电磁学理论与计算 ( Electromagnetic Theory and Computation)
教学目的与要求:
本课程为面向应用数学、物理学及相关专业高年级学生的强化课。课程主要分为三部分:第一部分介绍量纲分析和物理方程的建立,让学生深刻认识到物理量和数学量的关系,如何正确建立物理方程(应用数学的过程)。第二部分除了对麦氏方程组进行再讨论外(如初值表述、纳米尺度边界条件、含磁荷的方程组等),增加了相对论电磁学、拓扑电磁学等前沿研究成果,让学生掌握电磁场现象、概念和核心数学方程,深刻理解物理现象的相对性和物理规律的绝对性。第三部分讲解定量分析所需的数值算法、软件知识基础、以及最新发展趋势(如AI计算电磁学)。总之,通过本课程的学习可提高学生运用基本物理规律、数值算法解决应用数学问题的能力,为以后从事专业理论研究和交叉学科研究打下坚实的基础。
Teaching Objectives and Requirements:
This advanced course provides senior undergraduate students in applied mathematics, physics, and related engineering disciplines with a rigorous foundation in electromagnetic theory and computational modeling. The curriculum is structured around three core modules:
Part I: Dimensional Analysis & Mathematical Modeling:
Establishes the principles of scaling, dimensional analysis, and the formal mathematical formulation of physical laws.
Part II: Advanced & Frontier Electromagnetism:
Re-examines Maxwell’s equations—incorporating initial value formulations, nanoscale boundary conditions, and magnetic charges—while introducing cutting-edge topics such as relativistic electrodynamics and topological electromagnetism.
Part III: Computational Methods & AI Frontiers:
Covers core numerical algorithms (FEM, FDM, MoM), simulation tools (MATLAB, COMSOL), and modern paradigms including Mimetic FEM, Finite Integration Technique (FIT), and Physics-Informed Neural Networks (PINNs).
Ultimately, students will be equipped to translate fundamental physical laws into rigorous mathematical models, implement state-of-the-art computational algorithms, and address complex interdisciplinary research challenges.
本课程为面向应用数学、物理学及相关专业高年级学生的强化课。课程主要分为三部分:第一部分介绍量纲分析和物理方程的建立,让学生深刻认识到物理量和数学量的关系,如何正确建立物理方程(应用数学的过程)。第二部分除了对麦氏方程组进行再讨论外(如初值表述、纳米尺度边界条件、含磁荷的方程组等),增加了相对论电磁学、拓扑电磁学等前沿研究成果,让学生掌握电磁场现象、概念和核心数学方程,深刻理解物理现象的相对性和物理规律的绝对性。第三部分讲解定量分析所需的数值算法、软件知识基础、以及最新发展趋势(如AI计算电磁学)。总之,通过本课程的学习可提高学生运用基本物理规律、数值算法解决应用数学问题的能力,为以后从事专业理论研究和交叉学科研究打下坚实的基础。
Teaching Objectives and Requirements:
This advanced course provides senior undergraduate students in applied mathematics, physics, and related engineering disciplines with a rigorous foundation in electromagnetic theory and computational modeling. The curriculum is structured around three core modules:
Part I: Dimensional Analysis & Mathematical Modeling:
Establishes the principles of scaling, dimensional analysis, and the formal mathematical formulation of physical laws.
Part II: Advanced & Frontier Electromagnetism:
Re-examines Maxwell’s equations—incorporating initial value formulations, nanoscale boundary conditions, and magnetic charges—while introducing cutting-edge topics such as relativistic electrodynamics and topological electromagnetism.
Part III: Computational Methods & AI Frontiers:
Covers core numerical algorithms (FEM, FDM, MoM), simulation tools (MATLAB, COMSOL), and modern paradigms including Mimetic FEM, Finite Integration Technique (FIT), and Physics-Informed Neural Networks (PINNs).
Ultimately, students will be equipped to translate fundamental physical laws into rigorous mathematical models, implement state-of-the-art computational algorithms, and address complex interdisciplinary research challenges.
