電磁場(chǎng)理論-蘭州大學(xué)物理學(xué)院

1、電磁場(chǎng)理論課程教學(xué)大綱一、課程說明（一）課程名稱、所屬專業(yè)、課程性質(zhì)、學(xué)分；課程名稱：電磁場(chǎng)理論所屬專業(yè)：微電子科學(xué)與工程課程性質(zhì)：專業(yè)基礎(chǔ)課學(xué)分： 4（二）課程簡(jiǎn)介、目標(biāo)與任務(wù)；電磁場(chǎng)理論是宏觀電磁現(xiàn)象的經(jīng)典理論， 是研究電磁場(chǎng)的基本屬性、 運(yùn)動(dòng)規(guī)律以及它與帶電物質(zhì)之間相互作用的一門重要基礎(chǔ)理論課。 電磁場(chǎng)理論是解決一切信息處理的物質(zhì)基礎(chǔ)。課程目標(biāo)與任務(wù)：掌握靜電場(chǎng)、恒磁場(chǎng)以及時(shí)變電磁場(chǎng)的基本理論，理解麥克斯韋方程組的來源以及電磁統(tǒng)一，會(huì)利用基本的電磁理論分析一些具體的工程問題，如電磁波傳播、天線、微波等。（三）先修課程要求，與先修課與后續(xù)相關(guān)課程之間的邏輯關(guān)系和內(nèi)容銜接；先修課程：高等數(shù)學(xué)

2、、數(shù)學(xué)物理方法、電磁學(xué)關(guān)系：其中高等數(shù)學(xué)和數(shù)學(xué)物理方法是電磁場(chǎng)理論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)， 電磁學(xué)是電磁場(chǎng)理論的物理基礎(chǔ)， 電磁場(chǎng)理論在電磁學(xué)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)闡述電磁場(chǎng)的基本理論， 并進(jìn)一步闡述電磁場(chǎng)理論在解決實(shí)際問題方面的應(yīng)用。（四）教材與主要參考書。選用教材： William H.Hayt,Jr.,John A. Buck編，趙彥珍等譯，工程電磁場(chǎng)，西安交通大學(xué)出版社（第版） 。主要參考書：1. 電動(dòng)力學(xué)，汪映海編著，蘭州大學(xué)出版社， 1995 年2. 電磁場(chǎng)理論基礎(chǔ) ( 第二版 ), 陳重 , 崔正勤 , 胡冰編著，北京理工大學(xué)出版社，2010 年3. 工程電磁場(chǎng)導(dǎo)論，馮慈章、馬西奎編著 , 高等教育出

3、版社 ,2000 年4. 電磁場(chǎng)與電磁波，李書芳、李莉、張陽安、高澤華編著，科學(xué)出版社，2004年二、課程內(nèi)容與安排第一章數(shù)學(xué)準(zhǔn)備知識(shí)第一節(jié)標(biāo)量和矢量第二節(jié)矢量代數(shù)1第三節(jié)直角坐標(biāo)系第四節(jié)矢量分量和單位矢量第五節(jié)矢量場(chǎng)第六節(jié)點(diǎn)乘和叉乘第七節(jié)其他坐標(biāo)系：圓柱坐標(biāo)系、球坐標(biāo)系第二章庫(kù)侖定律和電場(chǎng)強(qiáng)度第一節(jié)庫(kù)侖定律第二節(jié)電場(chǎng)強(qiáng)度第三節(jié)連續(xù)分布體電荷的電場(chǎng)第四節(jié)線電荷的電場(chǎng)第五節(jié)面電荷的電場(chǎng)第六節(jié)電力線和電場(chǎng)分布圖第三章電通量密度、高斯定律和散度第一節(jié)電通量密度第二節(jié)高斯定律第三節(jié)高斯定律的應(yīng)用：一些對(duì)稱電荷的電場(chǎng)第四節(jié)高斯定律的應(yīng)用：體積元電荷的電場(chǎng)第五節(jié)散度和麥克斯韋第一方程第六節(jié) 矢量算子和散度

4、定理第四章能量和電位第一節(jié)點(diǎn)電荷在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)消耗的能量第二節(jié)線積分第三節(jié)電位差和電位的定義第四節(jié)點(diǎn)電荷的電位第五節(jié)點(diǎn)電荷系統(tǒng)的單位：保守性第六節(jié)電位梯度第七節(jié)電偶極子第八節(jié)靜電場(chǎng)中的能量密度第五章導(dǎo)體和電介質(zhì)第一節(jié)電流和電流密度第二節(jié)電流連續(xù)性第三節(jié)金屬導(dǎo)體第四節(jié)導(dǎo)體性質(zhì)和邊界條件第五節(jié)鏡像法第六節(jié)半導(dǎo)體第七節(jié)電介質(zhì)材料的性質(zhì)第八節(jié)理想電介質(zhì)的邊界條件第六章電容第一節(jié)電容的定義第二節(jié)平行板電容器2第三節(jié)幾個(gè)電容例子第四節(jié)兩導(dǎo)體傳輸線的電容第五節(jié)采用場(chǎng)分布圖估算二維問題中的電容第六節(jié)泊松方程和拉普拉斯方程第七節(jié)拉普拉斯方程解的例子第八節(jié)泊松方程解的例子： P-N 結(jié)的電容第七章恒定磁場(chǎng)第一節(jié)畢

