物理学专业电动力学教学大纲

电动力学教学大纲电动力学教学大纲一、课程简介电动力学是一门研究电荷、电流和磁场等物理量之间相互关系的科学。

它揭示了电磁现象的基本规律，为电磁设备和系统的设计提供了理论依据。

本课程作为电动力学的入门课程，旨在帮助学生掌握电动力学的基本概念、原理和方法，培养他们分析和解决问题的能力。

二、课程目标1、掌握电动力学的基本概念、原理和方法，如牛顿第二定律、高斯定律、安培环路定律、法拉第电磁感应定律等。

2、理解并掌握静电学、静磁学、电磁感应和电磁场的基本规律和现象。

3、培养学生分析、解决电动力学问题的能力，为后续的电磁场与电磁波、微波技术等课程打下基础。

4、提高学生对电动力学在现代科技领域中的应用有一定的了解和认识。

三、课程内容1、基础知识：电磁学的发展历程、基本物理量及其单位制、物质的电性质等。

2、静电学：库仑定律、电场强度、电势、静电场的基本方程、静电场的边界条件等。

3、静磁学：磁场、磁感应强度、磁通量、磁场的基本方程、静磁场的边界条件等。

4、电磁感应：法拉第电磁感应定律、楞次定律、涡旋电场、电磁感应的应用等。

5、电磁场与波：麦克斯韦方程组、电磁波的传播、电磁波的辐射与散射等。

6、近代电磁理论：量子电动力学、相对论电动力学等。

7、应用举例：电磁技术在现代通信、能源、交通等领域的应用。

四、教学方法1、课堂讲解：通过讲解基本概念、原理和方法，使学生了解电动力学的核心思想。

2、课堂讨论：组织学生进行课堂讨论，引导学生积极参与，加深对电动力学知识的理解。

3、实例分析：通过实例分析，让学生了解电动力学在科技领域中的应用，提高分析问题和解决问题的能力。

4、课后作业：布置适量的课后作业，让学生巩固课堂所学知识，加深对电动力学的理解。

5、考试：定期进行考试，检查学生对电动力学的掌握情况，为后续课程的学习打下基础。

五、教学评估1、出勤率：考察学生的出勤情况，了解学生的学习态度和参与度。

2、作业：布置适量的课后作业，检查学生对课堂所学知识的掌握情况。

电动力学教学大纲课程编号： 060093 适用专业：物理学学时数： 72 学分数： 41.课程类别：本课程是物理学专业的专业基础课程。

2.教学目的：通过电磁现象的普遍规律——麦克斯韦方程组及洛伦兹力公式的学习，掌握电磁场的基本规律，加深对电磁场性质和时空概念的理解。

通过应用麦克斯韦方程组研究静电场和静磁场的主要特征及电磁波的传播和辐射的基本性质，进一步掌握电磁学的基本理论，同时学习理论物理学处理问题解决问题的一些基本方法。

获得本课程领域内分析和处理一些基本问题的初步能力，为以后解决实际问题打下基础。

通过狭义相对论及电磁场与带电粒子相互作用的学习，建立新的时空观念，并了解近代物理对高速和微观现象的一些处理方法。

3.学时分配：见下表学时分配表绪论和相关数学知识回顾教学时数：8学时重点难点：重点：梯度、散度、旋度，高斯定理、斯托克斯定理。

难点：∇算符的运算、∇算符等微分算符在不同坐标系（柱坐标系、球坐标系）中的表示。

教学要求：了解本课程的研究对象、学习目的、学习方法、学习要求；掌握数学基础：梯度、散度、旋度；高斯定理、斯托克斯定理。

教学内容：（1）电动力学课程的研究对象与主要内容（2）矢量代数（3）场的概念和标量场的梯度（4）高斯定理与矢量场的散度（5）斯托克斯公式与矢量场的旋度（6）常用的运算公式（7）有关矢量场的一些定理（8）“三度”在各种坐标系中的表示式第一章电磁现象的普遍规律教学时数：12学时重点难点：重点：麦克斯韦方程组，电磁场的能量和边值关系。

