《电磁场与电磁波》教学大纲

电磁场与电磁波课程教学大纲一、课程的基本信息适应对象：本科，电子科学技术、物理学应用物理方向课程代码：16E05324学时分配：56（理论）赋予学分：3.5先修课程：高等数学、大学物理、电磁学、数学物理方法后续课程：微波技术与天线、光纤通信技术、通信原理二、课程性质与任务《电磁场与电磁波》课程是物理学应用物理方向、电子科学技术、通信工程专业的一门重要的必修专业基础课程。主要研究电磁场与电磁波的基本属性、描述方法、运动规律、与物质的相互作用及其应用。它不仅是后续课程《通信原理》、《微波技术》、《天线》的理论基础，而且电磁场在卫星通信、计算机通信、移动通信等新兴学科领域也得到了广泛的应用。本课程的任务是使学生对宏观电磁场与电磁波的基本概念和规律有深入完整的理解，掌握麦克斯韦方程组的含义及其应用，了解媒质的电磁特性及电磁场的边界条件，掌握宏观电磁场分布及电磁波传播的基本规律和特性，学会定量计算简单电磁场和电磁波问题的基本方法，具备对简单工程电磁问题的分析能力。为后续课程的学习及从事现代通信、电磁兼容和天线等方面的工作打下良好的理论基础。三、教学目的与要求1、课程教学目的：设置本课程的教学目的是：使学生通过本课程的学习牢固掌握电磁场与电磁波方面的基本概念、基本理论及主要分析方法，具有基本的电磁问题解题能力。要求学生应掌握静态和时变电磁场的基本性质、典型分析方法；正确理解电磁场的基本概念，并能运用这些概念，从电磁场的角度分析和处理一些典型的电磁场边值问题；掌握宏观电磁场的基本规律，对电磁场及电磁波的整体理论体系有一个比较完整的理解。2、课程教学基本要求内容上要求学生掌握电磁场的有关定理、定律、麦克斯韦方程等的数学表达式及其物理意义，掌握宏观电磁场分布及电磁波传播的基本规律和特性，使学生熟悉一些重要的电磁场问题的数学模型（如波动方程、拉氏方程等）的建立过程以及分析方法。培养学生正确的思维方法和分析问题的能力，使学生对"场"与"路"这两种既密切相关又相距甚远的理论有深刻的认识，并学会用"场"的观点去观察、分析和计算一些简单、典型的场的问题。为以后的学习和工作打下坚实的理论基础。能力上应使学生学会和掌握如何通过数学方法求解一些基本和实际的电磁场问题，并对结果给予物理解释的科学研究方法；使学生在运算能力和抽象思维能力方面受到初步而又严格的训练；培养学生解决和研究问题的能力，培养学生严谨的科学学风。方法上要着重物理概念、基本规律和基本问题的解释和阐述，注意本课程与大学物理电磁学的衔接，以及与后续课程的联系，注重解决常见基本问题和实际问题。在帮助学生打下坚实基础的前提下，坚持教学内容与现代科学技术接轨，使现代科学技术的成果渗透到本课程内容之中，提高学生的兴趣，拓宽学生的知识面。教法上针对《电磁场与电磁波》课程的数学要求高、公式多、物理概念抽象、理论难以掌握、学习易畏难等特点，该课程应通过多种教学方法在教学过程中的结合运用，使抽象的概念形象化，难懂的公式物理化，知识的掌握系统化，理论基础与实际应用密切联系，激发学生兴趣，培养学生探索性学习素养，启迪学生创新思想，促进学生知识拓展应用能力的提高。拟通过考试形式的改革，避免学生死记硬背公式而淡化知识学习和能力培养的目的，促进学生在课程集中学习的最后考前复习阶段，强化建立系统化理解掌握所学知识的学习方法，提高学生对知识的提炼、总结和归纳能力。