讲师
日期
2026年09月14日 至 12月31日
修课要求
预修课程:求真选课指南
课程大纲
课程大纲:
第一部分
第一章 物理量与量纲分析
第二章 量纲分析应用于物理学
第三章 矢量与张量分析
第四章 物理方程的建立
第二部分
第五章 麦氏方程组讨论:初值表述、纳米尺度边界条件、含磁荷的方程
第六章 电磁场波动方程
第七章 电磁场能量、动量和应力张量
第八章 相对论电磁学
第九章 拓扑电磁学
第三部分
第十章 有限元法
第十一章 差分法
第十二章 矩量法
第十三章 MATLAB与COMSOL计算
第十四章 前沿:有限积分技术(FIT)与拟态有限元法(Mimetic FEM)等
第十五章 前沿:神经网络与PINN(AI计算电磁学)等
复习与考试
考试形式:数值计算,大作业形式
Course Syllabus:
Part I:
Chapter 1: Physical Quantities and Dimensional Analysis
Chapter 2: Applications of Dimensional Analysis in Physics
Chapter 3: Vector and Tensor Analysis
Chapter 4: Formulation of Physical Equations
Part II:
Chapter 5: Discussion on Maxwell's Equations: Initial Value Formulations, Nanoscale Boundary Conditions, and Equations with Magnetic Charges
Chapter 6: Wave Equations of Electromagnetic Fields
Chapter 7: Energy, Momentum, and Stress Tensor of Electromagnetic Fields
Chapter 8: Relativistic Electromagnetism
Chapter 9: Topological Electromagnetism
Part III:
Chapter 10: Finite Element Method
Chapter 11: Finite Difference Method
Chapter 12: Method of Moments
Chapter 13: Computation with MATLAB and COMSOL
Chapter 14: Frontiers: Finite Integration Technique (FIT), Mimetic Finite Element Method (Mimetic FEM), etc.
Chapter 15: Frontiers: Neural Networks, Physics-Informed Neural Networks (PINN), etc.
Review and Examination
第一部分
第一章 物理量与量纲分析
第二章 量纲分析应用于物理学
第三章 矢量与张量分析
第四章 物理方程的建立
第二部分
第五章 麦氏方程组讨论:初值表述、纳米尺度边界条件、含磁荷的方程
第六章 电磁场波动方程
第七章 电磁场能量、动量和应力张量
第八章 相对论电磁学
第九章 拓扑电磁学
第三部分
第十章 有限元法
第十一章 差分法
第十二章 矩量法
第十三章 MATLAB与COMSOL计算
第十四章 前沿:有限积分技术(FIT)与拟态有限元法(Mimetic FEM)等
第十五章 前沿:神经网络与PINN(AI计算电磁学)等
复习与考试
考试形式:数值计算,大作业形式
Course Syllabus:
Part I:
Chapter 1: Physical Quantities and Dimensional Analysis
Chapter 2: Applications of Dimensional Analysis in Physics
Chapter 3: Vector and Tensor Analysis
Chapter 4: Formulation of Physical Equations
Part II:
Chapter 5: Discussion on Maxwell's Equations: Initial Value Formulations, Nanoscale Boundary Conditions, and Equations with Magnetic Charges
Chapter 6: Wave Equations of Electromagnetic Fields
Chapter 7: Energy, Momentum, and Stress Tensor of Electromagnetic Fields
Chapter 8: Relativistic Electromagnetism
Chapter 9: Topological Electromagnetism
Part III:
Chapter 10: Finite Element Method
Chapter 11: Finite Difference Method
Chapter 12: Method of Moments
Chapter 13: Computation with MATLAB and COMSOL
Chapter 14: Frontiers: Finite Integration Technique (FIT), Mimetic Finite Element Method (Mimetic FEM), etc.
Chapter 15: Frontiers: Neural Networks, Physics-Informed Neural Networks (PINN), etc.
Review and Examination
参考资料
参考书目:求真选课指南
听众
Undergraduate
, Advanced Undergraduate
, Graduate
, 博士后
视频公开
不公开
笔记公开
不公开
语言
中文
讲师介绍
邵佳佳,北京雁栖湖应用数学研究院副教授; 2019年获中国科学院大学理学博士学位, 凝聚态物理专业, 期间2018年9月至2019年3月在瑞典访学; 2019年6月至2021年7月在中科院北京纳米能源所进行博士后研究; 2021年-2026年, 任中科院北京纳米能源所/中国科学院大学副研究员/副教授、青年研究员 。主要研究方向:曲面电磁计算、共形结构、多物理场建模与仿真。近年来在Nat. Rev. Methods Primers.、Sci. Adv.、Appl. Phys. Rev.等期刊上发表SCI论文80余篇, 多篇Featured/Tutorials/ESI高被引论文, 中英文合著10章, 谷歌引用7200余次、H-index 43 (截止05. 2026)。主持或参与国自然、科技部、中科院、国科大等项目12项,并担任多个国际期刊青年编委与组织负责人。