《电动力学》课程教学大纲 一、课程基本信息 英文名称Electrodynamics 课程代码 PHYS3003 课程性质专业必修课程 授课对象 物理学（师范） 学分3学分 学时 54学时 主讲敕师桑芝芳 修订日期 2021年6月 指定教材郭硕鸿，电动力学（第3版）[0，北京：高等教育出版社，2008. 二、课程目标 (一)总体目标： 让学生通讨本课程的学习堂挥申磁场的基本属性、云动规律以及狭义相对论时空的基本 性质：具备分析和处理 一些电磁场基本问题的初步能力：在教学中通过对中学物理教学中的 相关问愿的深入讨论、物理前沿课题、新技术应用的教学和讨论，强化学生对电动力学基才 概念和基本原理的理解，使学生体会物理学思想及科学方法，更好地理解科学本质，形成辩 证唯物主义世界观和科学的时空观，培养学生科学思维能力，分析问题和解决问题能力。 (二)课程目标 课程目标1：通过系统的学习电磁场运动的基本规律，让学生掌握静电场、静磁场、电 磁波的传播等电磁现象的普遍规律，加深对电磁场和时间空间基木性质的理解，形成辩证唯 物主义世界观和科学的时空观。 课程目标2：体会该课程理论体系建立过程中的物理思想方法，培养学生模型建构、分 析与综合、推理类比等科学思维方法，应用场论等数学方法分析、解决物理问题的一般方法 和能力，为学习后续课程和独力解决实际问题打下必要的基础 课程目标3：应用电磁场理论分析讨论中学物理电磁学中问题，适当介绍一些与本课程 相关的前沿课题，培养学生科学探究能力。 课程目标4：桶学习和了留申动力学发居中、重大科学事件和物理学家事等，体 物理学家的物理思想和科学精神，培养学生的爱国热情，探索未知、追求真理、 永攀高峰的 责任感和使命感。通过教师的人文示范，给学生积极正面影响，培养学生坚定理想信念，以 立德树人为己任，树立学为人师、行为世范的职业理想
1 《电动力学》课程教学大纲 一、课程基本信息 英文名称 Electrodynamics 课程代码 PHYS3003 课程性质 专业必修课程 授课对象 物理学（师范） 学 分 3 学分 学 时 54 学时 主讲教师 桑芝芳 修订日期 2021 年 6 月 指定教材 郭硕鸿，电动力学（第 3 版）[M]， 北京：高等教育出版社，2008. 二、课程目标 （一）总体目标： 让学生通过本课程的学习掌握电磁场的基本属性、运动规律以及狭义相对论时空的基本 性质；具备分析和处理一些电磁场基本问题的初步能力；在教学中通过对中学物理教学中的 相关问题的深入讨论、物理前沿课题、新技术应用的教学和讨论，强化学生对电动力学基本 概念和基本原理的理解，使学生体会物理学思想及科学方法，更好地理解科学本质，形成辩 证唯物主义世界观和科学的时空观，培养学生科学思维能力， 分析问题和解决问题能力。 （二）课程目标： 课程目标 1：通过系统的学习电磁场运动的基本规律，让学生掌握静电场、静磁场、电 磁波的传播等电磁现象的普遍规律，加深对电磁场和时间空间基本性质的理解，形成辩证唯 物主义世界观和科学的时空观。 课程目标 2：体会该课程理论体系建立过程中的物理思想方法，培养学生模型建构、分 析与综合、推理类比等科学思维方法，应用场论等数学方法分析、解决物理问题的一般方法 和能力，为学习后续课程和独力解决实际问题打下必要的基础。 课程目标 3：应用电磁场理论分析讨论中学物理电磁学中问题，适当介绍一些与本课程 相关的前沿课题，培养学生科学探究能力。 课程目标 4：通过学习和了解电动力学发展史、重大科学事件和物理学家故事等，体会 物理学家的物理思想和科学精神，培养学生的爱国热情，探索未知、追求真理、永攀高峰的 责任感和使命感。通过教师的人文示范，给学生积极正面影响，培养学生坚定理想信念，以 立德树人为己任，树立学为人师、行为世范的职业理想
