電動(dòng)力學(xué)教學(xué)大綱

電動(dòng)力學(xué)教學(xué)大綱課程名稱(chēng)：電動(dòng)力學(xué)教學(xué)目的、規(guī)定：1、掌握電磁運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律，加深對(duì)電磁場(chǎng)物質(zhì)性的認(rèn)識(shí)，理解狹義相對(duì)論的時(shí)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(wèn)題的初步能力，為學(xué)習(xí)后繼課程和獨(dú)立解決實(shí)際工作中的有關(guān)問(wèn)題打下必要的基礎(chǔ)。3、本課程為專(zhuān)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(chǎng)論、偏微分方程和特殊函數(shù)、電磁學(xué)。四、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：（一）重點(diǎn)1.明確電動(dòng)力學(xué)的知識(shí)構(gòu)造和邏輯體系；掌握多個(gè)不同條件下電磁場(chǎng)的空間分布和運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律。（二）難點(diǎn)1.電動(dòng)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(dòng)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(duì)初學(xué)理論物理的學(xué)生是一難點(diǎn)。2.電動(dòng)力學(xué)理論性強(qiáng)，全部規(guī)律高度地概括為幾個(gè)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(guò)程的語(yǔ)言，同時(shí)也是進(jìn)行物理思維和邏輯推理，進(jìn)一步挖掘物理內(nèi)容的工具，純熟運(yùn)用數(shù)學(xué)工具的能力尤為重要，也是一種難點(diǎn)。五、教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)分派：（總75學(xué)時(shí)）第一章電磁現(xiàn)象的普遍規(guī)律（15學(xué)時(shí)）電荷和電場(chǎng)庫(kù)侖定律高斯定理電場(chǎng)的散度和旋度電流和磁場(chǎng)電荷守恒定律畢奧—沙伐爾定律磁場(chǎng)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(dòng)力學(xué)基本方程式洛侖茲力電磁場(chǎng)的能量能量密度坡印廷矢量涉及電磁場(chǎng)能量的守恒定律電磁能量的傳輸電磁場(chǎng)的動(dòng)量動(dòng)量密度動(dòng)量流密度涉及電磁場(chǎng)動(dòng)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(chǎng)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(chǎng)方程的微分形式，重點(diǎn)在麥克斯韋方程組、電磁場(chǎng)能量守恒定律及邊值關(guān)系；（2）將電磁場(chǎng)動(dòng)量放在第一章的好處是與電磁場(chǎng)能量相對(duì)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(shí)數(shù)較多，可抽出一定時(shí)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(chǎng)（14學(xué)時(shí)）1、靜電場(chǎng)的勢(shì)及其微分方程電勢(shì)和電勢(shì)梯度泊松方程和電勢(shì)的邊值關(guān)系靜電場(chǎng)的能量2、靜電場(chǎng)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(jí)矩電勢(shì)的多極展開(kāi)電偶極矩和電四極矩社區(qū)域的電荷體系與外電場(chǎng)的互相作用闡明（1）本章的重點(diǎn)是靜電場(chǎng)的勢(shì)及其微分方程、靜電問(wèn)題的分離變量法和電像法、電偶極子的場(chǎng)及其與外場(chǎng)的互相作用；（2）格林函數(shù)法可根據(jù)學(xué)時(shí)狀況作為選講內(nèi)容。第三章靜磁場(chǎng)（8學(xué)時(shí)）1、矢勢(shì)及其微分方程靜磁場(chǎng)的矢勢(shì)矢勢(shì)的微分方程磁場(chǎng)的能量2、磁標(biāo)勢(shì)法磁標(biāo)勢(shì)的引入磁標(biāo)勢(shì)滿(mǎn)足的微分方程3、磁多極矩矢勢(shì)的多極展開(kāi)磁偶極子及其與外磁場(chǎng)的互相作用闡明（1）本章的重點(diǎn)是靜磁場(chǎng)的矢勢(shì)及其微分方程、磁偶極子及其與外磁場(chǎng)的互相作用；（2）磁標(biāo)勢(shì)法要著重講清引入磁標(biāo)勢(shì)的條件。