工程電磁場課程教學(xué)大綱

工程電磁場課程教學(xué)大綱課程中文名稱：工程電磁場課程英文名稱：Engineeringelectromagnetism課程編號(hào)：C1006應(yīng)開課學(xué)期：3學(xué)時(shí)數(shù)：32學(xué)分?jǐn)?shù)：2適用專業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化（輸電線路工程方向）（卓越計(jì)劃）課程類型：專業(yè)核心課程/必修先修課程：高等數(shù)學(xué)I、大學(xué)物理I一、課程性質(zhì)本課程是電氣工程及其自動(dòng)化（輸電線路工程方向）（卓越計(jì)劃）專業(yè)的專業(yè)核心課程。工程電磁場是研究電氣工程中電磁現(xiàn)象及其變化規(guī)律的科學(xué)，主要研究靜電場、恒定電場、恒定磁場和時(shí)變電磁場的規(guī)律。通過對(duì)電磁場規(guī)律的研究，能夠從整體上掌握電磁場的基本定律、基本規(guī)律和基本分析方法，最終為電氣工程中電磁問題的提出、計(jì)算分析和電磁設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)。二、課程目標(biāo)通過本課程的理論教學(xué)和實(shí)踐訓(xùn)練，使學(xué)生具備下列能力：1、能夠運(yùn)用數(shù)學(xué)、物理學(xué)知識(shí)恰當(dāng)表述電磁場問題，能夠?qū)㈦姶艌龉こ虇栴}表述成物理問題和數(shù)學(xué)問題。2、能夠利用電氣工程、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)解決電氣工程中的電磁場問題。3、能夠工程基礎(chǔ)和專業(yè)知識(shí)分析和優(yōu)化電力系統(tǒng)中的電磁場問題。4、能夠運(yùn)用電磁場基本理論識(shí)別和判斷電力系統(tǒng)問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和電磁參數(shù)。5、能夠根據(jù)電磁場基本原理計(jì)算、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，提出優(yōu)化措施。6、能夠根據(jù)電氣工程中電磁場基本問題選擇、開發(fā)用于電磁場計(jì)算的技術(shù)、資源和工具用于解決工程問題。三、支撐的畢業(yè)要求課程對(duì)畢業(yè)要求的支撐課程教學(xué)目標(biāo)、達(dá)成途徑和評(píng)價(jià)依據(jù)等1工程知識(shí)：具有從事輸電線路工程工作所需的相關(guān)數(shù)學(xué)、自然科學(xué)以及經(jīng)濟(jì)和管理知識(shí)，掌握輸電線路工程專業(yè)的基本理論知識(shí)。教學(xué)目標(biāo)：掌握梯度、散度和旋度的物理意義，并能熟練計(jì)算；理解電場強(qiáng)度、電位、電位移矢量、磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁場強(qiáng)度、極化強(qiáng)度、磁化強(qiáng)度、坡印亭矢量等基本概念；掌握電位的梯度、電場強(qiáng)度的旋度、電位移矢量的散度、磁感應(yīng)強(qiáng)度的散度、磁場強(qiáng)度的旋度、矢量磁位的旋度的物理意義；理解靜電場電位滿足的拉普拉斯方程、泊松方程和恒定磁場中矢量磁位滿足的拉普拉斯方程和泊松方程及相應(yīng)的邊值問題，并通過拉普拉斯方程或泊松方程求解電氣工程中電磁場的復(fù)雜計(jì)算問題。達(dá)成途徑：課堂講解；平時(shí)作業(yè)；上機(jī)實(shí)踐；專題討論。