《电动力学》课程大纲

PAGEPAGE13《电动力学》课程大纲一、课程信息课程名称电动力学适用专业物理学课程代码05011205课程类别必修学分学时3.5学分/56学时开设学期6先修课程高等数学、电磁学、复函与数理方程后续课程无二、课程简介《电动力学》是研究电磁现象的经典的动力学理论，它主要研究电磁场的基本属性，运动规律以及电磁场和带电物质的相互作用。本课程在电磁学的基础上，系统阐述电磁现象宏观规律的基本理论，主要包括电磁现象的普遍规律、静电场、静磁场、电磁波的传播等内容。通过该课程的教学，使学生不仅掌握电磁学现象的基本规律，还要掌握处理电动力学问题的基本思想和方法，具有观察电磁学现象、分析和解决电动力学问题的初步能力，同时为学习后继课程打下扎实的基础。三、课程目标（一）课程目标设置通过本课程的学习，学生能达到以下目标：目标1：理解矢量代数运算法则，理解标量场的梯度和矢量场的散度和旋度的概念，能应用矢量微分算符计算静电场和静磁场的旋度和散度，以及标量场梯度。目标2：理解静电场和静磁场的基本概念、基本规律和基本方程的建立过程和基本方法，能运用静电场或静磁场的旋度和散度方程分析静电场或静磁场的性质，理解导出麦克斯韦方程组的的建立过程，能初步运用麦克斯韦方程组分析电磁场的性质。理解导出介质中电磁场边值关系的基本方法，能初步运用电磁场边值关系分析电磁场的问题。理解电磁场中能量守恒定律的一般形式，理解电磁场能量的传输过程。目标3：理解静电场中矢势的概念。理解唯一性定理的内容和意义，能应用唯一性定理得到静电势微分方程的解。理解分裂变量法和镜像法解静电势微分方程的一般解题步骤，能运用分裂变量法和镜像法解静电势微分方程的一般解题步骤得出静电势的解，并且能运用散度和梯度算符得出电磁场的性质。理解静磁场的矢势和标势的概念，理解通过类比静电势微分方程的解得出静磁场磁标势的方法。目标4：理解平面电磁波的传播特性，理解电磁波在介质界面的反射、折射定律和理解菲涅尔公式的推导过程。理解电磁波在导体中的传播规律。理解穿透深度的概念，并能运用穿透深度公式计算电磁波在导体中的穿透深度。理解谐振腔、波导和截止频率的概念，能应用波导管中电磁场的传播规律判断矩形波导管中存在的波模。目标5：能够通过小组学习、专题讨论、网络共享等方式开展电动力学的学习活动，感受团队协作的重要性，具有群体合作学习体验。（二）课程目标对毕业要求分解指标的支撑关系毕业要求分解指标课程目标3.学科素养3-1掌握物理学的基本原理和基本知识，理解物理学的知识体系、基本思想和方法，了解物理学的发展历史和前沿动态。目标1（H）目标2（H）目标3（H）目标4（H）8.沟通合作8-2理解学习共同体重要作用，具有团队协作精神，能够参加小组学习、专题研讨、团队互动、网络共享等协作学习活动，与同学合作交流，分享经验和资源。目标5（M）（三）课程目标对毕业要求的支撑矩阵图课程目标践行师德学会教学学会育人学会发展师德规范教育情怀学科素养教学能力班级管理综合育人学会反思沟通合作1-11-21-32-12-22-33-13-23-34-14-24-34-45-15-25-36-16-26-37-17-28-18-2课程目标1H课程目标2H课程目标3H课程目标4H课程目标5M四、教学要求课程目标教学内容学时教学重点教学难点教学方式学习方式课程思政结合点目标11.矢量代数21.矢量定义2.矢量运算1.矢量微分课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论通过矢量代数的引入过程，培养学生将较难的问题分解成较容易的问题的一般方法。2.场的概念和标量场的梯度21.场的概念2.标量场的梯度3.矢量微分算子1.场、梯度概念的理解课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习通过场的概念的理解，培养学生唯物辩证主义世界观，加深对物质世界和物理规律的认知。3.高斯定理与矢量场的散度21.矢量场的通量2.高斯定理3.矢量场的散度1.矢量场的通量2.矢量场的散度课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习4.斯托克斯公式与矢量场的旋度21.矢量场的环量2.斯托克斯公式3.矢量场的旋度1.矢量场的环量2.矢量场的旋度课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习5.矢量场的一些基本定理21.关于散度旋度的四个定理2.亥姆霍兹定理3.一个矢量场被唯一确定的条件——唯一性定理1.亥姆霍兹定理课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论6.