电磁场与电磁波教案 - 兰州交通大学精品课
电磁场与电磁波教案
电磁场与电磁波教案第一章：电磁场的基本概念1.1 电荷与电场介绍电荷的性质和分类解释电场的概念和电场线电场的叠加原理1.2 磁场与磁力介绍磁铁和磁性的概念解释磁场的概念和磁场线磁场的叠加原理和磁力计算1.3 电磁感应介绍法拉第电磁感应定律解释电磁感应现象的应用第二章：电磁波的基本性质2.1 电磁波的产生与传播介绍麦克斯韦方程组解释电磁波的产生和传播过程电磁波的波动方程和相位2.2 电磁波的波动性质介绍电磁波的波长、频率和波速波动方程的解和电磁波的波动性质2.3 电磁波的能量与辐射解释电磁波的能量和辐射机制介绍电磁波的辐射压和光电效应第三章：电磁波的传播与应用3.1 电磁波在自由空间的传播自由空间中电磁波的传播方程电磁波的传播速度和天线原理3.2 电磁波在介质中的传播介绍电磁波在介质中的传播方程介质的折射率和反射、透射现象3.3 电磁波的应用介绍电磁波在通信、雷达和医学等领域的应用第四章：电磁波的辐射与接收4.1 电磁波的辐射介绍电磁波的辐射机制和天线理论电磁波的辐射强度和辐射功率4.2 电磁波的接收介绍电磁波接收原理和接收器设计调制和解调技术在电磁波接收中的应用4.3 电磁波的辐射与接收实验设计实验来观察和测量电磁波的辐射和接收现象第五章：电磁波的传播特性与调控5.1 电磁波的传播特性介绍电磁波的传播损耗和传播距离电磁波的多径传播和散射现象5.2 电磁波的调控技术介绍电磁波的调制技术和幅度、频率和相位的调控方法5.3 电磁波的传播调控应用介绍电磁波在无线通信和雷达系统中的应用和调控技术第六章：电磁波的波动方程与电磁波谱6.1 电磁波的波动方程推导电磁波在均匀介质中的波动方程讨论电磁波的横向和纵向波动特性6.2 电磁波谱介绍电磁波谱的分类和各频段的特征讨论电磁波谱中常见的波段，如射频、微波、红外、可见光、紫外、X射线和γ射线等6.3 电磁波谱的应用分析电磁波谱在不同领域的应用，如通信、医学、材料科学等第七章：电磁波的传播环境与传播效应7.1 电磁波的传播环境分析不同传播环境对电磁波传播的影响，如自由空间、大气层、陆地、海洋等讨论传播环境中的衰减、延迟和散射等效应7.2 电磁波的传播效应介绍电磁波的折射、反射、透射、绕射和干涉等传播效应分析这些效应在实际应用中的影响和应对措施7.3 电磁波的传播环境与效应应用探讨电磁波传播环境与效应在通信、雷达、遥感等领域的应用和解决方案第八章：电磁波的辐射与天线技术8.1 电磁波的辐射原理分析电磁波辐射的物理机制，如开放电极、偶极子、天线阵列等讨论电磁波辐射的方向性和极化特性8.2 天线的基本理论介绍天线的基本参数，如阻抗、辐射效率、增益等分析天线的设计方法和性能优化策略8.3 电磁波的辐射与天线技术应用探讨天线技术在无线通信、广播、雷达等领域的应用和实例第九章：电磁波的接收与信号处理9.1 电磁波的接收原理介绍电磁波接收的基本过程，如放大、滤波、解调等分析接收机的性能指标，如灵敏度、选择性、稳定性等9.2 信号处理技术介绍信号处理的基本方法，如采样、量化、编码、调制等讨论数字信号处理技术在电磁波接收中的应用9.3 电磁波的接收与信号处理应用探讨电磁波接收与信号处理技术在通信、雷达、遥感等领域的应用和实例第十章：电磁波的测量与实验技术10.1 电磁波的测量原理分析电磁波测量的基本方法，如直接测量、间接测量、网络分析等讨论测量仪器和设备的选择与使用10.2 实验技术介绍电磁波实验的基本步骤和方法，如实验设计、数据采集、结果分析等分析实验中可能遇到的问题和解决策略10.3 电磁波的测量与实验技术应用探讨电磁波测量与实验技术在科研、工程、教学等领域的应用和实例重点解析第一章：电磁场的基本概念重点：电荷与电场的性质，电场的概念和电场线，电场的叠加原理。
电磁场与电磁波教案
章 节 教学目的 和要求 讲授主要 内 容 重 难 点 点
要求掌握 知识点和 分析方法
掌握标量场的梯度，矢量场的通量和散度的物理意义和计算以及散度定理。
1.3 标量场的梯度 直角坐标系： u ex
u u u ey ez x y z 1 u u
e ez 圆柱坐标系： u e 教授思路， z 采用的教 学方法和 u 1 u 1 u e e 球坐标系： u er 辅助手段， r r r sin 板书设计， 重 点 如 何 1.4 矢量场的通量和散度； 突出， 难点 通量 A dS S 如何解决， 师生互动 直角坐标系 A dS Ax dydz Ay dxdz Az dxdy S 等
ˆ rotA n S 0 S 斯托克斯定理 A dl rot A dS
旋度 lim
C
C S
A(r ) dl
ˆx e 直角坐标系： rotA A x Ax e 1 圆柱坐标系： F F
电磁场与电磁波教案
学
院：
电子与信息工程学院 电信基础教研室 电磁场与电磁波 封志宏
教 研 室： 课程名称： 任课教师： 学 期：
大学物理《电磁场与电磁波》公开课优秀教学设计
大学物理《电磁场与电磁波》公开课优秀教学设计一、教学目标- 理解电磁场的基本概念和特性；- 掌握电场和磁场的相互作用规律；- 理解电磁波的产生和传播原理；- 能够应用电磁场和电磁波的知识解决实际问题。
二、教学内容1. 电磁场的基本概念和性质- 电场的定义和性质- 磁场的定义和性质- 电场和磁场的相互作用规律2. 电磁波的产生和传播- 电磁波的概念和特性- 电磁波的产生机制- 电磁波的传播特性3. 应用案例分析- 电磁场和电磁波在通信技术中的应用- 电磁场和电磁波在医学影像技术中的应用- 电磁场和电磁波在能源传输中的应用三、教学方法1. 讲授法：通过讲解电磁场和电磁波的概念、原理和应用案例，引导学生掌握相关知识。
