| 选课类别:计划内与自由选修 | 教学类型:理论课 |
| 课程类别:本科计划内课程 | 开课单位:物理学院 |
| 课程层次:专业基础 | 学分:4.0 |
Nominal textbook: 郭硕鸿《电动力学》
Factual textbook: Lecture notes. 2022年前使用的是英文版的,2022年春使用中文版讲义。主要都由陶鑫老师写作。
陶老师旧的个人主页:http://staff.ustc.edu.cn/~xtao
陶老师新的个人主页:https://faculty.ustc.edu.cn/xtao/
此外的主要参考书:朗道《场论》;费曼物理学讲义;Griffiths, D. J. . Introduction to Electrodynamics.
Assignments: 少量摘自郭的《电动力学》书,主要由陶老师自己出题。作业有课后阅读题和附加题。2022年春在BB系统交作业。总共有9次作业,又一次用作附加,可以不完成;另最后一次完全不要求提交。
Syllabus: As shown in the lecture notes. 一开始是张量简介。物理部分从狭义相对论讲起,对狭义相对论preliminaries要求较少——只对运动学有要求。接下来通过最小作用量原理过渡到电动力学,后半部分集中讨论电动力学问题。
Mid-term: 有。期中考有附加题(2022年是10分)。允许带一张A4公式纸
Geophysics & Plasma Physics: 课程中有少量等离子体、地球物理的例子。考试可能有地球物理的模型。
课程目标的四个级别(陶的原义是,四点对学生的要求递增,每一点都基于前面的各店):
1.了解(理解)“场”作为物理研究对象;
2.掌握场的方程;
3.掌握电动力学中的数学方法、数学证明等;
4.可以将这门课所学迁移到其他物理模型(例子见Final Exam处);
4+.可以迁移到各个领域(例:摄影)。
Motto: “为学日益,为道日损”。——《道德经》
Caveat: 不要“为学日损”。
Final Exam: 允许带两张A4公式纸。有选择题、简答题、大题。有给一个陌生模型要求计算的。(例:非电磁场,而是另外的场,编者在此随便举个例子,如Yukawa)
陶鑫老师的《电动力学》课程以朗道《场论》为基础,大胆引入狭义相对论及作用量的概念,颇具理论物理色彩。课程从微分几何基础开始,通过最小作用量原理导出Maxwell方程组,随后展开对静电场、静磁场及辐射的讨论。这一教学安排不仅避免了对传统电动力学中“参考系”问题的反复纠结,还能够引领学生提前接触场理论的精髓。
陶老师讲课风格独特,既注重物理理论的优雅形式,又擅长用生动的例子增强学生对复杂概念的理解。他在课堂上鼓励互动提问,设法让学生自主思考。这门课的内容复杂,但由于陶老师的清晰讲解,许多学生表示收获甚多。然而,部分学生反馈指出,在数学推导和物理图像讲解之间存在不平衡,部分概念在应用层面缺乏足够深入的分析。
陶老师的课程作业以理论推导为主,并结合了Griffiths习题和自行扩展的题目,附加题亦颇具挑战性。尽管作业量大、难度高,但对于提升学生的理论素养有显著帮助。值得注意的是,受疫情及其他因素影响,选择题分值在某些学期显得过高,导致部分成绩偏低。
期末考试注重理论理解和整体把握,许多拥有扎实基础的同学因此获得了满意分数,尤其是注意到课程要求的同学。总体而言,陶老师给分宽松,保证了公平与激励。
陶老师的电动力学课程尤为适合对理论物理感兴趣的学生,尤其是那些想通过电动力学深入理解场论基本原理的同学。然而,由于课程难度不低,需要一定的数学和物理基础,因此非物院同学或希望轻松得分的学生可能会感到困难。
