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电动力学(第4次开课)(华南师范大学)

来源:爱课程 分类:理学 2020-07-28

开课时间: 2020年08月05日 ~ 2021年01月13日

电动力学是物理及相关专业本科生在电磁学、高等数学、数学物理方法等等课程基础上,进一步把感性认识提高到理性认识的专业核心课程。本课程特别注重电磁学基本概念和电磁场基本规律的深入讲解,同时也非常强调知识学习与解题方法、科研实践、前沿动态相结合,内容上兼有知识性、学术性和前沿性的特点。本课程于2019年12月被评定为广东省一流本科课程之精品在线开放课程。

—— 课程团队

课程概述

1. 课程定位

“电动力学”和“量子力学”、“理论力学”、“热力学与统计物理”一起构成理论物理的四大力学。它是物理类及相关专业本科生在“电磁学”、“数学物理方法”、“普通物理”等课程基础上,为了进一步把感性认识提高到理性认识而必须学习的专业核心课程。

2. 课程内容

本课程团队根据“互联网+”时代人才培养需求与电磁场理论发展现状,重构课程内容体系。课程内容包括:矢量分析、电磁现象的普遍规律、静电场、静磁场、电磁波的传播、电磁波的辐射、狭义相对论等部分。

3. 课程性质

华南师范大学是国家“211工程”重点建设大学,光学是国家重点学科、物理学是国家“双一流”建设学科。“电动力学”是物理学科的专业核心课程。本课程由1994年广东省“南粤教坛新秀”获得者杨湘波教授主讲,在华南师范大学校级在线开放课程和广东省高等教育教学研究和改革项目的基础上转型升级,于2019年12月被评定为广东省一流本科课程之精品在线开放课程,是一门积淀比较深厚、教学与科研相结合、特色比较鲜明的重要课程。本课程可供光学、光信息、光信息科学与工程、物理学等等专业的学生学习电磁场的经典理论,提升分析和解决物理问题的能力,了解和关注光学领域的国际前沿动态,培养撰写学术论文的初步能力和方法。

4. 课程特点

本课程强调知识与方法相结合、教学与科研相结合,不断优化更新教学内容,开展课程教学改革研究,推进课程持续建设与发展。本课程2016年获批华南师范大学首批校级在线开放课程,2017年获批广东省高等教育教学研究和改革项目课程,2018年获批华南师范大学校级精品课程,2019年被评定为广东省一流本科课程之精品在线开放课程。经过多年的建设与发展,本课程具有如下五个特色:

特色一:自编教学课件,插入大量动画。本课程全部采用自编的教学课件,课件中插入大量自己绘制的、具有独立知识产权的课件动画,以帮助学生理解物理概念、物理模型、和解题方法。

特色二:配写文字字幕,配写公式字幕。本课程的所有教学视频全部配写了完整的文字字幕和公式字幕,以帮助学生准确理解讲课内容,弥补主讲教师口音和口误产生的影响,并且可以选择无声播放学习。

特色三:教学结合科研,传授方法体会。本课程的教学内容结合了主讲人杨湘波教授17年的“电动力学”教学经验体会和30多年的科研经验体会,对每章的物理概念、知识重点、理解难点、典型学习方法、典型解题方法、引申讨论及概念延拓、科学论文讨论方法等等进行了详细讲解,不仅传授知识,而且注重运用,尤其是结合科研体会、密切关注光学领域的世界前沿动态。

特色四:教学视频完备,教授全程主讲。本课程拍摄和上传了121个教学视频,总时长1302分钟,全部在专业录播室拍摄完成。不仅质量保证,而且信息极其丰富。全部内容由“南粤教坛新秀”获得者、博士生导师杨湘波教授全程细致讲解,不仅可以让广大学子更好地学习专业知识和研究方法,还可以领略具有丰富教学经验的老教授的教学风采。

特色五:学生有问必答,解答力求详尽。电动力学课是物理及相关专业本科期间最难的专业核心课程,学生在学习过程一般都会遇到很多问题。对于学生在网上提出的每个专业问题,课程负责人杨湘波教授都会给出详尽、深刻的专业解答,有些解题方面的问题,甚至会给出好几种解答方法。

4. 课程特点

本课程强调知识与方法相结合、教学与科研相结合,不断优化更新教学内容,开展课程教学改革研究,推进课程持续建设与发展。本课程2016年获批华南师范大学首批校级在线开放课程,2017年获批广东省高等教育教学研究和改革项目课程,2018年获批华南师范大学校级精品课程,2019年被评定为广东省一流本科课程之精品在线开放课程。经过多年的建设与发展,本课程具有如下五个特色:

特色一:自编教学课件,插入大量动画。本课程全部采用自编的教学课件,课件中插入大量自己绘制的、具有独立知识产权的课件动画,以帮助学生理解物理概念、物理模型、和解题方法。

特色二:配写文字字幕,配写公式字幕。本课程的所有教学视频全部配写了完整的文字字幕和公式字幕,以帮助学生准确理解讲课内容,弥补主讲教师口音和口误产生的影响,并且可以选择无声播放学习。

特色三:教学结合科研,传授方法体会。本课程的教学内容结合了主讲人杨湘波教授17年的“电动力学”教学经验体会和30多年的科研经验体会,对每章的物理概念、知识重点、理解难点、典型学习方法、典型解题方法、引申讨论及概念延拓、科学论文讨论方法等等进行了详细讲解,不仅传授知识,而且注重运用,尤其是结合科研体会、密切关注光学领域的世界前沿动态。

