《电动力学》课程教学大纲 Electrodynamics

《电动力学》教学大纲 一、课程总体说明 L.英文名称：Electrodynamics 2.教学对象：物理相关专业本科生 3.课程性质：必修课 4.目的和要求 (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。 5.使用教材：郭硕鸿《电动力学》（第三版）高等教育出版社2008年 6.学时、学分：72学时 二、正文 在第一章中分析各个实验定律，从其中总结出电磁场的普遍规律，建立麦克斯韦方程组和 洛伦兹力公式。第二章和第三章讨论恒定电磁场问题，着重说明恒定场的基本性质和求解电场和磁 场问题的些基本方法。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 射以及有界空间中的电磁波问题。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。第六章从电动力学的参考系问题引入相对论时空观，由物理规律对惯性参考系协变 的要求把电动力学基本方程表为四维形式，导出电磁场量在不同参考系间的变换，并说明相对论力 学的基本概念。最后一章讨论带电粒子和电磁场的相互作用，并由此看出把宏观电动力学应用到微 观领域的局限性。 通过本课程的学习，使学生掌握经典电动力学的基本概念，原理及处理问题的基本方法：并为以 后学习相关专业课程及研究相关物理问题提供必要的理论基础。要求学生熟练掌握麦克斯韦方程组 及其边值关系：掌握静电场、静磁场的基本求解方法：掌握迅变场的势及其满足的达朗伯方程，以 及电偶极辐射：掌握电磁波在导电介质中的基本方程，及其在介质和导体表面的反射和折射。了解 狭义相对论建立的历史背景，掌握狭义相对论的基本原理及时空理论，掌握电动力学的四维协变形 式以及相对论力学的内容。 1、教学时数分配 第一章电磁现象的普遍规律 .12学时 第二章静电场. .10学时 第三章静磁场. .8学时 第四章电磁波被的传播。 .12学时 第五章电磁波的辐射 8学时 第六章狭义相对论 14学时 2、教学方式 1、本课程的方法采用以教师讲授为主，结合学生课堂讨论进行教学。 2、为加强基础理论，避免与普通物理电磁学的不必要重复，本大纲采用从电磁学实验定律总结 出麦克斯韦方程组，然后分别处理电磁场各类问题的体系，以保持经典电磁场理论系统的完整性

《电动力学》教学大纲 一、课程总体说明     1．英文名称：Electrodynamics     2．教学对象：物理相关专业本科生；     3．课程性质：必修课     4．目的和要求： （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。 5．使用教材：郭硕鸿《电动力学》（第三版）高等教育出版社2008年    6．学时、学分：72学时 二、正文      在第一章中分析各个实验定律，从其中总结出电磁场的普遍规律，建立麦克斯韦方程组和 洛伦兹力公式．第二章和第三章讨论恒定电磁场问题，着重说明恒定场的基本性质和求解电场和磁 场问题的-些基本方法。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 射以及有界空间中的电磁波问题。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。第六章从电动力学的参考系问题引入相对论时空观，由物理规律对惯性参考系协变 的要求把电动力学基本方程表为四维形式，导出电磁场量在不同参考系间的变换，并说明相对论力 学的基本概念。最后一章讨论带电粒子和电磁场的相互作用，并由此看出把宏观电动力学应用到微 观领域的局限性。 通过本课程的学习，使学生掌握经典电动力学的基本概念，原理及处理问题的基本方法；并为以 后学习相关专业课程及研究相关物理问题提供必要的理论基础。要求学生熟练掌握麦克斯韦方程组 及其边值关系；掌握静电场、静磁场的基本求解方法；掌握迅变场的势及其满足的达朗伯方程，以 及电偶极辐射；掌握电磁波在导电介质中的基本方程，及其在介质和导体表面的反射和折射。了解 狭义相对论建立的历史背景，掌握狭义相对论的基本原理及时空理论，掌握电动力学的四维协变形 式以及相对论力学的内容。 1、教学时数分配 第一章 电磁现象的普遍规律.12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.12学时 第五章 电磁波的辐射.8学时 第六章 狭义相对论.14学时 2、教学方式 1、本课程的方法采用以教师讲授为主，结合学生课堂讨论进行教学。 2、为加强基础理论，避免与普通物理电磁学的不必要重复，本大纲采用从电磁学实验定律总结 出麦克斯韦方程组，然后分别处理电磁场各类问题的体系，以保持经典电磁场理论系统的完整性

