電動力學(xué)教學(xué)大綱

電動力學(xué)教學(xué)大綱課程名稱：電動力學(xué)教學(xué)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(zhì)性的認識，理解狹義相對論的時空觀及有關(guān)的基本理論。2、獲得在本課程領(lǐng)域內(nèi)分析和解決某些基本問題的初步能力，為學(xué)習(xí)后繼課程和獨立解決實際工作中的有關(guān)問題打下必要的基礎(chǔ)。3、本課程為專業(yè)基礎(chǔ)課。教學(xué)預(yù)修課程：高等數(shù)學(xué)、矢量分析與場論、偏微分方程和特殊函數(shù)、電磁學(xué)。四、教學(xué)重點、難點：（一）重點1.明確電動力學(xué)的知識構(gòu)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(xué)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(xué)有著明顯的差別。從電磁學(xué)到電動力學(xué)的學(xué)習(xí)，在思維方式上應(yīng)有較大的轉(zhuǎn)變，這對初學(xué)理論物理的學(xué)生是一難點。2.電動力學(xué)理論性強，全部規(guī)律高度地概括為幾個數(shù)學(xué)方程式，數(shù)學(xué)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(nèi)容的工具，純熟運用數(shù)學(xué)工具的能力尤為重要，也是一種難點。五、教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時分派：（總75學(xué)時）第一章電磁現(xiàn)象的普遍規(guī)律（15學(xué)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(yīng)定律位移電流電動力學(xué)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(zhì)的電磁性質(zhì)介質(zhì)的極化和磁化介質(zhì)中的麥克斯韋方程組電磁場的邊值關(guān)系法向分量的邊值關(guān)系切向分量的邊值關(guān)系闡明（1）本章是在總結(jié)普通物理電磁學(xué)的基礎(chǔ)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(guān)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(yīng)，若數(shù)學(xué)上有困難，也可放在背面講授；（3）本章所列習(xí)題學(xué)時數(shù)較多，可抽出一定時數(shù)復(fù)習(xí)和介紹本課程所用的數(shù)學(xué)工具。第二章靜電場（14學(xué)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(guān)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(xué)時狀況作為選講內(nèi)容。第三章靜磁場（8學(xué)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(xué)時）1、平面電磁波在介質(zhì)中的傳輸平面電磁波平面電磁波在均勻介質(zhì)中的傳輸2、平面電磁波在介質(zhì)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(dǎo)體中的傳輸導(dǎo)體內(nèi)的自由電荷分布電磁波在均勻?qū)w內(nèi)的傳輸趨膚效應(yīng)電磁波在導(dǎo)體表面的反射4、電磁波在波導(dǎo)管內(nèi)的傳輸波導(dǎo)中電磁波傳輸?shù)幕痉匠叹匦尾▽?dǎo)內(nèi)的電磁波截止頻率諧振腔闡明（1）本章的重點在解決幾何光學(xué)和物理光學(xué)的基礎(chǔ)理論問題如反射、折射、菲涅耳公式、趨膚效應(yīng)等；（2）波導(dǎo)中的電磁波宜先分析場分布的物理圖象，然后再作數(shù)學(xué)推導(dǎo)。第五章電磁波的輻射（10學(xué)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(xué)內(nèi)容，可根據(jù)學(xué)時狀況選擇。第六章狹義相對論（16學(xué)時）1、狹義相對論的實驗基礎(chǔ)典型力學(xué)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(xué)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(xué)四維速度和四維動量四維力和相對論動力學(xué)方程質(zhì)速關(guān)系和動能公式質(zhì)能關(guān)系式能量—動量關(guān)系式7、結(jié)束語典型電動力學(xué)的局限性闡明（1）狹義相對論的實驗基礎(chǔ)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(zhì)能關(guān)系式、電磁場的變換公式等；（3）相對論力學(xué)的重點在四維動量、物體總能量、靜止能量和能量—動量關(guān)系式。（4）最后應(yīng)作簡短的結(jié)束語，指出典型電動力學(xué)的局限性，但不介紹量子電動力學(xué)的內(nèi)容。六、教學(xué)辦法：1.本課程采用以教師講授為主并且結(jié)合學(xué)生課堂討論的教學(xué)辦法。2.為加強基礎(chǔ)理論，避免與普通物理電磁學(xué)的不必要重復(fù)，本大綱采用從電磁學(xué)實驗定律總結(jié)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(xué)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(xué)推導(dǎo)，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(nèi)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(xué).第3版.西安：西安交通大學(xué)出版社，.2.宋福等.電動力學(xué)教學(xué)指導(dǎo).第2版.西安：西安交通大學(xué)出版社，.（二）參考書1.郭碩鴻.電動力學(xué).第2版.北京：高等教育出版社，1997.2.蔡圣善等.電動力學(xué).第2版