总体上,陶鑫老师的电动力学课程因其课程内容安排的创新和深入讲解的物理思维而受到高度评价。虽然对基础稍弱的同学挑战较大,但其讲解理论物理的方式受到广泛赞誉。课程不仅适合理论物理爱好者,也为认真学习的学生提供了丰富的知识和思维拓展的机会。
情况巨变,我不再学习物理,因此不会再来带物理课助教了。 2024.10
我是2024春的猪脚之一,由于我将延毕所以2025春大概率还会来带这门课。这门课程的内容已经由楼上的莫晓欢和Kimuel(我去年的助教)讲的很清楚了,我主要说一些我个人看法。(说句题外话tau老师对助教真好\感动)
电动力学中的物理\tau老师已经讲的非常全面清楚了,但是其中许多数学对象在上课的语言体系下并不清楚(例如:时空、向量、gauge group U(1)从何谈起等)。我是理论物理壬,所以这一点是电动力学(引入其他数学工具,已及通往Yang-Mills)的一个遗憾,不过科大似乎并没有电动力学课程,乃至于没有物理课程会涉及这方面内容。 这学期由于各种事情,以及准备的不及时,习题课只简单补充了 基本的向量以及群作用的描述,没能讲更深入的内容,也是习题课的一个遗憾了。
如果25春还带这门课,希望能在每周固定一个时间能开出来覆盖basic manifold, vector fields&metric tensor, basic group action, and basic gauge theory (connection, curvature,deRham magnetic monopole) 的一系列习题课,经过这一学期的发展,感觉材料准备的差不多了。另外在这些topic 上强烈建议看看李思老师的Electromagnetism and Geometry 讲义,对更一般主丛理论感兴趣的可以配合前者看Foundations of Differential Geometry,后者的记号有些不那么正确。近日在火箭书架淘到一本好书Gauge Fields,Knots and Gravity,相比与李思的书这本更注重intrinsic的几何定义(前者多为局部计算),内容也更加丰富(比前者增加了de Rahm的更多应用,Chern Simons和Knots的理论,以及引力理论)。这本书的记号也比较现代(和John Lee 的流形书是相容的),虽然没讲主丛,不过讲了纤维丛上connection,curvature 和holonomy的关系,感觉如果看了这部分也就不太需要去看Foundations of Differential Geometry而被其记号折磨了。
陶鑫老师是一位非常好的老师!
老师本科在科大地空学院,这门课也是开给地空学院的课,因此课堂中会有一部分地空相关的例子。本人虽然是大一少物先修电动,对这些例子也很感兴趣。
先说课堂内容。这门课的前半段参考了Landau的《场论》与Feynman的《物理学讲义》中有关狭义相对论与作用量的部分,讲述了电磁场方程的由来:先介绍一点点微分几何的知识(协变逆变、张量、4-张量等),再从最小作用量原理出发,演绎推导自由粒子、自由场、场与粒子耦合情形下粒子和场的运动方程;并且对大部分步骤给出了详尽而不冗余的解释,降低了Landau的阅读门槛。最小作用量部分在考试中不会涉及,但或许能吸引感兴趣的物院同学甚至大一同学选这门课?本人正是看到pksq中的先前评论,发现陶老师会讲这部分,才选了陶老师。值得注意的是,老师一贯提倡物理思维,因此在这一部分的数学理论,尤其泛函的相关理论似乎“不拘小节”;相比之下,本人同时期还有在听朱界杰老师的《理论力学A》,他在这一部分讲得就更数学、更严谨。当然,陶老师的数学水平本身很高,也能把数学处理讲得很清楚,这点在后半段课程中得到了很好的展现。这门课的后半段大致上参考了Griffiths的《电动力学导论》和Jackson的《经典电动力学》,讲述了电磁场方程在不同情况下的解:静电场、静磁场(不含时间)、电磁波(通解)、推迟势(特解)、辐射(特解的特例)。
