電磁場與電磁波教案

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上電磁場與電磁波教案學 院： 電子與信息工程學院 教 研 室： 電信基礎教研室 課程名稱： 電磁場與電磁波 任課教師： 封志宏 學 期： 授課班級： 電子與信息工程學院 制 蘭州交通大學教案（理論教學用） 第 1 次課 學時：2授課對象章 節(jié)第1章 1.1， 1.2教學目的和要求回顧并進一步學習矢量代數(shù)的概念和運算，學習三種常用的正交坐標系（包括直角坐標系、圓柱坐標系、球坐標系）。由于電磁場的計算經常采用圓柱坐標系和球坐標系，所以這兩種坐標系在本課程中非常基礎和重要的知識點。講授主要內 容1.1 矢量代數(shù)1.2 三種常用的正交坐標系重 點難 點重點是直角坐標系、圓柱坐標

2、系和球坐標系，以及三種坐標系之間的換算關系。要求掌握知識點和分析方法要求掌握三種坐標系之下的微積分運算，以及三種坐標系之間的換算關系教授思路，采用的教學方法和輔助手段，板書設計，重點如何突出，難點如何解決，師生互動等1.1 矢量代數(shù)1.2 三種常用的正交坐標系1. 直角坐標系 位置矢量：線元矢量：面元矢量：，體積元：2. 圓柱坐標系， ,位置矢量：線元矢量：面元矢量： 體積元：3. 球坐標系,位置矢量：線元矢量：面元矢量：體積元：作業(yè)布置 1.8,1.9,1.10主 要參考資料電磁場與電磁波李錦屏 編著 蘭州大學出版社備注蘭州交通大學教案（理論教學用） 第 2 次課 學時：2授課對象章 節(jié)第1

3、章 1.3， 1.4 教學目的和要求梯度、散度和旋度是構成麥克斯韋方程組的基本算子，也是計算電磁場的基本算子，所以從方向導數(shù)、通量、環(huán)流的基礎上，把三個算子的物理意義和計算公式介紹并推導出來。講授主要內 容1.3標量場的梯度1.4 矢量場的通量和散度。重 點難 點重點是標量場的梯度，矢量場的通量和散度以及散度定理。難點是圓柱坐標系和球坐標系下梯度、通量和和散度的計算。要求掌握知識點和分析方法掌握標量場的梯度，矢量場的通量和散度的物理意義和計算以及散度定理。教授思路，采用的教學方法和輔助手段，板書設計，重點如何突出，難點如何解決，師生互動等1.3標量場的梯度直角坐標系：圓柱坐標系：球坐標系：1.

4、4 矢量場的通量和散度；通量直角坐標系散度散度定理直角坐標系：圓柱坐標系：球坐標系：作業(yè)布置 1.12,1.14,1.16,1.12,1.18主 要參考資料電磁場與電磁波李錦屏 編著 蘭州大學出版社備注蘭州交通大學教案（理論教學用） 第 3 次課 學時：2授課對象章 節(jié)第1章1.5，1.6教學目的和要求梯度、散度和旋度是構成麥克斯韋方程組的基本算子，也是計算電磁場的基本算子，所以從方向導數(shù)、通量、環(huán)流的基礎上，把三個算子的物理意義和計算公式介紹并推導出來。講授主要內 容1.5 矢量場的環(huán)流與旋度1.6 無旋場與無散場重 點難 點重點是矢量場的環(huán)流與旋度，無旋場與無散場，以及斯托克斯公式。難點是

5、圓柱坐標系和球坐標系下環(huán)流和旋度的計算。要求掌握知識點和分析方法掌握矢量場的環(huán)流與旋度的計算公式以及斯托克斯公式。教授思路，采用的教學方法和輔助手段，板書設計，重點如何突出，難點如何解決，師生互動等1.5矢量場的環(huán)流和旋度環(huán)流 直角坐標系下旋度 斯托克斯定理 直角坐標系： 圓柱坐標系：球坐標系：1.6 無旋場與無散場無旋場：。 ， ，無散場：充要條件。作業(yè)布置 1.15,1.27,1.29主 要參考資料電磁場與電磁波李錦屏 編著 蘭州大學出版社蘭州交通大學教案（理論教學用） 第 4 次課 學時：2授課對象章 節(jié)第1章 1.7， 1.8教學目的和要求 拉普拉斯運算是電磁場波動方程中的主要運算，亥

