电动力学

课程编码：B0211005Y-01 英文名称：Electrodynamics 课时：80 学分：4.00 课程属性：专业必修课 主讲教师：凌意

电动力学是物理学中的一门基础理论课，主要研究电磁场的基本属性，运动规律和它与带电物质之间的相互作用。本课程主要阐述宏观电磁场理论。这主要包括麦克斯韦方程组的建立与其深刻的物理意义；恒定场的基本性质；电磁波的传播与辐射；和狭义相对论的基本知识。
通过对本课程的学习，期望学生能够掌握电磁场的基本规律，加深对电磁场的物质性和时空概念的理解，同时获得在本课程领域内处理和分析一些基本问题的能力,为学生进一步学习后续的专业课程和研究工作提供必需的理论工具。

高等数学、数学物理方程、电磁学

本课程的主要内容分为八章。第一章为综述，介绍电磁场的基本规律，在此之前为了让同学们有稳固的数学基础,将补充第零章回顾矢量分析基础；第二、三章开始讨论恒定电磁场问题，主要通过对静电场和静磁场的讲解，介绍求解电场和磁场的基本方法；第四章讨论电磁波的传播，主要涉及平面电磁波和界面上电磁波的反射与折射问题；第五章通过引入势的概念讨论电磁波的辐射，重点掌握推迟势的概念和求解辐射场的近似方法；第六、第七章将引入相对论时空观，讲解狭义相对论的基本思想和内容，进而讨论电磁场在不同参考系间的变换关系和带电粒子与电磁场的相互作用。第八章为电动力学拓展篇，将主要结合前沿研究介绍电磁场的作用量形式，电磁波与引力波，洛仑兹对称性与修正色散关系等。
章节内容与学时分配:
第零章 电动力学数学基础 (讲课共10学时，习题课2学时)
第一节 电动力学发展简史
第二节 矢量分析基础
第三节 场的概念和标量场的梯度
第四节 矢量场的散度
第五节 矢量场的旋度
第六节 常用的运算公式与矢量场的一些定理
第七节 约定指标求和
第八节 不同坐标系中的矢量运算
习题课
第一章 电磁现象的基本规律（讲课共8学时，习题课0学时）
第一节 电荷和电场
第二节 电流和磁场
第三节 麦克斯韦方程组
第四节 介质的电磁性质
第五节 电磁场边值关系
第六节 电磁场的能量和能流
第二章 静电场 （讲课共10学时，习题课2学时）
第一节 静电场的标势及其微分方程
第二节 唯一性定理
第三节 拉普拉斯方程 分离变量法
第四节 镜像法
第五节 格林函数
第六节 电多极矩
习题课
第三章 静磁场（讲课共6学时，习题课0学时）
第一节 矢势及其微分方程
第二节 磁标势
第三节* 磁多极矩
第四节 阿哈罗诺夫-玻姆效应
第五节 超导体的电磁性质
第四章 电磁场的传播（讲课共8学时，习题课2学时）
第一节 平面电磁波
第二节 电磁波与介质界面
第三节 有导体存在时电磁波的传播
第四节 谐振腔
第五节 波导
习题课
第五章 电磁场的辐射（讲课共6学时，习题课0学时）
第一节 电磁场的矢势和标势
第二节 推迟势
第三节 电偶极辐射
第四节* 磁偶极辐射和电四极辐射
第五节 电磁波的衍射
第六节 电磁场的动量
第六章 狭义相对论（讲课共14学时，习题课2学时）
第一节 相对论的实验基础
第二节 相对论的基本原理 洛伦兹变换
第三节 相对论的时空理论
第四节 相对论理论的四维形式
第五节 电动力学的相对论不变性
第六节 相对论力学
第七节* 电磁场中带电粒子的拉氏量与哈密顿量
习题课
第七章 带电粒子和电磁场的相互作用（讲课共4学时，习题课0学时）
第一节 运动带电粒子的势和辐射电磁场
第二节* 高速运动带电粒子的辐射
第三节* 辐射的频谱分析
第四节* 切伦柯夫辐射
第五节 带电粒子的电磁场对粒子本身的作用
第六节 电磁波的散射和吸收 介质的色散
第八章：电动力学拓展篇（讲课共2学时，习题课0学时）
第一节 电磁场的作用量形式
第二节* 电磁波与引力波
第三节* 洛仑兹对称性与修正色散关系
注：*为选讲内容。以上共76学时，另期中考试、期末考试各占2学时，共80学时。
平时成绩（作业、出勤）占30%；期中考试占30%；期末闭卷笔试，占总成绩的40%。