(三)课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系 表1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表 课程目标 对应课程内容 对应毕业要求（及对应关系说明） 第O章数学知识准备 掌握如何运用高等数学和矢量分析处 理申动力学问题：通过“场”的概今官 第一章电磁现象的普遍规律 引入和学习，理解静态和动态电磁场的 第二章静电场 基本性质，以及狭义相对论时空观。 课程目标1第三章静磁场 第四章电磁波的传播 第五章电磁波的辐射 第六章狭义相对论 7 具有 第O章数学知识准备 终身 通过学习运用高等数学和矢量分析处 理由动力学问顺，堂程横型津构、分相 第一章电磁现象的普遍规律 学习 与△ 的意 推理类比等科学思维 方法 第二章静电场 养学生批判性思维和质疑能力，养成独 课程目标2第三章静磁场 了解 立思考的习惯。 物理 第四章电磁波的传播 字雨 第五章电磁波的辐射 沿和 物理 第六章狭义相对论 教学 领域 第一章电磁现象的普遍规律 及国 诵过应用申磁场理论分析讨论中学物 第二章静电场 际发 理电磁学中问愿，适当介绍 些与本课 课程目标3 展动 程相关的前沿问趣，使学生了解物理学 第三章静磁场 态。 前沿，开阔学生的眼界，培养学生科学 第五章电磁波的传播 探究的兴趣和能力。 通过学习和了解电动力学发展史、重大 第一章电磁现象的普遍规律 科学事件和物理学家故事等，体会物理 学家的物理思想和科学精神，培养学生 课程目标4第四章电磁波的传播 的爱国热情，探索未知、追求真理、永 第六章狭义相对论 攀高峰的责任感和使命感。以立德树人 为己任 ,树立学为人师、行为世范的 业理想
2 （三）课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系 表 1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表 课程目标 对应课程内容 对应毕业要求（及对应关系说明） 课程目标 1 第〇章 数学知识准备 第一章 电磁现象的普遍规律 第二章 静电场 第三章 静磁场 第四章 电磁波的传播 第五章 电磁波的辐射 第六章 狭义相对论 7-2 具有 终身 学习 的意 识， 了解 物理 学前 沿和 物理 教学 领域 及国 际发 展动 态。 掌握如何运用高等数学和矢量分析处 理电动力学问题；通过“场”的概念的 引入和学习，理解静态和动态电磁场的 基本性质，以及狭义相对论时空观。 课程目标 2 第〇章 数学知识准备 第一章 电磁现象的普遍规律 第二章 静电场 第三章 静磁场 第四章 电磁波的传播 第五章 电磁波的辐射 第六章 狭义相对论 通过学习运用高等数学和矢量分析处 理电动力学问题，掌握模型建构、分析 与综合、推理类比等科学思维方法，培 养学生批判性思维和质疑能力，养成独 立思考的习惯。 课程目标 3 第一章 电磁现象的普遍规律 第二章 静电场 第三章 静磁场 第五章 电磁波的传播 通过应用电磁场理论分析讨论中学物 理电磁学中问题，适当介绍一些与本课 程相关的前沿问题，使学生了解物理学 前沿，开阔学生的眼界，培养学生科学 探究的兴趣和能力。 课程目标 4 第一章 电磁现象的普遍规律 第四章 电磁波的传播 第六章 狭义相对论 通过学习和了解电动力学发展史、重大 科学事件和物理学家故事等，体会物理 学家的物理思想和科学精神，培养学生 的爱国热情，探索未知、追求真理、永 攀高峰的责任感和使命感。以立德树人 为己任，树立学为人师、行为世范的职 业理想