6、姆霍茲定理總結了矢量場的基本性質，指出研究矢量場要從場的散度和旋度著手，研究電磁場也要從電場和磁場的散度和旋度著手。講授主要內 容1.7 拉普拉斯運算與格林公式1.8 亥姆霍茲定理重 點難 點 重點是拉普拉斯運算和亥姆霍茲定理，難點是圓柱座標系和球坐標系下的拉普拉斯運算。要求掌握知識點和分析方法 要求掌握拉普拉斯運算。教授思路，采用的教學方法和輔助手段，板書設計，重點如何突出，難點如何解決，師生互動等1.7 拉普拉斯運算與格林公式直角坐標系：圓柱坐標系：球坐標系：1.8 亥姆霍茲定理作業(yè)布置主 要參考資料電磁場與電磁波李錦屏 編著 蘭州大學出版社蘭州交通大學教案（理論教學用） 第 5 次課 學

7、時：2授課對象章 節(jié)第2章 2.1, 2.1教學目的和要求回顧普通物理中所學的電荷守恒定律和真空中靜電場的基本規(guī)律，從梯度、散度、旋度的角度深入理解并掌握靜電場的基本規(guī)律，為時變場打下基礎。講授主要內 容2.1 電荷守恒定律2.2 真空中靜電場的基本規(guī)律重 點難 點 重點是電荷守恒定律和靜電場的基本方程，難點是高斯定理的推導。要求掌握知識點和分析方法 要求掌握電荷守恒定律，真空中靜電場的基本規(guī)律，能夠根據(jù)電荷分布計算空間的電場分布。教授思路，采用的教學方法和輔助手段，板書設計，重點如何突出，難點如何解決，師生互動等2.1 電荷守恒定律電荷體密度：電荷面密度：電荷線密度：點電荷的電荷密度：電流密

8、度矢量：電荷守恒定律： ，恒定電流的電流連續(xù)性方程：，2.2 真空中靜電場的基本規(guī)律點電荷：，體電荷：面電荷：線電荷：靜電場的基本方程，作業(yè)布置 2.1,2.2,2.3主 要參考資料電磁場與電磁波李錦屏 編著 蘭州大學出版社備注 蘭州交通大學教案（理論教學用） 第 7 次課 學時：2授課對象章 節(jié) 第2章2.3教學目的和要求 講授電介質的極化性質，包括極化電荷的面密度、體密度、電介質的本構關系、電介質的基本方程。講授主要內 容2.4 電介質的電特性重 點難 點重點是介質的本構關系和基本方程。難點是形象的理解極化現(xiàn)象。要求掌握知識點和分析方法要求掌握介質中的本構關系和基本方程，會利用基本方程求解

9、電磁場。教授思路，采用的教學方法和輔助手段，板書設計，重點如何突出，難點如何解決，師生互動等2.4 媒質的電磁特性 2.4.1 電介質的極化電介質表面的極化電荷面密度：極化電荷體密度：電介質的本構關系：電介質中的基本方程：，作業(yè)布置 2.9主 要參考資料電磁場與電磁波李錦屏 編著 蘭州大學出版社蘭州交通大學教案（理論教學用）第 7 次課 學時：2授課對象章 節(jié) 第2章2.4教學目的和要求 求解靜電場問題實質上求解特定邊界條件下，講授主要內 容2.4靜電場的邊界條件重 點難 點難點是邊界條件的理解和掌握。要求掌握知識點和分析方法要求掌握介質中的本構關系和基本方程，會利用基本方程求解電磁場。教授思

10、路，采用的教學方法和輔助手段，板書設計，重點如何突出，難點如何解決，師生互動等2.4 媒質的電磁特性 2.4.1 電介質的極化電介質表面的極化電荷面密度：極化電荷體密度：電介質的本構關系：電介質中的基本方程：，作業(yè)布置 2.9主 要參考資料電磁場與電磁波李錦屏 編著 蘭州大學出版社蘭州交通大學教案（理論教學用） 第 8 次課 學時：2授課對象章 節(jié)第2章2.5, 2.6, 2.7教學目的和要求 在靜態(tài)場的基礎上講授時變場的基本方程。麥克斯韋方程組是由法拉第電磁感應定律和位移電流假說推導出來。求解電磁場問題實質上求解特定邊界條件下的麥克斯韋方程組。講授主要內 容2.5 電磁感應定律和位移電流；2

