《電磁場理論》課程教學(xué)大綱

《電磁場理論》課程教學(xué)大綱課程代碼：ABJD0610課程中文名稱：電磁場理論課程中文名稱：TheoryofElectromagneticFields課程性質(zhì)：必修課程學(xué)分?jǐn)?shù)：3.5課程學(xué)時數(shù)：56授課對象：電子信息工程本課程的前導(dǎo)課程：高等數(shù)學(xué)(包括矢量分析,場論和數(shù)理方程等)，大學(xué)物理一、課程簡介電磁場與電磁波是通信技術(shù)的理論基礎(chǔ)，是電子信息專業(yè)本科學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)中重要組成部分。本課程使學(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、拉氏方程等）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)。二、教學(xué)基本內(nèi)容和要求（一）引言課程教學(xué)要求：1、了解電磁學(xué)發(fā)展歷史2、了解電磁學(xué)概括和主要應(yīng)用領(lǐng)域3、認(rèn)識到學(xué)好電磁場理論的極端重要性（二）矢量分析和場論課程教學(xué)內(nèi)容：矢量的代數(shù)運(yùn)算，場的微分運(yùn)算，矢量的恒等式和基本定理，常用正交曲線坐標(biāo)系。課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：散度、旋度、梯度概念及其在直角坐標(biāo)系中的計(jì)算。難點(diǎn)：高斯散度定理、斯托克斯定理。課程教學(xué)要求：1、建立場的概念：矢量場、標(biāo)量場。2、理解散度、旋度、梯度概念，理解矢量場的兩個恒等式，掌握在直角坐標(biāo)系中的相關(guān)計(jì)算。3、理解兩個定理：高斯散度定理、斯托克斯定理，能進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。4、理解亥姆霍茲定理5、了解圓柱坐標(biāo)、球坐標(biāo)，了解不同坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，了解散度、旋度、梯度在不同坐標(biāo)系中的表達(dá)式，能正確應(yīng)用。6、了解矢量運(yùn)算恒等式，能正確應(yīng)用。（三）靜電場課程教學(xué)內(nèi)容：靜電場中的物理量和物理定律，真空中靜電場的基本方程，電位及其電位方程，電偶極子，電介質(zhì)中的場方程與邊界條件，靜電場的能量、能量密度和導(dǎo)體的電容；電場力。課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：靜電場基本方程難點(diǎn)：靜電場基本方程的推導(dǎo)和邊界條件課程教學(xué)要求：1、掌握靜電場基本方程的建立和表達(dá)式，理解它的物理意義，能進(jìn)行一些基本運(yùn)算。2、理解靜電場電位概念的引出，掌握其定義，理解電位滿足的泊松方程或拉普拉斯方程。3、掌握不同介質(zhì)分界面上的邊界條件，并能正確運(yùn)用。4、了解部分電容及多導(dǎo)體系統(tǒng)的電容網(wǎng)絡(luò)。5、理解靜電能量的兩種表達(dá)式，掌握電容器儲存的電能表達(dá)式，掌握電場能量分布表達(dá)式——電場能量體密度。了解用虛位移法求靜電力。（四）恒定電流的電場和磁場課程教學(xué)內(nèi)容：恒定電場的物理量、物理定律、基本方程與邊界條件，恒定電場的電位與靜電比擬法，恒定磁場的物理量、物理定律、基本方程與邊界條件，恒定磁場的矢量磁位和標(biāo)量電位，恒定磁場的能量和載流回路的電感。課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：恒定電場和恒定磁場的基本方程難點(diǎn)：基本方程的推導(dǎo)課程教學(xué)要求：1、掌握歐姆定律的微分形式、焦耳熱功率密度。2、掌握恒定電場基本方程的建立及表達(dá)式，理解它的物理意義，能進(jìn)行一些基本運(yùn)算。理解恒定電場電位滿足的拉普拉斯方程。3、掌握不同導(dǎo)電媒質(zhì)分界面的邊界條件，并能正確運(yùn)用。4、理解靜電比擬法，能應(yīng)用該方法進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。5、掌握穩(wěn)恒磁場基本方程的建立及表達(dá)式，理解它的物理意義，能進(jìn)行一些基本運(yùn)算。6、理解矢量磁位的引出與定義，理解矢量磁位滿足的泊松或拉普拉斯方程。