2. 实验探究法：组织学生进行一些简单的电磁场和电磁波实验，通过实践探究的方式提高学生的动手能力和实验设计能力。
3. 讨论交流法：引导学生在小组内进行问题讨论和知识分享，促进学生的合作研究和思维能力培养。
4. 案例分析法：通过分析电磁场和电磁波在实际应用中的案例，加深学生对知识的理解和应用能力的培养。
四、教学评价1. 知识掌握程度：通过学生的课堂表现、作业完成情况和考试成绩等综合评价学生对电磁场和电磁波知识的掌握程度。
2. 实践能力：通过学生实验报告的完成情况和实验操作能力的评估，评价学生在实际操作中掌握电磁场和电磁波相关实验技能的能力。
3. 解决问题能力：通过学生应用电磁场和电磁波知识解决实际问题的能力评价，考察学生对所学知识的理解和应用能力。
五、教学资源1. 教材：选用适合大学物理课程的教材，包含电磁场和电磁波相关章节。
2. 多媒体教学投影仪：用于讲解和展示电磁场和电磁波相关的概念和实验。
3. 实验室设备：提供适当的电磁场和电磁波实验设备，供学生进行实验探究。
六、教学安排- 第一周：介绍电磁场的基本概念和性质，进行理论讲解和案例分析。
- 第二周：讲解电场和磁场的相互作用规律，并进行实验探究。
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电磁场与电磁波教案
学院：电子与信息工程学院
教研室：电信基础教研室
课程名称：电磁场与电磁波
任课教师：封志宏
学期：
授课班级：
电子与信息工程学院制
兰州交通大学教案（理论教学用）
兰州交通大学教案（理论教学用）
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兰州交通大学教案（理论教学用）。
电磁场与电磁波教案
电磁场与电磁波教案电磁场与电磁波教案学院：电子与信息工程学院教研室：电信基础教研室课程名称：电磁场与电磁波任课教师：封志宏学期：授课班级：电子与信息工程学院制兰州交通大学教案第1 次课学时：2 章节教学目的和要求讲授主要内容重点难点要求掌握知识点和分析方法第1章，回顾并进一步学习矢量代数的概念和运算，学习三种常用的正交坐标系。
于电磁场的计算经常采用圆柱坐标系和球坐标系，所以这两种坐标系在本课程中非常基础和重要的知识点。
矢量代数三种常用的正交坐标系授课对象重点是直角坐标系、圆柱坐标系和球坐标系，以及三种坐标系之间的换算关系。
要求掌握三种坐标系之下的微积分运算，以及三种坐标系之间的换算关系矢量代数?????????A?(B?C)?B?(C?A)?C?(A?B) ?????????A?(B?C)?(A?C)B?(A?B)C三种常用的正交坐标系 1. 直角坐标系教授思路，采用的教学方法和辅助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等位置矢量：r?exx?eyy?ezz ????????线元矢量：dl?exdx?eydy?ezdz ??????面元矢量：dSx?exdlydlz?exdydz，dSy?eydlxdlz?eydxdz ???dSz?ezdlxdly?ez dxdy 体积元：dV?dxdydz 2. 圆柱坐标系x??cos?,y??sin?,z?z，0????,0???2?,???z?? 位置矢量：r?e???ezz ???????线元矢量：dl?e?d??e??d??ezdz 面元矢量：???dS??e?dl?dlz?e??d?dz ??? dS??e?dl?dlz?e?d?dz ???dSz?ezdl?dl??ez? d?d? 体积元：dV??d?d?dz 3. 球坐标系x?rsin?cos?,y?rsin?sin?,z?rsin?0?r??,0????,0???2? 作业布置主要参考资料备注位置矢量：r??e?rr 线元矢量：dl??e???rdr?e?rd??e?rsin?d? 面元矢量：dS??e??e?2rrdl?dl?rrsin?d?d? dS?????e?dlrdl??ezrsin?drd?dS??l???e?dlrd??e?rdrd? 体积元：dV?r2sin?drd?d? ,, 编著兰州大学出版社《电磁场与电磁波》李锦屏兰州交通大学教案第 2 次课学时：2 章节教学目的和要求讲授主要内容重点难点要求掌握知识点和分析方法第1章，梯度、散度和旋度是构成麦克斯韦方程组的基本算子，也是计算电磁场的基本算子，所以从方向导数、通量、环流的基础上，把三个算子的物理意义和计算公式介绍并推导出来。
电磁场与电磁波教案兰州交通大学精品课程建
掌握矢量场的环流与旋度的计算公式以及斯托克斯公式。
教授思路，采用的教学方法和辅助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等
1.5矢量场的环流和旋度
环流 直角坐标系下
旋度
斯托克斯定理
直角坐标系：
圆柱坐标系：
球坐标系：
1.6无旋场与无散场
无旋场： 。
， ，
无散场： 充要条件 。
2.4媒质的电磁特性
2.4.1电介质的极化
电介质表面的极化电荷面密度：
极化电荷体密度：
电介质的本构关系：
电介质中的基本方程： ，
，
作业布置
2.9
主要
参考资料
《电磁场与电磁波》李锦屏编著兰州大学出版社
兰州交通大学教案（理论教学用）
第8次课学时：2
授课对象
章节