11、.6 麥克斯韋方程組；2.7 電磁場的邊界條件重 點難 點 重點是麥克斯韋方程組和邊界條件。難點是邊界條件的理解和掌握。要求掌握知識點和分析方法 掌握麥克斯韋方程組和邊界條件。教授思路，采用的教學方法和輔助手段，板書設計，重點如何突出，難點如何解決，師生互動等2.5 電磁感應定律和位移電流法拉第電磁感應定律：推廣的電磁感應定律：，位移電流密度：全電流定律：，2.6 麥克斯韋方程組，本構關系：，2.7 電磁場的邊界條件邊界條件：， ， 作業(yè)布置2.16,2.25,2.272.29主 要參考資料電磁場與電磁波李錦屏 編著 蘭州大學出版社備注蘭州交通大學教案（理論教學用） 第 9 次課 學時：2授課

12、對象章 節(jié)第3章 3.1, 3.2教學目的和要求講授靜電場的分析方法，電位函數(shù)，推導出電能密度和電場總能量的計算公式。講授主要內 容3.1 靜電場分析；3.2 導電媒質中的恒定電場分析重 點難 點重點是電位函數(shù)，難點是電能密度的推導。要求掌握知識點和分析方法3.1 靜電場分析3.2 導電媒質中的恒定電場分析教授思路，采用的教學方法和輔助手段，板書設計，重點如何突出，難點如何解決，師生互動等3.1 靜電場分析3.1.1 靜電場的基本方程和邊界條件基本方程：本構關系：邊界條件：，3.1.2 電位函數(shù)點電荷：體電荷：面電荷：線電荷： 靜電位的微分方程： 邊界條件：，3.1.4 靜電場的能量電能密度：

13、電場的總能量： 3.2 導電媒質中的恒定電場分析恒定電場的基本方程：本構關系：恒定電場的邊界條件：，電位方程：，邊界條件：作業(yè)布置 3.2,3.3主 要參考資料電磁場與電磁波李錦屏 編著 蘭州大學出版社備注蘭州交通大學教案（理論教學用） 第 10 次課 學時：2授課對象章 節(jié)第3章 3.3, 3.4, 3.5教學目的和要求 介紹恒定磁場的分析方法，磁場能量密度，靜態(tài)場的邊值問題，唯一性定理和鏡像法。講授主要內 容3.3 恒定磁場分析；3.4 靜態(tài)場的邊值問題及解的惟一性定理；3.5 鏡像法重 點難 點重點鏡像法，磁場能量。要求掌握知識點和分析方法理解惟一性定理，掌握鏡像法。教授思路，采用的教學

14、方法和輔助手段，板書設計，重點如何突出，難點如何解決，師生互動等3.3 恒定磁場分析基本方程：，邊界條件：， ，磁場能量密度：磁場的總能量：3.4 靜態(tài)場的邊值問題及解的惟一性定理第一類邊值問題（或狄里赫利問題）：第二類邊值問題（或紐曼問題）：第三類邊值問題（或混合邊值問題）：， 惟一性定理3.5 鏡像法作業(yè)布置 3.7,3.11主 要參考資料電磁場與電磁波李錦屏 編著 蘭州大學出版社備注蘭州交通大學教案（理論教學用） 第 11 次課 學時：2授課對象章 節(jié)第4 章 4.1, 4.2教學目的和要求無源區(qū)域的電磁場經常通過波動方程來求解；有源區(qū)域的求解通過位函數(shù)求解。波動方程都是通過麥克斯韋方程

