219.013.1                            电动力学

（Classical Electrodynamics）

学分数 3     周学时 3

课程性质：物理系基础理论课

预修课程：高等数学，数学物理方法，电磁学或大学物理

学分数3  周学时 3  总学时 54

 

教学目的： 经典电动力学是理论物理学的一个重要组成部分，主要研究电磁场的基本性质、运动规律以及电磁场与带电物体之间的相互作用。本课程将在电磁学课程的基础上系统的介绍电磁场理论的基本概念和方法。通过本课程的学习，使学生理解并掌握电动力学的基本概念和基本理论，掌握基本的计算方法和技巧，学会科学的思维方法，提高分析问题和解决问题的能力。

 

基本内容： 矢量分析和张量初步、麦克斯韦方程组、静电场、静磁场、电磁波的传播、波导和谐振腔、狭义相对论和相对论电动力学、电磁波的辐射和散射。

 

基本要求： 理解并掌握电动力学的基本概念和基本理论，掌握基本的计算方法和技巧，提高分析问题和解决问题的能力。

 

教学用书：《电动力学》（第二版），蔡圣善，朱耘，徐建军编著，高等教育出版社，2002年

 

教学内容、要求和课时安排：

 

第一章 矢量分析和张量初步（2学时）

教学内容： 矢量分析，张量分析初步。

教学要求：复习矢量分析的概念和计算方法，介绍张量的一些初步知识。

第二章 麦克斯韦方程组（6学时）

教学内容：介绍库仑定律、安培定律、法拉第定律、真空和介质中的麦克斯韦方程组、洛仑兹力、电磁性质的本构关系、边界条件、电磁场的能量守恒定律和电磁场的动量守恒定律。教学要求：理解麦克斯韦方程组的实验基础，掌握麦克斯韦方程组在真空及介质中的形式和边界条件，理解并掌握电磁场的能量守恒定律和电磁场的动量守恒定律。  

第三章 导体和电介质静电学（4学时）

教学内容：介绍静电问题、导体静电学和电介质静电学。

教学要求：掌握静电问题的基本方程，了解静电体系的稳定性问题和格林互易定理，掌握导体表面所受的静电力等基本计算技巧。

第四章 静电场（8学时）

教学内容：介绍唯一性定理、镜象法、特解法、格林函数法、多极矩法及其与外场的相互作用等静电问题的基本方法。

教学要求：理解唯一性定理，掌握镜象法等各种基本方法和技巧，初步具备分析和解决静电问题的能力。

第五章 静磁场（6学时）

教学内容：介绍静磁场的基本方程、稳定电流分布、磁偶极子、磁介质中的磁场等基本概念和基本方法。

教学要求：掌握静磁场的基本方程和边界，学会并掌握求解静磁场的基本方法和技巧。

第六章 电磁波的传播（6学时）

教学内容：介绍电磁波在非导电介质中的传播、电磁波的偏振、电磁波在导电介质中的传播、各向异性介质中的单色平面波、电磁波在介面上的反射和折射、全反射和负折射等内容。

教学要求：

第七章 波导和谐振腔（6学时）

教学内容：介绍波导管中的场方程和边界条件、矩形波导、圆柱形波导和谐振腔。

教学要求：掌握波导管中的场方程和边界条件，掌握求解电磁场分布的基本方法和技巧。

第八章 狭义相对论和相对论电动力学（8学时）

教学内容：介绍爱因斯坦的基本假设、洛仑兹变换、相对论时空性质、物理规律协变性的数学形式、麦克斯韦方程的协变形式、电磁场的不变量、相对论力学等基本内容。

教学要求：理解狭义相对论的基本假设和相对论时空性质，掌握洛仑兹变换和物理规律的协变形式，理解并掌握相对论的不变量。

第九章 电磁波的辐射（8学时）

教学内容：介绍推迟势、多极辐射及其对偶性、李纳-维谢尔势、运动带电粒子的电磁场和电磁波的散射和衍射等基本内容。

教学要求：掌握推迟势公式，掌握多极辐射和非相对论带电粒子的辐射，了解自由电子对电磁波的散射。掌握辐射问题的基本计算方法和技巧。