电磁场论-张会星

电磁场论

Electromagnetic Field Theory

【开课单位】地球探测与信息技术系【课程模块】学科基础

【课程编号】081502201291 【课程类别】必修

【学时数】48 （理论48 实践0 ）【学分数】 3

备注：课程模块为公共基础、通识教育、学科基础、专业知识或工作技能；课程类别为必修或选修。

一、课程描述

本课程教学大纲根据2016年本科人才培养方案进行修订或制定。

（一）教学对象

本课程是勘查技术与工程（应用地球物理方向）专业的学科基础课程，是该专业本科生的必修课之一，同时，也是地球信息科学与技术专业本科生的选修课。

（二）教学目标及选修要求

1、教学目标（学生课程结束后达到的知识目标、技能目标和态度目标三个层面）

通过本课程教学，学生能够掌握电场基本理论、磁场基本理论及电磁场基本理论，能够对电磁波在地下介质中传播的理论有系统、深入的理解，为后续的“电法勘探”、“磁法勘探”和“重磁数据处理与解释”等专业课奠定理论基础，也为从事地球物理方向的研究工作打下良好基础。通过本课程的教学，学生应具有严谨的治学态度，善于逻辑推理、善于思考，善于用学过的知识解决实际问题，用理论联系实际的方法学习后续课程。

2、选修要求（简要说明课程的性质，与其他专业课程群的关系，选修学生应具备的基本专业素质和技能等）

电磁场论主要讲授电场、磁场及电磁场的相关知识，涉及到微积分、普通物理学中的电磁学内容以及求解偏微分方程的问题，是电法勘探、磁法勘探的先修课程，是将来从事地球物理勘探行业必备的基础理论。选修学生应具备高等微积分知识、普通物理学知识及求解偏微分方程定解问题的能力。

（三）先修课程（参照2016版人才培养方案中的课程名称，课程名称要准确）

高等数学、大学物理III、数学物理方法

二、教学内容

（一）绪论

1、主要内容：

0.1地球物理场论II主要涉及的研究领域

0.2 场论的应用与发展

0.3学习目的、方法及要求

0.4考核要求

0.5矢量分析与场论

（1）场的概念

（2）标量场的方向导数和梯度

（3）矢量场的通量和散度

（4）矢量场的环量和旋度

（5）圆柱坐标系和球坐标系

（6）亥姆霍兹定理

2、教学要求：（按照掌握、理解、了解三个层次对学生学习提出要求）

（1）了解什么场

（2）掌握标量场的方向导数和梯度的概念及计算方法

（3）掌握矢量场的通量和散度概念及计算方法

（4）掌握矢量场的环量和旋度概念及计算方法

（5）了解圆柱坐标系和球坐标系

（6）了解亥姆霍兹定理

3、重点、难点：

本章重点：标量场的方向导数和梯度的计算方法，矢量场的通量和散度概念的计算方法，矢量场的环量和旋度的计算方法

本章难点：矢量场的通量和散度概念，矢量场的环量和旋度的概念

4、其它教学环节（如实验、习题课、讨论课、其它实践活动）：

无

（二）第一章静电场

1、主要内容：

1.1电荷分布库仑定律电场强度

（1）电荷分布：点电荷、线电荷、面电荷、体电荷

（2）库仑定律

（3）电场强度，点电荷电场强度公式

（4）场强举例：电偶极子的场强、均匀带电细圆环轴线上的电场

1.2 静电场第一、第二基本定律高斯定理 E的环流

（1）立体角

（2）高斯定理及其应用

（3）E的环流，E的旋度，静电场第二基本定律

1.3电位电位梯度

（1）电位

（2）电位梯度，场强与电位梯度的关系

（3）电位的计算

1.4电偶极子和偶电层的场

（1）电偶极子的场

（2）偶电层的场

（3）通过偶电层时电位的突变

1.5电介质极化极化电荷

（1）静电平衡时导体的特性

（2）电介质极化，极化强度

（3）极化体电荷与极化强度的关系

（4）极化面电荷与极化强度的关系

1.6电介质存在时静电场基本规律电位移D

（1）电介质存在时场量的直接计算

（2）电介质存在时的高斯定理

（3）电介质存在时静电场的计算

1.7介质交界处场量变化规律

（1）交界面法向场分量的交界条件

（2）交界面切向场分量的交界条件

（3）交界处电位U的连续性

1.8静电位的微分方程唯一性定理

（1）静电位的微分方程

（2）唯一性定理

1.9静电场能量

2、教学要求：（按照掌握、理解、了解三个层次对学生学习提出要求）（1）了解什么是点电荷、线电荷、面电荷、体电荷

（2）掌握库仑定律、电场强度的概念

（3）了解立体角的概念

（4）掌握静电场第一、第二基本定律

（5）了解电位和电位梯度的概念

（6）掌握场强与电位的计算方法

（7）理解场强与电位梯度的关系

（8）了解极化强度的概念，掌握极化体电荷与极化强度的关系，掌握极化面电荷与极化强度的关系

（9）掌握电介质存在时的高斯定理表达式

（10）理解介质交界处的场量交界条件

（11）掌握静电位的微分方程，了解唯一性定理的意义

3、重点、难点：

本章重点：静电场第一、第二基本定律，场强和电位的计算方法，电介质的极化方式，极化强度与极化电荷的关系，静电位的微分方程

本章难点：电介质的极化，高斯定理（静电场第一基本定律）的应用，场强的计算

4、其它教学环节（如实验、习题课、讨论课、其它实践活动）：

习题1-7、1-9、1-13、1-16、1-21、1-24

（三）第二章电像法

1、主要内容：

2.1平面界面的电像法

（1）无限大接地平面导体外一点电荷的静电场

（2）两均匀电介质交界面为无限大平面、一介质内有一点电荷的场

（3）角域内一点电荷的电像法

（4）两平行平面界面内一点电荷的电像法

2.2球面界面的电像法

（1）接地导体球面外一点电荷的电场

（2）无限大接地平面导体外一电位为U的导体球的电场

2.3柱面界面的电像法

（1）无限长介质柱外一无限长线电荷的电场

（2）两带等量异号电荷的无限长导体柱的电场

2.4场分布的电像定性分析

（1）两均匀电介质一点电荷场分布的定性分析

（2）接地导体球外一点电荷场分布的定性分析

2、教学要求：（按照掌握、理解、了解三个层次对课程内容提出要求）

掌握平面界面电像法、球面界面电像法、柱面界面电像法

3、重点、难点：