3、对个别问题，特别是一些数学上比较繁难问题的处理上，可以采取先讲清物理概念再作说明 性数学证明的方法进行教学。 4、本课程需要必要的高等数学、数理方程知识和方法作为基础，视学生学习水平，可以机动安排2 一4学时补讲数学基础 3、具体内容和学时分配 第一章电磁现象的普遍规律 教学要点与要求 1、电磁现象的普遍规律，包括：三个实验定律，麦克斯韦方程组的微分形式。 2、麦克斯韦方程组和洛仑兹力公式。 3、介质的电磁性质。 4、电磁场边值关系 5、电磁场能量密度和能流密度。 掌握三个实验定律，掌握麦克斯韦方程组的微分形式及意义以及迅变场中的麦克斯韦方程组和 洛仑兹力公式，理解并能推导电磁场的边值关系，了解场和电荷系统的能量守恒定律，掌握电磁场 能量，能量密度和能流密度概念及计算。重点内容是麦克斯韦方程组的微分形式、电磁场的边值关 系。难点内容是电磁场的边值关系，能量密度和能流密度。本章所列习题较多，可抽出一定时数复 习和介绍本课程所用的数学工具。 第二章静电场 教学要点与要求 1、静电场的标势及其微分方程。 2、唯一性定理。 3、拉普拉斯方程，分离变量法。 4、镜象法（电象法） 5、格林Green)函数法*。 6、电多极矩。 理解静电场的标势及其微分方程，掌握唯一性定理和几种静电场求解方法？分离变量法、镜象 法，格林Green)函数法比较难，作为一般了解内容，理解电偶极矩。 第三章静磁场 教学要点与要求 1、矢势及其微分方程。 2、磁标势。 3、磁多极矩 4、阿哈罗诺夫一玻姆(Aharonov一Bohm)效应◆ 5、超导体的电磁性质*

3、对个别问题，特别是一些数学上比较繁难问题的处理上，可以采取先讲清物理概念再作说明 性数学证明的方法进行教学。 4、本课程需要必要的高等数学、数理方程知识和方法作为基础，视学生学习水平，可以机动安排2 －4学时补讲数学基础。 3、具体内容和学时分配 第一章 电磁现象的普遍规律 教学要点与要求 1、电磁现象的普遍规律，包括：三个实验定律，麦克斯韦方程组的微分形式。 2、麦克斯韦方程组和洛仑兹力公式。 3、介质的电磁性质。 4、电磁场边值关系。 5、电磁场能量密度和能流密度。 掌握三个实验定律，掌握麦克斯韦方程组的微分形式及意义以及迅变场中的麦克斯韦方程组和 洛仑兹力公式，理解并能推导电磁场的边值关系，了解场和电荷系统的能量守恒定律，掌握电磁场 能量，能量密度和能流密度概念及计算。重点内容是麦克斯韦方程组的微分形式、电磁场的边值关 系。难点内容是电磁场的边值关系，能量密度和能流密度。本章所列习题较多，可抽出一定时数复 习和介绍本课程所用的数学工具。 第二章 静电场 教学要点与要求 1、静电场的标势及其微分方程。 2、唯一性定理。 3、拉普拉斯方程，分离变量法。 4、镜象法(电象法)。 5、格林(Green)函数法*。 6、电多极矩。 理解静电场的标势及其微分方程，掌握唯一性定理和几种静电场求解方法??分离变量法、镜象 法，格林(Green)函数法比较难，作为一般了解内容，理解电偶极矩。 第三章 静磁场 教学要点与要求 1、矢势及其微分方程。 2、磁标势。 3、磁多极矩。 4、阿哈罗诺夫－玻姆(Aharonov－Bohm)效应*。 5、超导体的电磁性质*