难点：麦克斯韦方程组及其边值关系。

教学要求：掌握高斯定理和电场的散度及旋度。

掌握毕奥--萨伐尔定律及磁场的环量和旋度、磁场的散度。

了解磁场的旋度和散度公式的证明。

理解位移电流。

掌握麦克斯韦方程组，电磁场的能量和边值关系。

教学内容：（1）电荷和电场，库仑定律，高斯定理和电场的散度，静电场的旋度（2）电流和磁场，电荷守恒定律；毕奥--萨伐尔定律；磁场的环量和旋度；磁场的散度；磁场的旋度和散度公式的证明（3）麦克斯韦方程组，电磁感应定律；位移电流；麦克斯韦方程组；洛仑兹力公式（4）介质的电磁性质，关于介质的概念；介质的极化；介质的磁化；介质中的麦克斯韦方程组（5）电磁场边值关系，法向分量的跃变；切向分量的跃变（6）电磁场的能量和能流，场和电荷系统的能量守恒定律的一般形式；电磁场能量密度和能流密度表示式；*电磁能量的传输第二章静电场教学时数：12学时重点难点：重点：静电场的标势及其微分方程，镜象法，分离变量法。

《电动力学》课程教学大纲（Syllabus of Electrodynamics）一、课程的性质、任务课程类型：专业基础课课程编号：0701103213学分：4 学时：72开课学期：第4学期授课方式：课堂讲授授课手段：多媒体考试方式：闭卷笔试适用学科专业：物理学制定时间：2009年7月《电动力学》课程是物理类诸多专业的重要基础理论课。

它集中阐述电磁现象的基本规律、基本理论方法、及其在相关领域里的基本应用。

要求学生通过该课程学习能够正确理解和掌握电动力学的基本概念、基本规律，并结合从中学到的基本方法，合理运用于解决有关具体物理问题的实践当中去。

该课程立足电磁现象的基本物理规律，在建立正确直观物理图像前提下，着重通过合理的数理表象来阐发基本电磁规律，用理论手段展示电磁现象的物理本质。

修学该课程一般要求已经具备大学基础物理（主要是《电磁学》和《力学》）和物理本科基础数学课程（包括《高等数学》与《线性代数》）以及《数学物理方法》课程的基本知识。

二、教学大纲及学时分配三、各章教学内容和要求绪论（2学时）概述《电动力学》课程的基本内容，并介绍该课程的类型属性、基本要求、以及与其它相关课程的关系。

同时就课程内容结构和授课进展安排与同学们充分沟通，以求得更好的教学效果。

第一章、电磁物理基础（16学时）本章着重介绍电动力学中的基本的物理概念及规律，以备在后续章节中运用。

第一节、电荷产生的场第二节、电流产生的场第三节、电磁耦合系统第四节、电磁场的势描述第五节、电磁能量与动量第六节、电磁场的波动形式第七节、电磁场的边值关系第八节、介质中的电磁场要求：理解掌握电动力学中的基本的物理概念及规律。

重点：麦克斯韦方程组、洛仑兹力关系和电荷守恒定律。

难点：对电磁系统复杂性关系的理解，以及矢量微分关系的运用。

第二章、电磁理论方法（16学时）本章借助数理方法、运用第一章的基本理论来解决有关电磁系统的物理问题，并由此增进对第一章所介绍的基本电磁规律的理解和认识。

《电动力学》课程教学大纲Electrodynamics课程编号：130501002学时：64学分：4.0适用对象：核物理本科专业先修课程：电磁学、高等数学、数学物理方法。

一、课程的性质和任务该课程可以支撑能力要求第1、2条以及素质要求第2、3条的达成，《电动力学》是核物理本科专业的一门专业必修课，它比电磁学有着更严谨更完整的理论结构，更多地使用高等数学语言表述定律、定理和物理结论。

通过电动力学的教学，使学生在形成更为清晰的物理概念、掌握严密的物理规律的同时熟练地运用高等数学、矢量代数以及数学物理方程（包括特殊函数）等知识表述和求解物理问题，学会在具体条件下对物理问题进行近似处理。