第2章2.5, 2.6, 2.7
教学目的和要求
重点
难点
重点是标量场的梯度，矢量场的通量和散度以及散度定理。难点是圆柱坐标系和球坐标系下梯度、通量和和散度的计算。
要求掌握知识点和分析方法
掌握标量场的梯度，矢量场的通量和散度的物理意义和计算以及散度定理。
教授思路，采用的教学方法和辅助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等
1.3标量场的梯度
第7次课学时：2
授课对象
章节
第2章2.4
教学目的和要求
求解静电场问题实质上求解特定边界条件下Ｅ，Ｄ
讲授主要内容
2.4静电场的边界条件
重点
难点
难点是边界条件的理解和掌握。。
要求掌握知识点和分析方法
要求掌握介质中的本构关系和基本方程，会利用基本方程求解电磁场。
电磁场与电磁波教案
兰州交通大学教案（理论教学用）
第 3 次课 学时：2 第 1 章 1.5，1.6 梯度、散度和旋度是构成麦克斯韦方程组的基本算子，也是计算电磁场的基本 算子，所以从方向导数、通量、环流的基础上，把三个算子的物理意义和计算公式 介绍并推导出来。 1.5 矢量场的环流与旋度 1.6 无旋场与无散场 重点是矢量场的环流与旋度，无旋场与无散场，以及斯托克斯公式。难点是圆 柱坐标系和球坐标系下环流和旋度的计算。 掌握矢量场的环流与旋度的计算公式以及斯托克斯公式。 授课对象
章 节 教学目的 和要求 讲授主要 内 容 重 难 点 点
要求掌握 知识点和 分析方法
掌握标量场的梯度，矢量场的通量和散度的物理意义和计算以及散度定理。
1.3 标量场的梯度 直角坐标系： u ex
u u u ey ez x y z 1 u u
e ez 圆柱坐标系： u e 教授思路， z 采用的教 学方法和 u 1 u 1 u e e 球坐标系： u er 辅助手段， r r r sin 板书设计， 重 点 如 何 1.4 矢量场的通量和散度； 突出， 难点 通量 A dS S 如何解决， 师生互动 直角坐标系 A dS Ax dydz Ay dxdz Az dxdy S 等
电磁场与电磁波教案
学
院：
电子与信息工程学院 电信基础教研室 电磁场与电磁波 封志宏
教 研 室： 课程名称： 任课教师： 学 期：
授课班级：
电子与信息工程学院 制
兰州交通大学教案（理论教学用）
第 1 次课 学时：2 第 1 章 1.1， 1.2 回顾并进一步学习矢量代数的概念和运算，学习三种常用的正交坐标系（包括 直角坐标系、圆柱坐标系、球坐标系） 。由于电磁场的计算经常采用圆柱坐标系和 球坐标系，所以这两种坐标系在本课程中非常基础和重要的知识点。 1.1 矢量代数 1.2 三种常用的正交坐标系 授课对象
电磁场与电磁波教案
电磁场与电磁波教案
学院：电子与信息工程学院
教研室：电信基础教研室
课程名称：电磁场与电磁波
任课教师：封志宏
学期：
授课班级：
电子与信息工程学院制
兰州交通大学教案（理论教学用）
兰州交通大学教案（理论教学用）
兰州交通大学教案（理论教学用）
兰州交通大学教案（理论教学用）
兰州交通大学教案（理论教学用）
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教学设计2：4.2电磁场与电磁波
第2节电磁场与电磁波教材分析本节课程是通过基本知识的回顾和例题的讲解，使学生对本章的基本概念和基本规律有进一步地理解，并能熟练应用本章知识分析解决物理问题。
在熟练掌握基本概念、基本规律的基础上，能够分析和解决一些实际问题。
通过复习，培养学生归纳知识和进一步运用知识的能力，学习一定的研究问题的科学方法。
教学过程一、新课引入问题：电磁振荡电路中的能量有一部分要以电磁波的形式辐射到周围空间中去，那么，这些电磁波是怎样产生的？二、新课学习探究点一电磁场麦克斯韦假设的两大观点：变化的磁场产生电场这是一个普遍规律，跟闭合电路是否存在无关。
变化的电场产生磁场电场就像运动的电荷，也会在空间产生磁场。
变化的磁场周围产生电场变化的电场周围产生磁场电磁场理论的理解——变化的磁场产生电场【思考】如图，交流电产生了周期变化的磁场，上面的线圈中产生电流使灯泡发光老师引出：1、如果用不导电的塑料线绕制线圈，线圈中还有电流电场吗?（有电场，无电流）2、线圈不存在时，线圈所处的空间还有电场吗?（有电场，无电流）3、若改成恒定的直流电，还有电场吗?（无）麦克斯韦认为在变化的磁场周围产生电场，是一种普遍存在的现象，跟闭合电路是否存在无关，导体环只是用来显示电流的存在。
【说明】:1、在变化的磁场中所产生的电场的电场线是闭合的(涡旋电场)。
2、变化的磁场产生电场”，这实际上是个假设。
这个假设基于电磁感应现象，是很自然的。
电磁场理论的理解——变化的电场产生磁场理解:(1) 电场均匀变化产生稳定磁场(2) 非均匀变化产生变化磁场说明：1、根据麦克斯韦理论，在给电容器充电的时候，不仅导体中的电流要产生磁场，而且在电容器两极板间变化着的电场周围也要产生磁场。
2、“变化的电场产生磁场”，这是另一个假设。
这个假设没有直接的实验做基础，它出于对自然规律的洞察力，是很大胆的，但却更具有创造性。
电磁场与电磁波的概念根据麦克斯韦的上述两个观点可以得出，变化的电场和磁场总是相互联系的，形成一个不可分割的统一的电磁场。
4-2 电磁场与电磁波 教案
4.2电磁场与电磁波〖教材分析〗本节课内容主要有麦克斯韦的电磁理论和赫兹的火花实验。
通过理论分析和推导使学生对麦克斯韦的电磁理论有一定的了解，不需要计算。
