电动力学第一讲..优秀PPT.ppt
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1、1电动力学电动力学 Electrodynamics林大物理系2考试方法和答疑支配考试方法和答疑支配l电动力学课程考试方法:l1)闭卷笔试占80%;按百分制给l阶段考试两次各占20%l期末考试占40%l2)平常成果占20%;按百分制给l课堂学习10%包括:点名和小测试(随堂考形式)l课下作业10%,交五次作业,每单元讲解完毕后交。l答疑支配:时间:周二下午1:304:30l地点:理楼203l3参考书目参考书目l电动力学,郭硕鸿,高等教化出版社l电动力学,俎栋林,清华高校出版社l电动力学,张泽喻,清华高校出版社l经典电动力学,【美】J.D杰克逊著,朱培豫译,人民教化出版社l电动力学简明教程俞允强,
2、北京高校出版社l电动力学题解林璇英、张之翔科学出版社l电动力学学习指导预习题详解郭芳侠,陕西师范高校出版社4电电 动动 力力 学学 目目 录录l第0章绪论及数学准备l第1章电磁现象的普遍规律l第2章静电场l第3章静磁场l第4章电磁波的传播l第5章电磁波的辐射l第6章狭义相对论l第7章带电粒子和电磁场的相互作用5 教学大纲教学大纲第第1章章 电磁现象的普遍规律电磁现象的普遍规律电磁相互作用的源(有源场、无源场)电磁相互作用的场在真空中的基本试验定律包括:库仑定律、毕-萨定律、安培定律、法拉第电磁感应定律真空中电磁相互作用的场方程:真空中麦克斯韦方程组(高斯定理、高斯磁定理、法拉第电磁感应定律、位
3、移电流假设)介质中电磁相互作用的场方程:介质中麦克斯韦方程组(介质的极化、磁化以及物质方程)电磁场的边值关系电磁场相互作用能量的转化与守恒阶段一考试!6第第2章章 静电场静电场l静电势及其微分方程静电势及其微分方程l唯一性定理及应用唯一性定理及应用l拉普拉式方程,分别变量法(拉普拉斯方程、拉普拉式方程,分别变量法(拉普拉斯方程、勒让德函数)勒让德函数)l镜像法,格林函数镜像法,格林函数l电多极矩(泰勒绽开)电多极矩(泰勒绽开)l静电场的能量静电场的能量7第第3章章 静磁场静磁场l恒定电流的磁场恒定电流的磁场l磁失势磁失势l磁场问题的一般解法(磁标势)磁场问题的一般解法(磁标势)l多极绽开多极绽
4、开l 阶段二考试!阶段二考试!8第第4章章 电磁波的传播电磁波的传播l志向绝缘介质中的波动方程及平面电磁波解志向绝缘介质中的波动方程及平面电磁波解(赫姆赫姆霍兹方程霍兹方程)l电磁波在介质表面的反射和折射(菲涅尔公式电磁波在介质表面的反射和折射(菲涅尔公式)l有导体存在时电磁波的传播(趋肤效应,穿透深有导体存在时电磁波的传播(趋肤效应,穿透深度)度)l谐振腔、波导(电磁波的定向传播)谐振腔、波导(电磁波的定向传播)9第第5章章 电磁波的辐射电磁波的辐射l电磁波的失势和标势(大朗贝尔方程、库伦规电磁波的失势和标势(大朗贝尔方程、库伦规范、洛伦兹规范)范、洛伦兹规范)l推迟势(光速是有限的)推迟势
5、(光速是有限的)l辐射电磁场(电偶极辐射、天线辐射)辐射电磁场(电偶极辐射、天线辐射)l 期末考试!期末考试!l重点:第一、二、四章重点:第一、二、四章l难点:公式多、须要记得多、数学推导较繁杂;难点:公式多、须要记得多、数学推导较繁杂;解题解题 难度大、相对论概念不易理解。难度大、相对论概念不易理解。10 0-1 绪绪 论论一、基本状况一、基本状况l课程性质课程性质:电动力学是物理学科的一门重要专业理论:电动力学是物理学科的一门重要专业理论课,是物理学的课,是物理学的“四大力学四大力学”之一。描述电磁相互作之一。描述电磁相互作用的经典理论,宏观尺度的理论(包含大量分子、原用的经典理论,宏观尺
6、度的理论(包含大量分子、原子的邻域)适用于宏观电磁现象的非牛顿力学理论子的邻域)适用于宏观电磁现象的非牛顿力学理论(相对论)(相对论)l探讨对象探讨对象:电动力学是探讨电磁场的动力学理论,主:电动力学是探讨电磁场的动力学理论,主要探讨电磁场的基本性质,运动规律以及与带电物质要探讨电磁场的基本性质,运动规律以及与带电物质之间的相互作用。之间的相互作用。l探讨方法:归纳法(从特殊到一般);类比法(从一探讨方法:归纳法(从特殊到一般);类比法(从一种特殊到另一种特殊);演绎法(从一般到特殊)种特殊到另一种特殊);演绎法(从一般到特殊)11二、电磁学与电动力学的区分二、电磁学与电动力学的区分l电磁学是