四、教学内容与安排第一章矢量分析(8学时)教学内容：1、矢量代数2、三种常用正交曲线坐标系3、标量场的梯度4、矢量场的通量与散度5、矢量场的环流与旋度6、无旋场与无散场7、拉普拉斯定理与格林定理8、亥姆霍兹定理教学要求：1、熟练掌握矢量的基本运算以及梯度、散度、旋度的计算公式；2、掌握重要的矢量恒等式及常用坐标系；3、了解亥姆霍兹定理。第二章电磁场的基本规律(6学时)教学内容：1、电荷守恒定律2、真空中静电场的基本定律3、真空中恒定磁场基本定律4、媒质的电磁特性5、电磁感应定律和位移电流6、麦克斯韦方程组7、电磁场的边界条件教学要求：1、理解电荷密度及电流密度矢量概念，牢固掌握真空中静电场、静磁场高斯定律的微、积分形式和环路定律的微、积分形式，并能应用其求解电磁问题；2、熟悉电流连续性方程，深刻领会麦克斯韦方程组的含义，并熟练应用其求解电磁问题；3、牢固掌握电磁场的边界条件。第三章静态电磁场及其边值问题的解（10学时）教学内容：1、静电场分析2、导电煤质中恒定电场分析3、恒定磁场分析4、静态场的边值问题及解的惟一性定理5、镜像法6、分离变量法教学要求：1、熟练掌握静电场、静磁场、恒定电流场和恒定电场的场方程及其性质；2、理解静态场特性以及泊松方程和拉普拉斯方程；3、熟练应用镜像法求解静态电磁场问题，能应用分离变量法求解静态电磁问题。第四章时变电磁场（8学时）教学内容：1、波动方程2、电磁场的位函数3、电磁能量守恒定律4、惟一性定理5、时谐电磁场教学要求：1、熟练掌握时谐电磁场中各场量的瞬时表达式和复数表达式以及它们之间的相互转换；2、掌握坡印廷定理及能流密度矢量的计算与应用；3、理解波动方程和时变电磁场的位函数。第五章均匀平面波在无界空间中的传播（8学时）教学内容：1、理想介质中的均匀平面波2、电磁波的极化3、均匀平面波在导电煤质中的传播4、色散与群速教学要求：1、熟练掌握均匀平面波的特点与传播规律；2、熟练掌握电磁波的极化概念和极化类型的判断；3、了解导电媒质中的平面波传播特性。第六章均匀平面波的反射与透射（8学时）教学内容：1、均匀平面波对分界平面的垂直入射2、均匀平面波对多层介质分界平面的垂直入射3、均匀平面波对理想介质分界平面的斜入射4、均匀平面波对理想导体平面的斜入射教学要求：1、熟练掌握均匀平面波垂直入射的反射和透射规律；2、掌握波的反射系数和透射系数计算以及反射场和透射场的求解；3、了解均匀平面波斜入射的反射和折射特性规律，了解波的全反射与全折射现象。第七章导行电磁波(8学时）教学内容：1、导行电磁波概论2、矩形波导3、传输线教学要求：1、掌握金属波导中导行波的传播特性，波导中的模式概念，不同模式的传播条件；2、掌握矩形波导中电磁波的场分布及传播特性，矩形波导中主模的表示及其特性；3、理解分布参数电路的概念、分布参数等效电路模型；4、掌握均匀传输线方程的推导、均匀传输线方程的通解及其含义；5、掌握无损耗均匀传输线三种工作状态的工作条件、含义及电压、电流、阻抗分布规律。五、教学设备与设施本课程以课堂讲授为主，并积极运用多媒体等现代化教学手段和板书相结合的教学形式，增加学生的学习积极性。主要教学设备和设施为多媒体教学辅助设备。必要时可使用实物投影仪。六、课程考核与评估本课程考核形式为闭卷考试，考试时间为100分钟，成绩评定方法为：期评成绩(100%)=平时成绩(30%)+期末考试成绩(70%)。其中平时成绩包括平时作业和考勤。七、