常用的矢量运算公式21.复合函数的“三度”运算公式2.积分变换公式3.算符常用公式4.“三度”在三种坐标系中的表示形式1.复合函数的“三度”运算公式2.“三度”在三种坐标系中的表示形式课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论通过应用梯度、散度、旋度，分析场的性质，体会电动力学理论与数学的紧密联系，感受其严谨性、可靠性与普遍性。目标21.电荷与电场21.库仑定律和电场强度2.高斯定理与静电场的散度方程3.静电场的环路定理与旋度方程4.静电场的基本方程1.静电场的基本方程推导过程课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论2.电流与磁场21.电荷守恒定律2.毕奥-萨伐尔定律3.磁场的环量和旋度4.磁场的散度5.磁场旋度和散度公式的证明1.磁场旋度和散度公式的证明课堂讲授案例分析听课学习课堂问答通过与静电场基本方程的推导过程对比，得出磁场的基本方程，培养学生善于用对比的方法解决问题的能力。3.麦克斯韦方程组21.电磁感应定律2.总电场的旋度和散度方程3.位移电流假设4.总磁场的旋度和散度方程5.真空中的电磁场基本方程——麦克斯韦方程3.位移电流假设课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论结合麦克斯韦创造性的提出位移电流的历史，让学生体验思维创新解决实际物理问题的过程，培养学生的逻辑推理和物理创新思维能力与意识。4.介质的电磁性质31.介质的极化和磁化2.介质存在时电场的散度和旋度方程3.介质存在时磁场的散度和旋度方程.4.介质中的麦克斯韦方程5.介质中的电磁性质方程6.洛伦兹力公式1.介质的极化和磁化课堂讲授案例分析听课学习课堂问答通过对真空和介质中麦克斯韦方程组的异同，让学生理解物理规律或过程的发生存在一定的条件，培养学生从有联系和有条件的观点出发，从特殊到一般分析问题的逻辑推理能力。5.电磁场边值关系31.法向分量边值关系2.切向分量边值关系1.切向分量边值关系推导过程课堂讲授案例分析听课学习课堂问答6.电磁场的能量和能流31.场和电荷系统能量守恒定律的一般形式2.电磁场能量密度和能流密度公式3.电磁能量的传输1.场和电荷系统能量守恒定律的一般形式2.电磁能量的传输课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论目标31.静电场91.静电场的标势2.静电势的微分方程和边值关系3.静电场的能量4.泊松方程和边界条件5.唯一性定理的内容及意义6.拉普拉斯方程的适用条件及解题步骤7.镜像法的概念和适用条件及解题步骤1.静电势的边值关系2.唯一性定理的证明过程3.拉普拉斯方程的解题步骤4．镜像法的概念解题步骤课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论2.静磁场41.稳恒电流磁场的矢势2.矢势的微分方程及其解3.引入磁标势的条件和磁标势方程4.静电场与静磁场方程的比较5.A-B效应6.超导电性和迈斯纳效应1.稳恒电流磁场的矢势2.静电场与静磁场方程的比较课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论目标41.平面电磁波31.电磁场的波动方程2.时谐电磁波3.平面电磁波4.电磁波的能量和能流1.时谐电磁波的推导及理解2.平面电磁波的理解课堂讲授听课学习课堂问答通过平面电磁波传播特性的分析，引导学生深入认识物质世界与物理过程，强化学生探索本质的科学精神。2.电磁波在介质界面上的反射和折射31.反射和折射定律2.振幅关系和菲涅尔公式3.全反射1.反射和折射定律推导过程，2.对全反射现象的理解课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习3.有导体存在的电磁波的传播31.导体内的自由电荷分布2.导体内的电磁波3.趋肤效应和穿透深度1.导体内的电磁波的理解2.趋肤效应和穿透深度理论分析课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论4.谐振腔31.有界空间中的电磁波2.理想导体的边界条件3.谐振腔1.谐振腔驻波解的推导过程课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论5.波导31.高频电磁能量的传输2.矩形波导中的电磁波3.截止频率1.对截止频率的推导和理解课堂讲授听课学习课堂问答目标51.