陇东学院物理学专业课程标准 《电动力学》 说明 1.课的性质 经典电动力学是四年制师范院校物理学专业的一门重要基础理论课。 2.教学目的 (1)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,掌握电磁场的普遍规 律,加深对电磁场物质性的理解。 (2)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。 (3)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 通过本课程的学习,使学生掌握电磁场运动规律和深刻理解其物质性,理解和掌握相对论时空 观,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,为学习后续课程和独力解决实际 问题打下必要的基础 教学方法 采用课堂讲授的授课方法。在课程的教学过程中,运用启发式、讨论式、多媒体等教学方法, 通过各个教学环节逐步培养学生具有抽象思维能力、逻辑推理能力和自学能力,并注意培养学生具 有灵活运用所学知识去综合分析问题和解决问题的能力。 4.总学时:54学时 教学内容 第一章:电磁现象的基本规律(总课时:10) 要求和说明: (1)本章重点是麦克斯韦方程、边值关系、电磁场能量。 (2)明确麦克斯韦方程组实质上是电磁场方程。 (3)通过对麦克斯韦方程组整体性质的分析,掌握电磁场的基本属性 第一节:电荷和电场(课时:1) 1.1库仑定律 1.2高斯定理和电场的散度 1.3静电场的旋度 (知识点)静电场的散度和旋度 第二节:电流和磁场(课时:2) 2.1电荷守恒定律 2.2毕奥-萨伐尔定律 2.3磁场的环量和旋度 2.4磁场的散度 2.5磁场旋度和散度的证明 (知识点)磁场的散度和旋度 第三节:麦克斯韦方程组(课时:2) 3.1电磁感应定律 3.2位移电流 3.3麦克斯韦方程组 3.4洛仑兹力公式 (知识点)位移电流麦克斯韦方程组 第四节:介质的电磁性质(课时:2)
陇东学院物理学专业课程标准 《电动力学》 说明 1．课的性质 经典电动力学是四年制师范院校物理学专业的一门重要基础理论课。 2．教学目的 (1)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，掌握电磁场的普遍规 律，加深对电磁场物质性的理解。 (2)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。 (3)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。 通过本课程的学习，使学生掌握电磁场运动规律和深刻理解其物质性，理解和掌握相对论时空 观，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，为学习后续课程和独力解决实际 问题打下必要的基础。 3．教学方法 采用课堂讲授的授课方法。在课程的教学过程中，运用启发式、讨论式、多媒体等教学方法， 通过各个教学环节逐步培养学生具有抽象思维能力、逻辑推理能力和自学能力，并注意培养学生具 有灵活运用所学知识去综合分析问题和解决问题的能力。 4．总学时：54 学时 5．教学内容 第一章：电磁现象的基本规律（总课时：10） 要求和说明： （1）本章重点是麦克斯韦方程、边值关系、电磁场能量。 （2）明确麦克斯韦方程组实质上是电磁场方程。 （3）通过对麦克斯韦方程组整体性质的分析，掌握电磁场的基本属性。 第一节：电荷和电场（课时：1） 1.1 库仑定律 1.2 高斯定理和电场的散度 1.3 静电场的旋度 （知识点）静电场的散度和旋度 第二节：电流和磁场（课时：2） 2.1 电荷守恒定律 2.2 毕奥-萨伐尔定律 2.3 磁场的环量和旋度 2.4 磁场的散度 2.5 磁场旋度和散度的证明 （知识点）磁场的散度和旋度 第三节：麦克斯韦方程组（课时：2） 3.1 电磁感应定律 3.2 位移电流 3.3 麦克斯韦方程组 3.4 洛仑兹力公式 （知识点）位移电流 麦克斯韦方程组 第四节：介质的电磁性质（课时：2）
