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《電動力學》教學大綱 電動力學》
一,課程性質(zhì)與教學目的 1,課程性質(zhì):本科物理教育專業(yè)的專業(yè)必修課 2,課程的任務和目的 電動力學是物理類各專業(yè)的的一門重要基礎理論課, 是物理專業(yè)的一門專業(yè) 必修課,在教學培養(yǎng)計劃中列為主干課程(專業(yè)平臺課). 學生學習本課程的主要目的是: (1) 掌握電磁運動的基本規(guī)律,加深對電磁場性質(zhì)的理解; (2) 了解狹義相對論的時空觀及有關(guān)

的基本理論; (3) 獲得在本課程領(lǐng)域內(nèi)分析和處理一些最基本問題的初步能力, 為學習后 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. 二,課程教學的基本要求 1,本課程以課堂講授為主,輔以一定數(shù)量的課后練習和針對一些實際問題 的討論和小論文,使學生在解決實際問題中得到鍛煉,提高他們思考問題和解決 問題的能力.教學中力求注意理論聯(lián)系實際,強調(diào)對物理概念的理解和結(jié)合實際 問題的討論. 2,在講授"電磁現(xiàn)象的普遍規(guī)律"時,可以適度地介紹一些麥克斯韋方程 組的應用,還有電磁場與物質(zhì)的相互作用,光的電磁理論以及電磁運動的相對性 等,為后續(xù)章節(jié)開窗口,留接口,使學生對電動力學理論的整體概貌有一定的了 解.講授"靜電場和穩(wěn)恒電流磁場"時,在課堂上演示一些例題和習題的具體求 解過程,幫助學生熟練掌握一些穩(wěn)恒電磁場的勢的計算方法,并留一定的課后習 題和思考題,鍛煉學生自己解決問題的能力.講到"狹義相對論"時,應引導學 生閱讀一些課外資料,并預留思考題,組織學生進行討論,同時可適當安排觀看 有關(guān)錄像片和CAI課件,盡量使學生有一定的感性認識. 3,本課程教學過程中,要求在課上給出各章節(jié)及專業(yè)用語的英文名稱,要 求學生閱讀一定章節(jié)的英文參考書. 在各章的教學中均安排一定內(nèi)容引導學生自 學, 對要求學生自學的內(nèi)容, 應布置思考題和討論題, 使學生帶著問題進行自學, 提高他們的自學能力.在課堂討論中,應結(jié)合一些具體問題,引導學生多思考多 練習多查閱課外資料,并布置一定的課外作業(yè),以及以小論文的形式讓學生解決 一些具體問題. 4,本課程考核的形式應以期末考試和平時考核相結(jié)合的方式進行.要加強 對學生平時學習的考查,采用課堂抽查提問和討論,質(zhì)疑,作業(yè),小論文,開卷 和閉卷考試多種方式,對學生的學習成績進行綜合評定. 5,布置課后習題是使學生深入理解基本原理及概念,掌握基本計算方法, 提高分析問題和解決問題能力的重要一環(huán).各部分內(nèi)容的具體題量要求如下: (1)矢量分析基礎:3-4題; (2)電磁現(xiàn)象的普遍規(guī)律:5-6題; (3)靜電場計算:6-8題; (4)穩(wěn)恒電流磁場:4-6題; (5)電磁波的傳播:5-7題; (6)電磁波的輻射:2-3題; (7)狹義相對論基礎:6-8題; (8)帶電粒子與電磁場相互作用:2-3題. 三,課程教學內(nèi)容及學時安排

該課程主要講述電磁現(xiàn)象的普遍規(guī)律,穩(wěn)恒電磁場的計算,電磁波的產(chǎn)生與 傳播,帶電粒子與電磁場的相互作用以及狹義相對論基礎,共72學時. 序言 矢量分析初步(4學時) 第一章 電磁現(xiàn)象的普遍規(guī)律(12學時) 1,電荷和電場 2,電流和磁場 3,麥克斯韋方程組 4,介質(zhì)的電磁性質(zhì) 5,電磁場邊值關(guān)系 6,電磁場的能量和能流 重點: 1,電荷守恒定律 2,麥克斯韋方程組的積分和微分形式以 3,洛侖茲力公式 難點: 1,電場的散度和旋度 2,磁場的散度和旋度 教學目標: 1,理解庫侖定律,高斯定理以及電場的散度和旋度,掌握電荷守恒定律; 理解畢奧-薩伐爾定律以及磁場的散度和旋度;理解電磁感應定律,了解位移電 流;掌握麥克斯韋方程組的積分和微分形式以及洛侖茲力公式. 2,理解介質(zhì)的概念,介質(zhì)的極化和磁化,掌握介質(zhì)中的麥克斯韋方程組和 電磁場邊值關(guān)系;理解場和電荷系統(tǒng)的能量關(guān)系,掌握電磁場能量密度和能流密 度,了解電磁能量的傳播. 第二章 靜電場和穩(wěn)恒電流磁場(12學時+2學時) 1,靜電場的標勢及其微分方程 2,唯一性定理 3,拉普拉斯方程 分離變量法 4,鏡像法 5,矢勢及其微分方程 6,電多極矩 磁多極矩 重點: 1,靜電場能量 2,用分離變量法和電像法求解電勢分布 難點: 1,靜電場的標勢及其微分方程和邊值關(guān)系 2,電多極矩和磁多極矩 教學目標: 1,理解靜電場的標勢及其微分方程和邊值關(guān)系,掌握靜電場能量的計算; 理解靜電問題的唯一性定理,掌握用分離變量法和鏡像法求解電勢分布. 2,理解矢勢及其微分方程,了解磁標勢和穩(wěn)恒電流磁場能量的計算;了解 并矢的概念,理解電勢的多極展開,以及電多極矩的計算和磁多極矩的概念.

