第零章 绪论及数学准备
数学
普通物理学 理论物理学 固体物理学 激光物理学 量子电动力学 量子场论
电 动 力 学
统 计 力 学
量 子 力 学
电子通信类课程 电磁相关的技术
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• 学习目的与要求
（ 1 ）通过学习电磁运动的基本规律，加深对电磁 场基本性质的理解； （ 2 ）通过学习狭义相对论理论了解相对论的时空 观及有关的基本理论； （ 3 ）获得在本门课程领域内分析和处理一些基本 问题的初步能力； （ 4 ）为学习后续课程和独力解决实际问题打下必 要的基础。
难点：公式多、需要记得多、数学推导较繁杂；解题 难度大、相对论概念不易理解。
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二、电动力学与电磁学的联系与区别
• 范围
既讨论静场又讨论变化场，外加相对论。
• 深度 从矢量场论出发，总结电磁现象普遍规律，解题更 具一般性。 • 方法
建立模型、求解方程、注重理论。
• 数学 矢量场论、张量分析初步、线性代数、数理方程、 特殊函数 ………
地下的反战活动。
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• 1915 年爱因斯坦发表了广义相对论。他所作 的光线经过太阳引力场要弯曲的预言于 1919 年由英国天文学家亚瑟· 斯坦利· 爱丁顿的日全 食观测结果所证实。 1916 年他预言的引力波 在 1978 年也得到了证实。爱因斯坦和相对论 在西方成了家喻户晓的名词，同时也招来了 德国和其他国家的沙文主义者、军国主义者 和排犹主义者的恶毒攻击。 • 爱因斯坦因在光电效应方面的研究，而被授 予1921年诺贝尔物理学奖。 • 1933 年1月纳粹党攫取德国政权后，爱因斯坦 是科学界首要的迫害对象，幸而当时他在美 国讲学，未遭毒手。3月他回欧洲后避居比利 时， 9 月 9 日发现有准备行刺他的盖世太保跟 踪，星夜渡海到英国， 10 月转到美国普林斯 顿大学，任新建的高级研究院教授，直至 1945年退休。1940年他取得美国国籍。
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爱因斯坦1908年兼任伯尔尼大学编外讲
师。1909年离开专利局任苏黎世大学理 论物理学副教授。1911年任布拉格德语 大学理论物理学教授，1912年任母校苏 黎世联邦工业大学教授。1914年，应马 克斯 · 普朗克和瓦尔特 · 能斯脱的邀请， 回德国任威廉皇家物理研究所所长兼柏 林大学教授，直到1933年。1920年应亨 德里克· 安东· 洛伦兹和保耳· 埃伦菲斯特 的邀请，兼任荷兰莱顿大学特邀教授。 第一次世界大战爆发后，他投入公开和
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• 1939 年他获悉铀核裂变及其链式反应的发 现，在匈牙利物理学家利奥· 西拉德推动下， 上书罗斯福总统，建议研制原子弹，以防 德国占先。第二次世界大战结束前夕，美 国在日本广岛和长崎两个城市上空投掷原 子弹，爱因斯坦对此强烈不满。战后，为 开展反对核战争的和平运动和反对美国国 内法西斯危险，进行不懈的斗争。 • 1955 年 4 月 18 日爱因斯坦因主动脉瘤破裂 逝世于普林斯顿。遵照他的遗嘱，不举行 任何丧礼，不筑坟墓，不立纪念碑，骨灰 撒在永远对人保密的地方，为的是不使任 何地方成为圣地。 • 爱因斯坦的后半生一直从事寻找大统一理 论的工作，不过这项工作没有获得成功， 现在大统一理论是理论物理学研究的中心 问题。
法拉第专于实验探索，麦克斯韦擅长理论概括 第零章 绪论及数学准备
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实验物理学家迈克尔孙
• 迈克耳孙1873年毕业于美国海军学院，并留校教物理和化学。大约在 5年后，开始进行光速的测量工作，随后游学欧洲，在德国和法国学 习光学。回国后离开海军成为凯斯学院物理学教授。迈克耳孙因为精 密光学仪器和借助这些仪器进行的光谱学和度量学的研究工作做出的 贡献获得1907年的诺贝尔物理学奖。 • 迈克耳孙自己设计了旋转镜和干涉仪，用以测定微小的长度、折射率 和光波波长。 1879 年，他得到的光速为 299910±5 千米／秒； 1882 年，他得到的光速为 299853±6 千米／秒。这个结果被公认为国际标 准，沿用了40年。迈克耳孙最后一次测量光速是在加利福尼亚两座相 差 35千米的山上进行的，光速测量精确度最后达到了 299798±4 千米 ／秒。他就在这次测量过程中中风，于1931年去世。 • 迈克耳孙最著名的实验是被称为迈克耳孙－莫雷的测定以太是否存在 的实验（1887）。 返回
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爱因斯坦
1879-1955 20世纪最杰 出的科学家