4.1关于介质的概念 4.2介质的极化 4.3介质的磁化 4.4介质中的麦克斯韦方程组 知识点)介质中的麦克斯韦方程组 第五节:电磁场边值关系(课时:1) 5.1法向分量的跃变 5.2切向分量的跃变 (知识点)电磁场边值关系 第六节:电磁场的能量和能流(课时:2) 6.1场和电荷系统的能量守恒定律的一般形式 6.2电磁场能量密度和能流密度表示式 6.3电磁能量的传输 (知识点)电磁场能量密度和能流密度 第二章:静电场(总课时:8) 要求和说明 (1)本章基本概念在电磁学课程中已建立,对静场的研究是作为麦克斯韦方程组应用的特例来进行, 所以要特别注意所使用的方法 (2)静电场唯一性定理是求解静电问题的基础,要理解其函义。 (3)运用分离变量法和电像法求场分布的方法要求熟练掌握。 (4)电多极矩主要掌握多极展开的方法和应用 第一节:静电场的标势及其微分方程(课时:1) 1.1静电场的标势 1.2静电势的微分方程和边值关系 1.3静电场的能量 (知识点)静电势的微分方程和边值关系 第二节:唯一性定理(课时:2) 2.1静电问题的唯一性定理 2.2有导体存在时的唯一性定理 (知识点)唯一性定理的意义 第三节:拉普拉斯方程分离变量法(课时:2) (知识点)分离变量法 第四节:镜象法(课时:1) (知识点)镜象法 第五节:电多极矩(课时:2) 5.1电势的多极展开 5.2电多极矩 5.3电荷体系在外电场中的能量 (知识点)电多极矩的意义 第三章:静磁场(总课时:8) 要求和说明 (1)本章与第二章相似,可采用对比的方法学习。 (2)磁矢势着重理解和熟悉其意义和作用。 (3)磁标势法是处理问题的一种简便方法,应该熟练掌握,应用时要注意条件 (4)磁多极矩要弄清楚其物理含义
4.1 关于介质的概念 4.2 介质的极化 4.3 介质的磁化 4.4 介质中的麦克斯韦方程组 （知识点）介质中的麦克斯韦方程组 第五节：电磁场边值关系（课时：1） 5.1 法向分量的跃变 5.2 切向分量的跃变 （知识点）电磁场边值关系 第六节：电磁场的能量和能流（课时：2） 6.1 场和电荷系统的能量守恒定律的一般形式 6.2 电磁场能量密度和能流密度表示式 6.3 电磁能量的传输 （知识点）电磁场能量密度和能流密度 第二章：静电场（总课时：8） 要求和说明： （1）本章基本概念在电磁学课程中已建立，对静场的研究是作为麦克斯韦方程组应用的特例来进行， 所以要特别注意所使用的方法。 （2）静电场唯一性定理是求解静电问题的基础，要理解其函义。 （3）运用分离变量法和电像法求场分布的方法要求熟练掌握。 （4）电多极矩主要掌握多极展开的方法和应用。 第一节：静电场的标势及其微分方程（课时：1） 1.1 静电场的标势 1.2 静电势的微分方程和边值关系 1.3 静电场的能量 （知识点）静电势的微分方程和边值关系 第二节：唯一性定理（课时：2） 2.1 静电问题的唯一性定理 2.2 有导体存在时的唯一性定理 （知识点）唯一性定理的意义 第三节：拉普拉斯方程 分离变量法（课时：2） （知识点）分离变量法 第四节：镜象法（课时：1） （知识点）镜象法 第五节：电多极矩（课时：2） 5.1 电势的多极展开 5.2 电多极矩 5.3 电荷体系在外电场中的能量 （知识点）电多极矩的意义 第三章：静磁场（总课时：8） 要求和说明： （1）本章与第二章相似，可采用对比的方法学习。 （2）磁矢势着重理解和熟悉其意义和作用。 （3）磁标势法是处理问题的一种简便方法，应该熟练掌握，应用时要注意条件。 （4）磁多极矩要弄清楚其物理含义
(5)掌握超导体的电磁性质。 第一节:矢势及其微分方程(课时:2) 1.1矢势 1.2矢势微分方程 1.3矢势边值关系 1.4静磁场的能量 1.5(知识点)矢势微分方程 第二节:磁标势(课时:1) (知识点)磁标势的分离变量法 第三节:磁多极矩(课时:2) 3.1矢势的多极展开 3.2磁偶极矩的场和磁标势 3.3小区域内电流分布在外磁场中的能量 (知识点)矢势的多极展开式各项的意义 第四节:超导体的电磁性质(课时:3) 4.1超导体的基本电磁现象 4.2超导体的电磁性质方程 4.3超导体作为完全抗磁体 4.4超导环内的磁通量子化 4.5非局域理论第一和第二类超导体 (知识点)超导体的基本电磁现象、超导体的电磁性质方程 第四章:电磁波的传播(总课时:10) 要求和说明 (1)无界空间中的电磁波着重要求掌握平面电磁波 (2)电磁波在分界面上的行为由麦克斯韦方程导出可以很好地说明电磁场理论的普遍性,要求深刻 理解和掌握 (3)导体中的电磁波的传播性质,强调其衰减性,但要明确衰减与频率的关系 (4)理解和掌握理想导体边界条件及矩形波导中的电磁波。 