中国科技大学张璞扬教授“中国科技大学电磁学(非物理类)课程的基本要求”

1、中国科学技术大学电磁学（非物理类）教学基本要求（草案）中国科学技术大学物理学院 张璞扬总则:电磁学是普通物理系列中重要的基础课。鉴于研究对象的重大变化，必将引入新的概念、新的研究方法、新的描述方法和新的数学工具。这就要求,以学习“场”的概念和处理“场”的方法为中心，沿着“有源无旋场无源有旋场涡旋场电磁场”的发展脉络，紧扣“静-动-变-波”的教学主线。在着重对电磁学基本概念、基本规律与基本方法进行阐述的基础上，重视内容的取材和更新，根据不同专业特点，适当增添一些与电磁学相关的现代科技知识介绍，以使学生开阔眼界、扩大知识面。在内容讲述上，力求做到突出重点、层次分明、由浅入深、逐步理解麦克斯韦的电磁

2、场理论，为建立物理理论提供了光辉的范例。开场白:教员自我介绍（包括主讲、辅导）、联系方式、课程总体安排、成绩计算等等。绪论（1）1、1、什么是电磁学；2、研究的对象；3、适用范围；4、重要性；5、 电磁学主要特色与历史沿革 ；6、教与学：课堂教学、课外教学相结合及其要求。 2、.简要介绍矢量分析基础知识，突出梯度、旋度、散度及斯托克斯公式和高斯公式。第一章 真空中的静电场 (8) 1.1 电荷守恒： 1、电荷的定义； 2、电荷的特性； 3、电荷守恒定律。1.2 库仑定律： 1、库仑定律建立的基础；2、库仑的扭称实验与电摆实验； 3、库仑定律；4、对库仑定律的几点说明：特别是点电荷的概念；5、

3、建立定律的归纳法简介。1.3 叠加原理： 1、叠加原理的表述；2、叠加原理的应用：各种带电体系 对静止点电荷的作用力，首先引入电荷密度的概念；3. 各种带电体系 之间的作用力。1.4电场强度： 1、电场强度的定义；2、各种带电体的电场强度；3、电场 的物质性；4、计算电场的典型例子：电偶极子、线电荷、面电荷、球 面电荷；5、电场线：规定、电场线的性质。1.5高斯定理： 1、描叙矢量场性质的两个基本物理量：通量与环量；2、 水流量水通量电通量；3、高斯定理通量定理：其物理含义，并 澄清“点电荷在高斯面”上的佯谬；4、高斯定理与库仑定律的关系；5、 应用举例：适用的对象特征（对称性好）：均匀带电的

4、无限大薄平板、 均匀带电无限长细棒、均匀带电球的电场强度。1.6环路定理： 1、水流速度场的环量；2、静电场的环量；3、环路定理； 4、与库仑定律的关系1.7电势： 1、电势差和电势：简介零点的选择；2、电势的一般表达式：3、 E与U的微分关系；4、等势面；5、计算举例：电偶极子的电势及电场、 均匀带电薄圆盘轴线上的电势与电场、均匀带电球壳的电场与电势。 第二章 静电场中的导体和电介质（14）2.1物质的电性质：1物质的电性质; 2电场对电荷系统的作用 2.2静电场中的导体: 1、静电感应与静电平衡;2、处在静电平衡条件下导体的性质：导体上电荷的分布规律，静电空腔与静电屏蔽;3、导体在静电场中

5、性质的应用：空腔带电的电势分布及带电量。2.3电容与电容器:1、孤立导体的电容;2、电容器：计算电容的一般步骤，举例：无限长平行导线单位长度分布电容;3、电容器的连接。 2.4电介质：1、电介质微观模型；2、类型：有极分子与无极分子；3、极化方式：位移极化、转向极化。2.5 极化强度矢量:1、P与极化电荷的关系： ；2、P与电场E的关系：重点介绍 ；3、举例：被极化的均匀电介质球极化电荷分布、平板电容器极化电荷分布。2.6 电介质中静电场的基本定理:1、高斯定理：引入电位移矢量，明确其物理意义，对各向同性介质有；2、环路定理；3、举例：平板电容器容量随介质分布变化而变化。2.7 边值关系:1、

6、电场强度切向连续；2、电位移矢量法向连续； 3、电势连续；4、电位移线折射定律。2.8真空中点电荷的相互作用能：1、以三个点电荷系统为例，引入点电荷系统相互作用能；2、举例：立方体晶体空间点阵相互作用能计算。2.9 连续电荷分布的静电能：1、推导连续电荷分布静电能公式；2、讨论：；点电荷自能；与的区别与应用；以均匀带电球体为例计算静电能。 2.10 电荷体系在外电场中的静电能：1、电荷体系在外电场中的静电能；2、对点电荷系。2.11 电场的能量和能量密度：1、平板电容器的能量分布；2、电能密度。第三章 稳恒电流（6）3.1 稳恒条件：1、电流密度；2、电流连续方程；3、稳恒条件。3.2欧姆定律