三、教学内容 第O章数学知识准备 1.教学目标 掌握矢量分析等数学基本知识，理解散度、梯度、旋度的含义并会简单计算。 2.教学重难点 散度、梯度、旋度的理解与计算。 3.教学内容 矢量分析和数理方程 矢量代数、散度、旋度和梯度：重点掌握散度和旋度的一些定理：nabla算符的矢量性 和微分性：掌握和运用矢量算符公式、曲线正交坐标系：泊松方程、拉普拉斯方程的求解。 4.教学方法 教师讲授，师生讨论等等。 5.教学评价 课后相应习题、补充习题 第一章电磁现象的普遍规律 1.教学目标 了解电动力学理论的建立和发展过程，麦克斯韦等科学家的生平及科学贡献，培养学生 的责任感及科学精神。 理解麦克斯韦方程组及其建立过程：理解场的物质性： 掌握电磁场的边值关系： 掌握电磁场的能量和能流，理解包含电磁能在内的能量守恒与转化定律 2.教学重难点 麦克斯韦方程组的理解：电磁场的能量和能流。 3.教学内容 3.1电磁学及电动力学发展历史 电动力学发展历史，包括电磁场基本概念的历史背景，麦克斯韦方程组的建立过程，法 拉第、麦克斯韦、爱因斯坦等科学家的科学贡献，等等。 3.2电荷和电场，电流和磁场 使学生掌握电磁实验基本定律：深刻理解和掌握电磁场的散度和旋度特性。 3.3位移电流，麦克斯韦方程组
3 三、教学内容 第〇章 数学知识准备 1.教学目标 掌握矢量分析等数学基本知识，理解散度、梯度、旋度的含义并会简单计算。 2.教学重难点 散度、梯度、旋度的理解与计算。 3.教学内容 矢量分析和数理方程 矢量代数、散度、旋度和梯度；重点掌握散度和旋度的一些定理；nabla 算符的矢量性 和微分性；掌握和运用矢量算符公式、曲线正交坐标系；泊松方程、拉普拉斯方程的求解。 4.教学方法 教师讲授，师生讨论等等。 5.教学评价 课后相应习题、补充习题 第一章 电磁现象的普遍规律 1.教学目标 了解电动力学理论的建立和发展过程，麦克斯韦等科学家的生平及科学贡献，培养学生 的责任感及科学精神。 理解麦克斯韦方程组及其建立过程；理解场的物质性； 掌握电磁场的边值关系； 掌握电磁场的能量和能流，理解包含电磁能在内的能量守恒与转化定律 2.教学重难点 麦克斯韦方程组的理解；电磁场的能量和能流。 3.教学内容 3.1 电磁学及电动力学发展历史 电动力学发展历史，包括电磁场基本概念的历史背景，麦克斯韦方程组的建立过程，法 拉第、麦克斯韦、爱因斯坦等科学家的科学贡献，等等。 3.2 电荷和电场，电流和磁场 使学生掌握电磁实验基本定律；深刻理解和掌握电磁场的散度和旋度特性。 3.3 位移电流，麦克斯韦方程组
位移电流的导出及物理意义：掌握麦克斯韦方程组。 3.4麦克斯韦方程组与守恒定律 电荷守恒定律，磁荷守恒定律：麦克斯韦方程组的对称性 35介质的本构关系与麦克斯韦方程组 电位移和磁场强度：介质的本构关系：介质中的麦克斯韦方程组 3.6电磁场边值关系，电磁场的能量和能流 麦克斯韦方程组在界面处的形式：电磁场能量密度和能流密度的定义：掌握电磁场的能 量守恒定律。 4.教学方法 教师讲授，师生讨论，翻转模式，指导学生自主学习等 5.教学评价 完成“**科学家的生平及科学贡献”小论文：课后相应习题，补充习题 第二章静电场 1.教学目标 掌握静电场的基本规律： 会用分离变量法和镜像法求解静电场问题，体会等效替代的思想与方法。 2.教学重难点 会用分离变量法和镜像法求解静电场问题 3.教学内容 3.1静电场的标势及微分方程 静场情况下退耦合的麦克斯韦方程组：电势及泊松方程 3.2唯一性定理与边值问题 唯一性定理的意义：边界条件」 3.3分离变量法 分离变量法解决静电场问题。 3.4镜像法 掌据镜像法解决静电场问题。 4.教学方法 教师讲授，同伴教学，师生讨论等。 5.教学评价