培养学生严密的抽象思维能力和运用数学工具进行科学思维的能力，为学生进一步学习其它专业课程和继续深造打下良好的理论基础。

二、教学目的与要求电动力学是高等院校物理学本科专业理论物理课程的一部份，是重要的基础课之一。

通过本课程的教学，应达到以下的目的和要求。

1，掌握电磁运动的基本特点，规律和研究方法，加深对电磁场性质的理解，了解狭义相对论的时空观及有关的基本理论。

2，获得在本课程领域内分析和处理一些最基本问题的初步能力，为学习后续课程和从事教学和研究工作打下必要的基础。

3，通过对电动力学相对论不变性和相对论力学的讲述，使学生能完整和系统地掌握和理解经典物理与相对论物理的辨证关系，从而树立正确的科学世界观。

三、教学内容第0章：矢量分析1、基本内容：标量和矢量的定义，基本运算规律，三度（梯度、散度、旋度）的数学和物理定义，基本运算规律，算符。

2、教学基本要求：理解和掌握矢量的基本运算法则，熟练掌握矢量算符的基本运算。

3、教学重点难点：算符的运算。

4、教学建议：采用课堂讲授、课后讨论、课后做习题等相结合的教学方式。

第一章：电磁现象的基本规律1、基本内容：三个实验定律，真空和介质中电磁现象的基本方程，介质分界面上的边界条件，电磁场能量、能流及能流密度矢量。

电动力学课程教学大纲一、课程说明（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分；课程名称：电动力学所属专业：理学专业课程性质：基础课学分：4（二）课程简介、目标与任务；电动力学是宏观电磁现象的经典理论，是研究电磁场的基本属性、运动规律以及它与带电物质之间相互作用的一门重要基础理论课。

电动力学是物理学科的一门重要基础理论课，是物理学的“四大力学”之一。

基本目标：1. 掌握处理电磁问题的一般理论和方法2. 学会狭义相对论的理论和方法学习目的与要求：1. 通过学习电磁运动的基本规律，加深对电磁场基本性质的理解；2. 通过学习狭义相对论理论了解相对论的时空观及有关的基本理论；3. 获得在本门课程领域内分析和处理一些基本问题的初步能力；4. 为学习后续课程和独力解决实际问题打下必要的基础。

为了达到以上目的和要求，在教材内容和课程设置中应注意以下问题：1. 由于本课程是理论物理课程的一部份，因而在要注意与研究生课程的衔接，尽量使这二者有机结合。

介绍麦克斯韦方程组的相对论形式时，本课程主要介绍物理量和方程如何从三维过渡到四维空间的表述形式。

结合科研工作，我们将从更深知识层次的广义相对论、微分几何角度来阐述狭义相对论时空观和Maxwell方程组的四维张量表述。

2. 详细阐述如何把学过的数理方程知识用于解决实际物理问题，即求解一定边界条件下静电势和磁矢势所满足的偏微分方程，达到提高学生分析和解决问题的能力。

3. 在电动力学课程中，讨论了如何从经典物理过度到相对论物理，因此，在介绍这些内容时要从相对论时空观上加以阐述，以使学生真正掌握狭义相对论的物理精髓，达到培养学生抽象思维的目的。

4. 适当介绍一些与课程相关的科研前沿知识，如A-B效应，超导体的磁通量子化，超颖材料（隐身材料），高维时空中的电磁理论（库伦定律），电磁与引力的统一（Kaluza-Klein理论），额外维与膜世界理论等以开阔学生的眼界。

（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接；先修课程：高等数学矢量分析、数学物理方法、电磁学关系：其中高等数学矢量分析和数学物理方法是电动力学的数学基础，电磁学是电动力学的物理基础，电动力学在电磁学的基础上系统阐述电磁场的基本理论，并进一步在狭义相对论框架下讲述电磁场的四维协变规律。

《电动力学》课程教学大纲课程名称：电动力学课程类别：专业必修课适用专业：物理学考核方式：考试总学时、学分：56 学时 3.5 学分其中实验学时：0 学时一、课程性质、教学目标《电动力学》是物理学专业的专业主干课。

电动力学是理论物理学的一个重要组成部分，与理论力学、统计物理学和量子力学合称为四大力学。

电动力学在电磁学的基础上系统介绍电磁场理论的基本概念和基本方法。

课程教学内容主要涉及电磁场的基本性质、运动规律以及电磁场与带电物体之间的相互作用，对完善学生的知识体系具有重要意义。

其具体的课程教学目标为：课程教学目标1：掌握电磁运动的基本规律，加深对电磁场物质性的认识。

课程教学目标2：了解狭义相对论的时空观及有关的基本理论。

课程教学目标3：获得在本课程领域内分析和处理一些基本问题的初步能力。

课程教学目标4：为学习后继课程和独立解决实际工作中的有关问题打下必要的基础。

课程教学目标与毕业要求对应的矩阵关系注：以关联度标识，课程与某个毕业要求的关联度可根据该课程对相应毕业要求的支撑强度来定性估计，H:表示关联度高；M表示关联度中；L表示关联度低。

