电磁学教学大纲 （包括讲座共60学时）

第1章 静电场     参考学时  10
§1 库仑定律
　  扭称实验及其它实验，电力平方反比律
　  库仑定律的物理内涵
　  库仑定律的成立条件
　  电荷守恒定律，电荷的量子性 
§2 电场 电场强度
　  电场，电场强度矢量
　  场强叠加原理
§3 静电场的高斯定理
　  源与旋，通量与环流
　  静电场的高斯定理
§4 静电场的环路定理 电势
    静电场的环路定理
    关于静电场高斯定理和环路定理的几点说明
    电势                  
    场强与电势的微分关系
§5静电场的基本微分方程 *

  讲座：“电力平方反比律的理论与示零实验”；

第2章 静电场中的导体和电介质      参考学时  8
§1导体和电介质
§2 静电场中的导体
　  导体的静电平衡条件
　  导体空腔与静电屏蔽
　  导体的静电平衡的基本性质
　  静电场边值问题的唯一性定理
　  尖端放电及其应用
§3电容和电容器
　  孤立导体的电容
　  电容器及其电容
　  平行板电容器  球形电容器  同轴柱形电容器
　  分布电容
　  电容器的串并联
§4 电介质极化
　  极化的微观机制
　  极化的描绘
　  极化强度矢量P和极化电荷q’的关系
　  极化强度矢量P和总电场E的关系——极化规律
　  各向异性电介质 铁电体
　  例题
§4有介质时的静电场
　  有介质时的高斯定理 电位移矢量
　  应用例举
§5 静电场的边界条件
    D的法向分量连续
    E的切向分量连续 
§5带电体系的静电能
    带电体系的静电势能
    电容器储存的静电能
　静电场的能量
　　
第3章 直流电       参考学时  4
§1电流的连续性方程  恒定条件
    电流和电流密度矢量
    电流的连续性方程  恒定条件                  
§2欧姆定律
　   欧姆定律（积分形式）
　   电阻率和电导率               
　   欧姆定律（微分形式）
　   焦耳定律            
　   金属导电的经典微观解释
§3 电源和电动势  
     电源的电动势
     电源的路端电压
　   电源的功率
　   直流电路中的静电场的作用
     温差电动势
§4 直流电路
　    简单电路
　   复杂电路 基尔霍夫定律      

第4章  恒定磁场    参考学时  10
§1奥斯特实验
  磁的基本现象
  奥斯特实验
  相关实验
  研究课题
§2毕奥-萨伐尔定律
  毕奥-萨伐尔定律的建立
  磁感应强度
  载流回路的磁场  
§3磁场的“高斯定理”和“安培环路定律”
     磁感应线
     磁场的高斯定理
     矢势*   
　   磁单极*
　   安培环路定理
 §4安培定律
　　 安培定律的建立*
　　 安培定律=毕萨定律+安培力公式
     磁场对载流线圈的作用，磁矩

  讲座：“毕奥－萨筏尔定律、安培定律的示零实验”；

　§5 洛伦滋力
　　   洛仑兹力
　　  带电粒子在均匀电磁场中的运动
　　  回旋加速器基本原理
　　  霍耳效应
　　  J.J.Thowmson的阴极射线实验，电子的发现  
　　  例题
　　
讲座：“带电粒子在电磁场中的运动—磁约束、漂移、寝渐不变量”；
　　
第5章  磁介质    参考学时  4
  §1“分子电流”模型
　§2 顺磁质与抗磁质
　　  顺磁质
　　  抗磁质
　§3 磁化规律
　　   磁化的描绘
　　   磁化强度矢量M与磁化电流I’的关系
　　   磁化强度矢量M与总磁感应强度B的关系
  §4有磁介质存在时的磁场
　　   有磁介质存在时的磁高斯定理
　　   有磁介质存在时的安培环路定理
      磁介质的磁化规律
   §4  铁磁质  
       铁磁质的磁化规律
       铁磁质磁化机制
       铁磁材料的分类及其应用
   §5 磁场的边界条件和磁路定理 
　　  B的法向分量连续
　　  H的切向分量连续       
　　  磁路定理
　　  磁屏蔽
　　
第6章 电磁感应       参考学时 10
 §1法拉第电磁感应定律
　　   电磁感应现象的发现
　　   法拉第对电磁感应的研究*
　　   法拉第电磁感应定律
　　   楞次定律   
　　   涡电流，电磁阻尼和电磁驱动
　　
　讲座：“法拉第电磁感应定律及其定量表达式”；
　
 §2动生电动势  感生电动势  涡旋电场
       动生电动势
       感生电动势，涡旋电场    
       交流发电机原理
       电子感应加速器
  §3自感与互感
       自感系数与互感系数
       自感磁能与互感磁能
       磁场的能量与能量密度
 §4暂态过程 
       RL电路的暂态过程
       RC电路的暂态过程
       RLC电路的暂态过程
       灵敏电流计

