《工程电磁场》课程教学大纲

《工程电磁场》教学大纲课程英文名EngineeringElectromagneticFields课程代码03M0111学分2总学时32理论学时32实验/实践学时0课程类别学科基础课课程性质任选先修课程高等数学、数学物理方法、电路分析基础等适用专业电子信息工程开课学院信息工程学院一、课程地位与课程目标（一）课程地位本课程是电子信息工程专业本科生的学科选修课。该课程应用高等数学的微积分理论和级数问题、数学物理方法中的定解问题求解以及电路理论中的电路分析和正弦电路等知识，分析了宏观电磁场的基本性质和基本规律，并介绍其应用方面的基本知识及技能。通过学习使学生能够掌握在工程活动中获取相关信息的基本方法，对工程中的电磁现象与电磁过程，能应用场的观点进行初步分析；对一些简单的问题能进行计算,如电子信息工程领域工程问题电磁波动方程、天线的电磁场等，并用数学物理方法里的分离变量法、积分变换法等方法求解电磁波动方程等；本课程建立了电子信息领域工程问题如麦克斯韦方程组、电磁波动方程、天线的电磁场等的数学物理模型；为进一步研究电磁场问题，如微波和射频电路设计、高频电路准备必要的理论基础。（二）课程目标1.了解泛定方程Maxwell方程组以及定解条件的建立过程，了解从实践升华到理论的过程，培养从实践和理论相结合分析问题的能力。2.掌握静态（恒定）电场、磁场的分析方法和控制。3.掌握准静态电磁场和时变电磁场的分析方法。进一步理解研究电磁场问题，为微波和射频电路设计、高频电路提供必要的理论基础。二、课程目标达成的途径与方法主要以课堂教学为主，结合课后习题和期末考试。三、课程目标与相关毕业要求的对应关系课程目标课程目标对毕业要求的支撑程度（H、M、L）毕业要求2.1毕业要求3.1毕业要求4.1课程目标1M(0.2)课程目标2M(0.2)H(0.2)课程目标3H(0.2)M(0.2)注：1.支撑强度分别填写H、M或L（其中H表示支撑程度高、M为中等、L为低）。2.毕业要求应根据课程所在专业培养方案进行描述。3.通识选修课程可不填写上表。四、课程主要内容与基本要求1、工程电磁场绪论了解工程电磁场的基本内容及其应用领域，以及本课程在电子信息工程专业所处的地位。针对静电场、恒定电磁场和时变电磁场，建立理论模型，并且运用数学物理方法、微积分、矢量分析基础最终解决该类问题的全过程。通过这部分的学习，能使学生初步了解和掌握工程活动中获取相关信息的基本方法。2、静电场首先需要理解静电场、电势、电位移、极化强度、电容、电场能量分布等基本物理概念。掌握描述静电场的基本方程（环路定律和高斯定律的微分形式和积分形式、本构方程等）以及静电场的泛定方程和定解条件（包括静电场的泊松方程与拉普拉斯方程、分界面上的衔接条件和边界条件等）。理解定解的唯一性定理，并掌握求解定解问题电轴法和镜像法。通过这部分内容的学习，让学生初步具备应用Maxwell方程对工程/物理中的静电场问题的描述并求解该定值问题的能力。3、恒定电场首先需要理解恒定电场、电流密度、电导、部分电导等基本物理概念。其次熟练掌握描述恒定电场的基本方程，充分理解环欧姆定律的微分和积分形式、焦耳定律的微分和积分形式、本构方程等，并从基本方程出发理解恒定电场中恒定电流的连续性。最后理解导电媒质中恒定电场与介质中静电场的相似和不同。4、恒定磁场理解恒定磁场、物质的磁化、磁偶极磁场、磁化强度、磁场强度、磁位、磁矢位、电磁自感和互感、磁场能量及其分布等基本物理概念。熟练掌握描述恒定电场的基本方程，充分掌握安培环路定律的微分和积分形式、本构方程等，并从基本方程出发掌握恒定磁场的无散、有旋性。5、时变电磁场掌握电流概念的推广、位移电流、电流的连续性、安培环路定律的推广、麦克斯韦第一方程。理解电磁感应定律的推广、麦克斯韦第二方程。了解电磁场方程组、解的唯一性定理、分界面上的衔接条件。掌握时变电磁场能量、坡印亭矢量。了解动态位及其方程、电磁能的辐射、赫兹偶极子、似稳场的概念。6、准静态电磁场理解电准静态场与磁准静态场、磁准静态场和电路、电准静态场与电荷弛豫。理解集肤效应、涡流及其损耗、导体的交流内阻抗、邻近效应和电磁屏蔽。该部分内容是在第5部分基础上，重点讲解准静态电磁场的分析，这是工程应用中一个核心知识点。工程应用中的低频交流情形下的平板电容器、天线近区等均属于准静态电磁场范畴。该部分内容为进一步研究电磁场问题，如微波和射频电路设计、高频电路提供必要的理论基础。五、课程学时安排章节号教学内容学时数学生任务对应课程目标第0章标量场和矢量场；标量场的梯度、矢量场的旋度和散度。4课程目标1第1章静电场的基本方程及处理方法10完成有关静电场特性等方面的作业课程目标2第2章恒定电场的基本方程及处理方法4完成有关恒定电场、欧姆定律等方面的作业课程目标2第3章恒定磁场的基本方法，磁感应定律、磁路及其计算4完成有关恒定磁场、安培环路定律等方面作业课程目标2第4章时变电磁场：电磁感应定律和全电流定律；电磁场基本方程；正弦电磁场；电磁辐射6完成时变电磁场、麦克斯韦方程组、边界条件等方面的作业课程目标2课程目标3第5章准静态电磁场：电准静态场与磁准静态场的处理方法4完成准静态电磁场等方面的作业课程目标2课程目标3六、实践环节及基本要求无。七、考核方式及成绩评定考核内容考核方式评定标准（依据）占总成绩比例过程考核含到课率、课堂讨论发言、平时作业等点名记录讨论发言记录30%期末考核闭卷卷面成绩70%考核类别考查成绩登记方式百分制八、课程目标达成度评价方法课程目标权重成绩评定课程目标1过程考核0.3过程考核A10期末考试0.7期末考试B10目标达成度1=（0.3*A1+0.7*B1）/（0.3*A10+0.7B10）课程目标2过程考核0.3过程考核A20期末考试0.7期末考试B20目标达成度2=（0.3*A2+0.7*B2）/（0.3*A20+0.7*B20）课程目标3过程考核0.3过程考核A30期末考试0.7期末考试B30目标达成度3=（0.3*A3+0.7*B3）/（0.3*A30+0.7*B30）九、推荐教材与主要参考书（一）推荐教材：《工程电磁场导论》，冯慈璋、马西奎主编，高等教育出版社，2000年。（二）主要参考书：1、《电磁学》（第3版），赵凯华，陈熙谋，高