《电磁场与波》课程教学大纲（本科）

1、电磁场与波(Electromagnetic Fields and Waves)课程代码：03410041学分：3.5学时：56 （其中：课堂教学学时：56实验学时：。上机学时：0课程实践学时：0 ）先修课程：高等数学（包括矢量分析与场论），大学物理（电磁学部分）适用专业：光电信息科学与工程教材：David K. Cheng. Field and Wave of Electromagnetics, Second Edition.影印本.北京：清华大学 出版社,2007一、课程性质与课程目标（-）课程性质（需说明课程对人才培养方面的贡献）电磁场与波是高等学校光电信息科学与工程专业必修的专业基础课，

2、也可作为电气与电子 信息类各专业本科生继“电路”之后必修的重要主干课程。通过本课程的学习，培养学生掌握电子 电路和设备的电磁兼容分析和设计等工程科学技术中所需要的宏观电磁场与电磁波理论知识，即宏 观电磁场与电磁波的基本性质和基本规律及其工程应用的基本分析计算方法。使学生对工程中的电 磁场与电磁波问题能进行初步分析；对一些基本的、简单的电磁场与电磁波物理问题建立数学模型 进行计算；使学生更深入地了解电磁信号传输的本质；为进一步学习相关的专业技术知识准备必要 的理论基础。（二）课程目标（根据课程特点和对毕业要求的贡献，确定课程目标。应包括知识目标和能力目标。） 课程目标1:能培养学生用场的理论和波

3、动理论来分析解决所遇到的相应的实际问题，了解宏 观电磁场的主要应用领域及其原理；课程目标2：能够将电磁场和电磁波问题归结为解析解和数值求解问题并完成计第。（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系本课程支撑专业培养计划中毕业要求1和毕业要求2：.毕业要求1-2：具有解决光电信息工程问题所需的工程基础知识及其应用能力，占该指标点 达成度的20%；.毕业要求2-1：能够将数学、自然科学基本原理运用于光电信息工程问题的表述，占该指标点达成度的10%。目标毕业要求指课程目标1课程目标2毕业要求1-2V毕业要求2-1V二、课程内容与教学要求第一章 绪论The Electromagnetic Model

4、电磁模型(一)课程内容Introduction 弓 | 言The Electromagnetic Model 电磁模型SI Units and Universal Constant国际单位制和普适常数(二)教学要求掌握电磁场学的基本研究方法；知道电磁学中基本电磁场物理量；知道国际单位制中基本物理量和普适常数；(三)重点与难点重点电磁学中基本电磁场物理量；难点电磁场学的基本研究方法；第二章矢量分析Vector Analysis(一)课程内容) Introduction 弓| 言Vector Addition and Subtraction 矢量的加减法Products of Vectors 矢量

5、乘积Orthogonal Coordinate Systems 正交坐标系Integrals Containing Vector Functions 矢量函数积分Gradient of a Scalar Field 标量场的梯度Divergence of a Vector Field 矢量场的散度Divergence Theorem 散度定理Curl of a Vector Field s 矢量场的梯度Stokess Theorem 斯托克斯定理Two Null Identities 两零恒等式Helmholtzs Theorem 赫姆霍兹定理(二)教学要求(1)熟练掌握矢量的表示方法，矢量的

6、加、减、乘法运算等矢量代数运算；(2)掌握矢量场的空间位置点和矢量在正交曲面坐标系和三种常用坐标系中的表示方法，掌握 正交曲面坐标系和三种常用坐标系中的微分线元、面元及体元的表示，理解度量系数的含义，了解 在三种常用坐标系之间矢量场的坐标分量之间的关系，掌握矢量积分计算，知道两零恒等式及其应 用；(3)理解梯度、散度、旋度的概念，掌握在直角坐标系中梯度、散度、旋度的运算，了解在圆 柱和圆球坐标系中梯度、散度、旋度的运算，知道两零恒等式及其应用；(4)理解高斯定理、斯托克斯定理、亥姆霍兹定理。(三)重点与难点(若不单独列出，需在教学要求中适当注明)(1)重点是三种常用坐标系中的微分线元、面元及体

7、元的表示，梯度、散度、旋度的概念及运 算，高斯定理、斯托克斯定理的应用；(2)难点是旋度的运算和亥姆霍兹定理的理解。第三章 Static Electric Fields 静电场(-)课程内容Introduction 弓| 言Fundamental Postulates of Electrostatics in Free Space 自由空间中静电学基本假设Coulombs Law 库仑定律Gausss Law and Applications 高斯定理及应用Electric Potential 电位Conductors in Static Electric Field 静电场中的导体Diele

