2024年湖北省高等教育自学考试大纲.doc

湖北省高等教育自学考试大纲
课程名称：电动力学
课程代码：2034
第一部分 课程性质与目标
一、电动力学是研究电磁场的基本属性，运动规律以及它和带电物质之间的相互作用。它是电磁场的产生和传输的理论基础，是光信息科学与技术专业的一门必修专业课。
设置本课程的目标在于使高等光信息科学与技术专业的考生掌握电磁场的基本规律，加深对电磁场的性质和空间概念的的了解；取得本课程领域内分析和处理某些基本问题的初步能力，为以后处理实际问题打好基础；通过电磁场运动规律和狭义相对论的学习，更深刻领会电磁场的物质性，协助考生加深辨证唯物主义的世界观。
二、 本课程的基本要求：
1、 全面的科学的掌握麦克斯韦方程及其应用，掌握电磁场的边界条件。
2、 正确了解各种条件电磁场的求解措施，重要是求解思想和思绪。
三、 本课程与有关课程的联系
1、 电动力学是在大学物理电磁学的基础上的扩展和提升，考生在学习本课程时应具备大学物理的电磁学的知识基础。
2、 学习本课程应具备高等数学和数学物理方程的基本知识，包括向量运算、微积分及微分方程、特殊函数，提议考生在学本课程之前先学完高等数学、大学物理、数学物理方程。
第二部分 本课程的基本内容与考核目标
第一章 电磁现象的普遍规律
一、学习目标与要求
了解电荷密度，电流密度向量，位移电流，极化强度，磁化强度，电荷受力，场的能量密度，能流密度等基本概念。
掌握电荷守恒定律, 高斯定理, 电场的散度, 电场的旋度, 毕奥—萨伐尔定律，电磁感应定律。
对麦克斯韦方定程的积分形式，微分形式要有正确的认识和较为深入的了解。
正确利用电场高斯定理，毕奥—萨伐尔定律，磁场的环量定律，叠加原理，电磁场的边值关系分析和处理静电场，静磁场问题。
正确利用电磁感应定律分析和处理位移电流问题。
正确利用韦方定程的微分形式处理电磁感应问题
本章重点：麦克斯韦方程积分形式和微分形式，电磁场的边值关系。
二、课程内容及考核知识点
1、电荷和电场
1.1 库仑定律。
1.2 高斯定理和电场的散度。
1.3 静电场的旋度。
2、电流和磁场
2.1 电荷守恒定律
2.2 毕奥—萨伐尔定律
2.3 磁场的环量和旋度
2.4 磁场的散度
3、麦克斯韦方程组
3.1 电磁感应定律
3.2 位移电流
3.3 麦克斯韦方组
3.4 洛仑兹力公式
4、介质的电磁性质
4.1 有关介质的概念
4.2 介质的极化
4.3 介质的磁化
4.4 介质中的麦克斯韦方程组
5、电磁场边值关系
5.1 法向分量的跃变
5.2 切向分量的跃变
6、电磁场的能量和能流
6.1 场和电荷系统的能量守恒定律的一般形式
6.2 电磁场能量密度和能流密度表示式
6.3 电磁能量的传输
三、考核要求
1、电荷和电场
了解和熟记: 高斯定理和电场的散度，静电场的旋度
简单应用: 高斯定理求解电场的的场强和电场的散度, 电场的叠加原理。
2、电流和磁场
领会: 电荷守恒定律， 毕奥—萨伐尔定律， 磁场的环量和旋度，磁场的散度
简单应用: 磁场的旋度
综合应用: 毕奥—萨伐尔定律， 磁场的环量和旋度 迭加原理求解电场产生的磁场
3、麦克斯韦方程组
领会: 电磁感应定律，位移电流，麦克斯韦方组
简单应用: 电磁感应定律，位移电流
4、介质的电磁性质
领会: 介质的概念，介质中的麦克斯韦方程组
5、电磁场边值关系
领会: 电磁场边值法向分量的跃变，切向分量的跃变
简单应用:: 电磁场边值关系求解电磁场问题
6、电磁场的能量和能流
领会: 场和电荷系统的能量守恒定律的一般形式
识记: 电场能量密度、电磁场能量密度和坡印亭向量。
第二章 静电场
一、 学习目标与要求
1、 了解静电场麦克斯韦方程组基本特点。静电场的标势定义。
2、 了解并掌握静电场的标势的微分方程及其边值关系
3、 掌握静电场的标势唯一性定理和求解措施：分离变量法，镜象法
4、 了解偶极矩，四偶极矩
二、 课程内容及考核知识点