掌握矢势及其微分方程，掌握磁标势引入的条件，理解磁多极矩的概念，了解阿哈罗诺夫一玻 姆(Aharonov-一Bohm)效应和超导体的电磁性质。 第四章电磁波的传播 教学要点与要求 1、电磁场波动方程、时谐电磁波、平面电磁波、电磁波的能量和动量。 2、电磁波在介质界面上的反射和折射定律、振幅关系，菲涅耳(Fresnel)公式、全反射。 3、有导体存在时电磁波的传播，包括：导体内的自由电荷分布、导体内的电磁波、趋肤效应和 穿透深度、导体表面上的反射。 4、有界空间中的电磁波、理想导体边界条件、谐振腔、波导、高频电磁能量的传输、矩形波导 中的电磁波、截止频率、TE0波的电磁场和管壁电流。 5、高斯光束* 6、等离子体* 重点掌握平面电磁波的特点及规律，掌握有导体存在时电磁波的传播规律，会求解矩形谐振腔 和波导管中的电磁波问题。了解电磁波在介质界面上的反射和折射规律。重点：平面电磁波，有导 体存在时电磁波的传播，谐振腔，波导。难点：导体内的电磁波，谐振腔和波导管中的电磁波。 第五章电磁波的辐射 教学要点与要求 l1、电磁场的矢势和标势描述，规范变换和规范不变性，达朗贝尔(D'Alembert)方程。 2、达朗贝尔方程的通解一推迟势，解的物理意义。 3、电磁波辐射的一般公式，矢势的展开式，电偶极辐射。 4、磁偶极辐射和电四极辐射*。 5、天线辐射*。 6、电磁波的衍射，基尔霍夫(Kirchhoff)公式，小孔衍射。 掌握电磁场的矢势和标势描述，推迟势。会求达朗贝尔方程的特解。了解规范变换和规范不变 性，知道计算辐射场的一般公式，了解电磁波的衍射。重点：推迟势及物理意义，达朗贝尔方程的 特解。难点：电偶极辐射。 第六章狭义相对论 教学要点与要求 1、相对论的产生背景，相对论的基本原理，间隔不变性、洛伦兹变换、相对论的时空性质，因 果律和极限速度原理。 2、相对论效应：同时的相对性，运动时钟的延缓，运动尺度的缩短(Lorentz收缩)，速度变换 公式。 3、相对论理论的四维形式，三维空间的正交变换，物理量按空间变换性质的分类，洛伦兹变换 的四维形式，四维协变量，物理规律的协变性。 4、电动力学的相对论不变性，四维电流密度矢量，四维势矢量，电磁场张量。 5、相对论力学？能量？动量四维矢量，四维动量矢量，动量与能量的关系，质能关系，相对论力 学方程，洛伦兹力