 讲座：“超导体”；

第7章   交流电        参考学时 8
　§1交流电概述
        各种形式的交流电
        简谐交流电的特征量
        几点说明
　§2交流电路中的基本元件 
        电阻元件
        电感元件
        电容元件
        小结
  §3 元件的串联、并联——矢量图解法
       串联电路
       并联电路
       多个元件的串、并联电路
　§4 交流电路的复数解法 
         交流电的复数表示法
         串、并联电路的复数解法
　　　   串、并联电路的应用
　　　   复数形式的基尔霍夫定律
　　　   交流电桥
　§5 谐振电路  
　　　   串联谐振电路
　　　   并联谐振电路  
　　　   Q值的物理意义
　　　   谐振电路应用例举
　§6 交流电功率   
　　　  瞬时功率、平均功率和功率因数
　　　  有功电阻与电抗
　　　  有功电流和无功电流
　　　  视在功率和无功功率
　　　  提高功率因数的意义
　　　  提高功率因数的方法
   §7 变压器简介
         理想变压器
        电压变比公式
　　　  电流变比公式
　　　  阻抗变比公式
　　　   功率传输效率
　§8  三相交流电
　　　  三相交流电
　　　  相电压、线电压
　　　  负载的联接
　　　  三相电功率 
 
第8章    麦克斯韦方程组——电磁波   参考学时  6

　讲座：“Maxwell电磁理论的建立”
　
　§1位移电流
       电磁场的基本规律
       位移电流
　§2麦克斯韦方程组
       积分形式
       微分形式
       边界条件
  §3电磁波
       电磁波的产生和传播
       赫兹实验
        电磁波的性质
        电磁场的能量与动量
        电磁波的传输与辐射
        电磁理论与时空观 狭义相对论的提出
        麦克斯韦*

电磁学是普通物理系列中最重要的基础课之一，是电工学、电子学、等离子体物理、磁流体力学、光的电磁理论等的基础，是经典物理的重要组成部分，也是近代物理和许多技术学科不可缺少的基础。
       电磁学课程包括静电场、恒磁场、电磁感应、电磁介质、电路、麦克斯韦电磁场理论、电磁波等内容。

       电磁学中最重要的概念是“场”。场与质点不同，是在空间具有连续分布的客体，它的规律要从总体上去把握。场在空间的分布不一定直接与场源相联系，临近各点之间场的分布也是紧密相关的。描述和处理“场”所需的概念（如通量、环量）和方法与力学、热学课程中所遇到的大不相同。电磁学课程第一次系统地向学生介绍“场”的概念和处理“场”的方法。按现代物理学的观点，粒子不过是场的激发态，“场”的概念比“粒子”更基本。通过“场”产生相互作用的观点与现代物理学的精神相通的。

       本课程在阐述电磁学中基本的实验、概念、规律、理论时，结合相关内容，选取库仑、毕奥-萨筏尔、安培、法拉第、麦克斯韦等前辈大师的工作为例，适当介绍提出问题、抓住要害、克服困难、寻找联系、揭示本质、作出发现的历史过程，向学生展现科学发展的生动过程及必由之路，以此激发学生学习研究的兴趣和主动性，旨在使学生在学习基础知识的同时，也得到了科学素质的培养。

       电磁学基本规律的广泛应用和近代发展对技术进步和人类文明产生了不可磨灭的深远影响，在学时允许的前提下，适当地作一些原理性的介绍。

       本课程一直沿用赵凯华、陈熙谋教授编写的《电磁学》，考虑到与后继课程配合，避免重复，普物电磁学课程授课中，并未把《新概念物理教程 电磁学》中第三章的电磁场相对论变换作为授课基本内容。同时在授课中适当选用陈秉乾等编著的《电磁学专题研究》和陈秉乾、王稼军编著的《大学物理通用教程》电磁学等教材的有关内容

