《电磁场与电磁波》教学大纲

1、安徽师范大学皖江学院电子信息系 电磁场与电磁波教学大纲电磁场与电磁波教学大纲课程性质：专业基础课先修课程：高等数学、大学物理、数学物理方法总学时：57学分： 3理论学时： 48实验或讨论学时：有实验（9学时）开课学院：皖江学院适用专业：电子信息工程大纲执笔人： 教学院长审定： 教研室主任审核： 一、说明1、课程的性质、地位和任务电磁场与电磁波课程是电子信息工程和通讯工程专业的一门重要专业基础课，它包括电磁场和电磁波两个方面的基本概念和基本理论，通过本课程的教学，阐明电磁场的基本概念、基本规律和基本分析计算方法，使学生获得电磁场与电磁波的基本理论知识和应用理论知识解决问题的能力，获得与之有关的分

2、析计算方法，为学习后续课程如微波技术奠定了理论基础。2、课程教学的基本要求电磁场与电磁波这门课程的理论性较强，概念较抽象，应用的数学知识较多，因此学习该课程的学生应具备高等数学、矢量分析、数理方法以及电磁学等相关课程的扎实数理基础本课程的基本要求是；(1)着重强调对电磁现象的基本知识和基本理论的理解和掌握；(2)强调基本理论在近代科技和电子工程中的应用；(3)对繁难的数学推导和证明尽量用简单的方法予以阐明；(4)对打“*”号的章节不作要求，供学有余力的学生自学；(4)总课时约57学时（其中实验9学时）。（5）需先修课程的有：高等数学、大学物理、数学物理方法。3、本课程的重点与难点重点：静电场与

3、静磁场的性质，介质的极化与磁化，恒定电场的特点，静电场边值问题，麦克斯韦方程组，电磁波在各种介质中传播时的特点。难点：静电场边值问题的求解，电磁波在波导中传播。二、课堂教学时数及课后作业题型分配章 目教 学 内 容教 学时 数教学方式或 手 段课 后 作 业思 考 题练 习 题一矢量分析4讲授二电磁场中的基本物理量和基本实验定律4讲授三静电场分析8讲授四静电场边值问题的解法5讲授五恒定磁场分析9讲授六时变电磁场4讲授七正弦平面电磁波8讲授八导行电磁波6讲授(讨论)合 计48三、正文第一章 矢量分析【教学目的】通过本章教学，使学生了解矢量场与标量场的含义，掌握矢量场与标量场的散度、旋度、梯度等三

4、种运算方法。【重点难点】矢量场的散度、旋度运算及标量场梯度的运算。第一节 标量场和矢量场1.1 标量场1.2 矢量场1.3 力线方程第二节 矢量与矢量场的不变特性1.1矢量场的不变特性1.2 应用举例第三节 矢量的通量 散度1.1 矢量的通量1.2 散度定义1.3 散度在直角坐标系中的表示1.4 高斯定理第四节 矢量的环流 旋度1.1 矢量的环流1.2 矢量的旋度定义1.3 旋度在直角坐标系中的表示1.4 矢量普适公式之一1.5 斯托克斯定理第五节 标量场的梯度1.1 锑度定义1.2 梯度在直角坐标系中的表示第六节 亥姆霍兹定理1.1 保守场1.2 亥姆霍兹定理第二章 电磁场中的基本物理量和基

5、本实验定律【教学目的】通过本章教学，使学生了解描述电磁场的基本物理量和基本实验定律，掌握计算电场强度和磁感应强度的积分公式。【重点难点】计算电场强度和磁感应强度的积分公式的应用。第一节 电荷和电荷分布1.1 电荷体密度1.2 电荷面密度1.3 电荷线密度第二节 电流与电流密度 1.1 电流密度矢量1.2 电流密度矢量与电荷体密度的关系1.3 电流线密度矢量1.4 电流线密度矢量与电荷面密度的关系第三节 电流连续性方程1.1电流连续性方程1.2 恒定电流特点第四节 电场 库仑定律1.1 库仑定律1.2 点电荷的电场1.3 电偶极子的电场第五节 安培力定律 磁感应1.1安培力定律1.2 毕奥沙伐定

6、律第六节 电场强度的矢量积分公式1.1 体电荷分布的电场强度计算公式1.2 面电荷分布的电场强度计算公式1.3 线电荷分布的电场强度计算公式第七节 磁感应强度的矢量积分公式1.1 体电流分布的磁感应强度计算公式1.2 面电流分布的磁感应强度计算公式第三章 静电场分析【教学目的】通过本章教学，使学生了解静电场的特点以及描述静电场的两个基本方程、电位函数的意义及其满足的方程、介质的极化现象、恒定电场的特点，掌握应用电场的边界条件计算具体问题的方法以及如何计算电场的能量。【重点难点】介质的极化规律，应用电场的边界条件计算具体问题的方法。第一节 静电场分析的基本变量1.1 电位移矢量1.2 物质方程第

7、二节 真空中静电场的基本方程1.1 真空静电场两个基本方程1.2 两个基本方程的证明1.3 两个基本方程的微分形式第三节 电位函数1.1 电位函数的定义1.2 电位函数与电场强度的关系第四节 泊松方程 拉普拉斯方程1.1 泊松方程1.2 拉普拉斯方程第五节 *点电荷的函数 *格林函数第六节 *格林定理 *泊松方程的积分公式第七节 唯一性定理1.1 唯一性定理1.2 唯一性定理讨论第八节 电介质的极化 极化强度1.1 介质的三种极化1.2 极化强度1.3 束缚电荷密度1.4 极化强度与电场强度的关系第九节 介质中的高斯定理 边界条件1.1介质中的高斯定理1.2 静电场的边界条件1.3电位的边界条

8、件第十节 恒定电场的基本方程 边界条件1.1 恒定电场1.2 恒定电场基本方程1.3 恒定电场边界条件第十一节 导体系统的电容导体系统的电容第十二节 电场能量 *静电力1.1 电场能量第四章 静电场边值问题的解法【教学目的】通过本章教学，使学生了解静电场边值问题的两个基本解法分离变量法和镜像法，掌握球坐标系的分离变量法和镜像法。【重点难点】球坐标系的分离变量法和镜像法。第一节 直角坐标系中的分离变量法1.1 直角坐标系中的分离变量法1.2 应用举例第二节* 园柱坐标系中的分离变量法第三节 球坐标系中的分离变量法1.1 球坐标系中的分离变量1.2 应用举例第四节 镜像法1.1 镜像法基本含义1.