7、理解標(biāo)量磁位的引出與定義，了解標(biāo)量磁位的適用范圍，理解標(biāo)量磁位滿足的拉普拉斯方程。8、掌握不同磁介質(zhì)分界面上的邊界條件，并能正確運(yùn)用。9、了解載流電路的電感，能計(jì)算簡單電路的電感，了解諾伊曼公式。10、理解穩(wěn)恒磁場能量的兩種表達(dá)式，理解載流系統(tǒng)具有的磁能表達(dá)式，掌握磁場能量分布表達(dá)式——磁場能量體密度。學(xué)習(xí)用虛位移法求磁場力。（五）靜態(tài)場的解課程教學(xué)內(nèi)容：靜電場邊值問題的分類以及唯一性定理，鏡像法，分離變量法。課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：鏡像法難點(diǎn)：鏡像法的應(yīng)用課程教學(xué)要求：1、了解邊值問題的分類，了解格林公式，理解靜態(tài)場解的唯一性定理。2、理解鏡像法的實(shí)質(zhì)和解決問題的思路，掌握平面、球面和圓柱面的鏡象法，能進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。3、學(xué)習(xí)用分離變量法對位函數(shù)的拉普拉斯方程的求解，能進(jìn)行在直角坐標(biāo)系中的計(jì)算，了解柱坐標(biāo)系和球坐標(biāo)系中的分離變量法。（六）時變電磁場課程教學(xué)內(nèi)容：法拉第電磁感應(yīng)定律，位移電流；麥克斯韋方程組，時變電磁場的邊界條件，時諧電磁場，矢量磁位和標(biāo)量電位，坡印亭定理與坡印亭矢量。課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：麥克斯韋方程組難點(diǎn)：麥克斯韋方程組得出課程教學(xué)要求：1、理解時變電磁場的能量與能流——坡印廷矢量、坡印廷定理。2、掌握時變電磁場中不同介質(zhì)分界面的邊界條件及應(yīng)用。3、能推導(dǎo)在無源空間中時變電磁場所滿足的波動方程，理解其意義。4、掌握諧變電磁場的復(fù)數(shù)表達(dá)形式，能寫出諧變電磁場的麥克斯韋方程組復(fù)數(shù)形式，能推導(dǎo)在無源空間中諧變電磁場的亥姆霍茲方程，掌握平均坡印廷矢量及計(jì)算，理解復(fù)坡印廷定理。5、理解時變電磁場的動態(tài)位的定義，理解動態(tài)位所滿足的達(dá)朗貝爾方程。（七）平面電磁波課程教學(xué)內(nèi)容：無耗媒質(zhì)和導(dǎo)電媒質(zhì)中的均勻平面波，電磁波的極化特性，均勻平面波對不同媒質(zhì)分界面的垂直入射。課程的重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)：均勻平面波的特性難點(diǎn)：導(dǎo)電媒質(zhì)中的均勻平面波課程教學(xué)要求：1、掌握無限大理想介質(zhì)中均勻平面電磁波的傳播特性，掌握描述波傳播特性的參量——相位常數(shù)、相速、波長、波阻抗等，能寫出均勻平面電磁波的表達(dá)式，能計(jì)算平均坡印廷矢量。2、理解波的極化特性，能判斷平面電磁波的極化方式。3、理解損耗介質(zhì)中平面電磁波的傳播特性及傳播特性參量，特別是在良導(dǎo)體和弱損耗介質(zhì)中，并與理想介質(zhì)中的傳播特性進(jìn)行比較。了解趨膚效應(yīng)、表面阻抗。了解損耗介質(zhì)中的色散現(xiàn)象，了解相速與群速。4、能運(yùn)用邊界條件，得到對平面分界面垂直入射情況下的反射和折射，掌握反射系數(shù)、折射系數(shù)表達(dá)式及間的關(guān)系，理解入射、反射與折射間的能量關(guān)系，理解駐波現(xiàn)象與駐波比。三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容及基本要求（無）四、教學(xué)方法與手段多媒體，黑板板書相結(jié)合。五、各教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時分配章節(jié)（或內(nèi)容）講課習(xí)題課實(shí)驗(yàn)其它合計(jì)引言2矢量分析61靜電場81恒定電流的電場和磁場121靜態(tài)場的解61時變電磁場81平面電磁波81合計(jì)50656六、考核方式與成績評定標(biāo)準(zhǔn)1、考核方法：按照課堂表現(xiàn)占20%，作業(yè)成績占20%，課程考核成績占60%綜合評定。2、成績評定：最后以優(yōu)秀、良好、中等、及格和不及格五個等級評定課程總成績。七、教學(xué)參考資料1、參考書目（1）王家禮朱滿座路宏敏，《電磁場與電磁波》（第三版），西安電子科技大學(xué)出版社，2009年。（2）謝處方等，《電磁場與電磁