电磁场论-张会星0001

1、理论课程大纲 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 】 备注：课程模块为公共基础、通识教冇、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。 （-）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

2、课程结束后达到的知识目标、技能目标和态度目标三个层而） 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”等专业课奠左理论基础，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，与英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

3、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。选修学生应具备髙等微积分知识、普通物理学知识及求解偏微分方程 泄解问题的能力。 （三）先修课程（参照2016版人才培养方案中的课程名称，课程统称要准确） 髙等数学、大学物理III、数学物理方法 二、教学内容 （-）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

4、和族度 （5）圆柱坐标系和球坐标系 （6）亥姆霍兹泄理 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）掌握矢量场的环呈:和旋度概念及计算方法 （5）了解圆柱坐标系和球坐标系 （6）了解亥姆霍兹泄理 3、重点、难点： 本章重点:标量场的方向导数和梯度的汁算方法，矢量场的通量和散度概念的讣算方法, 矢捲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、英它教学环节（如实验、习题课、讨论课、其它实践活动）： 无 （二）第一章

5、静电场 1、主要内容： 1. 1电荷分布库仑左律电场强度 （1）电荷分布：点电荷、线电荷、而电荷、体电荷 （2）库仑左律 （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、第二基本左律高斯左理E的环流 （1）立体角 （2）高斯左理及其应用 （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

6、质极化，极化强度 （3）极化体电荷与极化强度的关系 （4）极化而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）电介质存在时的髙斯左理 （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）交界而法向场分疑的交界条件 （2）交界而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左理 （1）静电位的微分方程 （2）唯一性左理 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）

7、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）掌握场强与电位的讣算方法 （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，掌握极化而电荷与极 化强度的关系 （9）掌握电介质存在时的髙斯左理表达式 （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，了解唯一性左理的意义 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，髙斯定理（静电场第一基本泄律）的应用，场强的计算 4、英它教学环

8、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平面界而的电像法 （1）无限大接地平而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而、一介质内有一点电荷的场 （3）角域内一点电荷的电像法 （4）两平行平而界而内一点电荷的电像法 2.2球面界而的电像法 （1）接地导体球面外一点电荷的电场 （2）无限大接地平而导体外一电位为U的导体球的电场 2.3柱面界而的电像法 （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）

9、两均匀电介质一点电荷场分布的左性分析 （2）接地导体球外一点电荷场分布的左性分析 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） 掌握平面界而电像法、球面界而电像法、柱而界面电像法 3、重点、难点: 重点：求解无限大接地平而导体外一点电荷的电场的电像法，求解两均匀电介质交界而 为平而、其中一介质中有一点电荷的电场的电像法，求导体球（分接地和不接地两种情 况）外一点电荷的电场的电像法。 难点：柱面界而的电像法 4、英它教学环节：（如实验、习题课、讨论课、其它实践活动）： 习题 2-2、2-3、2-5、2-8、2-12 （四）第三章稳左电流电场 1、主要内容： 3.1欧姆泄律连续

10、性方程 （1）电流密度，欧姆左律的微分形式 （2）电流连续性方程 3.2供电电极表面附近的电荷和稳泄电流电场的场源 3.3稳定电流电场的建立和本质 （1）不同导电媒质交界面附近电荷的累积与极化 （2）交界而处的累积电荷密度与极化电荷密度 3.4稳泄电流电场的电位微分方程 （1）电位微分方程 交界条件 （2）交界而处电场强度的偏折规律 3.5静电类比法研究稳定电流电场分布 （1）静电类比法 （2）用静电类比法解稳泄电流电场分布 （3）用原电极与像电极泄性分析电流分布 3.6电荷分析法研究稳左电流电场分布 （1）电荷分析法 （2）用原电荷、像电荷泄性分析电场分布 3.7地面对稳左电流电场的影响 （

11、1）供电电极在地下 （2）供电电极在地表而 3.8与交界而垂直方向场泄性分析 （1）与交界而垂直方向电位的变化规律 （2）与交界而垂直方向场强的变化规律 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） （1）掌握欧姆泄律的微分形式 （2）掌握稳左电流电场的电流连续性方程 （3）掌握稳左电流电场的本质 （4）掌握稳定电流电场的电位微分方程 （5）理解并掌握静电类比法 （6）理解并掌握电荷分析法 （7）了解地而对稳左电流电场的影响 （8）了解与交界面垂直方向场的泄性分析方法 3、重点、难点： 重点：欧姆左律的微分形式，稳左电流电场的电流连续性方程，静电类比法和电荷分 析法求解稳左

12、电流电场问题。 难点：不同导电媒质交界面处电荷的累积与极化，与交界而垂直方向场的泄性分析 4、其它教学环节：（如实验、习题课、讨论课、其它实践活动）： 习题 3-1、3-2、3-4、3-5、3-9、3-11 （五）第四章稳左磁场 1、主要内容： 4.1安培泄律 （1）电流的磁效应 （2）安培泄律 4.2比奥-沙伐尔宦律 （1）毕奥-沙伐尔宦律 4.3磁场的矢位 （1）磁场的矢位 （2）磁矢位的选择 4.4元电流的磁场 （1）元电流的磁场 4.5磁介质的磁化 （1）磁介质 （2）分子电流 （3）磁介质的磁化 4.6磁化电流与磁化强度的关系 （1）磁化强度 （2）磁化电流与磁化强度 4.7稳泄磁场