9、2 应用举例第五节* 有限差分法第五章 恒定磁场分析【教学目的】通过本章教学，使学生了解恒定磁场的特点以及描述恒定磁场的两个基本方程、矢量位的意义及其满足的拉普拉斯方程、介质的磁化现象、掌握应用恒定磁场的边界条件计算具体问题的方法以及如何计算磁场的能量。【重点难点】介质的磁化规律，应用磁场的边界条件计算具体问题的方法。第一节 恒定磁场分析的基本变量1.1 磁场强度1.2 物质方程第二节 真空中磁场的基本方程1.1 磁通连续方程1.2 安倍环路定律第三节 矢量磁位1.1 矢量位1.2 库仑规范1.3 矢量位泊松方程1.4 矢量位计算公式第四节 磁偶极子的矢量位和标量位1.1 磁偶极子的矢量位1.

10、2 磁偶极子的标量位第五节 物质的磁化现象1.1 物质的磁化现象1.2 磁化强度1.3 磁化体电流密度与磁化面电流密度第六节 磁介质中磁场的基本方程1.1 磁介质中磁场的基本方程1.2 磁化强度与磁场强度的关系第七节 磁场的边界条件1.1 场变量的法向分量的边界条件1.2 场变量的切向分量的边界条件1.3 矢量位的边界条件第八节 *标量磁位第九节 自电感 互电感1.1自电感1.2互电感第十节 磁场能量 磁场能量第十一节 *磁场力第六章 时变电磁场【教学目的】通过本章教学，使学生了解时变电磁场的特点，麦克斯韦方程组，时变电磁场的边界条件，动态矢量位和标量位的概念及其满足的方程以及时变电磁场的能量

11、与能流坡印廷矢量、坡印廷定理。【重点难点】麦克斯韦方程组，坡印廷定理，动态位与达朗贝尔方程。第一节 法拉第电磁感应定律1.1 法拉第电磁感应定律的积分形式1.2 法拉第电磁感应定律的积分形式第二节 位移电流1.1 位移电流1.2 时变场安倍环路定律第三节 麦克斯韦方程1.1 麦克斯韦方程的积分形式1.2 麦克斯韦方程的微分形式第四节 时变电磁场的边界条件1.1 的边界条件1.2 的边界条件1.3 的边界条件1.4 的边界条件第五节 坡印廷定理和坡印廷矢量1.1 坡印廷定理1.2 坡印廷矢量第六节 波动方程 波动方程第七节 动态矢量位和标量矢量位1.1 动态矢量位1.2 标量矢量位1.3 洛仑兹

12、条件1.4 动态矢量位和标量矢量位满足的方程第七章 正弦平面电磁波【教学目的】通过本章教学，使学生了解正弦电磁场的概念及其满足的方程，电磁波在理想介质和导电媒质中传播时的特点以及电磁波的极化特性。【重点难点】亥姆霍兹方程，均匀平面电磁波的表示式及其在理想介质和导电媒质中传播时的特性。第一节 亥姆霍兹方程1.1 正弦电磁场1.2 麦克斯韦方程的复数形式1.3 亥姆霍兹方程第二节 平均坡印廷矢量 平均坡印廷矢量计算公式第三节 理想介质中的均匀平面波1.1 亥姆霍兹方程的均匀平面波解1.2 均匀平面波的分量1.3 本征阻抗1.4 均匀平面波的特点第四节 波的极化特性1.1 波的直线极化1.2 波的圆

13、极化1.3 波的椭圆极化第五节 损耗媒质中的均匀平面波1.1 等效介电常数1.2 传播系数1.3 损耗媒质中的均匀平面波第六节 对平面分界面的垂直入射1.1 对理想导体的垂直入射1.2 对两种导电媒质分界面的垂直入射第七节* 对平面分界面的斜入射第八节* 相速和群速第八章 导行电磁波【教学目的】通过本章教学，使学生了解电磁波沿矩形波导和传输线中传播时的一般特性以及谐振腔的工作特点。【重点难点】矩形波导中的波，传输线上波的传输特性。第一节 沿均匀导波装置传播的波的一般特性1.1 电磁波的三种模式1.2 导波装置中的亥姆霍兹方程第二节 矩形波导1.1 TM波1.2 截止频率1.3 TE波第三节 矩形波导中的波1.1 波1.2 波导电流分布*第四节* 圆柱形波导第五节* 波导中的能量传输和损耗第七节 传输线方程及其解1.1 分布参数的概念1.2 传输线方程及其解第八节 传输线上波的传输特性参数1.1 特性阻抗1.2 传播系数1.3 输入阻抗1.4 反射系数第九节 传输线的工作状态1.1 行波状态1.2 驻波状态1.3 混合波状态*第十节 谐振腔*四、课程考试平时考查与笔试相结合。平时考查内容为实验成绩（占20%）和作业（包括小论文、小设计等）的质量与数量（20%），笔试为期末测试（60%）。五、使用教材与教学参考书目【使用教材】1