評(píng)價(jià)依據(jù)：作業(yè)；專題討論答辯與報(bào)告；期末考試試題。評(píng)價(jià)方式：評(píng)估仿真計(jì)算報(bào)告的正確性與內(nèi)容的完整性，給出成績;結(jié)合團(tuán)隊(duì)答辯表現(xiàn)與團(tuán)隊(duì)專題討論報(bào)告，給出個(gè)人團(tuán)隊(duì)合作成績與個(gè)人表現(xiàn)成績；評(píng)估平時(shí)作業(yè)的正確性與完整性，給出成績；評(píng)價(jià)期末考試的得分率。5創(chuàng)新型研究：掌握基本的創(chuàng)新方法，具有追求創(chuàng)新的態(tài)度和意識(shí)；具有綜合運(yùn)用理論和技術(shù)手段設(shè)計(jì)系統(tǒng)和過程的能力，設(shè)計(jì)過程中能夠綜合考慮經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、法律、安全、健康、倫理等制約因素。教學(xué)目標(biāo)：掌握電磁場基本方程組，并通過基本方程組推導(dǎo)電場和磁場工程問題滿足的拉普拉斯方程和泊松方程，并根據(jù)邊界條件類型組成相應(yīng)的邊值問題；掌握利用電磁場基本方程組分析電磁場的基本專題，如理想介質(zhì)和導(dǎo)體中的平面電磁波規(guī)律，電磁場的能量和力、電力系統(tǒng)中的電場參數(shù)等。達(dá)成途徑：課堂講解；平時(shí)作業(yè)；上機(jī)實(shí)踐；專題討論。評(píng)價(jià)依據(jù)：作業(yè)；專題討論答辯與報(bào)告；課外計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算；期末考試試題。評(píng)價(jià)方式：評(píng)估仿真計(jì)算報(bào)告的正確性與內(nèi)容的完整性，給出成績;結(jié)合團(tuán)隊(duì)答辯表現(xiàn)與團(tuán)隊(duì)專題討論報(bào)告，給出個(gè)人團(tuán)隊(duì)合作成績與個(gè)人表現(xiàn)成績；評(píng)估平時(shí)作業(yè)的正確性與完整性，給出成績；評(píng)價(jià)期末考試的得分率。10國際化：具有國際視野和跨文化的交流、競爭與合作能力。教學(xué)目標(biāo)：掌握電磁場基本英語專業(yè)詞匯；能夠熟練閱讀電磁場相關(guān)英文文獻(xiàn)；能夠書寫英文總結(jié)報(bào)告。達(dá)成途徑：課堂給出專業(yè)詞匯；課外英文教材選讀。英文文獻(xiàn)閱讀。評(píng)價(jià)依據(jù)：課外英文教材選讀總結(jié)報(bào)告。英文文獻(xiàn)閱讀綜述報(bào)告。評(píng)價(jià)方式：評(píng)估課外英文教材選讀總結(jié)報(bào)告的正確性與完整性，給出成績。評(píng)估英文文獻(xiàn)閱讀綜述報(bào)告的正確性與完整性，給出成績。四、教學(xué)內(nèi)容、學(xué)時(shí)安排和基本要求第一章矢量分析與場論基礎(chǔ)（4學(xué)時(shí)）重點(diǎn)難點(diǎn)：梯度、散度、旋度（1）了解矢量分析的內(nèi)容。（2）理解方向?qū)?shù)和梯度的含義。（3）理解通量與散度的含義。（4）理解環(huán)量與旋度的含義。第二章靜電場的基本原理（6學(xué)時(shí)，含專題討論1學(xué)時(shí)）重點(diǎn)難點(diǎn)：基本概念，高斯定理，邊值條件。（1）掌握電場強(qiáng)度、電位的概念。（2）掌握高斯定理、靜電場的邊值條件。了解電介質(zhì)的極化。了解靜電場邊值問題。