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爱因斯坦生于德国乌尔姆一个经营电 器作坊的小业主家庭。一年后，随全家 迁居慕尼黑。 1894 年，他的家迁到意大 利米兰。 1895 年他转学到瑞士阿劳市的 州立中学。 1896 年进苏黎世工业大学师 范系学习物理学， 1900 年毕业。 1901 Байду номын сангаас 取得瑞士国籍。 1902 年被伯尔尼瑞士专 利局录用为技术员，从事发明专利申请 的技术鉴定工作。他利用业余时间开展 科学研究，于 1905 年在物理学三个不同 领域中取得了历史性成就，特别是狭义 相对论的建立和光量子论的提出，推动 了物理学理论的革命。同年，以论文《 分子大小的新测定法》，取得苏黎世大 学的博士学位。
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注意顺序 不能颠倒
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• 并矢与张量 T AB
i , j 1

3
AB
（一般 AB BA ） 3 Ai B j ei e j Tij ei e j
i , j 1

ei e j
为单位并矢，张量的基（9个分量）
矢量与张量的矩阵表示 A1 A Ai ei , A A2 A 3
• 适用于宏观电磁现象，对于微观粒子不考虑波动性
同时也不考虑电磁场的量子性。 • 主要应用：电力工业技术、 广播、通讯、雷达、 测井技术、加速器、光电子技术、激光理论、非 线性光学、等离子体、天体物理…… 。
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五、主要参考书
[1]《电动力学》郭硕鸿 高教出版社 第二版 1997 [2]《电动力学》蔡圣善等 高教出版社 第二版 2002 [3]《电动力学》虞福春 北京大学出版社 1992 [4]《电动力学题解》林璇英、张之翔 科学出版社 1999； [5]《电动力学解题指导》 王雪君 北京师范大学出 版社 1998 [6] 经典 电动 力 学 ( 影 印 版 )( 第 3 版 ) John David Jackson 高等教育出版社 2004 .
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英国物理学家和化学家。 最主要贡献：1831年发现了电磁感应现象。 1834 年他研究电流通过溶液时产生的化 学变化，提出了法拉第电解定律。这一定 律为发展电结构理论开辟了道路。 1845年9月13日法拉第发现，一束平面偏 振光通过磁场时发生旋转，这种现象被称 为“法拉第效应”。法拉第认为光具有电 磁性质，是光的电磁波理论的先驱 1852年他引进磁力线概念。 他的很多成就不仅非常重要、且是带根 本性的理论。
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• 主要考核目标（包括重点及难点） （1）掌握矢量场论的简单运算； （2）掌握电磁场基本理论、重要实验定律； （3）掌握静电场和静磁场的基本理论和解题方法； （4）掌握电磁波传播和辐射的基本概念和简单应用； （5）掌握狭义相对论的基本理论和简单应用。
重点：第一、二、四、六章
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六、发展简史
⑴ ⑵ ⑶ ⑷ ⑸ ⑹ 1675 库仑定律 1820 电流磁效应（毕－萨定律） 1822 安培作用力定律（电动力学一词开始使用） 1831 电磁感应（法拉第），场的思想 1 1856-1873 麦克斯韦方程，预言了电磁波的存在 2 1881-1887 迈克尔逊实验（1881）,迈－莫雷实验 （1887） 3 ⑺ 1888 赫兹证实电磁波存在 ⑻ 1905 狭义相对论（爱因斯坦“论运动物体的电动 4 力学”）。
爱因斯坦是耶路撒冷希伯来大学的注册商标
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§1
矢量定义
矢量代数与张量初步
A ˆ ˆ A AA, A A , A A
直角坐标系中
A Az i Ay j Az k
A A (A A A )
2 1 2 2 2 3 2 1
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三、理论物理的特点
• 模型建立在一些实验与一系列假设基础之上
• 模型一般为偏微分方程 • 求解方程需要特殊的数学方法 • 理论的正确由求解结果与实验是否相符合来验证 • 一些基本思想在争论中不断发展
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四、适用范围及主要应用
成绩评定： 考试（70%），课堂提问和作业（30%）。
第零章
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§1 绪 论
一、基本情况及要求
• 课程性质 电动力学是物理学科的一 门重要基础理论课，是物 理学的“四大力学”之一。 • 研究对象 电动力学主要研究电磁场 的基本性质，运动规律以 及与带电物质之间的相互 作用。
A Ai ei
i 1
3
A
i 1
3
2 i
矢量的基本运算
A B Ai Bi AB cos
i 1
3
e1
e2
e3 A3
A B AB sin en A1 A2
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B1 B2 B3
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• 矢量代数中的两个重要公式
混合积
双重矢量积 矢量微分