掌握矢势及其微分方程，掌握磁标势引入的条件，理解磁多极矩的概念，了解阿哈罗诺夫－玻 姆(Aharonov－Bohm)效应和超导体的电磁性质。 第四章 电磁波的传播 教学要点与要求 1、电磁场波动方程、时谐电磁波、平面电磁波、电磁波的能量和动量。 2、电磁波在介质界面上的反射和折射定律、振幅关系，菲涅耳(Fresnel)公式、全反射。 3、有导体存在时电磁波的传播，包括：导体内的自由电荷分布、导体内的电磁波、趋肤效应和 穿透深度、导体表面上的反射。 4、有界空间中的电磁波、理想导体边界条件、谐振腔、波导、高频电磁能量的传输、矩形波导 中的电磁波、截止频率、TE10波的电磁场和管壁电流。 5、高斯光束*。 6、等离子体*。 重点掌握平面电磁波的特点及规律，掌握有导体存在时电磁波的传播规律，会求解矩形谐振腔 和波导管中的电磁波问题。了解电磁波在介质界面上的反射和折射规律。重点：平面电磁波，有导 体存在时电磁波的传播，谐振腔，波导。难点：导体内的电磁波，谐振腔和波导管中的电磁波。 第五章 电磁波的辐射 教学要点与要求 1、电磁场的矢势和标势描述，规范变换和规范不变性，达朗贝尔(D’Alembert)方程。 2、达朗贝尔方程的通解－推迟势，解的物理意义。 3、电磁波辐射的一般公式，矢势的展开式，电偶极辐射。 4、磁偶极辐射和电四极辐射*。 5、天线辐射*。 6、电磁波的衍射，基尔霍夫（Kirchhoff）公式，小孔衍射。 掌握电磁场的矢势和标势描述,推迟势。会求达朗贝尔方程的特解。了解规范变换和规范不变 性，知道计算辐射场的一般公式，了解电磁波的衍射。重点：推迟势及物理意义，达朗贝尔方程的 特解。难点：电偶极辐射。 第六章 狭义相对论 教学要点与要求 1、相对论的产生背景，相对论的基本原理，间隔不变性、洛伦兹变换、相对论的时空性质，因 果律和极限速度原理。 2、相对论效应：同时的相对性，运动时钟的延缓，运动尺度的缩短（Lorentz收缩），速度变换 公式。 3、相对论理论的四维形式，三维空间的正交变换，物理量按空间变换性质的分类，洛伦兹变换 的四维形式，四维协变量，物理规律的协变性。 4、电动力学的相对论不变性，四维电流密度矢量，四维势矢量，电磁场张量。 5、相对论力学??能量?动量四维矢量，四维动量矢量，动量与能量的关系，质能关系，相对论力 学方程，洛伦兹力

掌握相对论的基本原理，了解相对论的时空观，掌握物理规律的协变性。重点：相对论的基本原 理，相对论的时空观，物理规律的协变性。难点：电磁场张量，动量与能量的关系。 三、考核方式及其要求 1、考核方式：闭卷考试与平时考勒、平时作业及半期测验（课程论文）相结合，平时考勒及平 时作业占30%，期末考试占70%。 2、考核类型：识记、理解、简单应用及综合运用。考核重点在识记、理解及简单应用，考核难 点在综合运用。 3、试题类型：名词解释、填空、判断、选择、简单论述、证明、计算等。识记类考核基础知 识，出在名词解释、填空及判断中，理解类考核知识和基本能力，出在选择和简单论述中，应用 (简单应用和综合运用)考核学生运用所学知识分析和解决一般问题和较复杂问题的能力，出在证 明及计算题型中。 4、试卷题型比例：前五种题型建议为占50%，后两种题型占50%

掌握相对论的基本原理,了解相对论的时空观，掌握物理规律的协变性。重点：相对论的基本原 理,相对论的时空观，物理规律的协变性。难点：电磁场张量，动量与能量的关系。 三、考核方式及其要求 1、考核方式：闭卷考试与平时考勤、平时作业及半期测验（课程论文）相结合，平时考勤及平 时作业占30％，期末考试占70%。 2、考核类型：识记、理解、简单应用及综合运用。考核重点在识记、理解及简单应用，考核难 点在综合运用。 3、试题类型：名词解释、填空、判断、选择、简单论述、证明、计算等。识记类考核基础知 识，出在名词解释、填空及判断中，理解类考核知识和基本能力，出在选择和简单论述中，应用 （简单应用和综合运用）考核学生运用所学知识分析和解决一般问题和较复杂问题的能力，出在证 明及计算题型中。 4、试卷题型比例：前五种题型建议为占50％，后两种题型占50％