, 它所满足的微分方程和边值关系,以及静电场 问题的一些基本解法是本章应掌握的内容。

电动力学的主要内容
静磁场 电磁现 象的普 遍规律 静电场
电磁波 的传播
电磁波 的辐射
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。 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 从矢量场论出发,总结电磁现象普遍规律, 更具一般性。 更具一般性。 方法 建立模型、求解方程、注重理论。 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、 矢量场论、张量分析初步、线性代数、数理方程、 特殊函数 ………
主要内容: 主要内容:
静电势及其微分方程 标势,泊松方程和边值关系 唯一性定理 Laplacs 方程分离变量法 电像法
研究的问题: 研究的问题:
给定自由电荷以及周围空间介质和导体情况下,如何求解静电场? 给定自由电荷以及周围空间介质和导体情况下,如何求解静电场? 本章引进一个静电场的标量势函数,简称标势 本章引进一个静电场的标量势函数, 引进一个静电场的标量势函数 来求解静电场。 来求解静电场。
第五章
电磁波的辐射
本章讨论由电流电荷分布激发电磁场的问题, 引 入电磁场的矢势和标势描述变化电磁场, 讨论用势 表述的电动力学基本方程组, 研究标势和矢势的解-推迟势, 作为应用之例,介绍电偶极辐射。 基本内容 电磁场矢势和标势 两种规范 推迟势 电偶极辐射
第六章 狭义相对论
作为现代物理学主要理论之一的狭义相对论是关于时空的 理论。 本章阐述狭义相对论的基本内容,从两个基本原理导 出时空坐标的洛仑兹变换式, 讨论相对论的时空概念, 讨论 在参考系变换下方程形式不变的性质---协变性, 将电动力学 方程表为协变形式
第0章 绪论
电 磁 学
目 录
第1章 静电场的基本规律 第2章 有导体时的静电场
第3章 静电场中的电介质 第4章 恒定电流和电路 第5章 恒定电流的磁场 第6章 电磁感应和暂态过程
第7章 磁介质 第8章 交流电路 第9章 时变电磁场和电磁波
电磁学的主要内容
电 动 力 学
目 录
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7章 带电粒子与电磁场的相互作用
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?
电动力学的主要内容
静磁场 电磁现 象的普 遍规律 静电场
电磁波 的传播
电磁波 的辐射
第一章
电磁现象的普遍规律
在已有的电磁学知识的基础上,从电磁场的几个基本实 验规律(库仑定律,毕奥--萨伐尔定律,电磁感应定律,电 荷守恒律) 出发,加上位移电流假定, 总结出电磁场的基 本运动规律-- Maxwell方程组和洛仑兹力公式。本章内容 是本课程的基础,必须深刻掌握。 本课程的基础,必须深刻掌握。
(6学时) (10学时)
主要考核目标(包括重点及难点) 主要考核目标(包括重点及难点)
(1)掌握电磁场基本理论、重要实验定律; 掌握电磁场基本理论、重要实验定律; (2)掌握静电场和静磁场的基本理论和解题方法; 掌握静电场和静磁场的基本理论和解题方法; (3)掌握电磁波传播和辐射的基本概念和简单应用; 掌握电磁波传播和辐射的基本概念和简单应用; (4)掌握狭义相对论的基本理论和简单应用。 掌握狭义相对论的基本理论和简单应用。 重点:第一、 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; 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。 解题难度大、相对论概念不易理解。
课程性质
电动力学是物理学科的一门重要基础理论课, 电动力学是物理学科的一门重要基础理论课, 重要基础理论课 是物理学专业必修课程 , 是物理学 专业必修课程, 是物理学专业七门 专业必修课程 “学士学位课”之一。 学士学位课”之一。 学时学分: 学时学分: 54学时, 54学时,3学分 学时 先修要求: 先修要求: 普通物理电磁学 数学物理方程
v v v B = ∇× A ∇⋅B = 0 v ∇⋅ A = 0 v v v v ∇× H = J B = µH
v v ∇ A = −µJ
2
v v B =∇× A
v A
----------磁矢势法 ----------磁矢势法
当满足一定条件: 当满足一定条件:求解区域是没有传导电流的单连通区域
v ∇⋅B = 0 v v ∇× H = J
教材
《电动力学》郭硕鸿 电动力学》 高教出版社 第二版 1997
主要参考书
[1]《电动力学》汪德新 电动力学》 科学出版社 第二版 2005 [2]《电动力学》蔡圣善等 高教出版社 第二版 2002 电动力学》 [3]《电动力学》虞福春 电动力学》 北京大学出版社 1992
[4]《电动力学解题指导》 郑春开 北京大学出版社 电动力学解题指导》 [5]《电动力学解题指导》 王雪君 北京师范大学出版 电动力学解题指导》 社 1998
电 动 力 学
目 录
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7章 带电粒子与电磁场的相互作用

电 动 力 学
目 录
第0章 数学准备
(6学时)
第1章 电磁现象的普遍规律 (12学时) 第2章 静电场 第3章 静磁场
什么是电 动力学? 动力学?
绪论
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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?
电动力学比电磁学难学, 主要体现在思维抽象、 电动力学比电磁学难学 , 主要体现在思维抽象 、 习题 难解等。为此,在学习时要注意掌握好概念、原理、 难解等。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、 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,既见树木,更见森林。 注意做到,既见树木,更见森林。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, 下硬功夫,培养物理与数学间相互“翻译”的能力,能熟 练地运用数学独立地对教材内容进行推导, 练地运用数学独立地对教材内容进行推导,并明确它们的 物理意义和图象。 物理意义和图象。
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
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