1、 静电场的标势及其微分方程
1.1 静电场的标势
1.2 静电势的微分方程和边值关系
1.3 静电场能量
2、 唯一性定律
2.1 静电问题的唯一性定理
2.2 有导体存在时的唯一性定理
3、拉普拉斯方程 分离变数法
4、镜象法
5、格林函数
5.1 点电荷密度的δ函数
5.2 格标函数
6、电多极矩
6.1 电势的多极展开
6.2 电多极矩
6.3 电荷体系在外电场中的能量
三、考核要求
1、静电场的标势及其微分方程
识记：静电场标势的定义，静电势的微分方程公式，边值关系公式，静电场能量密度和能量公式。
领会：静电场的势和静电场的场强关系。
综合应用：用势微分方程和边值关系求简单问题的电势，场强。已知电势求空间的电场分布，电荷分布。
2、唯一性定理
领会：唯一性定理物理意义，有导体存在时的唯一性定理
简单应用：用唯一定理判断解的正确性
3、 拉普拉斯方程分离变数法
识记：拉普拉斯方程和分离变量的条件。
领会：拉普拉斯方程分离变量物理思想。
简单应用：在直角坐标系、球坐标系中分离变量。
4、镜象法
领会：镜象法与唯一性定理关系物理思想
综合应用：用镜象法和静电势与场强关系求解简单电荷在特定边界条件下的问题。
5、格林函数
识记：δ函数定义，点电荷密度的δ函数
领会：格林函数物理思想
6、电多极矩
了解： 电势的多极展开，偶极子，四偶极子。
3、 静磁场
一、学习目标与要求
1、了解恒定电流磁场基本方程特点。磁场矢势定义。
2、了解并掌握磁场矢势的微分方程及其边值关系。
3、了解库仑规范，洛仑兹规范。
4、 了解磁标势引入的条件，势的微分方程及其边值关系。
5、 了解磁多极矩思想。
6、 掌握磁场能量。
二、课程内容及考核知识点
1、矢势及其微分方程
1.1 矢势
1.2 矢势的微分方程
1.3 矢势边值关系
1.4 静磁场的能量
2、磁标势
3磁多极矩
6.1 矢势的多极展开
6.2 磁偶极矩的场和磁标势
6.3小区域内电流分布在外磁场中的能量
三、考核要求
1、矢势及其微分方程
领会：恒定电流磁场基本方程特点， 矢势的概念，矢势的微分方程，矢势边值关系。
简单应用：恒定电流磁场基本方程，矢势的微分方程，矢势边值关系。
简单应用： 静磁场的能量。
2、磁标势
识记：磁标势概念。
简单应用：磁偶极子磁标势。
3磁多极矩
了解：矢势的多极展开
第四章 电磁波的传输
一、学习目标与要求
1、了解并掌握谐振平面电磁波的基本特点，波动方程。
2、掌握并了解电磁波的能量和能流。
3、掌握电磁波在介质界面上的反射和折射的边界条件。
4、了解有电磁波传输到理想导体表面边界条件。
5、掌握和了解谐振腔中电磁波的特点。
6、掌握并了解波导管的特点。
二、课程内容及考核的知识点
1、平面电磁波
1.1 电磁场波动方程
1.2 时谐电磁波
1.3 平面电磁波
1.4 电磁波的能量和能流
2、电磁波在介质界面上的反射和折射
2.1 反射和折射定律
2.2 振幅关系 菲涅耳公式
2.3 全反射
3、有导体存在时电磁波的传输
3.1 导体内的自由电荷分布
3.2 导体内的电磁波
3.3 趋扶效应和穿透深度
3.4 导体表面上的反射
4、谐振腔
4.1 有界空间中的电磁波
4.2 理想导体边界条件
4.3 谐振腔
5、波导
5.1 高频电磁能量的传输
5.2 矩形波导中的电磁波
5.3 截止频率
5.4 TE波的电磁场和管壁电流
三、考核要求
1、平面电磁波
领会：电磁场波动方程、时谐平面电磁波。
简单应用：求解时谐平面电磁波的有关物理量、电磁波的能量和能流。时谐平面电磁波电场与磁场互求。
2、电磁波在介质界面上的反射和折射
了解：电磁波在介质界面上反射和折射的边界条件，振幅关系 菲涅耳公式
3、有导体存在时电磁波的传输
领会：导体内的电磁波的特点、基本方程，趋扶效应和穿透深度，导体表面上的反射。
简单应用： 有导体存在时电磁波的基本方程求解导体附近和导体内部电磁波的基本特性。