5、奧 - 沙伐定律第二節(jié)安培環(huán)路定律第三節(jié)旋度第四節(jié)斯托克斯定理第五節(jié)磁通量和磁感應(yīng)強(qiáng)度第六節(jié)磁位和磁矢位第七節(jié)恒定磁場(chǎng)定律的推導(dǎo)第八章磁場(chǎng)力、材料和電感第一節(jié)運(yùn)動(dòng)電荷所受的力第二節(jié)元電流所受到的力第三節(jié)元電流之間的作用力第四節(jié)閉合回路所受到的力和力矩第五節(jié)磁性材料的性質(zhì)第六節(jié)磁化和磁導(dǎo)率第七節(jié)磁場(chǎng)邊界條件第八節(jié)磁路第九節(jié)勢(shì)能和磁性材料受到的力第十節(jié)自感和互感第九章時(shí)變電磁場(chǎng)和麥克斯韋方程第一節(jié)法拉第定律第二節(jié)位移電流第三節(jié)微分形式的麥克斯韋方程組第四節(jié)積分形式的麥克斯韋方程組第五節(jié)推遲位第十章傳輸線第一節(jié)傳輸線中波傳播的物理描述第二節(jié)傳輸線方程第三節(jié)無損耗傳輸3第四節(jié)正弦電壓的無損耗傳輸?shù)谖骞?jié)

6、正弦波的復(fù)數(shù)形式第六節(jié)傳輸線方程組及其向量形式解第七節(jié)無損耗傳輸和低損耗傳輸?shù)诎斯?jié)傳輸功率和損耗特性第九節(jié)波在不連續(xù)處的反射第十節(jié)電壓駐波比第十一節(jié)有限長(zhǎng)傳輸線第十二節(jié)幾個(gè)傳輸線的例子第十三節(jié)圖解法：史密斯圓圖第十四節(jié)暫態(tài)分析第十一章均勻平面電磁波第一節(jié)自由空間中波的傳播第二節(jié)電介質(zhì)中波的傳播第三節(jié)坡印亭定理和波的功率第四節(jié)良導(dǎo)體中波的傳播：集膚效應(yīng)第五節(jié)波的極化第六節(jié)磁化和磁導(dǎo)率第十二章平面電磁波的反射和散射第一節(jié)正入射時(shí)均勻平面電磁波的反射第二節(jié)駐波比第三節(jié)多層媒質(zhì)分界面上波的反射第四節(jié)任意入射方向下平面電磁波的反射第五節(jié)斜入射時(shí)平面電磁波的反射第六節(jié)斜入射時(shí)波的全反射和全折射第七節(jié)色散媒

7、質(zhì)中波的傳播第八節(jié)色散媒質(zhì)中的脈沖展寬第十三章導(dǎo)行電磁波第一節(jié)傳輸線場(chǎng)及其基本參數(shù)第二節(jié)波導(dǎo)基本工作原理第三節(jié)平行平板波導(dǎo)中的平面波4第四節(jié)利用波方程分析平板波導(dǎo)第五節(jié)矩形波導(dǎo)第六節(jié)平板介質(zhì)波導(dǎo)第七節(jié)光纖纖維（一） 教學(xué)方法與學(xué)時(shí)分配教學(xué)方法：教學(xué)中始終突出以學(xué)生為本的教育理念，重視課程的規(guī)劃和建設(shè)， 按照課程體系制定規(guī)范的教學(xué)大綱和教學(xué)進(jìn)度表； 因材施教使學(xué)生掌握物理學(xué)的發(fā)展脈絡(luò)和做科研的方法， 使學(xué)生變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)， 真正達(dá)到從會(huì)學(xué)到好學(xué)；通過啟發(fā)式教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生較強(qiáng)的主動(dòng)思考習(xí)慣， 注重對(duì)大學(xué)生創(chuàng)新思維和解決實(shí)際問題能力的培養(yǎng)；及時(shí)與學(xué)生進(jìn)行有效溝通，布置課后作業(yè)，必要時(shí)進(jìn)行習(xí)題講解

8、；將實(shí)際工程問題引入課堂， 使學(xué)生理解電磁場(chǎng)理論在實(shí)際問題中的應(yīng)用， 加深理解電磁場(chǎng)理論的本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生具有一定的抽象思維能力； 開發(fā)并實(shí)施多媒體教學(xué)手段，使得課程的教學(xué)實(shí)施建立在現(xiàn)代教育技術(shù)平臺(tái)之上。學(xué)時(shí)分配：第一章（ 4 學(xué)時(shí)），第二章（ 4 學(xué)時(shí)），第三章（ 4 學(xué)時(shí)），第四章（ 4 學(xué)時(shí)），第五章（ 6 學(xué)時(shí)），第六章（ 4 學(xué)時(shí)），第七章（ 8 學(xué)時(shí)），第八章（ 6 學(xué)時(shí)），第九章（ 4 學(xué)時(shí)），第十章（ 6 學(xué)時(shí)），第十一章（ 6 學(xué)時(shí)），第十二章（ 6 學(xué)時(shí)），第十三章（ 6 學(xué)時(shí)）。（二）內(nèi)容及基本要求主要內(nèi)容：靜電場(chǎng)和恒磁場(chǎng)的特性及其求解問題， 靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體及電介質(zhì)的特性分析及其邊界條件， 恒磁場(chǎng)中介質(zhì)的邊界條件； 在此基礎(chǔ)上引入時(shí)變電磁場(chǎng)、推導(dǎo)出麥克斯韋方程組的微分形式和積分形式， 利用麥克斯韋方程組