电磁场及电磁波课程教学大纲

《电磁场与电磁波》课程教学大纲适用专业：电子信息专业本科

学时：50

学分：3学分

课程代码：B01000252

一、教学目的、任务与教学原则和方法

一切电现象，都会产生电磁场，而电磁波的辐射与传播规律，更是一切无线电活动的基础。因此，在各国的理工科大学中，《电磁场与电磁波》都是通信工程、电子信息工程等专业的专业基础课，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。

“电磁场与电磁波”还是多种学科的交叉点，它不仅是微波、天线、电磁兼容的理论基础，而且各种现代通信方式，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。由于“电磁场与电磁波”是众多学科的理论基础，从而成为相关专业课程建设的一个非常重要的环节。

本课程包括电磁场与电磁波两大部分。电磁场部分是在《电磁学》课程的基础上，运用矢量分析的方法，描述静电场和恒定磁场的基本物理概念，在总结基本实验定律的基础上给出电磁场的基本规律，研究静态场的解题方法。电磁波部分主要是介绍有关电磁波在各种介质中的传播规律及天线的基本理论，其教学目的和要求：

（一）内容方面，应使学生牢固掌握矢量运算，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。

（二）能力方面，应使学生学会和掌握如何通过数学方法求解一些基本和实际问题，对结果给予物理解释的科学研究方法；使学生在运算能力和抽象思维能力方面受到初步而又严格的训练；培养学生解决和研究问题的能力，培养学生严谨的科学学风。

（三）方法方面，着重物理概念、基本规律和基本问题的解释和阐述，注意本课程与大学物理电磁学的衔接，以及与后继课程联系，注重解决常见基本问题和实际问题。在帮助学生打下坚实基础的前提下，坚持教学内容与现代科学技术接轨，使现代科学技术的成果渗透到本课程内容之中，提高学生的兴趣，拓宽学生的知识面。

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。

二、本课程的内容及要求

第一章矢量分析

【教学目的和要求】

理解标量场与矢量场的概念，了解标量场的等值面和矢量场的矢量线

的概念。矢量场的散度和旋度、标量场的梯度是矢量分析中最基本的重要概念，应深刻理解，掌握散度、旋度和梯度的计算公式和方法。散度定理和斯托克斯定理是矢量分析中的两个重要定理，应熟练掌握和应用。理解亥姆霍兹定理的重要意义。

【教学内容】

第一节矢量代数

a)标量和矢量

b)矢量的加法和减法

c)矢量的乘法

第二节三种常用的正交坐标系

1) 直角坐标系

2) 圆柱坐标系

3) 球坐标系

第三节标量场的梯度

1) 标量场的等值面

2) 方向导数

3) 梯度

第四节矢量场的通量与散度

1) 矢量场的矢量线

2) 通量与散度

3) 散度定理

第五节矢量场的环流与旋度

1) 环流

2) 旋度

3) 斯托克斯定理

第六节标量场的梯度

1) 无旋场

2) 无散场

第七节亥姆霍兹定理

亥姆霍兹定理：

在有限区域内，矢量场由它的散度、旋度及边界条件惟一地确定。

亥姆霍兹定理的意义：是研究电磁场的一条主线。

【教学重点与难点问题】

重点：三种常用的正交坐标系、标量场的梯度、矢量场的通量与散度、矢量场的环流与旋度、标量场的梯度、亥姆霍兹定理。

难点：矢量场的环流与旋度、标量场的梯度、亥姆霍兹定理。

第二章电磁场的基本规律

【教学目的和要求】

1.本章介绍了电磁场的基本规律，主要内容有：电荷与电荷分布，

电流与电流密度，电流连续性方程；电场强度，库仑定律，磁感应强度，安培力定律；

电场强度的矢量积分公式，磁感应强度的矢量积分公式。通过本章的学

习，要求学生理解电荷与电荷密度、电流与电流密度的概念，理解并掌握电流连续性方程。理解并掌握、安培力定律。会计算一些典型电荷分布的电场强度与一些典型电流分布的磁感应强度。 【教学内容】

第一节 电荷守恒定律

电荷守恒定律：单位时间内由任意闭合曲面内流出电荷量→

→

⋅⎰s

d J s 应等于曲面内的电荷减少量为：

dV t dt

dq V ⎰∂∂-=-ρ。

积分形式 ：

dV t dt

dq s d J s V ⎰⎰∂∂-=-=⋅ρ 微分形式：

t J ∂∂-

=⋅∇ρ

第二节 真空中静电场的基本规律

1） 库仑定律：A 平方反比。B 介电系数

2） 电场强度→

E ：电荷为q 的载流子受到的电场力为：→

→

=E q F 点电荷限制的意义：A 不扰动被测对象，操作意义。B 最小电荷量与最小载流子 量子电动力学与宏观电动力学研究对象的不同。 第三节 真空中恒定磁场的基本规律 毕澳－沙伐尔定律：

24r a l Id B d r

⨯=

πμ

其中r 为l d （源点）到场点的距离，r a

为l d （源点）到场点的单位

矢量。

电流I 与电流密度J

：dV J dsdl J l d s d J l Id ==⋅=)(，则有：

dV r a J B d r 2

4 ⨯=πμ。

第四节 电磁感应定律和位移电流

法拉第电磁感应定律:

一个闭合导电回路的感应电动势⎰⋅-=Φ-=s s

d B dt d dt d ε。磁通的变化

可以仅仅由磁场变化引起，也可以仅仅由导电回路的变化引起，也可

以是两者皆有。

法拉第电磁感应定律的意义：感应电动势⎰⋅=C l

d E ε