特色四:教学视频完备,教授全程主讲。本课程拍摄和上传了121个教学视频,总时长1302分钟,全部在专业录播室拍摄完成。不仅质量保证,而且信息极其丰富。全部内容由“南粤教坛新秀”获得者、博士生导师杨湘波教授全程细致讲解,不仅可以让广大学子更好地学习专业知识和研究方法,还可以领略具有丰富教学经验的老教授的教学风采。

特色五:学生有问必答,解答力求详尽。电动力学课是物理及相关专业本科期间最难的专业核心课程,学生在学习过程一般都会遇到很多问题。对于学生在网上提出的每个专业问题,课程负责人杨湘波教授都会给出详尽、深刻的专业解答,有些解题方面的问题,甚至会给出好几种解答方法。

 
 授课目标

“电动力学”以麦克斯韦方程为核心,以简洁的理论形式高度概括了与电、磁相关的物理现象(包括电磁波的传播)。本课程的授课目标是希望同学们对电磁学的基本概念、基本规律加深理解,借助线性代数、高等数学、矢量代数等数学工具加深对电磁场的基本属性及其运动规律的认识;掌握电动力学的基本原理,掌握分析和处理电磁场问题的基本方法,提高处理电磁场基本问题的能力;了解物质运动的多样性和物理学规律的相对性;通过狭义相对论的学习,加深理解电磁场本质和辩证唯物主义的时空观,培养学生具有一定的抽象思维能力。

授课教师

杨湘波  华南师范大学 - 教授

杨湘波,男,博士、教授、博士生导师。主要研究领域:非线性光学、凝聚态物理、人工微纳结构设计、遗传算法及其应用。主讲“电动力学”、“量子力学”、“大学物理”、“遗传算法及其应用”等课程。1994年9月荣获广东省“南粤教坛新秀”,2007年9月荣获华南师范大学师德建设 “教书育人优秀教师”等荣誉称号,主讲的“电动力学”课于2019年12月获批广东省一流本科课程之精品在线开放课程。分别于2000年、2009年、2013年、2016年主持承担了4项国家基金面上项目和多项省部级科研项目,以第一作者、通讯作者身份发表一区、二区等SCI期刊论文88篇。目前为华南师范大学信息光电子科技学院教授。

课程链接


课程大纲

附录I 矢量分析

§I.1 矢量代数

§I.2 散度、旋度和梯度

§I.3 关于散度和旋度的一些定理

§I.4  梯度算符运算公式

附录I 矢量分析-单元测验

附录I 矢量分析-单元作业

第一章 电磁现象的普遍规律

§1.1 电荷和电场

§1.2 电流和磁场

§1.3 麦克斯韦方程组

§1.4 介质的电磁性质

§1.5 电磁场边值关系

§1.6 电磁场的能量和能流

第一章 电磁现象的普遍规律-单元测验

第一章 电磁现象的普遍规律-单元作业

第二章 静电场

§2.1 静电场的标势及其微分方程

§2.2 唯一性定理

§2.3 拉普拉斯方程  分离变量法

§2.4 镜像法

§2.5 格林函数

§2.6 电多极矩

第二章 静电场-单元测验

第二章 静电场-单元作业

第三章 静磁场

§3.1 矢势及其微分方程

§3.2 磁标势

§3.3磁多极矩

§3.4 阿哈罗诺夫—波姆效应

§3.5 超导体的电磁性质

第三章 静磁场-单元测验

第三章 静磁场-单元作业

第四章 电磁波的传播

§4.1 平面电磁波

§4.2 电磁波在介质界面上的反射和折射

§4.3 有导体存在时电磁波的传播

§4.4 谐振腔

§4.5 波导

第四章 电磁波的传播-单元测验

第四章 电磁波的传播-单元作业

第五章 电磁波的辐射

§5.1 电磁场的矢势和标势

§5.2 推迟势

§5.3 电偶极辐射

§5.4 磁偶极辐射和电四极辐射

§5.5 天线辐射

§5.6 电磁波的衍射

§5.7 电磁场的动量

第五章 电磁波的辐射-单元测验

第五章 电磁波的辐射-单元作业

第六章 狭义相对论

§6.1 相对论的实验基础

§6.2 相对论的基本原理  洛伦兹变换

§6.3 相对论的时空理论

§6.4 相对论理论的四维形式

§6.5 电动力学的相对论不变性

§6.6 相对论力学

第六章 狭义相对论-单元测验

第六章 狭义相对论-单元作业

 预备知识

1、高等数学

2、线性代数

3、电磁学

4、数学物理方法

5、普通物理

 

证书要求

总评成绩60分至80分为合格,可申请合格证书;80分至100分为优秀,可申请优秀证书。

证书为认证证书,需要申请才能获得,收费:100元/人。

 

参考资料

1、电动力学,郭硕鸿[著],黄迺本、李志兵、林琼桂[修订],高等教育出版社,2008年6月第3版。

2、电动力学,蔡圣善、朱耘、徐建军[著],高等教育出版社,2002年7月第2版。

3、电动力学导论,[美]大卫. J. 格里菲斯[著],贾瑜,胡行,孙强[译],机械工业出版社,2015年6月第1版 (英文原版:Introduction to electrodynamics, David J. Griffiths, Pearson, the 3rd edition, 2013.12)。

4、电动力学简明教程,陈世民[著],高等教育出版社,2004年1月第1版。

5、电磁学,赵凯华、陈熙谋[著],高等教育出版社,2011年7月第3版。

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