再说讲课风格。老师非常擅长讲清楚物理概念,以及分析问题的过程,尤其,老师会类比地讲解,日后做科研时碰到前人鲜有研究的问题时,该如何思考、如何处理。比如,在多级展开部分,老师会引导同学们思考为什么要做这样的近似,或者这样的近似对应怎样的物理图像,美中不足的恐怕是讲得太过详细,以至于对早就搞懂的同学来说有点浪费时间。老师经常会在课上提出问题并留给同学几分钟时间思考,随后再公布答案;这些问题通常对理解物理概念有很大的帮助,美中不足的是极少时候老师对提问方式和思考时间的把握让人捉摸不透(也可能只是本人理解能力有限、或轻微走神),比如很快就能想明白的问题留了相对长的时间思考,或是问法太过开放,以致难以明确思考的方向。老师的讲课是非常连贯的,一环扣一环,一堂课听下来会不禁感叹老师精彩的演绎。另外,课堂很有趣,老师很幽默,会偶尔围绕当前知识点讲好玩的段子,也会放一些生动的例子直观展示知识点,比如在介绍天空中分子的散射时,会举照相机使用偏振片提高天空清澈度的例子,以及展示木星表面观测到的电子辐射强度分布。老师非常负责,对课后同学提的问题会细心解答,有时会专门找相关资料发到课程群中,或是用纸写下过程并在下节课交给提问的同学。
最后说说考试和给分。本次课程首次取消期中考,给分方式应该是:作业40%+期末60%,得到排名,最终总评成绩是排名的一元函数。作业的题目并不难,但相对来说比较花时间;题目都很有意思,做起来会有一种“通畅感”,有些题目是对课堂略过证明部分的补充证明,有些题目是对课堂内容的延伸,文本会一步一步引导你解决最终问题。会有一定比例的附加题,附加题的分数不算在作业的分母中,且可以溢出。以本学期为例,作业非附加题部分有975分,算上附加题有1420分,作业成绩的上限将为40%*1420/975=58.3%,在此基础上仍有期末的60%。期末考试包含选择/填空/简答(主要是选择,简答只有一题)和计算题,前者占60分,大多很简答,属于送分题,少数比较"tricky"(老师原话),计算题占60分,难度梯度较大,前面简单,后面较难。不过试卷整体来讲比较容易,并且涉及一些课上老师提到过的内容。给分的具体情况不太清楚,但据说老师会给满优秀率。以本人为例,作业1408/975,期末考得不错,总评为100,绩点4.3,当然,这不具有任何参考价值(逃)。从课堂群的反馈来看,老师捞的力度应该挺大。
不太想按格式给老师评分了,实在难以描述陶鑫老师的课有多好。另外也是前人之述备矣。
最感动的一点是,陶鑫老师最想教会我们的是,面对一个新的问题要如何去分析。从其作业设计与期末出题中也能感受到陶鑫老师的用心。
对于这门课,我的建议可能就是
出分了,感觉好奶,感谢陶老师!
陶门🙏🙏🙏
看过陶老师的讲义,其实想初步了解场论的学生绝对就会选择陶老师,陶老师将这门课讲的像理论力学一样简洁,从最小作用量开始,推导出标量场,矢量场的场运动方程,首先引出了磁矢势,然后由此推导出麦克斯韦方程组及静电静磁的相关知识。
这门课的精髓并不是重复一次电磁学的知识,然后举出一系列应用来收尾,而是应该从拉格朗日量出发,看到一个场在对应拉格朗日量后的物理现象是什么,所以才会知道磁矢势有其物理含义。所以这门课的精髓是前半学期以狭义相对论开始的对场的讨论,后半学期的静电静磁及电磁辐射其实只是一系列工程问题。
这学期没有期中考试,只有期末考试,开卷考试允许带两张A4纸。美中不足就是期末考试真的过分简单了,大量的填空选择无法考察这门课比较精髓的内容,对于张量的考察甚至是类似背诵概念的选择题,三四道大题也只是很常规的题目类型,很难和课程质量相比较,让我对期末考试比较失望。但很棒的是陶老师的调分力度超强!!总评是依靠排名给出的,陶老师班级相对不卷,都可以获得很满意的分数。陶门~
最后我将我的大抄内容放在下面