15、組推導。講授主要內 容4.1 波動方程；4.2 電磁場的位函數(shù)重 點難 點 重點是波動方程。要求掌握知識點和分析方法 掌握波動方程。教授思路，采用的教學方法和輔助手段，板書設計，重點如何突出，難點如何解決，師生互動等4.1 波動方程麥克斯韋方程， ， 無源區(qū)的波動方程，4.2 電磁場的位函數(shù)，位函數(shù)的波動方程：作業(yè)布置 41，4.2,4.3,4.4主 要參考資料電磁場與電磁波李錦屏 編著 蘭州大學出版社備注蘭州交通大學教案（理論教學用） 第 12 次課 學時：2授課對象章 節(jié)第4章 4.3, 4.4,4.5.1教學目的和要求 講授電磁能守恒定律和惟一性定理，時諧電磁場的復數(shù)表示。講授主要內 容

16、4.3 電磁能量守恒定律；4.4 惟一性定理；4.5.1重 點難 點 重點是電磁能守恒定律和坡印廷矢量，難點是對坡印廷定理的理解和惟一性定理的推導。要求掌握知識點和分析方法掌握電磁能守恒定律和坡印廷矢量的計算，掌握時諧電磁場的復數(shù)表示。教授思路，采用的教學方法和輔助手段，板書設計，重點如何突出，難點如何解決，師生互動等4.3 電磁能量守恒定律；電場能量密度：磁場能量密度：坡印廷定理的積分形式坡印廷矢量：4.4 惟一性定理4.5 時諧電磁場4.5.1 時諧電磁場的復數(shù)表示, ，作業(yè)布置 4.8,4.9主 要參考資料電磁場與電磁波李錦屏 編著 蘭州大學出版社蘭州交通大學教案（理論教學用） 第 13

17、 次課 學時：2授課對象章 節(jié)第4章 4.5.24.5.6教學目的和要求 講授復矢量的麥克斯韋方程、亥姆霍茲方程、平均能量密度和平均能流密度矢量。講授主要內 容4.5.2 復矢量的麥克斯韋方程；4.5.3 復電容率和復磁導率；4.5.4 亥姆霍茲方程；4.5.5 時諧場的位函數(shù)；4.5.6 平均能量密度和平均能流密度矢量重 點難 點重點是復矢量的麥克斯韋方程、亥姆霍茲方程、平均能量密度和平均能流密度矢量。要求掌握知識點和分析方法要求掌握復矢量的麥克斯韋方程、亥姆霍茲方程、平均能量密度和平均能流密度矢量。教授思路，采用的教學方法和輔助手段，板書設計，重點如何突出，難點如何解決，師生互動等4.5.

18、2 復矢量的麥克斯韋方程， 4.5.3 復電容率和復磁導率復介電常數(shù)：復磁導率：4.5.4 亥姆霍茲方程， ， 4.5.5 時諧場的位函數(shù),4.5.6 平均能量密度和平均能流密度矢量,作業(yè)布置 410，411，412，414主 要參考資料電磁場與電磁波李錦屏 編著 蘭州大學出版社蘭州交通大學教案（理論教學用） 第 14 次課 學時：2授課對象章 節(jié)第5 章 平面波5.1，5.1.1，5.1.2 教學目的和要求 講授理想介質中的均勻平面波。講授主要內 容5.1.1 理想介質中的均勻平面波函數(shù)；5.1.2 理想介質中的均勻平面波的傳播特點重 點難 點 重點是理想介質中的均勻平面波的傳播特點。要求掌

19、握知識點和分析方法掌握理想介質中的均勻平面波的傳播特點，能夠推導電場與磁場的關系，能夠求解傳播常數(shù)、波長、波阻抗、波速等參數(shù)。教授思路，采用的教學方法和輔助手段，板書設計，重點如何突出，難點如何解決，師生互動等5.1.1 理想介質中的均勻平面波函數(shù)波動方程：，5.1.2 理想介質中的均勻平面波的傳播特點，波數(shù)，波速，波阻抗作業(yè)布置 5.1,5.2,5.3,5.4,5.5主 要參考資料電磁場與電磁波李錦屏 編著 蘭州大學出版社備注蘭州交通大學教案（理論教學用） 第 15 次課 學時：2授課對象章 節(jié)第5 章 5.1.3，5.2教學目的和要求講授沿任意方向傳播的均勻平面波和電磁波的極化。講授主要內