赫兹实验是验证电磁波是否存在的实验，它是检验麦克斯韦理论是否正确的试金石。
最后通过地电磁波和机械波的对比，加深理解和学习研究问题的科学方法。
〖教学目标与核心素养〗物理观念∶理解电磁理论的内容，体会物理观念产生的过程。
科学思维∶结合前面学习过的知识，理解变化的磁场产生电场。
科学探究：培养学生实验探求知识的意识，增强求知欲望。
科学态度与责任∶通过结合生活中各种相应现象及常识，理解电磁波在人们生活中的地位。
〖教学重难点〗教学重点：麦克斯韦电磁场理论的基本内容。
教学难点：电磁波的特点以及赫兹实验原理。
〖教学准备〗多媒体课件。
〖教学过程〗一、新课引入电磁振荡电路中的能量有一部分要以电磁波的形式辐射到周围空间中去，那么，这些电磁波是怎样产生的?动图展示：振荡电路电磁场的变化。
分析：上节课我们讲过振荡电路中的能量消耗主要有俩个，一是电路有电阻，产生的内能，也就是焦耳热。
另外就是一电磁波的形式辐射出去。
这些电磁波是怎样产生的?二、新课教学（一）电磁场1.变化的磁场产生电场在变化的磁场中放一个闭合电路，由于穿过电路的磁通量发生变化，电路里会产生感应电流。
电子的定向移动形成电流，但是电子的定向移动需要电场。
所以麦克斯韦从场认为电路里能产生感应电流，是因为变化的磁场产生了电场，正是这个电场促使导体中的自由电荷做定向运动，产生感应电流。
即：变化的磁场能产生电场。
既然变化的磁场能产生电场，那变换的电场能否产生磁场呢？2.变化的电场产生磁场变化的电场驱动→运动的电荷→产生变化的电流→产生磁场。
麦克斯韦假设∶变化的电场就像运动的电荷，也会在空间产生磁场，即变化的电场产生磁场。
例如，在电容器充、放电的过程中，不仅导体中的电流产生磁场，而且在电容器两极板间周期性变化的电场也产生磁场。
电磁场与电磁波教案
3.3恒定磁场分析
基本方程： ，
边界条件： ，
，
磁场能量密度：
磁场的总能量：
3.4静态场的边值问题及解的惟一性定理
第一类边值问题（或狄里赫利问题）：
第二类边值问题（或纽曼问题）：
第三类边值问题（或混合边值问题）： ，
，
4.5.3复电容率和复磁导率
复介电常数：
复磁导率：
4.5.4亥姆霍兹方程
， ，
4.5.5时谐场的位函数
,
,
4.5.6平均能量密度和平均能流密度矢量
, ,
作业布置
4．10，4．11，4．12，4．14
主要
参考资料
《电磁场与电磁波》李锦屏编著兰州大学出版社
第7次课学时：2
授课对象
章节
第2章2.4
教学目的和要求
求解静电场问题实质上求解特定边界条件下Ｅ，Ｄ
讲授主要内容
2.4静电场的边界条件
重点
难点
难点是边界条件的理解和掌握。。
要求掌握知识点和分析方法
要求掌握介质中的本构关系和基本方程，会利用基本方程求解电磁场。
教授思路，采用的教学方法和辅助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等
讲授主要内容
4.1波动方程；4.2电磁场的位函数
重点
难点
重点是波动方程。
要求掌握知识点和分析方法
掌握波动方程。
教授思路，采用的教学方法和辅助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等
4.1波动方程
麦克斯韦方程
， ， ，
无源区的波动方程
，
大学物理课教案：电磁场与电磁波
大学物理课教案：电磁场与电磁波概述本节课将介绍电磁场和电磁波的基本概念和特性。
我们会探索电荷、电场、磁场和电磁波之间的关系，以及它们在实际应用中的重要性。
通过这堂课，学生将深入了解电磁现象的本质，并学习如何应用所学知识解决相关问题。
学习目标•了解电荷和带电粒子对周围空间产生的影响•掌握计算静态电场和磁场的基本公式•理解电荷在运动时产生的电流和磁场•学会描述平面波、球面波等不同类型的电磁波•理解电磁波传播速度和频率与波长之间的关系教学内容1. 电荷和带电粒子•正(负)点电荷概念及其特性•兹曼效应：带有自旋角动量的粒子产生出外加稳恒强 (匀) 系外部正(负) 唯一空间点或静(镜) 恒场电荷2. 静态电场•电荷分布与电场强度的关系•库仑定律：点电荷之间的相互作用力与距离的关系•流入(出)一物体特定表面单位面积上对静止不动呆无穷大小扭曲区间微小侧倾柱状轴向柱型流流密度成比（反）例 (证实伟尼尔、奥斯特里哥姆和卡斯培考次数)3. 静态磁场•计算磁场所需考虑的重要因素•磁感应强度和磁场中带有电流的导线之间的关系•安培定律：通过闭合回路的总磁通量等于通过该回路绕过的电流总量4. 运动中的电荷和磁场•带有速度运动(伴随永久比非球形速率变化时间足常) 的粒子在其周围产生旋转奥法定行最易引起配比(驱起世低压)对称轴, 分泌适宜而行星体相同但方位朝向内容同守恒聚能圆桌至轨9919.8902一段同性的自标陪边(加速康)电流和相应的磁场•洛伦兹力和洛伦兹定律: 运动带电粒子在外部磁场中受到的力和加速度与磁场强度、电荷和速度之间的关系5. 电磁波•描述电磁波的基本性质和特点•波长、频率和传播速度之间的关系•平面波、球面波等不同类型的电磁波实验活动为了增强学生对电磁场与电磁波的理解，可以进行以下实验活动：1.静态电场测量：通过使用静态电荷分布或带有点电荷的导体板，利用静态电场仪器测量不同位置处的电场强度，并绘制等势线图。
2.磁感应强度测量：在一个闭合回路中通过不同大小和方向的电流，并使用霍尔效应传感器测量不同位置处的磁感应强度。
电磁场与电磁波教案 - 兰州交通大学精品课程建设