8、ctrics in Static Electric Field 静电场中的介质Electric Flux Density and Dielectric Constant 电通量密度与介电常数Boundaiy Conditions for Electrostatic Fields 静电场的边界条件Capacitance and Capacitors 电容和电容器Electrostatic Energy and Forces 电场能量和电场力(二)教学要求(I)知道自由空间中静电场的两个基本假设，理解库仑定律的意义，会利用高斯定理计算电 荷对称分布的电场；握电位的概念以及电位与电场强度及电荷密度的

9、关系，会由电荷密度或电场分布计算电 位，和由电位计算电场；握导体在静电场的特性，理解静电屏蔽的原理，知道导体的边值条件；了解介质极化、极化强度及束缚电荷的概念；掌握介质中的静电场方程、电位方程。掌握 电位移矢量和介电常数的概念；(5)掌握静电场的边界条件;(6)掌握电容的概念；了解部分电容的概念；会计算一些典型的简单导体结构的电容；(7)掌握电场能量和能量密度的概念；掌握用虚功原理计算电场力。(三)重点与难点(若不单独列出，需在教学要求中适当注明)(1)重点是点电荷、线电荷、面电荷的电场的计算，利用高斯定理计算对称分布电荷的电场, 电位的概念以及电位与电场强度及电荷密度的关系，电场能量和能量密

10、度的概念，用虚功原理计算 电场力；(2)难点是由电位计算电场，高斯定理的应用，束缚电荷、电场能量和能量密度的概念，用虚 功原理计算电场力。第四章 Solution of Electrostatic Problems 静电问题的求解(一)课程内容Introduction 弓 | 言Poissons and Laplace*s Equations泊松方程和拉普拉斯方程Uniqueness of Electrostatic Solutions 静电问题解的唯一，性Method of Images 镜像法Boundary-Value Problems in Cartesian Coordinates

11、笛卡尔坐标系中的边值问题Boundary-Value Problems in Cylindrical Coordinates 圆柱坐标系中的边值问题Boundary-Value Problems in Spherical Coordinates 圆球坐标系中的边值问题(二)教学要求掌握静电场电位泊松方程和拉普拉斯方程；理解静电问题解的唯一性的条件；握镜像法求解静电场的问题；了解静电场在三种常用坐标系中的边值问题求解。(三)重点与难点(若不单独列出，需在教学要求中适当注明)(1)重点镜像法求解静电场的问题；(2)难点静电问题解的唯一性的理解第五章 Steady Electric Currents

12、 恒定电流(一)课程内容Introduction 弓I 言Current Density and Ohms Law 电流密度和欧姆定律Electromotive Force and Kirchhoffs Voltage Law 电动势和基尔霍夫的电压定律Equation of Continuity and Kirchhoffs Current Law 连续性方程和基尔霍夫电流定律Power Dissipation and Joules Law 功率损耗和焦耳定律Boundary Conditions for Current Density 电流密度边界条件Resistance Calculat

13、ions 电阻的计算(二)教学要求(1)理解电流密度的概念，掌握欧姆定律和电阻的计算方法；(2)理解电动势的概念和基尔霍夫的电压定律；(3)掌握电流连续性方程、电流密度的边界条件和基尔霍夫电流定律；(4)理解功率损耗和焦耳定律(三)重点与难点(若不单独列出，需在教学要求中适当注明)(1)重点是电流密度的概念，恒定电流场方程、边界条件；(2)难点电动势的概念和恒定电流场方程、边界条件。第六章 Static Magnetic Fields 静磁场(一)课程内容Introduction 弓| 言Fundamental Postulates of Magnetostatics in Free Spac

14、e 自由空间中静磁学基本假设Vector Magnetic Potential 矢量磁位The Biot-Savart Law and Applications 毕奥-萨伐尔定律及应用The Magnetic Dipole 磁偶极子Magnetization and Equivalent Current Densities 磁化和等效电流密度Magnetic Field Intensity and Relative Permeability 磁场强度和相对磁导率Magnetic Circuits 磁路Behavior of Magnetic Materials 磁性材料Boundary Con

15、ditions for Magnetostatic Fields 静磁场的边界条件Inductances and Inductors 电感和电感器Magnetic Energy 磁场能量Magnetic Forces and Torques 磁场力和力矩(二)教学要求道自由空间中静磁场的两个基本假设，理解矢量磁位概念，知道矢量磁位泊松方程及其 在直角坐标系中点的解；解毕奥-萨伐尔定律，会利用毕奥-萨伐尔定律计算磁场强度；(3) 了解磁偶极子及其远场区的磁场特点；(4)理解介质磁化、磁化强度、磁化电流的概念，了解磁荷的概念；(5)理解磁场强度、磁化率、磁导率的概念及安培环路定理，会利用安培环路定

