《電動(dòng)力學(xué)》教學(xué)大綱課程名稱：電動(dòng)力學(xué) 課程編號(hào)：D047091121英文名稱：Electrodynamics課程類型：專業(yè)方向與拓展適用專業(yè)：光電信息科學(xué)與工程總學(xué)時(shí)：64學(xué)分：4.0一、本課程的性質(zhì)、目的及任務(wù)電動(dòng)力學(xué)是應(yīng)用物理專業(yè)的一門專業(yè)核心課，是在人類對(duì)電磁現(xiàn)象的長(zhǎng)期觀察和生產(chǎn)活動(dòng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它研究的對(duì)象是電磁場(chǎng)的基本屬性、運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及它和帶電物質(zhì)之間的相互作用。電磁場(chǎng)是物質(zhì)世界的重要組成部分，掌握電磁場(chǎng)的基本理論對(duì)于生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)有重大的意義。本課程的教學(xué)目的是：培養(yǎng)學(xué)生掌握電磁運(yùn)動(dòng)方面的基本知識(shí)和在本課程領(lǐng)域內(nèi)分析和處理一些最基本問(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)題打下基礎(chǔ)。本課程的教學(xué)任務(wù)：1.掌握電磁現(xiàn)象的基本規(guī)律，加深對(duì)電磁場(chǎng)性質(zhì)的理解；以及獲得應(yīng)用這些規(guī)律解決計(jì)算電磁場(chǎng)的實(shí)際問(wèn)題的能力；2.掌握電磁波傳播的基本知識(shí)，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)；3.了解狹義相對(duì)論的時(shí)空觀及有關(guān)的基本理論。二、課程教學(xué)的基本要求本課程以課堂講授為主，輔以一定數(shù)量的課后練習(xí)和針對(duì)一些實(shí)際問(wèn)題的討論和小論文，使學(xué)生在解決實(shí)際問(wèn)題中得到鍛煉，提高他們思考問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力．教學(xué)中力求注意理論聯(lián)系實(shí)際，強(qiáng)調(diào)對(duì)物理概念的理解和結(jié)合實(shí)際問(wèn)題的討論．同時(shí)可適當(dāng)安排觀看有關(guān)視頻和CAI課件使學(xué)生有一定的感性認(rèn)識(shí)。本課程教學(xué)過(guò)程中，在各部分的教學(xué)中均安排一定內(nèi)容引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)，對(duì)要求學(xué)生自學(xué)的內(nèi)容，應(yīng)布置思考題和討論題，使學(xué)生帶著問(wèn)題進(jìn)行自學(xué)，提高他們的自學(xué)能力。在課堂討論中，應(yīng)結(jié)合一些具體問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生多思考多練習(xí)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(xué)生解決一些具體問(wèn)題。課程教學(xué)的基本要求：理解庫(kù)侖定律，高斯定理以及電場(chǎng)的散度和旋度，掌握電荷守恒定律；理解畢奧一薩伐爾定律以及磁場(chǎng)的散度和旋度；理解電磁感應(yīng)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．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(chǎng)邊值關(guān)系；理解場(chǎng)和電荷系統(tǒng)的能量關(guān)系，掌握電磁場(chǎng)能量密度和能流密度，了解電磁能量的傳播。理解靜電場(chǎng)的標(biāo)勢(shì)及其微分方程和邊值關(guān)系，掌握靜電場(chǎng)能量的計(jì)算；理解靜電問(wèn)題的唯一性定理，掌握用分離變量法和電像法求解電勢(shì)分布。理解靜磁場(chǎng)的矢勢(shì)及其微分方程，了解磁標(biāo)勢(shì)和穩(wěn)恒電流磁場(chǎng)能量的計(jì)算。掌握電磁場(chǎng)波動(dòng)方程和定態(tài)波動(dòng)方程，理解平面電磁波的特性，以及電磁波的能量和能流；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(jī)制。理解導(dǎo)體內(nèi)自由電荷的分布規(guī)律，理解導(dǎo)體內(nèi)電磁波的傳播特性，理解趨膚效應(yīng)和穿透深度的概念；了解電磁波在導(dǎo)體表面上的反射。