13、方程第一、二基本泄律 （1）第一基本定律磁场中的高斯左律 （2）第二基本定律安培环路泄律 （3）B、H、M之间的关系 4.8 B和H的交界条件 （1）B和H的法向交界条件 （2）B和H的切向交界条件 （3）B和H在界而两侧的偏折 4.9磁荷磁场强度磁极化强度 （1）磁荷，磁库仑泄律 （2）磁偶极子的场 （3）H线和B线 （4）磁极化强度2 4.10静磁场方程 （1）静磁场方程 （2）磁荷体密度、磁荷而密度与磁极化强度的关系 41磁标位 （1）磁标位Um （2）磁标位的微分方程 4.12磁偶层的磁场 （1）什么是磁偶层 （2）磁偶层的磁场 4.13铁磁介质存在时的磁场 （1）铁磁质 （2）铁磁质

14、存在时的磁场 4.14磁场能量 （1）通电线圈的能疑 （2）磁场能量的场量表示 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） （1）掌握安培泄律 （2）掌握比奥-沙伐尔泄律 （3）掌握磁场矢位的计算 （4）掌握元电流矢位的计算 （5）了解磁介质的磁化方式 （6）掌握磁化电流与磁化强度的关系 （7）掌握稳泄磁场中的第一、二基本定律 （8）了解B和H的交界条件 （9）了解磁库仑泄律 （10）了解磁荷体密度、磁荷而密度与磁极化强度的关系 （11）了解什么是磁偶层 （12）理解铁磁质的磁化机制 3、重点、难点： 重点：稳定磁场的两个基本实验定律：安培定律和比奥-沙伐尔左律，磁化电流

15、与磁化 强度的关系，稳泄磁场中的第一、二基本世律。 难点：磁介质的磁化方式，磁化电流与磁化强度的关系。 4、其它教学环节：（如实验、习题课、讨论课、其它实践活动）： 习题：课后习题第9题 （六）第五章时变电磁场 1、主要内容： 5电磁感应左律麦克斯韦第一假设 （1）法拉第电磁感应左律 （2）场变感应 （3）动生感应 （4）综合感应 （5）E的普颯表达式 5.2麦克斯韦第二假设 （1）位移电流 （2）全电流定律 5.3麦克斯韦方程组 （1）麦克斯韦方程组 （2）本构方程 5.4谐变电磁场方程 （1）基本概念 （2）场矢量的复数形式 （3）定态电磁波的麦克斯韦方程 5.5时变电磁场的交界条件 （1

16、）H、E的切向交界条件 （2）D、B的法向交界条件 5.6电磁场能量密度坡印亭矢量 （1）电磁场的能量和能量密度 （2）电磁场的能流密度，坡印亭矢量，坡印亭左理 2、教学要求：（按照掌握、理解、了解三个层次对课程内容提岀要求） （1）了解什么是场变感应，什么是动生感应，掌握麦克斯韦第一假设 （2）理解什么是位移电流，掌握麦克斯韦第二假设 （3）掌握麦克斯韦方程组 （4）了解定态电磁波的麦克斯韦方程组 （5）了解时变电磁场的交界条件 （6）了解电磁场的能疑和能量密度的计算 （7）了解坡印亭矢量的概念 （8）了解电磁场能呈:的场量表示形式 3、重点、难点： 重点：麦克斯韦的两个假设，麦克斯韦方程组

17、 难点：坡印亭立理 4、英它教学环节：（如实验、习题课、讨论课、其它实践活动）: 习题：课后习题第6题 （七）第六章电磁波的传播 1、主要内容： 6理想电介质中的电磁波方程 （1）基本概念 （2）电磁波方程 （3）平面电磁波方程 6.2理想电介质中定态电磁波方程 （1）定态电磁波方程一亥姆霍兹方程 （2）平面简谐电磁波 6.3平面电磁波的性质 6.4平面电磁波在无限均匀导电媒质中的传播 （1）时变场中导电媒质内的自由电荷分布 （2）谐变电磁场在无界均匀导电媒质中的传播 （3）简谐平而电磁波在均匀导电媒质中的传播 （4）导电媒质中E和H的位相关系 6.5平面电磁波在良导电均匀媒质中的传播 （1）

18、趋肤效应 （2）电磁波在良导电媒质中的相速度 6.6相速度和群速度 （1）相速度和群速度 （2）相速度和群速度的关系 6.7平面电磁波的偏振 （1）平面电磁波的偏振（极化） （2）极化的分类 （3）极化的判断 6.8波导管内的电磁波 （1）矩形波导管中的电磁波 （2）横电型波（TE波）与横磁型波（TM波） （3）波导管的截止频率 （4）TEiu波的电磁场 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） （1）了解什么是理想电介质 （2）了解自由空间的概念 （3）掌握平而电磁波方程的表达式 （4）了解什么是上态电磁波 （5）掌握亥姆霍兹方程 （6）掌握平而电磁波的性质 （7）理

19、解什么是趋肤效应，理解趋肤厚度的概念 （8）掌握相速度和群速度的概念 （9）了解什么是波的偏振 （10）了解什么是横电型波、什么是横磁型波、什么是横电磁波 （11）了解什么是波导管的截止频率 3、重点、难点： 重点：亥姆霍兹方程，平而电磁波及其性质，趋肤效应，群速度和相速度 难点：波的偏振方式，相速度和群速度的关系 4、其它教学环节：（如实验、习题课、讨论课、其它实践活动）： 补充习题 （八）第七章电磁波的辐射 1、主要内容： 7.1时变电磁场的矢位和标位 7.2达朗贝尔方程规范不变性 （1）规范不变性 （2）达朗贝尔方程 7.3达朗贝尔方程的解推迟位 2、教学要求：（按照掌握、理解、了解三个层次对课程内容提岀要求） （1）了解什么是规范不变性 （2）掌握达朗贝尔方程 （3）理解什么是推迟效应 3、重点、难点: 重点：达朗贝尔方程，推迟效应 难点：达朗贝尔方程解的证明 4、英它教学环节：（如实