第三章恒定電場（2學(xué)時(shí)）重點(diǎn)難點(diǎn)：歐姆定律微分形式了解電流密度的概念（2）理解恒定電場的規(guī)律了解恒定電場邊值問題第四章恒定磁場（6學(xué)時(shí)，含專題討論1學(xué)時(shí)）（1）掌握磁感應(yīng)強(qiáng)度、矢量磁位的概念(2)掌握安培環(huán)路定理、恒定磁場邊值條件了解磁媒質(zhì)的磁化了解恒定磁場邊值問題重點(diǎn)難點(diǎn)：安培環(huán)路定理，恒定磁場邊值條件第五章時(shí)變電磁場的基本原理(2學(xué)時(shí))了解法拉第電磁感應(yīng)定律了解全電流定律(3)掌握電磁場基本方程組重點(diǎn)難點(diǎn)：電磁場基本方程組第六章電磁場邊值問題的解析方法(2學(xué)時(shí))(1)理解鏡像法的基本原理(2)掌握平面邊界靜電場鏡像法(3)掌握球面邊界靜電場鏡像法重點(diǎn)難點(diǎn)：鏡像法的基本原理與實(shí)施方法第七章電磁場邊值問題的數(shù)值方法(0學(xué)時(shí))不做教學(xué)安排，有興趣的學(xué)生可以課下自學(xué)，也不作為考核內(nèi)容。第八章電磁場的能量與力(4學(xué)時(shí)，含專題討論1學(xué)時(shí))(1)掌握電場能量密度及能量計(jì)算(2)掌握磁場能量密度與能量計(jì)算了解恒定電場功率密度計(jì)算(4)理解坡印亭定理(5)掌握虛位移法計(jì)算電磁場力重點(diǎn)難點(diǎn)：虛位移方法計(jì)算電磁場力第九章平面電磁波(2學(xué)時(shí)，含專題討論1學(xué)時(shí))(1)理解平面電磁波在理想介質(zhì)中的基本特征重點(diǎn)難點(diǎn)：波速、波阻抗、相位常數(shù)概念的理解。第十章電路參數(shù)的計(jì)算原理(4學(xué)時(shí))(1)理解電容參數(shù)的計(jì)算方法(2)理解電阻或電導(dǎo)參數(shù)的計(jì)算方法(3)理解電感參數(shù)的計(jì)算方法重點(diǎn)難點(diǎn)：部分電容、部分匝數(shù)、內(nèi)自感、外自感、接地電阻等概念的理解。五、課程的其它教學(xué)環(huán)節(jié)六、教學(xué)方法與手段序號(hào)教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容備注1專題討論專題討論一：電場與磁場規(guī)律對(duì)于關(guān)系2學(xué)時(shí)2專題討論專題討論二：電磁場能量與力的關(guān)系1學(xué)時(shí)3專題討論專題討論三：理想電介質(zhì)中平面電磁波電場與磁場間幅值、方向、相位的關(guān)系1學(xué)時(shí)4課外上機(jī)ANSYS軟件仿真絕緣子串電場計(jì)算及均壓環(huán)優(yōu)化（二維）選做5課外上機(jī)ANSYS軟件仿真直流輸電線路電磁環(huán)境分析（二維）選做6課外上機(jī)ANSYS軟件仿真交流輸電線路電磁環(huán)境分析（二維）選做7課外上機(jī)ANSYS軟件仿真變電站地網(wǎng)接地電阻分析（三維）選做8課外編程鏡像法在電力系統(tǒng)電磁分析中的應(yīng)用（二維）選做本課程教學(xué)主要采用講授、多媒體教學(xué)、課外上機(jī)、團(tuán)隊(duì)合作、專題討論、課下作業(yè)等教學(xué)方法與手段。要求教師在授課過程中，所用PPT等教學(xué)材料需提供中英文對(duì)照專業(yè)詞匯，在教學(xué)過程中適當(dāng)采用英文原版教材部分章節(jié)內(nèi)容、習(xí)題等，播放英文版專業(yè)知識(shí)錄像以拓展學(xué)生的國際視野與專業(yè)英語閱讀能力。七、推薦教材和教學(xué)參考資源教材：.王澤忠.工程電磁場（第二版）.北京：清華大學(xué)出版社，2015參考書：.楊憲章.工程電磁場（第二版）.北