电磁场与电磁波教案学院：电子与信息工程学院教研室：电信基础教研室课程名称：电磁场与电磁波任课教师：封志宏学期：授课班级：电子与信息工程学院制兰州交通大学教案（理论教学用）第 1 次课学时：2 授课对象章节第1章1.1， 1.2教学目的和要求回顾并进一步学习矢量代数的概念和运算，学习三种常用的正交坐标系（包括直角坐标系、圆柱坐标系、球坐标系）。
由于电磁场的计算经常采用圆柱坐标系和球坐标系，所以这两种坐标系在本课程中非常基础和重要的知识点。
讲授主要内容1.1 矢量代数1.2 三种常用的正交坐标系重点难点重点是直角坐标系、圆柱坐标系和球坐标系，以及三种坐标系之间的换算关系。
要求掌握知识点和分析方法要求掌握三种坐标系之下的微积分运算，以及三种坐标系之间的换算关系教授思路，采用的教学方法和辅助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等1.1 矢量代数)()()(BACACBCBA⨯⋅=⨯⋅=⨯⋅CBABCACBA)()()(⋅-⋅=⨯⨯1.2 三种常用的正交坐标系1. 直角坐标系位置矢量：zeyexerzyx++=线元矢量：zeyexelzyxdddd++=面元矢量：zyelleSxzyxxddddd==，zxelleSyzxyyddddd==yxelleSzyxzzddddd==体积元：zyxV dddd=2. 圆柱坐标系zzyx===,sin,cosφρφρ，∞<≤ρ0,πφ20≤≤,∞<<∞-z位置矢量：zeerz+=ρρ线元矢量：zeeelzdddd++=φρρφρ面元矢量：z e l l e S z d d d d d φρρφρρ== z e l l e S z d d d d d ρφρφφ== φρρφρd d d d d z z z e l l e S==体积元：z V d d d d φρρ= 3. 球坐标系φφθφθsin ,sin sin ,cos sin r z r y r x === ∞<≤r 0,πθ≤≤0,πφ20≤≤位置矢量：r e r r=线元矢量：φθθφθd sin rd d d r e e r e l r++= 面元矢量：φθθφθd d sin d d d 2r e l l e S r r r== φθφθθd d sin d d d r r e l l e S z r== θφθφφd d d d d r r e l l e S r==体积元：φθθd d d sin d 2r r V =作业布置 1.8,1.9,1.10主 要 参考资料 《电磁场与电磁波》李锦屏 编著 兰州大学出版社备注兰州交通大学教案（理论教学用）第 2 次课学时：2 授课对象章节第1章1.3， 1.4教学目的和要求梯度、散度和旋度是构成麦克斯韦方程组的基本算子，也是计算电磁场的基本算子，所以从方向导数、通量、环流的基础上，把三个算子的物理意义和计算公式介绍并推导出来。
电磁场与电磁波教案
讲授主要内容
2.5电磁感应定律和位移电流；2.6麦克斯韦方程组；2.7电磁场的边界条件
重点
难点
重点是麦克斯韦方程组和边界条件。难点是边界条件的理解和掌握。
重点
难点
重点是标量场的梯度，矢量场的通量和散度以及散度定理。难点是圆柱坐标系和球坐标系下梯度、通量和和散度的计算。
要求掌握知识点和分析方法
掌握标量场的梯度，矢量场的通量和散度的物理意义和计算以及散度定理。
教授思路，采用的教学方法和辅助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等
1.3标量场的梯度
讲授主要内容
1.7拉普拉斯运算与格林公式
1.8亥姆霍兹定理
重点
难点
重点是拉普拉斯运算和亥姆霍兹定理，难点是圆柱座标系和球坐标系下的拉普拉斯运算。
要求掌握知识点和分析方法
要求掌握拉普拉斯运算。
教授思路，采用的教学方法和辅助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等
1.7拉普拉斯运算与格林公式
教授思路，采用的教学方法和辅助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等
2.4媒质的电磁特性
2.4.1电介质的极化
电介质表面的极化电荷面密度：
极化电荷体密度：
电介质的本构关系：
电介质中的基本方程： ，
，
作业布置
2.9
主要
参考资料
《电磁场与电磁波》李锦屏编著兰州大学出版社
兰州交通大学教案（理论教学用）
教学目的和要求
梯度、散度和旋度是构成麦克斯韦方程组的基本算子，也是计算电磁场的基本算子，所以从方向导数、通量、环流的基础上，把三个算子的物理意义和计算公式介绍并推导出来。
电磁场与电磁波教案
电磁场与电磁波教案学院：电子与信息工程学院教研室：电信基础教研室课程名称：电磁场与电磁波任课教师：封志宏学期：授课班级：电子与信息工程学院制兰州交通大学教案（理论教学用）要求掌握知识点和分析方法要求掌握三种坐标系之下的微积分运算，以及三种坐标系之间的换算关系教授思路，采用的教学方法和辅助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等1.1 矢量代数1.2 三种常用的正交坐标系1. 直角坐标系位置矢量：线元矢量：面元矢量：，体积元：2. 圆柱坐标系，,,位置矢量：线元矢量：面元矢量：体积元：3. 球坐标系,,位置矢量：线元矢量：面元矢量：体积元：作业布置 1.8,1.9,1.10主要《电磁场与电磁波》李锦屏编著兰州大学出版社参考资料备注兰州交通大学教案（理论教学用）第 2 次课学时：2 授课对象章节第1章 1.3， 1.4教学目的和要求梯度、散度和旋度是构成麦克斯韦方程组的基本算子，也是计算电磁场的基本算子，所以从方向导数、通量、环流的基础上，把三个算子的物理意义和计算公式介绍并推导出来。
