电磁场理论课程教学大纲

1、电磁场理论课程教学大纲一、课程基本信息课程编号Z6102B009课程名称电磁场理论课程英文名称Theory of Electromagnetic Fields总学时数64授课学时60实践学时实验学时0习题课学 时4设计学时学 分4开课单位信息工程学院电子信息工程系适用专业通信工程、电子信息工程、电子信息科学与技术等专业先修课程高等数学、大学物理、工程数学、电路分析等课程类别专业课程(必修)选用教材电磁场与电磁波(第4版)，高等教育出版社，谢处方、饶克谨，2006年主要教学参考书电磁场与电磁波(第2版)，西安电子科技大学出版社，王家礼、朱满座、路宏敏，2004年。本课程 任务和 目的电子类各专业

2、主要课程的核心内容都是电磁现象在特定范围、条件下的体现，分析电磁现象的定性过程和定量方法是通信、电子、电气、电力和电机等应用学科的重要理论基础，是电子类本科学生必备的专业知识和技能，关系到所培养学生的基本素质。本课程是进一步学习的必要基础，也是一些交叉领域的学科生长点和新兴边缘学科发展的基础。本课程将增强学生的适应能力、创造能力、计算能力和逻辑思维能力等，有利于培养学生严谨的科学态度。教学大纲制订单 位信息工程学院电子信息工程系教学大纲制订时间2009.4二、课程内容及基本要求第一章 矢量分析(一) 目的与要求理解标量场与矢量场的概念，了解标量场的等值面和矢量场的矢量线的概念。矢量场的散度和旋

3、度、标量场的梯度是矢量分析中最基本的重要概念，应深刻理解，掌握散度、旋度和梯度的计算公式和方法。散度定理和斯托克斯定理是矢量分析中的两个重要定理，应熟练掌握和应用。理解亥姆霍兹定理的重要意义。 (二) 教学内容1.1 矢量代数 标量和矢量；矢量的加法和减法；矢量的乘法1.2 三种常用的正交坐标系 直角坐标系；圆柱坐标系；球坐标系1.3 标量场的梯度 标量场的等值面；方向导数；梯度1.4 矢量场的通量与散度 矢量场的矢量线；通量与散度；散度定理1.5 矢量场的环流与旋度 环流；旋度；斯托克斯定理1.6 标量场的梯度 无旋场；无散场1.7 拉普拉斯运算1.8 亥姆霍兹定理 亥姆霍兹定理：在有限区域

4、内，矢量场由它的散度、旋度及边界条件惟一地确定。亥姆霍兹定理的意义：是研究电磁场的一条主线。(三) 课后练习课本习题1.1、1.4、1.11、1.12、1.16、1.18、1.22、1.24、1.25(四) 教学方法与手段理论讲解与习题讲解相结合。第二章 电磁场的基本规律(一) 目的与要求本章介绍了电磁场的基本规律，主要内容有：电荷与电荷分布，电流与电流密度，电流连续性方程；电场强度，库仑定律，磁感应强度，安培力定律；电场强度的矢量积分公式，磁感应强度的矢量积分公式。通过本章的学习，要求学生理解电荷与电荷密度、电流与电流密度的概念，理解并掌握电流连续性方程。理解并掌握、安培力定律。会计算一些典

5、型电荷分布的电场强度与一些典型电流分布的磁感应强度。 重点与难点：电荷分布与电流分布，库仑定律，磁感应强度，电场强度安培力定律。(二) 教学内容2.1电荷守恒定律 电荷及电荷密度；电流及电流密度；电荷守恒定律的积分形式和微分形式；电流连续性方程2.2 真空中静电场的基本规律库仑定律：平方反比；介电系数电场强度：电荷受到的电场力公式点电荷限制的意义：不扰动被测对象，操作意义；最小电荷量与最小载流子 量子电动力学与宏观电动力学研究对象的不同。静电场的旋度和散度2.3 真空中恒定磁场的基本规律 安培力定律；磁感应强度；毕澳沙伐尔定律；恒定磁场的散度和旋度2.4 媒质的电磁特性 电介质的极化；电位移矢