20、 容5.1.3 沿任意方向傳播的均勻平面波；5.2 電磁波的極化重 點難 點 重點是沿任意方向傳播的均勻平面波以及電磁波的極化。要求掌握知識點和分析方法 要求掌握沿任意方向傳播的均勻平面波的傳播特性，能夠確定波大傳播方向，確定電場與磁場之間的關系，能夠確定電磁波的極化方式。教授思路，采用的教學方法和輔助手段，板書設計，重點如何突出，難點如何解決，師生互動等5.1.3 沿任意方向傳播的平面波，5.2 電磁波的極化 ， 線極化：若，對于一個給定點上電場矢量的方向隨著時間變化不變，軌跡是直線。2 圓極化：若， 。電場矢量隨著時間變化的軌跡是圓。3橢圓極化 ， 作業(yè)布置 5.6,5.7,5.8,5.1

21、1,5.12,5.14主 要參考資料電磁場與電磁波李錦屏 編著 蘭州大學出版社備注蘭州交通大學教案（理論教學用） 第 16 次課 學時：2授課對象章 節(jié)第5章5.3 , 5.4教學目的和要求 講授均勻平面波在導電媒質中的傳播以及色散與群速。講授主要內 容5.3 均勻平面波在導電媒質中的傳播；5.4 色散與群速重 點難 點 重點和難點是均勻平面波在導電媒質中的傳播特性。要求掌握知識點和分析方法 要求掌握均勻平面波在導電媒質中的傳播特性，會計算傳播常數(shù)、衰減常數(shù)、波速、波長、波阻抗等參數(shù)。理解色散和群速的概念。教授思路，采用的教學方法和輔助手段，板書設計，重點如何突出，難點如何解決，師生互動等5.

22、3 均勻平面波在導電媒質中的傳播波動方程：， ， ， ，5.4電磁波的色散和群速波速（相速）群速 作業(yè)布置 5.16,5.23,5.25,5.26主 要參考資料電磁場與電磁波李錦屏 編著 蘭州大學出版社蘭州交通大學教案（理論教學用） 第 17 次課 學時：2授課對象章 節(jié)第6章 6.1 教學目的和要求通過分析多層介質中的平面波，掌握麥克斯韋方程中的電場和磁場間的關系，運用邊界條件，理解波的傳播和反射。講授主要內 容 6.1 均勻平面波對分界平面的垂直入射重 點難 點重點和難點是入射波、反射波的表示，以及運用邊界條件確定入射波和反射波的振幅和相位關系。要求掌握知識點和分析方法掌握麥克斯韋方程中的

23、電場和磁場間的關系，運用邊界條件確定場幅系數(shù)。教授思路，采用的教學方法和輔助手段，板書設計，重點如何突出，難點如何解決，師生互動等6.1 均勻平面波對分界平面的垂直入射，運用邊界條件確定：，作業(yè)布置6.2，6.3，6.5主 要參考資料蘭州交通大學教案（理論教學用） 第 18 次課 學時：2授課對象章 節(jié)第7章 導行電磁波7.1教學目的和要求要求學生掌握用和表示和得便其它分量，理解TEM、TE和TM模式的定義。講授主要內 容7.1 導行電磁波概論重 點難 點用和表示和得便其它分量。要求掌握知識點和分析方法用和表示和得便其它分量，TEM、TE和TM模式。教授思路，采用的教學方法和輔助手段，板書設計

24、，重點如何突出，難點如何解決，師生互動等7.1 導行電磁波概論 三種模式（矢量波動方程的三種解）（1） TEM模（2） TE模，（3） TM模，作業(yè)布置 主 要參考資料備注蘭州交通大學教案（理論教學用） 第 19 次課 學時：2授課對象章 節(jié)第7章 7.2教學目的和要求要求學生掌握矩形波導中的傳輸模式，傳輸特性，主模式。講授主要內 容7.2 矩形波導重 點難 點矩形波導中的TE波、TM波、傳輸特性、TE10波。要求掌握知識點和分析方法計算波導中的場分布，模式的截止與傳輸，傳輸模的特性。教授思路，采用的教學方法和輔助手段，板書設計，重點如何突出，難點如何解決，師生互動等7.2 矩形波導 模式傳輸，模式截止傳播常數(shù) 相速波導波長主模式：截止頻率最低的模式為TE1