第三章 電磁波的傳播(12學時+2學時) 1,電磁平面波 2,電磁波在介質(zhì)界面上的反射和折射 3,有導體存在時電磁波的傳播 4,諧振腔 重點: 1,電磁場波動方程和定態(tài)波動方程 2,電磁波在介質(zhì)界面上的反射和折射定律 3,諧振腔和矩形波導管中電磁場的分布規(guī)律 難點 1,全反射和半波損失的物理機制 2,諧振腔和矩形波導管中電磁場的分布規(guī)律 教學目標: 1,掌握電磁場波動方程和定態(tài)波動方程,理解平面電磁波的特性,以及電 磁波的能量和能流; 2,掌握電磁波在介質(zhì)界面上的反射和折射定律,理解其振幅關(guān)系和菲涅爾 公式,理解全反射和半波損失的物理機制. 3,理解導體內(nèi)自由電荷的分布規(guī)律,理解導體內(nèi)電磁波的傳播特性,從而 進一步理解趨膚效應和穿透深度的概念;了解電磁波在導體表面上的反射. 4,理解理想導體的邊界條件,掌握諧振腔和矩形波導管中電磁場的分布規(guī) 律,了解截止頻率的概念. 第四章 電磁波的輻射(10學時) 1,電磁場用矢勢與標勢 2,推遲勢 3,電偶極輻射 4,磁偶極輻射 5,電磁波的衍射 6,電磁場的能量 重點: 電磁場用矢勢與標勢 難點: 1,電偶極輻射的物理機制 2,電磁波的衍射機理 教學目標: 1,掌握電磁場用矢勢與標勢的表示,理解規(guī)范變換和規(guī)范不變性,了解達 朗伯方程;理解推遲勢的概念,理解電磁作用具有一定傳播速度的物理意義. 2,了解計算電磁場的一般公式,以及矢勢的展開式;理解電偶極輻射的物 理機制,并了解偶極輻射電磁場的分布規(guī)律;理解輻射能流,角分布和輻射功率 的概念及公式; 了解短天線的輻射及輻射電阻的概念. 了解電磁波的衍射機理; 了解電磁場具有動量以及輻射壓力的概念. 第五章 狹義相對論(12學時+2學時)

1,相對論的實驗基礎 洛侖茲變換 2,相對論的基本原理 3,相對論的時空理論 4,相對論的四維形式 5,電動力學的相對論不變性 重點: 1,洛侖茲變換 2,速度變換公式 難點: 1,運動時鐘延緩 2,運動尺度縮短 3,相對論不變性 教學目標: 1,了解狹義相對論產(chǎn)生的歷史背景,了解相對論的實驗基礎;理解相對論 的基本原理,掌握洛侖茲變換. 2,深入理解相對論的時空結(jié)構(gòu),理解同時相對性,運動時鐘延緩和運動尺 度縮短等相對論效應;掌握速度變換公式. 3,理解相對論理論的四維形式,深入理解物理規(guī)律的協(xié)變性,理解電動力 學的相對論不變性,理解麥克斯韋方程組的四維形式.深入理解能量-動量四維 形式和質(zhì)能關(guān)系,理解相對論力學方程. 第六章 帶電粒子和電磁場的相互作用(4學時) 1,運動帶電粒子的勢和輻射電磁場 2,帶電粒子的電磁場對帶電粒子本身的反作用 3,電磁波的散射和吸收 介質(zhì)的色散 難點: 譜線自然寬度的產(chǎn)生機理 教學目標: 1,了解運動帶電粒子的勢和輻射電磁場;理解電磁質(zhì)量和輻射阻尼的概念, 理解譜線自然寬度的產(chǎn)生機理; 2,了解電磁波散射,吸收和介質(zhì)色散的動力學基礎;了解經(jīng)典電動力學的 局限性. 四,本課程與其它課程的聯(lián)系 先修課程:高等數(shù)學,電磁學,數(shù)學物理方法; 后續(xù)課程是:固體物理,光電子技術(shù)等. 其中高等數(shù)學和數(shù)理方法為本課程提供必要的數(shù)學基礎和計算方法, 電磁學 則作為本課程的基礎,歸納出麥克斯韋方程組和電磁波方程等,給出一些簡單的 電磁場計算方法.后續(xù)課程將應用本課程的大量方法和結(jié)論,在物理思想上得以 明確和應用. 五,建議教材與教學參考書 [1] 郭碩鴻編,《電動力學》,高等教育出版社,1997 [2] 粱紹榮,王雪君編,《電動力學基礎》,北京師范大學出版社,1990 [3] 曹昌祺編,《電動力學》,人民教育出版社,1962 [4] 何啟智編,《電動力學》,高等教育出版社,1985

[5] 闞仲元編,《電動力學教程》,高等教育出版社,1979 [6] [美] J.D.杰克遜著,朱培豫譯,《經(jīng)典電動力學》,上,下冊,人民 教育出版社



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