电磁场与电磁场教学大纲

《电磁场与电磁波》课程教学大纲

课程编号：210522

课程性质：学科专业基础课

课程组长：申勇/教授

总学分值：总学分：4学分，其中理论4学分，实验实践0学分。

总学时数：总学时：64学时，其中理论学时64，实验实践0学时。

适用专业：电子信息工程

先修课程：高等数学，大学物理

后续课程：电磁场与微波技术、天线理论与设计等

一、课程简介

1、课程性质与定位：（字数原则上控制在260字左右）

《电磁场与电磁波》是通信工程、电子信息工程等专业的专业基础课，是多个学科的理论基础，如微波、天线、电磁兼容等。课程理论性、系统性很强，逻辑严谨，学习它不仅可以获得场和波的理论，而且有助于培养正确的思维方法和分析问题的能力。各种现代通信方式，如光纤通信、移动通信、卫星通信，以及电视、雷达等各种专门学科，都是以电磁波携带信息的方式来实现的。广泛应用的超小超薄的大规模集成电路更是充满了电磁场的问题。因此，《电磁场与电磁波》是相关专业课程建设一个非常重要的环节。

2、教学目的与要求：（字数原则上控制在260字左右）

内容方面，学生应牢固掌握矢量运算，梯度、散度和旋度概念，高斯公式和斯托克司公式；掌握恒定和时变电磁场的麦克斯韦方程组、泊松方程、电磁波的波动方程等；掌握分离变量法、镜像法、有界空间中电磁波的求解方法等；理解电磁场的矢势¦和标势、规范变换、规范不变性、库仑规范、洛仑兹规范、时谐平面电磁波、推迟势、电磁辐射、截止频率和谐振频率等概念。

通过本课程的学习，使学生牢固掌握电磁场与电磁波方面的基本概念、基本理论及主要分析方法，具有基本的电磁问题解题能力，对天线理论也要有一定的了解。为以后现代通信技术的学习与应用打下良好的基础。

3、教学重点与难点：（字数原则上控制在260字左右）

电磁场与电磁波的最大特点数学要求高、公式多、物理概念抽象、理论难以掌握、学习易畏难。重难点如下：矢量运算，梯度、散度和旋度概念，高斯公式和斯托克司公式；恒定和时变电磁场的麦克斯韦方程组、泊松方程、电磁波的波动方程；分离变量法、镜像法；时谐平面电磁波、推迟势、电磁辐射、截止频率和谐振频率。

二、课程教学内容、要求与学时分配

（一）理论教学内容：

第一章矢量分析（12学时）

教学要求：

了解：矢量、标量和场的概念，三种常用正交坐标系之间的转化关系以及矢量的旋度和散度的区别与联系。

理解：方向导数和梯度、通量和散度、环量和旋度的概念及其运算公式。

掌握：矢量的加、减、标量积、矢量积运算。

教学内容：

1.1 矢量代数

1.1.1 标量和矢量

1.1.2 矢量的加法和减法

1.1.3 矢量的乘法

1.2三种常用的正交坐标系

1.2.1直角坐标系

1.2.2圆柱坐标系

1.2.3球坐标系

1.2.4 矢量积(叉积)

1.3 标量场的梯度

1.3.1 标量场的等值面

1.3.2 方向导数

1.3.3 梯度

1.4 矢量场的通量与散度

1.4.1 矢量场的矢量线

1.4.2 通量

1.4.3散度

1.4.4散度定理

1.5 矢量场的环流与旋度

1.5.1 环流

1.5.2旋度

1.5.3斯托克斯定理

1.6无旋场与无散场

1.6.1 无旋场

1.6.2无散场

1.7 拉普拉斯运算与格林定理

1.7.1拉普拉斯运算

1.7.2格林定理

1.8 亥姆霍兹定理

重点：

矢量的加、减、标量积、矢量积运算。

难点：

方向导数和梯度、通量和散度、环量和旋度的概念及其运算公式。

第二章电磁场的基本规律（12 学时）

教学要求：

了解：电荷及其分布、电流及其分布以及电流连续性方程。

理解：电磁和磁场的概念，掌握电磁强度和磁感应强度的积分形式，会计算一些简单源分布产生的场。

掌握：电磁场基本方程、牢固掌握麦克斯韦方程组并深刻理解其物理意义，掌握电磁场的边界条件。

教学内容：

2.1 电荷守恒定律

2.1.1 电荷及电荷密度

2.1.2 电流及电流密度

2.1.3电荷守恒定律与电流连续性方程

2.2 真空中的静电场基本规律

2.2.1 库仑定律电场强度

2.2.2 静电场的散度与旋度

2.3 真空中恒定磁场的基本规律

2.3.1 安培力定律磁感应强度

2.3.2 恒定磁场的散度与旋度

2.4 煤质的电磁特性

2.4.1 电介质的极化电位移矢量

2.4.2 磁介质的磁化磁场强度

2.4.3煤质的传导特性

2.5 电磁感应定律和位移电流

2.5.1 法拉第电磁感应定律

2.5.2 位移电流

2.6 麦克斯韦方程组

2.6.1麦克斯韦方程组的积分形式

2.6.2麦克斯韦方程组的微分形式

2.6.3 煤质的本构关系

2.7 电磁场的边界条件

2.7.1 边界条件的一般形式

2.7.2 两种特殊情况下的边界条件

重点：

真空中和介质中静电场的积分和微分方程，麦克斯韦方程组的积分和微分形式，电磁场的边界条件。

难点：

电磁场边界条件的证明。

第三章静态电磁场及其边值问题的解（10 学时）

教学要求：

了解：静电比拟法，标量磁位的概念，分离变量法的基本思想和解题步骤，能够用分离变量法求解直角坐标系中的一些简单二维问题。

理解：电场能量和能量密度的概念，会计算一些典型场的能量，会计算典型双导体的电容，矢量磁位及其微分方程，磁场能量和能量密度，静电场的惟一性定理及其重要意义。。

掌握：静电场的基本方程和边界条件，静电场中的电位函数及其微分方程，电位的边界条件，恒定电场的基本方程和边界条件，恒定磁场的基本方程和边界条件，镜像法的基本原理。

教学内容：

3.1 静电场分析

3.1.1 静电场的基本方程和边界条件

3.1.2 电位函数

3.1.3导体系统的电容

3.1.4静电场的能量

3.1.5静电力

3.2 导电煤质中的恒定电场分析

3.2.1 恒定电场的基本方程和边界条件

3.2.2 恒定电场与静电场的比拟

3.3 恒定磁场分析

3.3.1恒定磁场的基本方程和边界条件

3.3.2 矢量磁位和标量磁位