《電磁場與電磁波》課程教學(xué)大綱

《電磁場與電磁波》課程教學(xué)大綱一、課程基本信息課程中文名稱電磁場與電磁波課程英文名稱ElectromagneticFieldsandWaves課程編號33210308課程模塊￡思想政治理論課￡通識教育課eq\o\ac(□,√)專業(yè)基礎(chǔ)課￡專業(yè)課課程性質(zhì)eq\o\ac(□,√)必修￡限選￡專業(yè)任選￡任選總學(xué)時(shí)48講授學(xué)時(shí)48實(shí)驗(yàn)（專題輔導(dǎo)）學(xué)時(shí)總學(xué)分3開課單位電子與信息工程學(xué)院開課系（室）通信工程系授課對象本科生適用專業(yè)通信工程專業(yè)二、課程簡介和教學(xué)目標(biāo)1．課程簡介電磁場與電磁波是電子信息專業(yè)的重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，是學(xué)生專業(yè)知識結(jié)構(gòu)中的重要組成部分。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握電磁場的有關(guān)定理、定律、麥克斯韋方程等的物理意義及數(shù)學(xué)表達(dá)式。使學(xué)生熟悉一些重要的電磁場問題的數(shù)學(xué)模型（如波動方程、拉普拉斯方程、泊松方程等）的建立過程以及分析方法。培養(yǎng)學(xué)生正確的思維方法和分析問題的能力，使學(xué)生學(xué)會用“場”的觀點(diǎn)去觀察、分析和計(jì)算一些簡單、典型的場的問題。為后續(xù)課程打下堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。本課程對培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)學(xué)風(fēng)、科學(xué)的方法以及抽象思維能力、創(chuàng)新精神等，都將起到十分重要的作用。2.教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)1：在大學(xué)物理電磁學(xué)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步掌握宏觀電磁場的基本規(guī)律，并結(jié)合各專業(yè)實(shí)際介紹其技術(shù)應(yīng)用的基本知識；教學(xué)目標(biāo)2：通過教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生用場的觀點(diǎn)對電器工程中的電磁現(xiàn)象和電磁過程進(jìn)行定性分析和判斷的能力，了解進(jìn)行定量分析的基本途徑，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)和應(yīng)用各種較復(fù)雜的電磁場計(jì)算方法打下基礎(chǔ)；教學(xué)目標(biāo)3：通過電磁場理論的邏輯推理，培養(yǎng)學(xué)生正確思維和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。教學(xué)目標(biāo)4（課程思政）：了解我國無線電通信的發(fā)展歷程，特別是八十年代之后，我國通信事業(yè)的飛速發(fā)展，5G,互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，大數(shù)據(jù)，量子通信，航天航空事業(yè)在國際上的領(lǐng)先技術(shù)等等，增強(qiáng)學(xué)生對我國通信行業(yè)發(fā)展的自信心，激發(fā)學(xué)生對專業(yè)學(xué)習(xí)的積極性。3．教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐關(guān)系教學(xué)目標(biāo)支撐畢業(yè)要求對應(yīng)指標(biāo)點(diǎn)教學(xué)目標(biāo)1、2、31.1具有電路、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信號與系統(tǒng)等工程基礎(chǔ)知識，用于通信工程領(lǐng)域電子通信及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方案和模型的推理和驗(yàn)證。1.2具有數(shù)學(xué)、數(shù)理、自然科學(xué)、工程科學(xué)的基礎(chǔ)知識，能將其應(yīng)用于通信工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題的建模、計(jì)算和推演；2.1掌握通信工程領(lǐng)域復(fù)雜工程問題分析的基本方法，應(yīng)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和工程科學(xué)的基本原理，能夠識別和判斷復(fù)雜通信工程問題的問題關(guān)鍵環(huán)節(jié)，并獲得有效結(jié)論；教學(xué)目標(biāo)48.1樹立正確的國家觀、民族觀、歷史觀、文化觀，踐行社會主義核心價(jià)值觀，理解個(gè)人與社會的關(guān)系，了解中國國情，具有勤儉、奮斗、創(chuàng)新、奉獻(xiàn)的勞動精神。三、理論教學(xué)表1理論教學(xué)安排序號章節(jié)（學(xué)時(shí)）學(xué)習(xí)內(nèi)容（含重點(diǎn)、難點(diǎn)）教學(xué)方法、手段支撐教學(xué)目標(biāo)其他1第1章矢量分析（6學(xué)時(shí)）1．