6、量；磁介质的磁化；磁场强度；媒质的传导特性2.5 电磁感应定律和位移电流 法拉第电磁感应定律；位移电流2.6 麦克斯韦方程组 麦克斯韦方程组的积分形式和微分形式；媒质的本构关系2.7 电磁场的边界条件 为什么需要边界条件；分界面上磁场的切向分量(三) 课后练习课本习题2.1、2.3、2.5、2.6、2.10、2.11、2.14、2.15、2.16、2.21、2.26(四) 教学方法与手段理论讲解、例题讲解和自学相结合。着重把数学表达式中的含义讲解清楚，使学生更容易掌握和记忆公式。通过公式的推导让学生掌握公式表达的含义，以及概念之间的相互关系。第三章 静态电磁场及其边值问题的求解(一) 目的与要

7、求理解电场强度与电位的定义，理解电场强度的线积分与路径无关的性质以及电场强度与电位之间的关系。了解媒质的线性,均匀和各向同性的含义，了解电偶极子，电偶极距的概念，了解极化电荷，极化强度的定义。理解电位移的定义以及它和电场强度，极化强度之间的关系，理解并能熟练应用高斯定律。掌握静电场的基本方程，掌握电位所满足的微分方程(泊松方程和拉普拉斯方程)，以及电场强度，电位移和电位在不同媒质分界面上的衔接条件，能列出简单场的边值问题,并能掌握一维边值问题的求解方法。理解边值问题解答的唯一性。掌握镜像法,能计算简单的场问题。了解电容的计算原则,了解多导体系统的部分电容的概念。了解电场能量及能量密度的概念,掌

8、握电场能量及能量密度的计算方法。了解广义力和广义坐标的概念,会应用虚位移法求电场力。了解分离变量法.能初步应用差分法来解决简单的平行平面电场问题。重点与难点：电位移矢量，自由空间静电场的基本方程；标量电位函数，泊松方程，拉普拉斯方程；点电荷的d函数表示，格林函数，格林定理，唯一性定理；电介质的极化，极化强度；介质中的高斯定律，边界条件；恒定电场的基本方程及边界条件，导体系统的电容，电场能量，静电力。(二) 教学内容3.1 静电场分析 静电场的定义；静电场的基本方程和边界条件；静电场的物理特性；电位定义和电位的物理意义；导体系统的电容；静电场的能量；静电力3.2 导电媒质中的恒定电场分析 恒定磁

9、场的基本方程和边界条件；导电媒质内恒定电流的电场与静电场的比拟；电容与电导比拟 3.3 恒定磁场分析 恒定磁场的基本方程和边界条件；恒流磁场的位函数；电感；恒定磁场的能量；磁场力3.4 静态场的边值问题的解及解的唯一性定理 边值问题的分类；唯一性定理；镜像法；分离变量法(三) 课后练习课本习题3.1、3.2、3.3、3.6、3.7、3.13、3.15、3.19、3.21。(四) 教学方法与手段理论讲解、例题讲解和自学相结通过公式的推导让学生掌握公式表达的含义，以及概念之间的相互关系。第四章 时变电磁场(一) 目的与要求理解电磁感应定律,理解时变条件下的电流连续方程,掌握麦克斯韦方程组及其物理意

10、义,理解坡印廷矢量的含义,会应用坡印廷定律分析电磁能传输问题,理解动态位与场量间的关系,了解洛仑兹条件。重点：时谐电磁场，电磁能量守恒定理(二) 教学内容4.1 波动方程 电场的波动方程；磁场的波动方程4.2 电磁场的位函数 矢量磁位的定义；矢量位的波动方程:；标量电位的定义；标量位的波动方程；达朗贝尔方程；Helmholtz方程4.3 电磁能量守恒定律 唯一性定理4.4 时谐电磁场 时谐电磁场中场量的瞬时表示式；时谐电磁场中场量的复数表示式；Maxwell方程的复数形式；边界条件的复数形式；波动方程的复矢量形式；复数介电常数；复数磁导率；复数坡印亭矢量，复数坡印亭定理。(三) 课后练习课本习