二、课程教学要求由于本课程是理论物理课程的一部份，因而在教材内容的选取上要注意与后续课程的衔接。

在电动力学课程中，讨论了如何从经典物理过度到相对论物理，因此，在介绍这些内容时重要的是要从物理上加以阐述，以使学生真正掌握狭义相对论的物理精髓，达到培养学生辨证思维的目的。

通过介绍如何把学过的数学知识用于解决物理问题，达到提高学生分析问题、解决问题的能力。

结合课程内容，加强学生的理论推导能力三、先修课程高等数学、矢量分析与场论、数学物理方法、电磁学。

四、课程教学重、难点重点：1.明确电动力学的知识结构和逻辑体系。

2.掌握各种不同条件下电磁场的空间分布和运动变化规律。

难点：1.电动力学属理论物理范畴.其逻辑体系是以演绎推理为主线，这与普通物理电磁学有着明显的差异。

从电磁学到电动力学的学习，在思维方式上应有较大的转变，这对初学理论物理的学生是一难点。

《电动力学》课程教学大纲（物理学教育专业）Electrodynamics(课程编号0431104)（学分 4 ，学时68）第一部份课程的性质与目的要求电动力学是高等师范院校本科物理学教育专业理论物理课程之一，是一般物理电磁学的后继课。

通过本课程的学习，不仅使学生对电磁现象的熟悉在电磁学唯象理论的基础上更深切一步，认清电磁场的本质，了解相对论的时空观，而且要学习理论物理学处置问题的方式，提高在本课程领域分析、解决实际问题的能力。

要求：学好先行课《电磁学》、《矢量分析》、《数学物理方式》。

第二部份课程内容和学时分派本大纲采纳从电磁现象的体会定律总结出麦克斯韦方程组，然后别离处置电磁场各类问题的体系，以维持电磁场理论的完整性。

要紧教学经典电动力学和狭义相对论。

共安排68学时，其中教学58学时，习题课10学时，打＊号内容能够不讲。

考虑到先行课程《矢量分析与场论》并未开设，因此安排第0章（4学时）作为预备知识，教学矢量分析与场论的基础知识。

第0章预备知识矢量分析与场论基础（4学时）一、教学内容：矢量代数梯度、散度和旋度关于散度和旋度的一些定理∇算符运算公式曲线正交坐标系二、教学要求：(1) 明白得矢量场的大体概念；（2）把握∇算符（矢量微分算符）与函数的运算；3、教学重点、难点：重点：∇算符(矢量微分算符)的运算难点：梯度、散度和旋度的明白得第一章电磁现象的普遍规律（10+2学时）一、教学内容：电荷和电场库仑定律，高斯定理，电场的散度和旋度电流和磁场电荷守恒定律，毕奥－萨伐尔定律，磁场的散度和旋度，磁场旋度和散度公式的证明麦克斯韦方程组电磁感应定律，位移电流，麦克斯韦方程组和洛仑兹力公式介质的电磁性质介质的概念，介质的极化和磁化，介质中的麦克斯韦方程组电磁场的边值关系法向分量的跃变，切向分量的跃变电磁场的能量电磁能量守恒定律的一样形式，能量密度和能流密度表示式，电磁能量的传输二、教学要求：（1）明白得描述宏观电磁场的物理量，描述宏观电磁场的麦克斯韦方程组；（2）把握真空、介质中的麦克斯韦方程组及其麦克斯韦方程组知足的边界条件；还要把握电磁场的能量、动量表达式，和能量、动量守恒定律；（3）了解描述电磁场能量密度和麦克斯韦应力张量等概念。

电动力学教学大纲第一部分：大纲说明一、本课程基本情况1、课程编号： 0701022642、课程类型：专业基础（必修）课3、修读方式：必修课4、学时： 72学时5、学分： 4学分6、考核方式：闭卷考试二、课程性质、目的和任务电动力学是物理学四大力学之一, 它是理论物理的重要组成部分，是一门物理专业本科生必修的基础理论课，在整个培养计划中占有重要的地位。