陈秉乾教授曾任教委物理、天文教学指导委员会基础物理指导组成员，全国高校电磁学研究会会长兼理事长，现任顾问，曾长期担任北大物理系普物教研室主任，长期主讲电磁学和非物理类物理课程,长期从事物理学史、物理教学、天体物理（等离子体物理）研究工作。

陈秉乾教授长期主讲电磁学，潜心钻研电磁学教学相关问题，在教学研究的基础上，他尝试在教学中适当介绍物理概念的形成和发展，揭示科学发展背景、思想渊源和认识过程，向学生展现科学发展的生动过程及必由之路，大大激发了学生学习研究的兴趣和主动性，使学生在学习基础知识的同时，也得到了科学素质的培养。例如，他以讲解库仑定律为例教学生应当从那几方面去考察一个基本定律；通过讲座的形式向学生介绍安培定律的建立过程、麦克斯韦电磁理论的建立过程，从而说明在物理学研究中，不仅要学会解决问题，更重要的是提出问题；从介绍一些开创性工作初期科学家的思想引伸到类比的威力、逻辑思维与直觉思维…。学生特别欢迎这样讲课，感到收获很大。校物理师资培训有主要贡献。北京大学《电磁学系列课程度改革和建设》获2005年国家教学成果一等奖。       主要著作有《中国大百科全书（简明卷）》物理部分、《物理学难题集粹》、《物理教学的理论思考》、《电磁学定律和电磁场理论的建立和发展》、《电磁学专题研究》、《大学物理通用教程•电磁学》，讲课精彩，受到学生欢迎，1997年由全校学生投票评为北京大学十佳教师。 《电磁学》第二版      赵凯华  陈熙谋    高等教育出版社    1985年 《新概念物理教程  电磁学》  赵凯华  陈熙谋    高教出版社  2003年 《电磁学》第二版  贾起民 郑永令等，高等教育出版社      E.M.珀塞尔，电磁学（伯克利物理学教程），第二卷，                                       R.P.费曼，费曼物理学讲义，第二卷    陈秉乾、舒幼生、等， 电磁学专题研究，高等教育出版社，2002年    陈秉乾、王稼军，大学物理通用教程《电磁学》，北大出版社，2003年