矢量代數(shù)運(yùn)算：矢量表示方法，直角坐標(biāo)中矢量的運(yùn)算2．正交坐標(biāo)系：坐標(biāo)變量和單位矢量，位置矢量，微分元3．標(biāo)量場的梯度：場的概念及分類，方向?qū)?shù)，梯度、梯度的計(jì)算及常用公式4．矢量場的散度：矢量場的通量，散度及其物理意義、散度的計(jì)算及常用公式、散度定理5．矢量場的旋度：環(huán)量，旋度及其物理意義、旋度的計(jì)算及常用公式、斯托克斯定理6．場源和場的分類采用多媒體，課堂講授+板書，課堂互動教學(xué)目標(biāo)1、2、3、42第2章電磁場的基本規(guī)律（10學(xué)時(shí)）1.電荷守恒定律：電流密度矢量，電流連續(xù)性方程2．真空中靜電場的基本規(guī)律：高斯定理，靜電場的環(huán)路定理3．真空中恒定磁場的基本規(guī)律：磁通連續(xù)性原理，安培環(huán)路定理4．媒質(zhì)的電磁特性：電介質(zhì)的極化、極化電荷、介質(zhì)中的高斯定理、電位移矢量；磁介質(zhì)的磁化、磁化電流、介質(zhì)中的安培環(huán)路定理、磁場強(qiáng)度矢量；歐姆定律的微分形式、功率密度5．麥克斯韋方程組：位移電流，麥克斯韋方程組：全電流定律、電磁感應(yīng)定律、高斯定理、磁通連續(xù)性原理6．電磁場的邊界條件：電場強(qiáng)度矢量、磁場強(qiáng)度矢量、電位移矢量和磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量滿足的邊界條件采用多媒體，課堂講授+板書，課堂互動教學(xué)目標(biāo)1、2、3、43第3章靜態(tài)電磁場及其邊值問題的解（8學(xué)時(shí)）1.靜電場分析：靜電場的基本方程和邊界條件，電位函數(shù)及其微分方程，電位的表達(dá)式，電場能量和能量密度2．導(dǎo)電媒質(zhì)中恒定電場分析：恒定電場的基本方程和邊界條件，恒定電場與靜電場的比擬，漏電導(dǎo)3．恒定磁場分析：恒定磁場的基本方程和邊界條件，矢量磁位及其邊界條件，庫侖規(guī)范，矢量磁位的微分方程，磁場能量及能量密度4．唯一性定理：邊值問題的類型，唯一性定理5．鏡像法：鏡像法的基本原理，接地導(dǎo)體平面的鏡像，導(dǎo)體球面的鏡像采用多媒體，課堂講授+板書，課堂互動教學(xué)目標(biāo)1、2、3、44第4章時(shí)變電磁場（4學(xué)時(shí)）1．波動方程：電磁波動方程2．電磁場的位函數(shù)：位函數(shù)的定義，位函數(shù)的規(guī)范條件3．電磁能量守恒定律：電磁能量及守恒關(guān)系，坡印廷定理，坡印廷矢量4.惟一性定理5．時(shí)諧電磁場：時(shí)諧電磁場的復(fù)數(shù)表示，復(fù)數(shù)形式的麥克斯韋方程組，復(fù)電容率和復(fù)磁導(dǎo)率，赫姆霍茲方程，位函數(shù)的復(fù)數(shù)形式，平均能量密度和平均能流密度矢量采用多媒體，課堂講授+板書，課堂互動教學(xué)目標(biāo)1、2、3、45第5章均勻平面波在無界空間中的傳播（8學(xué)時(shí)）1．理想介質(zhì)中的均勻平面波：均勻平面波的概念，理想介質(zhì)中的函數(shù)和傳播特性，沿任意方向傳播的均勻平面波2．電磁波的極化：極化的概念，線極化波，圓極化波，橢圓極化波，極化波的分解與合成，極化波的應(yīng)用3．均勻平面波在導(dǎo)電媒質(zhì)中的傳播：均勻平面波在導(dǎo)電媒質(zhì)中的傳播特性，良導(dǎo)體中的均勻平面波4．色散與群速5．均勻平面波在等離子體中的傳播采用多媒體，課堂講授+板書，課堂互動教學(xué)目標(biāo)1、2、3、46第6章均勻平面波的反射和折射（8學(xué)時(shí)）1．均勻平面波對分界平面的垂直入射：對導(dǎo)電媒質(zhì)的垂直入射，對理想導(dǎo)體平面的垂直入射，對理想介質(zhì)分界面的垂直入射2．均勻兩面波對多層介質(zhì)分界平面的垂直入射：多層媒質(zhì)的場量關(guān)系和等效波阻抗，四分之一波長匹配層，半波長介質(zhì)窗3．均勻平面波對理想介質(zhì)分界平面的斜入射：反射定律和折射定律，反射系數(shù)和折射系數(shù)，全反射和全透射4．均勻平面波對理想導(dǎo)體平面的斜入射：垂直極化波對理想導(dǎo)體表面的斜入射，平行極化波對理想導(dǎo)體表面的斜入射采用多媒體，課堂講授+板書，課堂互動教學(xué)目標(biāo)1、2、3、47第7章導(dǎo)行電磁波（2學(xué)時(shí)）導(dǎo)行電磁波概論：TEM波、TE波和TM波采用多媒體，課堂講授+板書，課堂互動教學(xué)目標(biāo)1、2、3、48第8章電磁輻射（2學(xué)時(shí)）滯后位，電偶極子的輻射，電與磁的對偶性采用多媒體，課堂講授+板書，課堂互動教學(xué)目標(biāo)1、2、3、4四、實(shí)驗(yàn)教學(xué)（本課程無實(shí)驗(yàn)）五、考核與成績評定方法表2課程考核及評價(jià)細(xì)則成績組成考核/評價(jià)環(huán)節(jié)分值考核/評價(jià)細(xì)則支撐教學(xué)目標(biāo)平時(shí)成績作業(yè)、考勤、課堂紀(jì)律40作業(yè)的解題過程、解題結(jié)果等；是否缺課、遲到和早退；上課過程是否有精神不集中、講話等教學(xué)目標(biāo)1、2、3期末考試成績期末考試60閉卷筆試，評分標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)目標(biāo)1、2、3六、建議教