北京理工大学

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课程概述

        物理学是研究物质的基本结构、基本运动形式、相互作用的自然科学,它具有完整的科学体系、独特有效的研究方法、丰富的知识,所有这些对于培养21世纪的科学研究工作者及工程技术人员都是必不可少的。因此以物理学基础为内容的大学物理课程是理、工、经、管、文等本科各非物理专业必修的一门基础课。大学物理课程根据高素质创新人才的培养目标,在保证对学生物理知识传授和基本技能培养、打好物理基础的同时,进一步强化对学生的科学思维方法、创新意识和综合应用能力的培养,为提高学生的科学素质发挥积极作用。在大学物理课的各个教学环节中,一方面可以培养学生独立解决问题的能力、理论联系实际的能力和创新能力;使他们了解物理学的发展历史、新进展及前沿物理中的新知识。另一方面可以提高学生树立正确的辩证唯物主义世界观和科学素质。本课程所讲授的电磁学是大学物理的一部分。我们着重从场的观点阐述静电场和稳恒磁场的基本概念、基本规律和基本定理,揭示电磁感应现象的物理本质,最后介绍电磁场理论的初步知识。
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证书要求

完成课程学习并考核合格(>60分)可获得合格证书,成绩优秀(>85分)可获得优秀证书。

预备知识

高等数学

授课大纲

                                         《大学物理-电磁学》教 学 大 纲

                                                         (编写:北京理工大学大学物理教研室)

 

一、目的与任务

        电磁学是物理学的一个重要分支,它研究的对象是电磁运动及其所引起的各种现象最基本的规律。电磁学的发展不仅与人们的日常生活和生产技术有着十分密切的关系,而且也是电工学、无线电电子学、电子计算机技术以及其他新科学、新技术发展的基础。这里我们着重从场的观点阐述静电场和稳恒磁场的基本概念、基本规律和基本定理,揭示电磁感应现象的物理本质,最后介绍电磁场理论的初步知识。

        通过课程学习,学生必须掌握电场、磁场、电磁感应的基本规律和基本现象,特别是电磁场的基本定律定理,包括库仑定律、电场的高斯定理、静电场的环路定理、安培定律、磁场的高斯定理及安培环路定理、电磁感应定律等,并利用这些定理定律分析和解决电磁学中的一些问题。

 

二、教学内容

 

第一章  静电场

1.1 库仑定律

1.1.1  电荷

1.1.2  库仑定律

1.1.3  电力的叠加原理 

1.2 电场 电场强度

1.2.1  电场

1.2.2  电场强度

1.2.3  电场强度的计算 

1.3 静电场的高斯定理

1.3.1  电场线

1.3.2  电通量

1.3.3  高斯定理

1.3.4  利用高斯定理求静电场的分布 

1.4 静电场的环路定理  电势

1.4.1  静电场的环路定理

1.4.2  静电势能

1.4.3  电势和电势差

1.4.4  电势的计算

1.4.5  等势面

1.4.6  电势梯度 

1.5 静电场中的电偶极子

1.5.1  电偶极子在外电场中所受的力矩

1.5.2  电偶极子在外电场中的电势能 

第二章  静电场中的导体和电介质

2.1 静电场中的导体

2.1.1  导体的静电平衡条件

2.1.2  静电平衡时导体上电荷的分布

2.1.3  静电屏蔽

2.1.4  静电技术在实际中的应用

2.2 静电场中的电介质

2.2.1  电介质对电场的影响

2.2.2  电介质的极化

2.2.3  电极化强度

2.3 有介质时的高斯定理

2.3.1  电位移和有介质时的高斯定理

2.3.2  有介质时高斯定理的应用 

2.4 电容 电容器

2.4.1  孤立导体的电容

2.4.2  电容器的电容

2.4.3  电容器的联接

2.5 静电场的能量

2.5.1  电荷系的静电能

2.5.2  电容器的能量

2.5.3  静电场的能量  能量密度

 

第三章  稳恒磁场

3.1 稳恒电流

3.1.1  电流  电流密度

3.1.2  欧姆定律的微分形式

3.1.3  电源和电动势

3.2 磁场  磁感应强度

3.2.1  磁的基本现象

3.2.2  磁场与磁感应强度

3.2.3  磁感应线 

3.3 毕奥—萨伐尔定律

3.3.1  毕奥—萨伐尔定律

3.3.2  毕奥—萨伐尔定律的应用

3.3.3  运动电荷产生的磁场

3.4 磁场的高斯定理和安培环路定理

3.4.1  磁通量  磁场的高斯定理

3.4.2  安培环路定理

3.4.3  安培环路定理的应用

3.5 磁场对载流导线的作用

3.5.1  安培力

3.5.2  磁场对载流线圈的作用  磁矩

3.6 磁场对运动电荷的作用

3.6.1  洛伦兹力

3.6.2  带电粒子在磁场中的运动

3.6.3  霍尔效应 

3.7 磁场中的磁介质

3.7.1  磁介质对磁场的影响

3.7.2  磁介质的磁化

3.7.3  磁化强度矢量M与磁化电流

3.7.4  有磁介质时的安培环路定理  磁场强度矢量H

3.7.5  铁磁质


第四章  电磁感应  麦克斯韦方程组 

4.1 法拉第电磁感应定律

4.1.1  电磁感应现象

4.1.2  法拉第电磁感应定律

4.1.3  楞次定律 

4.2 动生电动势和感生电动势

4.2.1  动生电动势

4.2.2  感生电动势与感生电场

4.2.3  涡电流及电磁阻尼 

4.3 互感与自感

4.3.1  互感

4.3.2  自感

4.4 磁场的能量和能量密度 

4.5 麦克斯韦方程组  电磁波

4.5.1  位移电流

4.5.2  安培环路定理的普遍表达式

4.5.3  麦克斯韦方程组

4.5.4  电磁波

                  

三、大纲说明

1.本大纲根据国家教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会物理基础课程教学指导分委员会于2008年颁布的《理工科类大学物理课程教学基本要求》,参照国际相应课程的教学内容编制而成。

2.本大纲面向工科学生和非物理专业的理科学生。

3.通过本课程的学习,应使学生初步具备以下能力:

1)根据物理学的理论、观点、方法,利用矢量代数、矢量分析和微积分等数学工具,分析研究计算一般难度的物理问题;

2)掌握基本物理模型,了解物理学中建立模型的意义;根据具体情况,进行简单、合理的模型设计;

3)独立阅读有关参考书,文献资料,并会写出笔记或读书心得。

 

参考资料

[1] 苟秉聪,胡海云主编. 《大学物理学》(下册)(第2版)[M]. 北京:国防工业出版社,2011.

[2] 张三慧主编. 大学物理学(第三册)(第2版)[M]. 北京:清华大学出版社,1999.

[3] 程守诛,江之永主编. 普通物理学(上册)[M]. 北京:高等教育出版社,2006.

[4] 赵凯华,陈熙谋. 电磁学(第三版)[M]. 北京:高等教育出版社,2011.

[5] 张三慧、李椿等译;D. Halliday,R. Resnick,J. Walker著. 《物理学基础(Fudamentals of Physics)》(第6版)[M]. 北京:机械工业出版社,2005.

常见问题

1.电磁学课程的特点:“概念多,定律多,公式也多”,所以同学们要及时掌握;以往经验,后期容易出现积重难返的现象。

2.在学习这部分内容时,要较多地应用高等数学中的微积分知识,因此要培养运用高等数学工具去求解物理问题的能力。同学们一定要多加练习、用心揣摩,尽快进入角色中来。