7、电动力学的先修课程,它从电磁现象的视察电磁学是电动力学的先修课程,它从电磁现象的视察和试验中提出电磁场的一些基本概念,总结出试验定和试验中提出电磁场的一些基本概念,总结出试验定律,由试验定律导出特殊条件下(静态场)电磁场的律,由试验定律导出特殊条件下(静态场)电磁场的积分形式方程,最终归纳出麦克斯韦方程组的积分形积分形式方程,最终归纳出麦克斯韦方程组的积分形式。它的逻辑体系是:试验式。它的逻辑体系是:试验定律定律理论,是一理论,是一种以归纳法为主线的学问结构。种以归纳法为主线的学问结构。l电磁学的局限性:由于积分形式的方程只能从一个区电磁学的局限性:由于积分形式的方程只能从一个区域整体对电磁场
8、总体描述,不能够逐点确定场的空间域整体对电磁场总体描述,不能够逐点确定场的空间分布,只能解决某些特殊状况下场的空间局域分布问分布,只能解决某些特殊状况下场的空间局域分布问题,例如,场的分布具有轴对称或者球对称性。题,例如,场的分布具有轴对称或者球对称性。12二、电磁学与电动力学的区分二、电磁学与电动力学的区分l电动力学是电磁学的后续课程,它属于理论物理范畴,是电动力学是电磁学的后续课程,它属于理论物理范畴,是以麦氏方程、洛伦兹力公式和物质方程为动身点,分别探以麦氏方程、洛伦兹力公式和物质方程为动身点,分别探讨在静态,动态讨在静态,动态,含源区,自由空间,介质内部与表面、有含源区,自由空间,介质
9、内部与表面、有界空间等不同条件下,电磁场的空间分布和运动规律。其界空间等不同条件下,电磁场的空间分布和运动规律。其逻辑体系上以演绎法为主线的。逻辑体系上以演绎法为主线的。l电动力学应用较为困难的数学工具解电磁场的微分方程,电动力学应用较为困难的数学工具解电磁场的微分方程,因而能够相当精确地描述出较困难的电磁场在空间的局域因而能够相当精确地描述出较困难的电磁场在空间的局域分布与变更状况,因此电动力学在店里、电信工程技术中分布与变更状况,因此电动力学在店里、电信工程技术中有着重要的实际应用。有着重要的实际应用。13三、应应用用领领域域l在生产实践和科学技术领域内,存在着大量和电磁场在生产实践和科学
10、技术领域内,存在着大量和电磁场有关的问题有关的问题:l 例如、电力系统、凝合态物理、天体物理、粒子加例如、电力系统、凝合态物理、天体物理、粒子加速器等,都涉及到不少宏观电磁场的理论问题。速器等,都涉及到不少宏观电磁场的理论问题。l在迅变状况下,电磁场以电磁波的形式存在,其应用在迅变状况下,电磁场以电磁波的形式存在,其应用更为广泛。更为广泛。l 例如、无线电波、热辐射、光波、例如、无线电波、热辐射、光波、X X射线和射线和射线等射线等都是在不同波长范围内的电磁波,它们都有共同的规都是在不同波长范围内的电磁波,它们都有共同的规律。律。l 因此,驾驭电磁场的基本理论对于生产实践和科学因此,驾驭电磁场
11、的基本理论对于生产实践和科学试验都有重大的意义试验都有重大的意义14 1785 1785 库仑定律库仑定律 1820 1820 电流磁效应(毕萨定律)电流磁效应(毕萨定律)1822 1822 安培作用力定律(电动力学一词起先运用)安培作用力定律(电动力学一词起先运用)1831 1831 法拉第电磁感应,(场的思想)法拉第电磁感应,(场的思想)1856-1873 1856-1873 麦克斯韦方程,预言了电磁波的存在麦克斯韦方程,预言了电磁波的存在 1887 1887迈克尔逊莫雷试验迈克尔逊莫雷试验 1888 1888 赫兹证明电磁波存在赫兹证明电磁波存在 1905 1905 狭狭义义相相对对论论
12、(爱爱因因斯斯坦坦“论论运运动动物物体体的的电电动动力力学学”)。)。四、发展简史四、发展简史151.库仑定律库仑定律l该定律由库仑于该定律由库仑于17851785年在电力定律一年在电力定律一 论论文中提出。文中提出。l描述了真空中两个静止点电荷之间的作用力描述了真空中两个静止点电荷之间的作用力l库仑定律是电学发展史上的第一个定量规律,是库仑定律是电学发展史上的第一个定量规律,是电磁学和电磁场理论的基本定律之一。电磁学和电磁场理论的基本定律之一。l库仑定律适用于场源电荷静止、受力电荷运动的库仑定律适用于场源电荷静止、受力电荷运动的状况,但不适用于运动电荷对静止电荷的作用力。状况,但不适用于运动
13、电荷对静止电荷的作用力。162.2.电流磁效应电流磁效应l毕奥毕奥-萨伐尔定律是由萨伐尔定律是由H.C.H.C.奥斯特试验引起的奥斯特试验引起的l18201820,奥斯特发觉电流的磁效应后,奥斯特发觉电流的磁效应后,J.B.J.B.毕毕奥和奥和F.F.萨伐尔提出电流元对磁极的作用力应萨伐尔提出电流元对磁极的作用力应垂直于电流元与磁极构成的平面,即也是横垂直于电流元与磁极构成的平面,即也是横向力。它现在被理解为电流元产生磁场的规向力。它现在被理解为电流元产生磁场的规律。律。l描述了恒定电流元在空间随意点描述了恒定电流元在空间随意点P P处所激发的处所激发的磁场。磁场。173.安培定律安培定律l在
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