中山大学电动力学 教学大纲 课程基本信息 教学目标 教学内容(知识模块与知识点) 课程基本信息 课程编号: 课程名称:电动力学(Electrodynamics) 适用专业:物理学专业 课程属性:必修 教学学时:72 学分:4 物理类其它专业:教学学时 54 或36,学分 3 或2教学学时分配(含课堂讲授、课堂讨论、课堂演示实验) 知识模块 1:电磁现象的普遍规律(含:数学预备) (15) 知识模块 2:静电场与静磁场(15) 知识模块 3:电磁波的传播 (14) 知识模块 4:电磁波的辐射 (8) 知识模块 5:狭义相对论与电动力学的相对论协变性 (14) 知识模块 6:带电粒子与电磁场的相互作用 (6) 教学目标 电动力学是物理学专业本科生必修的"四大力学"课程之一,也是物理类各相关专业的 重要基础理论课程.学生在修读本课程之前,必须具备高等数学、电磁学、数学物理方法等 基本知识.本课程教学目标是要求学生: 1.深刻理解电磁场的物质属性及其存在与运动形态; 2.牢固掌握电磁相互作用的基本规律,较系统地理解经典电动力学的基本思想和基本 数学方法; 3.理解电磁势的物理效应,以及电磁势概念在近代物理中的重要地位; 4. 掌握狭义相对论的时空理论及其物理意义, 理解相对论力学和电动力学的四维形式; 5.具备分析和解决与电磁现象有关问题的基本理论方法与能力; 6.通过本课程的学习,进一步提高抽象思维能力与数理逻辑能力,培养理论物理素养, 为后继课程的学习打下必要的理论基础. 7.了解与本课程相关的前沿课题发展动态,培养创新精神. 教学内容 1 注:带?号者为选讲、指导学生讨论或课外阅读内容. 知识模块 1:电磁现象的普遍规律 数学预备:经典场的数学描述,矢量和张量分析,δ 函数 麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式: 电流连续性方程, 静电场及其微分方程, 静磁场及其微分方程, 感生电场及其旋度方程, 位移电流假设,麦克斯韦方程组,纵场与横场,洛伦兹力公式,经典电磁场论的局域作用含 义. 电磁场的能量和动量:能量密度,能流密度,动量流密度. 介质内的场方程与介质的电磁性质: 介质极化与磁化,极化强度与磁化强度,极化电荷与极化电流,磁化电流,电位移矢量 与磁场强度,介质内的麦克斯韦方程,线性各向同性介质的电磁性质方程,介质内的电磁能 量和能流. 电磁场的边值关系 ? 磁单极问题? 麦克斯韦方程组的对称性,? 电磁场的角动量和角动量流,?各向异性 介质和非线性介质. 知识模块 2:静电场与静磁场 静电场问题: 静电场和静电势的微分方程,电势的多极展开,电偶极矩的电势和电场,电四极矩的电 势和电场,静电场边值问题的唯一性定理,分离变量法,电像法,格林函数法,静电能,外电 场对电荷体系的作用能. 静磁场问题: 静磁场和矢势的微分方程,矢势的多极展开,磁偶极矩的矢势、标势和磁场,静磁场边 值问题,矢势法与标势法,静磁能,外磁场对电流的作用能,矢势的物理效应,超导体电磁 性质的宏观描述. ? 边值问题的数值计算方法. 知识模块 3:电磁波的传播 真空中的波动方程,时谐波,亥姆霍兹方程和边值关系,真空中和线性各向同性非导电 介质内的平面波, 导体内的电磁波, 电磁波在线性各向同性介质表面的反射和折射, 谐振腔, 波导,等离子体中的电磁波. ? 高斯光束,? 光纤,?光子晶体,? 光学空间孤子. 知识模块 4:电磁波的辐射 电磁势与规范变换,达朗贝尔方程,推迟势和辐射场,辐射场的多极展开,电偶极、磁2偶极和电四极辐射,辐射压力 ? 电磁波的衍射 知识模块 5:狭义相对论与电动力学的相对论协变性 相对论产生的历史背景及其实验基础, 爱因斯坦假设与狭义相对论的时空理论, 洛伦兹 变换的四维形式,四维协变量;相对论力学方程:四维动量,质能关系; 电动力学的相对论协变性:相对论电动力学方程,电磁场与电磁势的变换,相对论多普 勒效应与光行差. ? 电磁场中带电粒子的拉格朗日量和哈密顿量 知识模块 6:带电粒子与电磁场的相互作用 李纳-维谢尔势,任意运动带电粒子的电磁场,带电粒子高速运动时的辐射,直线加速 器与回旋加速器,带电粒子的电磁场对粒子的反作用,电磁质量,电磁波的散射和吸收,介 质色散的经典描述. ? 带电粒子的辐射频谱,?轫致辐射,? 切伦柯夫辐射,?原子光陷阱. 3