第零章 电动力学数学基础 (讲课共10学时，习题课2学时)
第一章 电磁现象的基本规律（讲课共8学时，习题课0学时）
第二章 静电场 （讲课共10学时，习题课2学时）
第三章 静磁场（讲课共6学时，习题课0学时）
第四章 电磁场的传播（讲课共8学时，习题课2学时）
第五章 电磁场的辐射（讲课共6学时，习题课0学时）
第六章 狭义相对论（讲课共14学时，习题课2学时）
第七章 带电粒子和电磁场的相互作用（讲课共4学时，习题课0学时）
第八章：电动力学拓展篇（讲课共2学时，习题课0学时）

电动力学的建立和发展是科学史上的重大事件，一批伟大的物理学家和数学家为此做出了重要贡献，如法拉第、麦克斯韦、爱因斯坦等。在课程知识的教学过程中将深入挖掘物理学史中的典型人文内核，穿插大科学家发现电动力学规律的历史过程与轶事，培养学生追求真理、探索科学的精神，引领学生形成正确的科学观和价值观。例如：法拉第与麦克斯韦绝然不同的研究风格与性格，但因对相同问题的探讨，为各自不同的洞见而相互欣赏，并在此基础上建立了跨越年龄差距的深厚友谊。爱因斯坦与格罗斯曼的友谊同样值得称道，而他在建立狭义相对论的过程中与洛伦兹面对同样公式的时候，给出了绝然不同的物理解释，带来了人类时空观的革命，从这些故事中将引导学生学会如何认识问题、分析问题，抓住事物的本质去理解自然。

电动力学（第三版），郭硕鸿编，高等教育出版社。

1、 经典电动力学(影印版)(第3版)，John D.Jackson，高等教育出版社。
2、 电动力学，曹昌祺，人民教育出版社。
3、 电动力学简明教程，俞允强，北京大学物理学丛书。

凌意，男，湖南株洲人。2001年12月毕业于美国宾夕法尼亚州立大学，获博士学位。先后在英国帝国理工学院、加拿大Perimeter 理论物理研究所、日本KEK研究所和台湾中研院物理研究所等处做中长期访问，2002-2004在中科院理论物理所做博士后，2004-2011在南昌大学工作并与同事组建南昌大学相对论天体物理与高能物理中心，任中心主任，2011到中科院高能物理所工作至今，任研究员，博士生导师，自2015年始担任国科大岗位教授，并多次讲授研究生和本科生课程。研究方向为引力与相对论天体物理,在国际上最早提出超对称自旋网络概念并系统研究了其在超引力非微扰量子化中的应用；系统研究了修正色散关系及广义不确定关系对黑洞物理和极早期宇宙的影响，提出了彩虹宇宙的概念，揭示了量子化时空跟物质场量子化之间的深刻联系；系统研究了全息引力中格点模型的构建及其在强耦合场论中的应用，在全息电荷密度波的研究上取得了突破性进展；在引力与流体对偶方面率先构建了一般性理论框架，为从爱因斯坦引力场方程推出对偶流体的Navier-Stokes方程提供了新思路与方案。目前主要集中在全息引力与凝聚态理论对偶，量子纠缠与时空结构的研究。已在国外权威刊物上发表SCI学术论文七十多篇，被引用两千多次，两次获省部级自然科学奖, 2008年获霍英东青年教师基金，2018年获中科院优秀导师奖。