讲授主要内容1.3标量场的梯度1.4 矢量场的通量和散度。
重点难点重点是标量场的梯度，矢量场的通量和散度以及散度定理。
难点是圆柱坐标系和球坐标系下梯度、通量和和散度的计算。
要求掌握知识点和分析方法掌握标量场的梯度，矢量场的通量和散度的物理意义和计算以及散度定理。
教授思路，采用的教学方法和辅助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等1.3标量场的梯度直角坐标系：圆柱坐标系：球坐标系：1.4 矢量场的通量和散度；通量直角坐标系散度散度定理直角坐标系：圆柱坐标系：球坐标系：作业布置 1.12,1.14,1.16,1.12,1.18主要《电磁场与电磁波》李锦屏编著兰州大学出版社参考资料备注兰州交通大学教案（理论教学用）第 3 次课学时：2 授课对象章节第1章1.5，1.6教学目的和要求梯度、散度和旋度是构成麦克斯韦方程组的基本算子，也是计算电磁场的基本算子，所以从方向导数、通量、环流的基础上，把三个算子的物理意义和计算公式介绍并推导出来。
(完整版)电磁场与电磁波教案
1.1矢量代数
1.2三种常用的正交坐标系
重点
难点
重点是直角坐标系、圆柱坐标系和球坐标系，以及三种坐标系之间的换算关系。
要求掌握知识点和分析方法
要求掌握三种坐标系之下的微积分运算，以及三种坐标系之间的换算关系
教授思路，采用的教学方法和辅助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等
《电磁场与电磁波》李锦屏编著兰ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ大学出版社
兰州交通大学教案（理论教学用）
第 7 次课 学时：2
授课对象
章节
第2章2.4
教学目的和要求
直角坐标系：
圆柱坐标系：
球坐标系：
1.8亥姆霍兹定理
作业布置
主 要
参考资料
《电磁场与电磁波》李锦屏编著兰州大学出版社
兰州交通大学教案（理论教学用）
第 5 次课 学时：2
授课对象
章节
第2章2.1, 2.1
教学目的和要求
回顾《普通物理》中所学的电荷守恒定律和真空中静电场的基本规律，从梯度、散度、旋度的角度深入理解并掌握静电场的基本规律，为时变场打下基础。
作业布置
1.15,1.27,1.29
主 要
参考资料
《电磁场与电磁波》李锦屏编著兰州大学出版社
兰州交通大学教案（理论教学用）
第 4 次课 学时：2
授课对象
章节
第1章1.7，1.8
教学目的和要求
拉普拉斯运算是电磁场波动方程中的主要运算，亥姆霍兹定理总结了矢量场的基本性质，指出研究矢量场要从场的散度和旋度着手，研究电磁场也要从电场和磁场的散度和旋度着手。
要求掌握知识点和分析方法
掌握矢量场的环流与旋度的计算公式以及斯托克斯公式。
电磁场与电磁波教案
教学目的 和要求 讲授主要 内 容 重 难 点 点
要求掌握 知识点和 分析方法
掌握标量场的梯度，矢量场的通量和散度的物理意义和计算以及散度定理。
1.3 标量场的梯度 直角坐标系： u ex
u u u ey ez x y z 1 u u
e ez 圆柱坐标系： u e 教授思路， z 采用的教 学方法和 u 1 u 1 u e e 球坐标系： u er 辅助手段， r r r sin 板书设计， 重 点 如 何 1.4 矢量场的通量和散度； 突出， 难点 通量 A dS S 如何解决， 师生互动 直角坐标系 A dS Ax dydz Ay dxdz Az dxdy S 等
dS z ez dlx dl y ez dxdy
体积元： dV dxdydz 2. 圆柱坐标系
x cos , y sin , z z ， 0 , 0 2 , z
位置矢量： r e ez z 线元矢量： dl e d e d ez dz
教学目的 和要求 讲授主要 内 容 重 难 点 点
重点是直角坐标系、 圆柱坐标系和球坐标系， 以及三种坐标系之间的换算关系。
要求掌握 知识点和 分析方法
要求掌握三种坐标系之下的微积分运算，以及三种坐标系之间的换算关系 1.1 矢量代数
A ( B C) B (C A) C ( A B) A ( B C) ( A C) B ( A B)C
电磁场与电磁波教案-(2)
电荷体密度：
电电荷密度：
电流密度矢量：
电荷守恒定律： ，
恒定电流的电流连续性方程： ，
2.2 真空中静电场的基本规律
点电荷： ，
体电荷：
面电荷：
线电荷：
静电场的基本方程
，
，
作业布置
2.1,2.2,2.3
主 要
参考资料
《电磁场与电磁波》李锦屏 编著 兰州大学出版社
讲授主要内 容
1.7 拉普拉斯运算与格林公式
1.8 亥姆霍兹定理
重 点
难 点
重点是拉普拉斯运算和亥姆霍兹定理，难点是圆柱座标系和球坐标系下的拉普拉斯运算。
要求掌握知识点和分析方法
要求掌握拉普拉斯运算。
教授思路，采用的教学方法和辅助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等
1.7 拉普拉斯运算与格林公式
讲授主要内 容
2.1 电荷守恒定律
2.2 真空中静电场的基本规律
重 点
难 点