4 位移电流的导出及物理意义；掌握麦克斯韦方程组。 3.4 麦克斯韦方程组与守恒定律 电荷守恒定律，磁荷守恒定律；麦克斯韦方程组的对称性 3.5 介质的本构关系与麦克斯韦方程组 电位移和磁场强度；介质的本构关系；介质中的麦克斯韦方程组 3.6 电磁场边值关系，电磁场的能量和能流 麦克斯韦方程组在界面处的形式；电磁场能量密度和能流密度的定义；掌握电磁场的能 量守恒定律。 4.教学方法 教师讲授，师生讨论，翻转模式，指导学生自主学习等。 5.教学评价 完成“***科学家的生平及科学贡献”小论文；课后相应习题，补充习题 第二章 静电场 1.教学目标 掌握静电场的基本规律； 会用分离变量法和镜像法求解静电场问题，体会等效替代的思想与方法。 2.教学重难点 会用分离变量法和镜像法求解静电场问题 3.教学内容 3.1 静电场的标势及微分方程 静场情况下退耦合的麦克斯韦方程组；电势及泊松方程。 3.2 唯一性定理与边值问题 唯一性定理的意义；边界条件。 3.3 分离变量法 分离变量法解决静电场问题。 3.4 镜像法 掌握镜像法解决静电场问题。 4.教学方法 教师讲授，同伴教学，师生讨论等。 5.教学评价
课后相应习题，补充习题 第三章静磁场 1.教学目标 理解静磁场的基本规律： 会用磁标势求解磁场问题： 体会类比物理学思想。 2.教学重难点 静磁场的基本规律：磁标势引入的条件 3.教学内容 3.1静磁场的矢势及微分方程 用矢势描述磁场的不唯一性和规范的引入。 3.2磁标势 通过解决破标势问题进一步掌握分离变量法 4.教学方法 牧师讲授：同伴教学 5.教学评价 课后习题，补充作业 第四章电磁波的传播 1.教学目标 掌握平面电磁波的波函数，理解平面电磁波的特性 理解电磁波的反射、折射规律： 掌握电磁波在导体中、波导中的传播规律。 2.牧学重难点 平面电磁波的波方程的推导：电磁波在波导中的传播规律 3.教学内容 3.1波动方程，平面电磁波，亥姆霍兹方程，能量密度和能流密度 从麦克斯韦方程组推导波动方程：使得学生深刻理解电磁波动场满足横场条件和法拉第 关系的物理意义：平面电磁波在无限大自由空间中的传播和偏振特性，以及色散关系：电 波的能量密度和能流密度。 32电磁波在界面上的反射与折射
5 课后相应习题，补充习题 第三章 静磁场 1.教学目标 理解静磁场的基本规律； 会用磁标势求解磁场问题； 体会类比物理学思想。 2.教学重难点 静磁场的基本规律；磁标势引入的条件 3.教学内容 3.1 静磁场的矢势及微分方程 用矢势描述磁场的不唯一性和规范的引入。 3.2 磁标势 通过解决磁标势问题进一步掌握分离变量法。 4.教学方法 教师讲授；同伴教学 5.教学评价 课后习题，补充作业 第四章 电磁波的传播 1.教学目标 掌握平面电磁波的波函数，理解平面电磁波的特性； 理解电磁波的反射、折射规律； 掌握电磁波在导体中、波导中的传播规律。 2.教学重难点 平面电磁波的波方程的推导；电磁波在波导中的传播规律 3.教学内容 3.1 波动方程，平面电磁波，亥姆霍兹方程，能量密度和能流密度 从麦克斯韦方程组推导波动方程；使得学生深刻理解电磁波动场满足横场条件和法拉第 关系的物理意义；平面电磁波在无限大自由空间中的传播和偏振特性，以及色散关系；电磁 波的能量密度和能流密度。 3.2 电磁波在界面上的反射与折射