4、谐振腔
领会：有界空间中的电磁波的特点、基本方程， 理想导体边界条件，谐振腔电磁波的方程解的特点。
简单应用：用谐振腔电磁波的方程的解求谐振腔电磁波。
5、波导
领会：高频电磁能量的传输，矩形波导中的电磁波，截止频率，TE波的电磁场和管壁电流
简单应用：求解波导截止频率，TE波的电磁场和管壁电流
第五章 电磁波的辐射
一、学习目标与要求
1、了解并掌握电磁场的矢势和标势的概念，规范变换和规范不变性，达朗贝尔方程，推迟势。
2、了解电偶极辐射，短波天的辐射 辐射电阻，辐射能流角分布。
3，了解电磁场的动量密度和动量流密度，辐射压力。
二、课程内容及考核的知识点
1、电磁场的矢势和标势
1.1 用势描述电磁场
1.2 规范变换和规范不变性
1.3 达朗贝尔方程
2、推迟势
3、电偶极辐射
3.1 计算辐射场的一极公式
3.2 矢势的展开式
3.3 偶极辐射
3.4 辐射能流角分布 辐射功率
3.5 短波天的辐射 辐射电阻
4、电磁场的动量
4.1 电磁场的动量密度和动量流密度
4.2 辐射压力
三、考核要求
1、电磁场的矢势和标势
领会： 用势描述电磁场，规范变换和规范不变性，达朗贝尔方程。
简单应用：会推导达朗贝尔方程。
2、推迟势
领会：推迟势物理思想。
3、电偶极辐射
领会： 计算辐射场的一般公式，矢势的展开式，偶极辐射，辐射能流角分布 辐射功率，
简单应用：短波天的辐射电阻
4、电磁场的动量
领会：电磁场的动量密度和动量流密度，辐射压力
第六章 狭义相对论
一、学习目标与要求
1、了解相对论的基本原理
2、掌握洛仑兹变换，相对论时空结构，同时相对性，运动时钟的延缓，运动尺度的缩短，因果律，速度变换公式。
3、了解三维空间的正交变换，物理量按空间变换性质的分，洛仑兹变换的四维形式，四维协变量，四维协变量。
4、了解电动力学的相对论不变性：四维电流密度矢量，四维势矢量，电磁场张量。
二、课程内容及考核的知识点
1、相对论的试验基础
1.1 相对论产生的历定背景。
1.2 相对论的试验基础
2、相对论的基本原理 洛仑兹变换
2.1 相对论的基本原理
2.2 间隔不变性
2.3 洛仑兹变换
3、相对论的时空理论
3.1 相对论时空结构
3.2 因果律和相互作用的最大传输速度
3.3 同时相对性
3.4 运动时钟的延缓
3.5 运动尺度的缩短
3.6 速度变换公式
4、相对论理论的四维形式
4.1 三维空间的正交变换
4.2 物理量按空间变换性质的分类
4.3 洛仑兹变换的四维形式
4.4 四维协变量
4.5 物理规律的协变性
三、考核要求
1、相对论的试验基础
领会：相对论产生的历定背景，相对论的试验基础。
2、相对论的基本原理 洛仑兹变换
识记：相对论的基本原理。
简单应用： 洛仑兹变换计算时空变换。
3、相对论的时空理论
领会：相对论时空结构，因果律和相互作用的最大传输速度，同时相对性
简单应用：同时相对性，运动时钟的延缓，运动尺度的缩短，速度变换公式解题
4、相对论理论的四维形式
识记： 三维空间的正交变换，物理量按空间变换性质的分类，物理规律的协变性。
领会： 洛仑兹变换的四维形式，四维协变量解题
5、电动力学的相对论不变性
识记： 四维电流密度矢量，四维势矢量，电磁场张量，电磁场的不变量
领会：电磁场张量解题
第七章带电粒子和电磁场的相互作用
一、学习目标与要求
了解任意运动带电粒子的势，偶极辐射。
二、课程内容及考核的知识点
1、运动带电粒子的势和辐射电磁场
1.1 任意运动带电粒子的势
1.2 偶极辐射
三、考核要求
领会：任意运动带电粒子的势，偶极辐射
第三部分 有关阐明与实行要求
一、考核能力层次表述
本大纲在考核目标中，按照“识记”、“了解”、“应用”三个能力层次要求其应达成的能力层次要求，各能力层次为递进等级关系，后者必须建立在前者的基础上，其含义是：
识记：能懂得有关名词、概念、知识的含义，并能正确认识和体现，是低层次的要求。