专题讨论我们身边的电磁波以及其辐射是否影响人们的身体健康1要求：收集整理在生活中使用的电器所使用的电磁波信号的资料，分析这些电磁波信号的特点，利用本门课程有关电磁波性质和传播特性的知识，分析这些信号是否影响人们的身体健康；以及如何有伤害应如何避免？案例教学问题探究合作探究课堂展示课堂问答通过对生活中的电磁波的调研，让学生感受电磁波在生活中的普遍性和电磁波跟人们生活息息相关。通过对各种电器使用的电磁波信号传播特征的分析，进一步理解物理学科的实证特性，感受物理学理论对实践的指导作用，培养学生理论联系实际的应用能力。五、考核与评价（一）课程考核内容、考核方式与课程目标对应情况课程目标考核内容考核方式形成性评价终结性评价目标1数学知识准备包括矢量代数；梯度、旋度、散度的定义及基本的矢量运算公式。1.平时作业2.随堂问答期末闭卷笔试目标2静电场和静磁场的基本概念、基本函数、基本规律和基本方程及其在简单系统中的应用1.平时作业2.随堂问答期末闭卷笔试真空和介质中的麦克斯韦方程组的推导及应用；介质中电磁场的边值关系的推导及应用目标3静电势的引入以及导体和介质中静电势的边值关系；唯一性定理的内容及意义。分离变量法和镜像法解静电势的微分方程。矢势和磁标势的引入条件。1.平时作业2.随堂问答期末闭卷笔试目标4平面电磁波的特性；导体内的电磁波的特性1.平时作业2.随堂问答期末闭卷笔试矩形波导管内的电磁波及截止频率目标5关于电磁波传播特性的专题讨论1.专题报告2.课堂展示3.小组互评（二）考核评价方案考核类型考核内容（题型）考核评价方式考核评价标准分值课程目标平时形成性评价（40%）数学知识准备1.平时作业2.随堂问答1.平时作业依据具体题型和题量合理设置，满分100分。依据书写是否工整、表述是否清晰准确、解题是否规范正确进行评分。2.随堂问答依据回答问题的正确与否，语言表述的准确程度进行评分。15目标1电磁现象的普遍规律1.平时作业2.随堂问答20目标2静电场1.平时作业2.随堂问答20目标3静磁场1.平时作业2.随堂问答15目标3电磁波的传播1.平时作业2.随堂问答20目标4专题讨论报告1.专题报告2.课堂展示3.小组互评专题讨论报告满分100分，每期进行一次专题合作探究，撰写专题报告并进行展示，依据参与合作学习情况、提交专题报告、报告展示情况进行教师评价、小组互评和组间评价，其中教师评价40%，小组互评40%，组间评价20%。10目标5期末终结性评价（60%）选择题闭卷笔试严格按照期末考核参考答案及评分细则进行阅卷评分。20目标1、目标2目标3、目标4填空题20目标1、目标2目标3、目标4简答题15目标1、目标4计算题45目标1、目标2目标3、目标4六、其他（一）自主学习要求《电动力学》是一门理论性很强的专业课程，难度较大，除了常规的课堂学习以外，学生需要在课下进行自主学习。主要内容有：1.提前预习，做到上课前心中有数，及时复习，温故而知新。2.阅读和此课程相关的书籍和材料，扩大视野，启发思考，并学会收集整理归纳材料。自主学习的成效通过课堂问答形式纳入到平时成绩的形成性考核评价方案中。（二）课程资源1.建议教材《电动力学》，郭硕鸿，高等教育出版社，2008年第三版。2.主要参考书《电动力学简明教程》，俞允强，北京大学出版社，2000年第四版《电动力学学习指导书》，方奕忠，高等教育出版社，2006年第一版3.课外学习资源超星学习通、中国大学MOOC、高等教育出版社等网络学习平台上的《电动力学》在线开放课程和数字课程。制订时间：2020年9月修订时间：2021年9月附件《电动力学》课程目标达成度评价办法一、评价依据《电动力学》课程目标达成度评价依据《数理学院物理学专业课程目标达成度评价实施细则》进行评价。二、评价方法本课程目标达成度评价分为直接评价和间接评价。直接评价采用考核数据定量评价。间接评价采用问卷调查，问卷内容根据课程考试方案进行设计。（一）直接评价1.确定课程目标权重。依据课程目标对毕业要求支撑力度的情况确定各课程目标权重。课程目标对毕业要求的支撑矩阵图课程目标践行师德学会教学学会育人学会发展师德规范教育情怀学科素养教学能力班级管理综合育人学会反思沟通合作1-11-21-32-12-22-33-13-23-34-14-24-34-45-15-25-36-16-26-37-17-28-18-2课程目标1H课程目标2H课程目标3H课程目标4H课程目标5M依据上表，本门课程有5个课程目标，每个课程目标对2个毕业要求的支撑力度有高（H）、中（M）、低（L）之分，为了便于操作，赋值H=3、M=2、L=1。课程目标1对毕业要求分解指标点有a1个H，b1个M,c1个L；课程目标2对毕业要求分解指标点有a2个H，b2个M,c2个L；课程目标3对毕业要求分解指标点有a3个H，b3个M,c3个L；……。按照《数理学院物理学专业课程目标达成度评价实施细则》中课程目标的权重计