第一节:平面电磁波(课时:2) 1.1电磁场波动方程 1.2时谐电磁波 1.3平面电磁波 1.4电磁波的能量和能流 (知识点)亥姆霍兹方程平面电磁波的性质 第二节:电磁波在介质表面的反射和折射(课时:2) 2.1反射和折射定律 2.2振幅关系菲涅耳公式 2.3全反射 知识点)菲涅耳公式 第三节:有导体存在时电磁波的传播(课时:2) 3.1导体内的自由电荷分布 3.2导体内的电磁波 3.3趋肤效应和穿透深度 体表面上的反射 (知识点)趋肤效应 第四节:谐振腔(课时:2)
（5）掌握超导体的电磁性质。 第一节：矢势及其微分方程（课时：2） 1.1 矢势 1.2 矢势微分方程 1.3 矢势边值关系 1.4 静磁场的能量 1.5 （知识点）矢势微分方程 第二节：磁标势（课时：1） （知识点）磁标势的分离变量法 第三节：磁多极矩（课时：2） 3.1 矢势的多极展开 3.2 磁偶极矩的场和磁标势 3.3 小区域内电流分布在外磁场中的能量 （知识点）矢势的多极展开式各项的意义 第四节：超导体的电磁性质（课时：3） 4.1 超导体的基本电磁现象 4.2 超导体的电磁性质方程 4.3 超导体作为完全抗磁体 4.4 超导环内的磁通量子化 4.5 非局域理论 第一和第二类超导体 （知识点）超导体的基本电磁现象、超导体的电磁性质方程 第四章：电磁波的传播（总课时：10） 要求和说明： （1）无界空间中的电磁波着重要求掌握平面电磁波； （2）电磁波在分界面上的行为由麦克斯韦方程导出可以很好地说明电磁场理论的普遍性，要求深刻 理解和掌握； （3）导体中的电磁波的传播性质，强调其衰减性，但要明确衰减与频率的关系； （4）理解和掌握理想导体边界条件及矩形波导中的电磁波。 第一节：平面电磁波（课时：2） 1.1 电磁场波动方程 1.2 时谐电磁波 1.3 平面电磁波 1.4 电磁波的能量和能流 （知识点）亥姆霍兹方程 平面电磁波的性质 第二节：电磁波在介质表面的反射和折射（课时：2） 2.1 反射和折射定律 2.2 振幅关系 菲涅耳公式 2.3 全反射 （知识点）菲涅耳公式 第三节：有导体存在时电磁波的传播（课时：2） 3.1 导体内的自由电荷分布 3.2 导体内的电磁波 3.3 趋肤效应和穿透深度 3.4 导体表面上的反射 （知识点）趋肤效应 第四节：谐振腔（课时：2）
4.1有界空间中的电磁波 4.2理想导体边界条件 4.3谐振腔 (知识点)理想导体边界条件 第五节:波导(课时:2) 5.1高频电磁能量的传播 5.2矩形波导中的电磁波 5.3截止频率 5.4TE波的电磁场和管壁电流 (知识点)矩形波导中的电磁波 第五章:电磁波的辐射(总课时:6) 要求和说明 (1)本章重点是电磁场的势、电偶极辐射和电磁场动量。 (2)熟练掌握电偶极辐射的电磁波 (3)通过电磁场的动量理解电磁场的物质性 第一节:电磁场的矢势和标势(课时:1.5) 1.1用势描述电磁场 1.2规范变换和规范不变性 1.3达朗伯方程 (知识点)达朗伯方程 第二节:推迟势(课时:1) (知识点)推迟势的意义 第三节:电偶极辐射(课时:2) 3.1计算辐射场的一般公式 3.2矢势的展开式 3.3偶极辐射 3.4辐射能流角分布辐射功率 3.5短天线的辐射辐射电阻 (知识点)偶极辐射 第四节:电磁场的动量(课时:1.5) 4.1电磁场的动量密度和动量流密度 4.2辐射压力 (知识点)电磁场的动量密度和动量流密度 第六章:狭义相对论(总课时:12) 要求和说明: (1)本章重点是狭义相对论的基本原理、洛伦兹变换、时空理论、相对论力学及其应用 (2)对狭义相对论产生的历史背景的详细介绍,了解狭义相对论是物理理论发展必然的结果 (3)要通过变换的应用及各种相对论效应,深刻理解和掌握相对论时空观 (4)相对论电动力学中电磁场是一个统一体,掌握其变换关系 (5)相对论力学掌握能量动量关系及质能关系 第一节:相对论的实验基础(课时:1) 1.1相对论产生的历史背景 1.2相对论的实验基础 (知识点)相对论的实验基础