重点是电荷守恒定律和静电场的基本方程，难点是高斯定理的推导。
要求掌握知识点和分析方法
要求掌握电荷守恒定律，真空中静电场的基本规律，能够根据电荷分布计算空间的电场分布。
教授思路，采用的教学方法和辅助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等
要求掌握介质中的本构关系和基本方程，会利用基本方程求解电磁场。
教授思路，采用的教学方法和辅助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等
2.4 媒质的电磁特性
2.4.1电介质的极化
电介质表面的极化电荷面密度：
极化电荷体密度：
电介质的本构关系：
电介质中的基本方程： ，
，
2电磁场与电磁波教学设计
第4章电磁振荡与电磁波第2节电磁场与电磁波本节课程是通过基本知识的回顾和例题的讲解，使学生对本章的基本概念和基本规律有进一步地理解，并能熟练应用本章知识分析解决物理问题。
在熟练掌握基本概念、基本规律的基础上，能够分析和解决一些实际问题。
通过复习，培养学生归纳知识和进一步运用知识的能力，学习一定的研究问题的科学方法。
【物理观念】了解电电磁波理论的理解。
【科学思维】通过结合生活中各种相应现象及常识，理解变化的磁场产生电场。
体会物理知识在生活中的重要作用，培养勇于探索的精神【科学探究】培养学生实验探求知识的意识，增强求知欲望。
【科学态度与责任】经历用所学过的知识来解决相关现象、解释相关问题。
【教学重点】了解麦克斯韦电磁场理论的基本内容以及在物理学发展史上的意义【教学难点】了解电磁波的基本特点及其发现过程，通过电磁波体会电磁场的物质性一、【引入新课】问题：电磁振荡电路中的能量有一部分要以电磁波的形式辐射到周围空间中去，那么，这些电磁波是怎样产生的？电磁学之父：麦克斯韦简介詹姆斯・克拉克・麦克斯韦（James Clerk Maxwell, 1831年6月13日1879年11月5日），出生于苏格兰爱丁堡，英国物理学家、数学家。
经典电动力学的创始人，统计物理学的奠基人之一。
1847 年进入爱丁堡大学学习数学和物理，毕业于剑桥大学。
他成年时期的大部分时光是在大学里当教授，最后是在剑桥大学任教。
1873年出版的《论电和磁》，也被尊为继牛顿《自然哲学的数学原理》之后的一部最重要的物理学经典。
麦克斯韦被普遍认为是对物理学最有影响力的物理学家之一。
没有电磁学就没有现代电工学，也就不可能有现代文明。
在1999年，英国广播公司（BBC）所评选出的10H0年来最伟大的10位思想家中麦克斯韦与马克思、爱因斯妲、牛顿等人一起榜上有名，他排名第九.后由英国杂志《物理世界》在10。
位著名物理学家中选出的10位最伟大者中，麦克斯韦紧跟爱因斯坦和牛顿排名第三.Maxwell（侬7都蝴二、【进行新课】探究点一电磁场麦克斯韦假设的两大观点：变化的磁场产生电场这是一个普遍规律，跟闭合电路是否存在无关。
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圆柱坐标系： F
球坐标系： F
1 2 1 1 (r Fr ) (sinF ) ( F ) 2 r r r sin r sin
作业布置
1.12,1.14,1.16,1.12,1.18
主 要 参考资料 备注
《电磁场与电磁波》李锦屏 编著 兰州大学出版社
S (r ) R
R3
S
dS
l (r ) R
R3
C
dl
静电场的基本方程
1 E ， E (r ) dS
0
S
0
V
(r )dV
E 0 ， E (r ) dl 0
Biblioteka
dS z ez dlx dl y ez dxdy
体积元： dV dxdydz 2. 圆柱坐标系
x cos , y sin , z z ， 0 , 0 2 , z
位置矢量： r e ez z 线元矢量： dl e d e d ez dz
电流密度矢量： J en lim
i
S
i di en S 0 S dS J dS
i di J S en lim en l 0 l dl dq d dV 电荷守恒定律： J ， J dS S t dt dt V 恒定电流的电流连续性方程： J 0 ， J dS 0
1.2 三种常用的正交坐标系 1. 直角坐标系 教授思路， 采用的教 学方法和 辅助手段， 板书设计， 重点如何 突出， 难点 如何解决， 师生互动 等 位置矢量： r ex x ey y ez z 线元矢量： dl ex dx ey dy ez dz 面元矢量： dS x ex dl y dl z ex dydz ， dS y ey dl x dl z ey dxdz
ˆ rotA n S 0 S 斯托克斯定理 A dl rot A dS
旋度 lim
C
C S
A(r ) dl
ˆx e 直角坐标系： rotA A x Ax e 1 圆柱坐标系： F F
兰州交通大学教案（理论教学用）
第 章 3 次课 节 学时：2 第 1 章 1.5，1.6 梯度、散度和旋度是构成麦克斯韦方程组的基本算子，也是计算电磁场的基本 算子，所以从方向导数、通量、环流的基础上，把三个算子的物理意义和计算公式 介绍并推导出来。 1.5 矢量场的环流与旋度 1.6 无旋场与无散场 重点是矢量场的环流与旋度，无旋场与无散场，以及斯托克斯公式。难点是圆 柱坐标系和球坐标系下环流和旋度的计算。 掌握矢量场的环流与旋度的计算公式以及斯托克斯公式。 授课对象
教学目的 和要求 讲授主要 内 容 重 难 点 点