本课程在电磁学、数理方法等的基础上，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。

它在电子科学与技术、光信息科学和技术、应用物理学和材料物理等许多近代科学和技术的分支中有着广泛的应用。

为进一步学习现代物理学和科学技术奠定基础。

学习本课程的主要目的和要求是：1、掌握电磁场的基本规律，加深对电磁场性质和时空概念的理解。

2、获得本课程领域内分析和处理一些基本问题的初步能力，为以后解决实际问题打下基础。

3、通过电磁场运动规律和狭义相对论的学习，更深刻领会电磁场的物质性和时间、空间概念，帮助我们加深辩证唯物主义的世界观。

三、课程的结构和学时安排第 0章绪论及数学准备（6学时）第一章电磁现象的普遍规律(14学时)第二章静电场（12学时）第三章稳恒电流磁场（10学时）第四章电磁波的传播（12学时）第五章电磁波辐射（10学时）第六章狭义相对论（8学时）四、使用教材及参考书教材：电动力学高教出版社出版（1997年）郭硕鸿编著参考书：[1] 蔡圣善等《电动力学》高教出版社第二版 2002[2] 虞福春《电动力学》北京大学出版社 1992[3] 林璇英、张之翔《电动力学题解》科学出版社 1999；[4] 黄乃本《电动力学学习辅指书》高教出版社第二版 2004[5] R.P.费曼等. 费曼《物理学讲义》第二卷上海上海科学技术出版社1981[6] 肖景林，李子军等编《理论物理概论》（上册）内蒙古大学出版社[7] 阚仲元编《电动力学简明教程》(第二版) 高等教育出版社.第二部分：教学内容和基本要求第0章绪论及数学准备（6学时）教学内容:一、电动力学绪论二、数学准备1、矢量代数2、场的概念和标量场的梯度3、高斯定理与矢量场的散度4、斯托克斯公式与矢量场的旋度5、常用的运算公式6、有关矢量场的一些定理第一章电磁现象的普遍规律(14学时)教学内容:1、电荷和电场2、电流和磁场3、介质的电磁性质4、麦克斯韦方程组与洛仑兹力5、电磁场的边值关系6、电磁场的能量和能流基本要求:1、从实验定律(库仑定律、毕一萨定律等)导出真空及介质内静、稳场场方程、从场的方程理解静稳特征,由己知的电荷分布确定场2、掌握时变电磁场场方程的建立、荷流对场的激发及电场与磁场相互激发的物理图象、宏观电磁现象的基本动力学框架3、明确介质极化、磁化现象的物理特征及描述、在介质分界面上场的跃变4、掌握电磁场能量的守恒与转化规律及对场的能量的传输问题的正确分析第二章静电场（12学时）教学内容:1、静电势及其微分方程2、唯一性定理3、镜象法4、拉普拉斯方程、分离变量法5、格林函数6、电多极矩基本要求:1、正确列出己知静止的电荷系统静电势的定解问题2、掌握运用电象法求静电势和场分布3、掌握运用分离变量法求解一维、二维和球坐标系轴对称和球对称情况下静电势的定解问题、确定势分布和场分布第三章稳恒电流磁场（10学时）教学内容:1、稳恒电流磁场的势〈矢势〉及其微分方程2、磁标势法3、磁多极矩4、Aharonov-Bohm效应5、超导体的电磁性质基本要求:掌握对恒定磁场引入势描述的方法及磁标势引入条件、能由磁矢势和磁标势确定磁场第四章电磁波的传播（12学时）教学内容:1、平面电磁波在介质中的传播2、平面电磁波在介质分界面上的反射和折射3、平面电磁波在导体中的传播4、电磁波在波导管中的传播5、谐振腔基本要求:1、掌握真空中波动方程及介质中定态波动方程的导出、平面波解的物理特征及形式2、掌握电磁波在介质分界面上的反射和折射的规律3、掌握了电磁波在导体内传播的特性4、掌握了电磁波在理想导体为界有界和无界空间内的表现特性第五章电磁波辐射（10学时）教学内容:1、推迟势2、电偶极辐射3、电磁波的衍射4、电磁动量基本要求:基本要求:1、掌握时变电磁场的势描述:势方程的导出及其解、解的物理解释2、掌握电偶极辐射场的导出、形式和特征3、理解基尔霍夫公式及其应用4、掌握电磁动量及其守恒定律第六章狭义相对论（8学时）教学内容：1、相对论产生的历史背景和实验基础2、相对论的基本原理,洛仑兹变换3、相对论的空时理论4、相对论的四维形式5、相对论力学6、电动力学的相对论不变性基本要求:1、深刻理解经典时空理论和迈克尔逊实验掌握洛仑兹变换时空理论及其应用2、掌握狭义相对论的基本原理以及时空理论3、理解和运用相对论力学的主要结论4、掌握电磁运动规律的协变形式2009年4月18日。