4.1 有界空间中的电磁波 4.2 理想导体边界条件 4.3 谐振腔 （知识点）理想导体边界条件 第五节：波导（课时：2） 5.1 高频电磁能量的传播 5.2 矩形波导中的电磁波 5.3 截止频率 5.4 TE10波的电磁场和管壁电流 （知识点）矩形波导中的电磁波 第五章：电磁波的辐射（总课时：6） 要求和说明： （1）本章重点是电磁场的势、电偶极辐射和电磁场动量。 （2）熟练掌握电偶极辐射的电磁波。 （3）通过电磁场的动量理解电磁场的物质性。 第一节：电磁场的矢势和标势（课时：1.5） 1.1 用势描述电磁场 1.2 规范变换和规范不变性 1.3 达朗伯方程 （知识点）达朗伯方程 第二节：推迟势（课时：1） （知识点）推迟势的意义 第三节：电偶极辐射（课时：2） 3.1 计算辐射场的一般公式 3.2 矢势的展开式 3.3 偶极辐射 3.4 辐射能流 角分布 辐射功率 3.5 短天线的辐射 辐射电阻 （知识点）偶极辐射 第四节：电磁场的动量（课时：1.5） 4.1 电磁场的动量密度和动量流密度 4.2 辐射压力 （知识点）电磁场的动量密度和动量流密度 第六章：狭义相对论（总课时：12） 要求和说明： （1）本章重点是狭义相对论的基本原理、洛伦兹变换、时空理论、相对论力学及其应用； （2）对狭义相对论产生的历史背景的详细介绍，了解狭义相对论是物理理论发展必然的结果； （3）要通过变换的应用及各种相对论效应，深刻理解和掌握相对论时空观； （4）相对论电动力学中电磁场是一个统一体，掌握其变换关系； （5）相对论力学掌握能量动量关系及质能关系。 第一节：相对论的实验基础（课时：1） 1.1 相对论产生的历史背景 1.2 相对论的实验基础 （知识点）相对论的实验基础
第二节:相对论的基本原理洛仑兹变换(课时: 2.1相对论的基本原理 2.2间隔不变性 2.3洛仑兹变换 (知识点)相对论的基本原理洛仑兹变换 第三节:相对论的时空理论(课时:2.5) 3.1相对论时空结构 3.2因果律和相互作用的最大传播速度 3.3同时相对性 3.4运动时钟的延缓 动尺度的缩短 3.6速度变换公式 (知识点)相对论的时空理论 第四节:相对论理论的四维形式(课时:2.5) 4.1三维空间的正交变换 4.2物理量按空间变换性质的分类 4.3洛仑兹变换的四维形式 4.4四维协变量 4.5物理规律的协变性 (知识点)洛仑兹变换的四维形式四维协变量 第五节:电动力学的相对论不变性(课时:2) 5.1四维电流密度矢量 5.2四维势矢量 5.3电磁场张量 5.4电磁场的不变量 (知识点)四维势矢量电磁场张量 第六节:相对论力学(课时:2) 6.1能量-动量四维矢量 6.2质能关系 6.3相对论力学方程 6.4洛仑兹力 (知识点)质能关系相对论力学方程 6.参考书目 1、蔡圣善等《电动力学》第二版高教出版社2002年 2、俞允强《电动力学简明教程》北京大学出版社1999年 3、虞福春《电动力学》北京大学出版社1992年
第二节：相对论的基本原理 洛仑兹变换（课时：2） 2.1 相对论的基本原理 2.2 间隔不变性 2.3 洛仑兹变换 （知识点）相对论的基本原理 洛仑兹变换 第三节：相对论的时空理论（课时：2.5） 3.1 相对论时空结构 3.2 因果律和相互作用的最大传播速度 3.3 同时相对性 3.4 运动时钟的延缓 3.5 运动尺度的缩短 3.6 速度变换公式 （知识点）相对论的时空理论 第四节：相对论理论的四维形式（课时：2.5） 4.1 三维空间的正交变换 4.2 物理量按空间变换性质的分类 4.3 洛仑兹变换的四维形式 4.4 四维协变量 4.5 物理规律的协变性 （知识点）洛仑兹变换的四维形式 四维协变量 第五节：电动力学的相对论不变性（课时：2） 5.1 四维电流密度矢量 5.2 四维势矢量 5.3 电磁场张量 5.4 电磁场的不变量 （知识点）四维势矢量 电磁场张量 第六节：相对论力学（课时：2） 6.1 能量-动量四维矢量 6.2 质能关系 6.3 相对论力学方程 6.4 洛仑兹力 （知识点）质能关系 相对论力学方程 6．参考书目 1、蔡圣善等《电动力学》第二版 高教出版社 2002 年 2、俞允强 《电动力学简明教程》 北京大学出版社 1999 年 3、虞福春 《电动力学》 北京大学出版社 1992 年