要求掌握 知识点和 分析方法
1.5 矢量场的环流和旋度 环流
A dl
l
直角坐标系下
A dl A dx A dy A dz
x y z l
教授思路， 采用的教 学方法和 辅助手段， 板书设计， 重点如何 突出， 难点 如何解决， 师生互动 等
0 r , 0 , 0 2
位置矢量： r er r 线元矢量： dl er dr e rd e rsind 面元矢量： dSr er dl dl er r 2sindd
dS e dlr dl ez rsindrd dS e dlr dl e rdrd
作业布置 主 要 参考资料 《电磁场与电磁波》李锦屏 编著 兰州大学出版社
兰州交通大学教案（理论教学用）
第 5 次课 学时：2 第 2 章 2.1, 2.1 回顾 《普通物理》 中所学的电荷守恒定律和真空中静电场的基本规律， 从梯度、 散度、旋度的角度深入理解并掌握静电场的基本规律，为时变场打下基础。 2.1 电荷守恒定律 2.2 真空中静电场的基本规律 重点是电荷守恒定律和静电场的基本方程，难点是高斯定理的推导。 要求掌握电荷守恒定律，真空中静电场的基本规律，能够根据电荷分布计算空 间的电场分布。 2.1 电荷守恒定律 授课对象
教授思路， 采用的教 学方法和 辅助手段， 板书设计， 重点如何 突出， 难点 如何解决， 师生互动 等
圆柱坐标系： 2 u
1 2 u 1 u 1 2u 球坐标系： u 2 (r ) 2 (sin ) 2 2 r r r r sin r sin 2
电磁场与电磁波教案
学
院：
电子与信息工程学院 电信基础教研室 电磁场与电磁波 封志宏
教 研 室： 课程名称： 任课教师： 学 期：
授课班级：
电子与信息工程学院 制
兰州交通大学教案（理论教学用）
第 章 1 次课 节 学时：2 第 1 章 1.1， 1.2 回顾并进一步学习矢量代数的概念和运算，学习三种常用的正交坐标系（包括 直角坐标系、圆柱坐标系、球坐标系） 。由于电磁场的计算经常采用圆柱坐标系和 球坐标系，所以这两种坐标系在本课程中非常基础和重要的知识点。 1.1 矢量代数 1.2 三种常用的正交坐标系 授课对象
面元矢量：
dS e dl dl z e ddz dS e dl dlz e ddz dS z e z dl dl e z dd
体积元： dV dddz 3. 球坐标系
x r sin cos , y r sin sin , z r sin
ˆy e y Ay ez z Fz
ˆz e z Az
F re rF
e
er 1 球坐标系： F 2 r sin r Fr
r sin e r sin F
1.6 无旋场与无散场 无旋场： F 0 。
教学目的 和要求 讲授主要 内 容 重 难 点 点
要求掌握 知识点和 分析方法
要求掌握拉普拉斯运算。 1.7 拉普拉斯运算与格林公式
(u) 2u
直角坐标系： 2 u
2u 2u 2u x 2 y 2 z 2 1 u 1 2u 2u ( ) 2 2 z 2
2
2 F ( F ) ( F )
1.8 亥姆霍兹定理
F (r ) u(r ) A(r )
1 F (r ) u (r ) dV 4π V r r 1 F (r ) A(r ) dV 4π V r r
u
散度定理 A dS Ad
0
S
散度 divA( r ) lim
A(r ) dS
S
直角坐标系： A
Ax Ay Az x y z ( F ) F Fz z
体积元： dV r 2sindrdd 作业布置 主 要 参考资料 备注 1.8,1.9,1.10 《电磁场与电磁波》李锦屏 编著 兰州大学出版社
兰州交通大学教案（理论教学用）
第 章 2 次课 节 学时：2 第 1 章 1.3， 1.4 梯度、散度和旋度是构成麦克斯韦方程组的基本算子，也是计算电磁场的基本 算子，所以从方向导数、通量、环流的基础上，把三个算子的物理意义和计算公式 介绍并推导出来。 1.3 标量场的梯度 1.4 矢量场的通量和散度。 重点是标量场的梯度，矢量场的通量和散度以及散度定理。难点是圆柱坐标系 和球坐标系下梯度、通量和和散度的计算。 授课对象
教学目的 和要求 讲授主要 内 容 重 难 点 点
要求掌握 知识点和 分析方法
掌握标量场的梯度，矢量场的通量和散度的物理意义和计算以及散度定理。
1.3 标量场的梯度 直角坐标系： u ex
u u u ey ez x y z 1 u u
e ez 圆柱坐标系： u e 教授思路， z 采用的教 学方法和 u 1 u 1 u e e 球坐标系： u er 辅助手段， r r r sin 板书设计， 重 点 如 何 1.4 矢量场的通量和散度； 突出， 难点 通量 A dS S 如何解决， 师生互动 直角坐标系 A dS Ax dydz Ay dxdz Az dxdy S 等
S
2.2 真空中静电场的基本规律
点电荷： E (r ) 体电荷： E (r )
qR ， R r r' 3 4π 0 R 1 4π 0
(r ) R
R3
V
dV
面电荷： E (r ) 线电荷： E (r )
1 4π 0 1 4π 0
教学目的 和要求 讲授主要 内 容 重 难 点 点
重点是直角坐标系、 圆柱坐标系和球坐标系， 以及三种坐标系之间的换算关系。
要求掌握 知识点和 分析方法
要求掌握三种坐标系之下的微积分运算，以及三种坐标系之间的换算关系 1.1 矢量代数
A ( B C) B (C A) C ( A B) A ( B C) ( A C) B ( A B)C