7、：1、欧姆定律及微分形式；2、焦耳定律及微分形式；3、欧姆定律、焦耳定律的经典电子论解释；4、欧姆定律的失效问题。3.3电源及电动势：1、电源及其电动势；2、常见的几种电源；3路端电压、电动势和全电路欧姆定律；4稳恒电路的特点 3.4 基尔霍夫定律：1、节点、支路和回路；2、基尔霍夫定律:支路电流法; 回路电流法;3、基尔霍夫定律应用：电流方向标定、正负号约定、方程的独立性；4、举例：平衡电桥、星形接法与三角形接法转换及应用。第四章 真空中的静磁场（10）4.1 磁现象及磁场:1、磁的基本现象与磁的库仑定律；2奥斯特实验电流磁效应；3、安培分子电流假设。 4.2 安培定律：1、四个示零实验；2

8、、安培定律；3、安培力及其应用。 4.3 毕奥萨伐尔定律：1、磁感应强度；2、毕奥一萨伐尔定律3、毕奥一萨伐尔定律应用：专题讨论：直电流、圆电流、长直螺旋管，举例。4.4 静磁场的基本定理：1、磁场的高斯定理；2、安培环路定理；3、磁场的几何描述 ；4、两条定理与毕奥一萨伐尔定律的关系；5安培环路定理的应用：专题讨论：无限长载流圆柱面、环形螺旋管、无限大平面，举例。 4.5 磁场对电流的作用：1、磁场对载流导体的力；2、“安培”基本单位定义；3、载流线圈在磁场中所受的力矩；4、计算举例。4.6 带电粒子在磁场中的运动：1、运动特征：洛仑兹力、带电粒子在均匀磁场中、在非均匀磁场中；2、应用举例：

9、回旋加速器、质谱仪、磁聚焦、核聚变、电子同步加速器与同步辐射（针对不同专业有所侧重介绍）；3、宏观效应：安培力、霍尔效应。第五章 静磁场中的磁介质（6）5.1 磁介质及其磁化强度M:1、磁介质的磁化；2、磁化强度；3、磁化电流；4、磁化强度与磁化电流的关系: 、;5、举例:磁棒的磁化、中子星的磁化电流。5.2 磁介质中静磁场的基本定理： 1、安培环路定理；2、高斯定理；3、举例。5.3 介质的磁化规律：1、介质按磁化规律的分类2、介质磁化的微观机制 3、无限均匀线性各向同性介质中的静磁场：以同轴电缆为例，分别计算、。5.4 边值关系：1、磁场在磁介质界面上的边值关系、磁感应线的折射、磁屏蔽；2

10、、分区均匀线性各向同性介质中的静磁场。5.5 磁路定理及其应用：1、磁路定理的基本方程；2、磁路定理的应用 。 第六章 电磁感应（12）6.1 电磁感应定律:1、电磁感应现象：发现、规律、楞次定律；2法拉第电磁感应定律：说明：积分形式、感应电流与感应电量。 3、感应电动势的计算：感应电动势方向的判断；4、块状导体中的电磁感应现象5、电磁感应定律和磁场的高斯定理。6.2 动生电动势和感生电动势1动生电动势：洛仑兹力产生动生电动势、洛仑兹力的转换功能、交流电动机、动生电动势的计算；2感生电动势：麦克斯韦的涡旋电场的假设、积分表达式、涡旋电场物理本质；3、电子感应加速器；4、两种电动势引出的问题。6

11、.3 互感与自感：1、自感现象和自感系数：定义、单位、计算；2、互感现象和互感系数：定义、单位、计算；3同名端与异名端、两线圈的串联和并联。6.4 似稳电路和暂态过程：1、似稳条件；2、似稳电路方程：电源区、电阻区、电容区、电感区；3、多回路电路的基尔霍夫定律；4、暂态过程：RL电路、RC电路、RLC电路。6.5 载流线圈系统的磁能:1、自感磁能：一个载流线圈的磁能；2 、互感磁能：一对线圈的互感磁能；3、总磁能：一对线圈系统、推广到n个线圈系统。 6.6 载流线圈在外磁场中的磁能:1、N个线圈处在外场中,其磁能为;2、外场均匀时,.6.7 磁场的能量和磁能密度：1、螺绕环的磁能；2、磁能密度

12、；3、总磁能：、举例。第七章 交流电（6）7.1 基本概念和描述方法：1、基本概念:似稳判据式；2、描述方法：函数描述（频率、峰值、相位）、矢量描述（旋转矢量、矢量合成）、复数描述。7.2 交流电路的矢量解法：1、交流电路元件的矢量描述；2、电路方程的矢量形式； 7.3 交流电路的复数解法：1、交流电路的基本方程；2、欧姆定律、基尔霍夫定律的复数形式；3交流电路元件的复阻抗。4、串联谐振电路（矢量描述、复数描述、特征、共振、品质因素）。5、并联谐振电路（复数描述、计算）。7.4 交流电的功率：1、瞬时功率；2、平均功率；3、视在功率和功率因素；4、由电压和电流复数有效值计算平均功率；5举例。7.5 交流电路分析举例：变压器电路：变流比、变压比、理想变压器。第八章 麦克斯韦电磁理论（4）8.1 麦克斯韦方程组：1、位移电流：安培环路定律的困难、位移电流的假、全电流定律、计算B； ；3、麦克斯韦方程组；4、边值关系。8.2 平面电磁波：1、电磁波的产生机制 ；2、平面电磁波的性