11、题4.1、4.3、4.5、4.7、4.9、4.10、4.11、4.14。(四) 教学方法与手段理论讲解、习题讲解和自学相结合。通过公式的推导让学生掌握公式表达的含义，以及概念之间的相互关系。第五章 均匀平面波(一) 目的与要求掌握时谐平面电磁波在理想介质和导电媒质中的传播规律,理解波阻抗,传播常数,相速,波长的含义。了解时谐平面电磁波垂直入射到两种不同媒质分界面上时的反射和折射规律。理解集肤效应和透入深度的概念。重点与难点: 理想介质中的均匀平面电磁波，电磁波的能量和能流；电磁波的极化特性；相速与群速；损耗媒质中的均匀平面电磁波；(二) 教学内容5.1 理想介质中的均匀平面波 波动方程的均匀平

12、面波解；电磁波传播方向的判定；均匀平面波为横电磁波（TEM）；磁场与电场的关系、波阻抗；电磁能量；坡印亭矢量与电磁能量的传播5.2 电磁波的极化 电磁波极化的定义；极化的由来；线极化波；圆极化波；椭圆极化波5.3 均匀平面波在导电媒质中的传播 导体媒质中的均匀平面波；不良导体和良导体；趋肤效应和趋肤深度5.4 色散和群速(三) 课后练习课本习题5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.8、5.11、5.14、5.19、5.22、5.26。(四) 教学方法与手段理论讲解和课堂例题相结合。第六章 均匀平面波的反射与透射(一) 目的与要求掌握均匀平面波对分界面的垂直入射和斜入射的规律。重点

13、和难点: 反射定律和折射定律(二) 教学内容6.1 均匀平面波在不同媒质界面上反射、折射的一般规律6.2 正弦平面波在不同媒质分界平面上反射、折射的一般规律(三) 课后练习课本习题6.1、6.2。(四) 教学方法与手段理论讲解和课堂例题相结合。第七章 导行电磁波 (一) 目的与要求了解沿均匀导波装置传输电磁波的一般分析方法。对矩形波导、圆形波导和谐振腔有基本的了解。重点和难点: 矩形波导、圆形波导和谐振腔(二) 教学内容7.1 导行电磁波概论 基本方程；导波波型的分类7.2 矩形波导 矩形波导的传播特性7.3圆柱形波导 圆柱形波导中的场分布；圆柱形波导中的传播特性；圆柱形波导中的三种典型模式7

14、.4 谐振腔 振和谐振腔的定义；微波谐振腔的物理结构；微波谐振腔与外界耦合的方式；振频率或谐振波长；谐振腔的品质因数值；矩形谐振腔(三) 课后练习课本习题7.1、7.2、7.3、7.9。(四) 教学方法与手段理论讲解和课堂例题相结合。第八章 电磁辐射 (一) 目的与要求了解滞后位，理解点偶极子的辐射，掌握电与磁的对偶性，理解磁偶极子的辐射。重点和难点：电偶极子和磁偶极子的辐射(二) 教学内容8.1 滞后位8.2 电偶极子的辐射8.3 电与磁的对偶性8.4 磁偶极子的辐射(三) 课后练习课本习题8.1。(四) 教学方法与手段理论讲解和课堂例题相结合。三、实践环节及基本要求无实践性环节。四、学时分配表：教学环节教学时数课程内容讲课实验实践习题课讨论课设计其他小计第1章 矢量分析88第2章 电磁场的基本规律1414第3章 静态电磁场及其边值问题的解12214第4章 时变电磁场88第5章 均匀平面波在无界空间