了解：在识记的基础上，能全面把握基本概念、基本原理、基本措施，能掌握有关概念、原理、措施的区分与联系，是较高层次的要求。
应用：在了解的基础上，能利用基本概念、基本原理、基本措施联系学过的多个知识点分析和处理有关的理论问题和实际问题，是最高层次的要求。
二、教材
1、指定教材 郭硕鸿《电动力学》（第二版） 高等教育出版社
2、参考教材 谢处方《电磁场与电磁波》（第三版）高等教育出版社
三、自学措施指引
1、在开始阅读指定教材某一章之前，先翻阅大纲中有关这一章的考核知识点及对知识点的能力层次要求和考核目标，以便在阅读教材时做到心中有数，有的放矢。
2、阅读教材时，要逐段细读，逐句推敲，集中精力，吃透每一个知识点，对基本概念必须彻底搞清，对基本措施必须牢靠掌握。
3、在自学过程中，既要思考问题，也要做好阅读笔记，把教材中的基本概念、原理、措施等加以整顿，这可从中加深对问题的认识、了解和记忆，以利于突出重点，并涵盖整个内容，能够不停提升自学能力。
4、完成书后作业和适当的辅导练习是了了解、消化和巩固所学知识，培养分析问题、处理问题及提升能力的重要步骤，在做练习之前，应仔细阅读教材，按考核目标所要求的不一样层次，掌握教材内容，在练习过程中对所学知识进行合理的回忆与发挥，重视理论联系实际和详细问题详细分析，解题时应注意培养逻辑性，针对问题围绕有关知识点进行层次（步骤）分明的论述或推导，明确各层次（步骤）间的逻辑关系。
四、对社会助学的要求
1、应熟知考试大纲对课程提出的总要求和各章的知识点。
2、应掌握各知识点要求达成的能力层次，并深刻了解各知识点的考核目标。
3、辅导时，应以考试大纲为依据，指定的教材为基础，不要随意增删内容，以免与大纲脱节。
4、辅导时，应对学习措施进行指引，宜倡导“仔细阅读教材，刻苦钻研教材，积极争取协助，依托自己学通”的措施。
5、辅导时，要注意突出重点，对考生提出的问题，不要有问即答，要积极启发引导。
6、注意对应考者能力的培养，尤其是自学能力的培养，要引导学生逐渐学会独立学习，在自学过程中善于提出问题，分析问题，做出判断，处理问题。
7、要使考生了解试题的难易与能力层次的高低二者不完全是一回事，在各个能力层次中会存在着不一样难度的试题。
8、助学学时本课程共5学分，提议总学时94学时
章 次
内容
学时
一
电磁现象的普遍规律
16
二
静电场
16
三
静磁场
12
四
电磁波的传输
20
五
电磁波的辐射
10
六
狭义相对论
16
七
带电粒子和电磁场的相互作用
4
合 计
94
五、有关命题考试的若干要求
1、本大纲各章节所提到的内容和考核目标都是考试内容。试题覆盖到章，适当突出重点。
2、试卷中对不一样能力层次的试题百分比大体是：“识记”为 15%、“了解”为30%、“应用”为55%。
3、试题难易程度合理：易、较易、较难、难百分比为 2︰3︰3︰2
4、每份试卷中，各类考核点所占百分比约为：重点占65％，次重点占25％，一般占10％。
5、试题类型一般分为：单项选择题、多项选择题、填空题 、简答题（简述题）、简单计算题 、计算题
6、考试采取笔试，考试时间150分钟，采取百分制评分，60分合格。
六、题型示例（样题）
（一）、单项选择题
1. 有关安培定律下列论述正确的是：
A、适合用于电荷间相互作用， B、合用两个元电流的相互作用，
C、适合用于真空中两点电荷相互作用， D、合用真空两个元电流的相互作用。
（二）、多项选择
1、磁场的散度为零阐明：
A、磁场是无散场 , B、磁场力线是闭合曲线 , C、磁场是保守场,
D、 , E、磁场的源是旋度源
（三）、填空题：
电荷守恒定理数学体现式 。
（四）、简答题（简述题）
静电场的边界条件？
（五）、简单计算题
已知磁矢为,求磁感应强度
（六）、计算题：
接地的空心导体球的内外半径为和，在球内离球心为处置一点电荷Q. 用镜像法求电势。导体球上的感应电荷为多少？分布在内表面还是外表面？