第四章電磁波的傳輸（12學(xué)時(shí)）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(diǎn)在解決幾何光學(xué)和物理光學(xué)的基礎(chǔ)理論問(wèn)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(chǎng)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(shí)）1、迅變電磁場(chǎng)的勢(shì)矢勢(shì)與標(biāo)勢(shì)規(guī)范變換和規(guī)范不變性達(dá)朗伯方程推遲勢(shì)2、電偶極輻射電偶極子的勢(shì)函數(shù)電偶極子的場(chǎng)強(qiáng)似穩(wěn)條件與似穩(wěn)場(chǎng)偶極子的輻射場(chǎng)輻射能流輻射功率3﹡、磁偶極和電四極輻射4﹡、天線(xiàn)輻射5﹡、運(yùn)動(dòng)帶電粒子的電磁場(chǎng)李納—維謝爾勢(shì)勻速運(yùn)動(dòng)帶電粒子的電磁場(chǎng)闡明（1）本章的重點(diǎn)在電磁場(chǎng)的勢(shì)和電偶極輻射；（2）帶星號(hào)的幾節(jié)非必學(xué)內(nèi)容，可根據(jù)學(xué)時(shí)狀況選擇。第六章狹義相對(duì)論（16學(xué)時(shí)）1、狹義相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)典型力學(xué)的相對(duì)性原理伽利略變換邁克爾遜—莫雷實(shí)驗(yàn)2、狹義相對(duì)論的基本原理相對(duì)性原理光速不變?cè)砺鍋銎澴儞Q相對(duì)論速度變換公式3、狹義相對(duì)論的時(shí)空理論同時(shí)的相對(duì)性運(yùn)動(dòng)的時(shí)鐘延緩運(yùn)動(dòng)的長(zhǎng)度縮短因果律對(duì)訊號(hào)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(dòng)力學(xué)的四維協(xié)變形式四維電流密度四維勢(shì)勢(shì)方程的協(xié)變形式電磁場(chǎng)張量麥克斯韋方程組的協(xié)變形式電磁場(chǎng)的變換公式6、相對(duì)論力學(xué)四維速度和四維動(dòng)量四維力和相對(duì)論動(dòng)力學(xué)方程質(zhì)速關(guān)系和動(dòng)能公式質(zhì)能關(guān)系式能量—?jiǎng)恿筷P(guān)系式7、結(jié)束語(yǔ)典型電動(dòng)力學(xué)的局限性闡明（1）狹義相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)以邁克爾遜—莫雷實(shí)驗(yàn)為主，適宜介紹某些近年新做的實(shí)驗(yàn)；（2）本章的重點(diǎn)在狹義相對(duì)論的基本原理、洛侖茲變換、相對(duì)論的時(shí)空理論、速度變換公式、質(zhì)能關(guān)系式、電磁場(chǎng)的變換公式等；（3）相對(duì)論力學(xué)的重點(diǎn)在四維動(dòng)量、物體總能量、靜止能量和能量—?jiǎng)恿筷P(guān)系式。（4）最后應(yīng)作簡(jiǎn)短的結(jié)束語(yǔ)，指出典型電動(dòng)力學(xué)的局限性，但不介紹量子電動(dòng)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(qiáng)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(shí)驗(yàn)定律總結(jié)出麥克斯韋方程組，然后分別解決電磁場(chǎng)各類(lèi)問(wèn)題的體系，以保持典型電磁場(chǎng)理論系統(tǒng)的完整性。3.對(duì)個(gè)別問(wèn)題，特別是某些數(shù)學(xué)比較繁難問(wèn)題的解決上采用先講清物理概念再作嚴(yán)格數(shù)學(xué)推導(dǎo)，詳見(jiàn)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(yán)格按本課程“考試大綱”執(zhí)行。八、教材及參考書(shū)目：（一）教材1.羅春榮等.電動(dòng)力學(xué).第3版.西安：西安交通大學(xué)出版社，.2.宋福等.電動(dòng)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(shū)1.郭碩鴻.電動(dòng)力學(xué).第2版.北京：高等教育出版社，1997.2.蔡圣善等.電動(dòng)力學(xué).第2版