16、律计算一些典 型的具有对称电流分布的磁场；(6)会一些简单结构磁路的计算，了解磁性材料的特点；(7)掌握静磁场边界条件。(8)理解磁链、电感系数、互感系数的概念，会一些简单结构电感的计算，了解磁性材料的特占八、9(7)理解磁场能量和能量密度的概念，掌握磁场能量的计算和用虚功原理计算磁场力。(三)重点与难点(若不单独列出，需在教学要求中适当注明)(1)重点是静磁场的场方程，利用毕奥-萨伐尔定律、安培环路定律和矢量磁位计算磁感应强 度，磁场强度、磁化率、磁导率的概念，静磁场边界条件，磁场能量的计算和用虚功原理计算磁场 力；(2)难点是毕奥-萨伐尔定律计算磁场强度，矢量磁位的概念，磁场能量的计算和用

17、虚功原理 计算磁场力。第七章Time-Varying Fields and MaxwelFs Equations时变电磁场和麦克斯韦方程(一)课程内容Introduction 弓 I 言Faradays Law of Electromagnetic Induction 法拉第电磁感应定律MaxwelFs Equations 麦克斯韦方程Potential Functions 位函数Electromagnetic Boundary Conditions 电磁场的边界条件Wave Equations and Their Solutions 波动方程及其解Time-Harmonic Fields 时

18、谐场(二)教学要求(1)掌握法拉第电磁感应定律及其应用；(2)理解位移电流的概念；掌握麦克斯韦方程及其意义；(3)掌握位函数及其方程、位函数求解，理解滞后位；(4)掌握时变电磁场边界条件；(5)掌握波动方程及其解；(6)掌握时谐电磁场场的相量表示。(三)重点与难点(若不单独列出，需在教学要求中适当注明)(1)重点是法拉第电磁感应定律及应用，麦克斯韦方程和波动方程的求解，电磁场的边界条件；(2)难点是位移电流、滞后位概念及位函数求解，电磁场的边界条件。第八章 Plane Electromagnetic Waves 平面电磁波(一)课程内容Introduction 弓 | 言Plane Waves

19、 in Lossless Media无损耗介质中的平面波Plane Waves in Lossy Media有损耗媒质中的平面波Group Velocity 群速度Flow of Electromagnetic Power and the Poynting Vector 电磁功率流和坡印廷矢量流Normal Incidence at a Plane Conducting Boundary 垂直入射平面导体边界Oblique Incidence at a Plane Conducting Boundary 斜入射平面导体边界Normal Incidence at a Plane Dielectr

20、ic Boundary 垂直入射平面介质边界Normal Incidence at Multiple Dielectric Interfaces 垂直入射多层介质分界面Oblique Incidence at a Plane Dielectric Boundary 斜入射平面介质边界(二)教学要求握无损耗介质中的平面波的性质，理解波长、波阻抗、相速的概念和多普勒效应，掌握 电磁波线极化、圆极化和椭圆极化的判别方法；握导电媒质中的均匀平面波的性质，了解等离子体的概念；了解群速的概念，理解电磁功率流、坡印廷矢量的概念和坡印廷定理；握反射系数、驻波、输入阻抗的概念；会计算平面波垂直投射到导体、介质和

21、多层媒质 的反射和透射问题。握平面波斜投射到导体、理想介质界面的反射和透射问题；掌握斯涅尔定律全反射、全 透射、界面相位条件。(三)重点与难点(若不单独列出，需在教学要求中适当注明)点掌握均匀平面波在理想介质中和在损耗媒质中的传播特性；电磁波的极化特性；均匀 平面波对平面分界面的垂直入射和斜入射反射和透射问题。点是坡印廷矢量的概念和坡印廷定理的理解，极化波的判别，平行极化波和垂直极化波 的反射系数和透射系数的计算。三、学时分配及教学方法章(按序填写)教学形式及学时分配主要教学方法支撑的课程目标课堂 教学实验上 机课程 实践小 计第一章22讲授法目标1、2AA- 一工”一 第一早88讲授法目标2

22、第三章1010讲授法、讨论法目标1、2第四章66讲授法、讨论法目标1、2第五章44讲授法、讨论法目标1、2第八早1010讲授法、讨论法目标1、2第七章66讲授法目标1、2第八章1010讲授法、讨论法目标1、2合计5656注：1 .课程实践学时按相关专业培养计划列入表格；教学方法包括讲授法、讨论法、演示法、研究型教学方法（基于问题、项目、案例等教学方法）等。四、课程考核五、课程目标达成度评价考核形式考核要求考核权 重支撑的课 程目标备注课堂表现以随机的形式，在每章内容进行中或结束后，随堂测 试1-3题，主要考核学生课堂的听课效果和课后及时 复习消化本章知识的能力，结合平时的随机点名，进 行综合考核。15%目标1、2平时作业课后完成60-80个习题，主要