陈秉乾教授讲授《电磁学》的视频 趣事
今天看了陈秉乾教授讲授《电磁学》的视频，特搜索了一些趣事，与大家共享！
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1.陈第一节课穿着蓝棉袄一进门，众生顿时惊。看上去精神矍铄，白发苍苍满面红光，有点像神仙。
2.称赵凯华老师为“赵先生”。
3.某些物理学院的孩子称陈秉乾先生为“老头儿”。不予评论。
4.讲课极为注重电磁场理论建立“激动人心、最为精彩”的历史过程。
5.一共花了大约五分之一的时间做“讲座”，“讲座者，不考也。免得大家不放心”。
6.称Coulumb为“开山老祖”，称Newton为“老祖宗”。
7.电子质子电荷量绝对值相等保证了宇宙的稳定性，“电中性的宇宙，由万有引力，也就是Newton在支配，如果宏观不是电中性的，那就要受Coulumb力支配，也就是Coulumb要来管这事了”。
8.总在强调，物理定律的建立不是数学证明，不要过于追求逻辑严格，“物理学院的孩子还好，数学学院的就……”。
9.“‘黄河之水天上来’，这是源，‘奔流到海不复还’，这是汇。”
10.教导大家，做题要先定性物理分析，“不要愣头愣脑的算”，否则就变成了“套公式游戏”。
11.“有很多国内的教科书喜欢在讲基础内容的时候说是‘实验证明’，你要是不信，他就说‘大量实验证明’，你要是再不信，就说是‘大量精确实验和理论证明’”，其实绝大多数基础理论都没有实验证明。
12.“还稍有一点时间，我们稍微扯扯。”说到“创新意识”，“我们自己一点创新意识都没有，怎么培养学生的创新意识”，“只能看看前辈大师们是怎样工作的”。介绍了Maxwell一生中的重要工作，Maxwell不满意于Clausius对气体分子运动的统计描述只有平均值，研究，“一下子，他就搞出来了”。还说Maxwell分布是从对土星环的研究中迁移
13.Oersted实验，“针微微的颤了一下，有点动作，这一颤，就颤出了个电磁学。”
14.Ampère从数学转行研究电磁学，因为“未开垦的处女地实在太可爱了”。
15.Biot,Savart做出特殊情况下的载流导线对磁极作用实验，找Laplace做数学处理，“虽然不严格，微了再说”，“这个微当然不用Laplace，我们谁都会做”，“有个结果，就先微微再说”。
16.助教分不清楚小写的sigma和delta。说错了无数的电荷面密度。
17.等离子体的磁约束，“死猪不怕开水烫，那不过是百度，到了千度，万度，早就没什么死猪了，灰飞烟灭，都成等离子体了。但，磁力线，不怕开水烫”。
18.电磁感应的发现，一个叫做Colladon 的倒霉鬼，“他在这里把一个磁棒插进去，插完了再跑过去看”。
19.“Faraday没上过大学，所以思想非常深刻，但是数学基础不够。”
20.“Gauss定理能够计算的题目不就那么几个吗，问题一复杂，就谁也不会算了，那就拉倒。”
21.“先有的H，所以H的名字很好听，磁场强度；B是正经的，但好的名字已经被H用了，B只好委屈一些了。”
22.Ohm定律的微观解释，推导时随手就把一个标量式变成了矢量式，而后“请同学们注意一下，老师打马虎眼就是从这儿打起的”。
23.Drude电子论得到结果，电阻率正比于温度的平方根，与实验不符，“你那么简单一个模型，就像包打天下，是奢望了。这当然不能处处都很好，你总得留点工作以后人还要做“。
24.“你们现在单纯了，我们当年上山下乡，农村工厂都去过。”
25.磁路定理，“极其简单，没有任何新东西，就是名词儿记不清楚。你如果以后看工程方面的书，名词儿特别多，一头雾水，但是对学过物理的人来说，和基础知识一联系”，就无比简单了。Kirchhoff方程组，“从基础研究角度看，没有任何新东西”，但从应用角度看，很方便。“当然我们也有很多不足，太脱离实际。”
26.讲到波，“我不知道同学们有没有经历过地震，76年的时候……”，说波动不是质点的长距离迁移，“风沙，蒙古的沙子长途迁徙过来，但地震时唐山的砖头瓦块没有过来。”“我上学的时候也不明白，老师就说‘你看过金黄的麦浪吗，你看过汹涌的波涛吗’。”
27.“物理里面出现了问题，就到数学的武库里寻找工具。”复电压除复电流得到的复数模是阻抗幅角是相位差，“发现这个复数非常好，用现在年轻人的话说，得到了一个惊喜”。复电压等于复阻抗乘复电流，和Ohm定律“何其相似乃尔”。
28.接受无线电信号希望信号峰尖锐，“又瘦又高，就像我的体形似的，就是好的。”
29.“物理系有一本很大的书，《Scientific Papers of Maxwell》，1890。我教电磁学年头也很多了，但一开始也不知道Maxwell怎么弄出来这东西的。开始啃他那个文章，是很难啃的。”教育众生要看最权威的第一手资料。
30.“Maxwell一上场，用Faraday思想和Lord Kelvin类比的方法，把流体力学的成果移植到电磁学。不仅如此，如果他只做了这样一个工作，那他就不是Maxwell……”
31.称Maxwell第二篇论文提出的电磁作用的力学模型为“乌龟壳”理论。“这套，同学们信吗？我相信大家也不会信。”
32.Hertz实验在Maxwell理论之后二十多年才进行，原因之一是Maxwell理论当年没有被广泛接受。据回忆，某次演讲，台下听众屈指可数，其一还是Maxwell本人的研究生，老板讲座自然不好不去……
33.“要靠聪明才智，在困难的条件下做出这样出色的成就。越是这样，方显英雄本色。”
34.两次详细布置考试范围，“我的问答题，我可以保证，同学们一看到题就会有会心的微笑。”期末考试50分概念题，无比厚道，如“何谓电动势”“Oersted实验、Faraday实验有何发现、重要意义”。