《电动力学》课程教学大纲

《电动力学》教学大纲课程名称：电动力学 课程编号：D047091121英文名称：Electrodynamics课程类型：专业方向与拓展适用专业：光电信息科学与工程总学时：64学分：4.0一、本课程的性质、目的及任务电动力学是应用物理专业的一门专业核心课，是在人类对电磁现象的长期观察和生产活动的基础上发展起来的，它研究的对象是电磁场的基本属性、运动规律以及它和带电物质之间的相互作用。电磁场是物质世界的重要组成部分，掌握电磁场的基本理论对于生产实践和科学实验有重大的意义。本课程的教学目的是：培养学生掌握电磁运动方面的基本知识和在本课程领域内分析和处理一些最基本问题的初步能力，为学习后继课程和独立解决实际工作中的有关问题打下基础。本课程的教学任务：1.掌握电磁现象的基本规律，加深对电磁场性质的理解；以及获得应用这些规律解决计算电磁场的实际问题的能力；2.掌握电磁波传播的基本知识，为后续课程的学习打下基础；3.了解狭义相对论的时空观及有关的基本理论。二、课程教学的基本要求本课程以课堂讲授为主，辅以一定数量的课后练习和针对一些实际问题的讨论和小论文，使学生在解决实际问题中得到锻炼，提高他们思考问题和解决问题的能力．教学中力求注意理论联系实际，强调对物理概念的理解和结合实际问题的讨论．同时可适当安排观看有关视频和CAI课件使学生有一定的感性认识。本课程教学过程中，在各部分的教学中均安排一定内容引导学生自学，对要求学生自学的内容，应布置思考题和讨论题，使学生带着问题进行自学，提高他们的自学能力。在课堂讨论中，应结合一些具体问题，引导学生多思考多练习多查阅课外资料，并布置一定的课外作业，以及以小论文的形式让学生解决一些具体问题。课程教学的基本要求：理解库仑定律，高斯定理以及电场的散度和旋度，掌握电荷守恒定律；理解毕奥一萨伐尔定律以及磁场的散度和旋度；理解电磁感应定律，了解位移电流，掌握麦克斯韦方程组的积分和微分形式以及洛仑兹力公式．理解介质的概念，介质的极化和磁化，掌握介质中的麦克斯韦方程组和电磁场边值关系；理解场和电荷系统的能量关系，掌握电磁场能量密度和能流密度，了解电磁能量的传播。理解静电场的标势及其微分方程和边值关系，掌握静电场能量的计算；理解静电问题的唯一性定理，掌握用分离变量法和电像法求解电势分布。理解静磁场的矢势及其微分方程，了解磁标势和稳恒电流磁场能量的计算。掌握电磁场波动方程和定态波动方程，理解平面电磁波的特性，以及电磁波的能量和能流；掌握电磁波在介质界面上的反射和折射定律，理解其振幅关系和菲涅尔公式，理解全反射和半波损失的物理机制。理解导体内自由电荷的分布规律，理解导体内电磁波的传播特性，理解趋肤效应和穿透深度的概念；了解电磁波在导体表面上的反射。理解理想导体的边界条件，掌握谐振腔和矩形波导管中电磁场的分布规律，了解截止频率的概念。了解相对论的试验基础，掌握相对论的基本原理以及相对论的时空理论。三、课程教学内容数学准备知识内容：1、矢量分析2、张量简介3、梯度散度和旋度4、常用公式、矢量场定理、Delta函数重点：矢量分析、散度、旋度和梯度。难点：散度、旋度和梯度。第一部分 电磁现象的普遍规律内容：1、电荷和电场2、电流和磁场3、麦克斯韦方程组4、介质的电磁性质5、电磁场边值关系6、电磁场的能量和能流重点：麦克斯韦方程组、洛仑兹力公式、电磁场能量密度和能流密度．难点：介质中的麦克斯韦方程组、电磁场边值关系。第二部分静电场内容：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、镜像法重点：静电场能量的计算；用分离变量法和电像法求解电势分布。难点：并矢的概念。第三部分静磁场内容：1、矢势及其微分方程2、磁标势3、超导体的电磁性质重点：静磁场的矢势及其微分方程；磁标势。难点：稳恒电流磁场能量的计算。第四部分 电磁波的传播内容：1、平面电磁波2、电磁波在介质界面上的反射和折射3、有导体存在时电磁波的传播4、谐振腔5、波导重点：电磁场波动方程和定态波动方程，菲涅尔公式。难点：谐振腔和矩形波导管中电磁场的分布规律，全反射和半波损失的物理机制。第五部分 狭义相对论内容：1、相对论的试验基础2、相对论的基本原理洛伦兹变换3、相对论的时空理论。重点：深刻理解经典时空理论和迈克尔逊实验；熟记狭义相对论基本原理、洛仑兹变换并熟练利用洛仑兹速度变换解决具体问题；理解同时的相对性和尺缩、钟慢效应。难点：同时的相对性、时钟延缓效应的相对性。四、课内实践教学要求实验：普通物理实验作为独立的一门课程另外安排，因此课内没有安排实验，但应尽量安排相应的演示实验内容，可适当安排观看有关录像片和CAI课件使学生获得感性认识，促进理论课的学习。作业：在各部分的教学中应布置思考题和讨论题，在课堂讨论中，应结合一些具体问题，引导学生多思考多练习多查阅课外资料，并布置一定的课外作业，以及以小论文的形式让学生解决一些具体问题。五、学时分配主要内容讲课学时习题课时讨论课时实验课时上机课时作业数学准备知识8第一部分电磁现象的普遍规律142第二部分静电场122第三部分静磁场4第四部分电磁波的传播162第五部分狭义相对论104合计5410六、本课程与其它课程的联系根据本课程的内容，学生在学习本课程之前应具备以下基础：1．在高等数学方面：应具有微积分、向量运算的基本知识；2．在物理学方面：应具有力学、电磁学、数学物理方法等方面的基本知识；本课程的后续课程有：量子力学、光信息处理、光通信原理、光电子学等。七、考核方式考核方式，考试。八、建议教材和教学参考书[1]《电动力学》郭硕鸿（第三版）高等教育出版社2