理解理想導(dǎo)體的邊界條件，掌握諧振腔和矩形波導(dǎo)管中電磁場(chǎng)的分布規(guī)律，了解截止頻率的概念。了解相對(duì)論的試驗(yàn)基礎(chǔ)，掌握相對(duì)論的基本原理以及相對(duì)論的時(shí)空理論。三、課程教學(xué)內(nèi)容數(shù)學(xué)準(zhǔn)備知識(shí)內(nèi)容：1、矢量分析2、張量簡(jiǎn)介3、梯度散度和旋度4、常用公式、矢量場(chǎng)定理、Delta函數(shù)重點(diǎn)：矢量分析、散度、旋度和梯度。難點(diǎn)：散度、旋度和梯度。第一部分 電磁現(xiàn)象的普遍規(guī)律內(nèi)容：1、電荷和電場(chǎng)2、電流和磁場(chǎng)3、麥克斯韋方程組4、介質(zhì)的電磁性質(zhì)5、電磁場(chǎng)邊值關(guān)系6、電磁場(chǎng)的能量和能流重點(diǎn)：麥克斯韋方程組、洛侖茲力公式、電磁場(chǎng)能量密度和能流密度．難點(diǎn)：介質(zhì)中的麥克斯韋方程組、電磁場(chǎng)邊值關(guān)系。第二部分靜電場(chǎng)內(nèi)容：1、靜電場(chǎng)的標(biāo)勢(shì)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、鏡像法重點(diǎn)：靜電場(chǎng)能量的計(jì)算；用分離變量法和電像法求解電勢(shì)分布。難點(diǎn)：并矢的概念。第三部分靜磁場(chǎng)內(nèi)容：1、矢勢(shì)及其微分方程2、磁標(biāo)勢(shì)3、超導(dǎo)體的電磁性質(zhì)重點(diǎn)：靜磁場(chǎng)的矢勢(shì)及其微分方程；磁標(biāo)勢(shì)。難點(diǎn)：穩(wěn)恒電流磁場(chǎng)能量的計(jì)算。第四部分 電磁波的傳播內(nèi)容：1、平面電磁波2、電磁波在介質(zhì)界面上的反射和折射3、有導(dǎo)體存在時(shí)電磁波的傳播4、諧振腔5、波導(dǎo)重點(diǎn)：電磁場(chǎng)波動(dòng)方程和定態(tài)波動(dòng)方程，菲涅爾公式。難點(diǎn)：諧振腔和矩形波導(dǎo)管中電磁場(chǎng)的分布規(guī)律，全反射和半波損失的物理機(jī)制。第五部分 狹義相對(duì)論內(nèi)容：1、相對(duì)論的試驗(yàn)基礎(chǔ)2、相對(duì)論的基本原理洛倫茲變換3、相對(duì)論的時(shí)空理論。重點(diǎn)：深刻理解經(jīng)典時(shí)空理論和邁克爾遜實(shí)驗(yàn)；熟記狹義相對(duì)論基本原理、洛侖茲變換并熟練利用洛侖茲速度變換解決具體問(wèn)題；理解同時(shí)的相對(duì)性和尺縮、鐘慢效應(yīng)。難點(diǎn)：同時(shí)的相對(duì)性、時(shí)鐘延緩效應(yīng)的相對(duì)性。四、課內(nèi)實(shí)踐教學(xué)要求實(shí)驗(yàn)：普通物理實(shí)驗(yàn)作為獨(dú)立的一門課程另外安排，因此課內(nèi)沒(méi)有安排實(shí)驗(yàn)，但應(yīng)盡量安排相應(yīng)的演示實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，可適當(dāng)安排觀看有關(guān)錄像片和CAI課件使學(xué)生獲得感性認(rèn)識(shí)，促進(jìn)理論課的學(xué)習(xí)。作業(yè)：在各部分的教學(xué)中應(yīng)布置思考題和討論題，在課堂討論中，應(yīng)結(jié)合一些具體問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生多思考多練習(xí)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(xué)生解決一些具體問(wèn)題。五、學(xué)時(shí)分配主要內(nèi)容講課學(xué)時(shí)習(xí)題課時(shí)討論課時(shí)實(shí)驗(yàn)課時(shí)上機(jī)課時(shí)作業(yè)數(shù)學(xué)準(zhǔn)備知識(shí)8第一部分電磁現(xiàn)象的普遍規(guī)律142第二部分靜電場(chǎng)122第三部分靜磁場(chǎng)4第四部分電磁波的傳播162第五部分狹義相對(duì)論104合計(jì)5410六、本課程與其它課程的聯(lián)系根據(jù)本課程的內(nèi)容，學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程之前應(yīng)具備以下基礎(chǔ)：1．在高等數(shù)學(xué)方面：應(yīng)具有微積分、向量運(yùn)算的基本知識(shí)；2．在物理學(xué)方面：應(yīng)具有力學(xué)、電磁學(xué)、數(shù)學(xué)物理方法等方面的基本知識(shí)；本課程的后續(xù)課程有：量子力學(xué)、光信息處理、光通信原理、光電子學(xué)等。七、考核方式考核方式，考試。八、建議教材和教學(xué)參考書[1]《電動(dòng)力學(xué)》郭碩鴻（第三版）高等教育出版社2