《电磁场理论》教学大纲

1、电磁场理论Theory of Electromagnetic Field一、课程基本情况课程类别：学科基础课课程学分：3学分课程总学时：48学时，其中讲课：48学时课程性质：必修开课学期：第4学期先修课程：高等数学，数理方程与矢量场论，复变函数，常微分方程，大学物理适用专业：安全科学与工程（雷电科学与技术）电子信息工程、电子与通信工程、电气工程等专业本科生教 材：电磁场与电磁波高等教育出版社，谢处方、饶克谨编著，2009年，第四版。开课单位：大气物理学院雷电科学与技术系。二、课程性质、教学目标和任务课程性质：本课程是安全工程专业的核心基础课，是今后从事雷电防护工程以及相关专业的基础。无论是工频

2、信号强电、弱电防护，还是雷电超高压大电流防护技术以及相关的电磁信号的探测和定位技术等等，都需要具备扎实的电磁场理论基础知识。同时，考虑到本科生就业和继续攻读学位等培养目标的实现，需要在本科阶段奠定坚实的电磁场基础知识，这对学生今后的发展是非常重要的，也是学生从事相邻专业或学科的基本条件。课程目标：宏观电磁场理论的核心内容是麦克斯韦方程，本课程的目标主要是要求学生全面、深入地了解麦克斯韦方程组的物理内涵和边界条件。本课程主要包括静态电磁场与时变电磁场两大部分内。静态电磁场部分从基本的实验定律出发给出静态电磁场的分析方法，是本课程的基础。时变电磁场部分介绍麦克斯韦方程，并由麦克斯韦方程导出波动方程

3、。正弦平面电磁波是研究一般时变电磁场的基础，课程介绍了平面电磁波的传播特性以及在分界面上的反射透射等问题。导行电磁波在微波技术中有重要的应用，而电磁波辐射是电磁波的产生的振荡源。课程任务：本课程的主要任务是为本专业其他核心课程的学习奠定基础，掌握本课程后，能够为电子、电工类专业课的学习奠定坚实基础，提高在工程电磁场方面的应用科研能力。要求学生能够全面系统的掌握电磁场与电磁波的基本概念、基本理论和基本方法，具有具备较强的分析问题与解决问题的能力三、教学内容和要求1矢量分析（4 学时）（1）掌握矢量场的基本概念、矢量的数学运算法则；（2）熟悉矢量场的三度分析运算(梯度、散度和旋度)；（3）理解矢量

4、场三度运算的物理意义，理解三度和通量以及旋量的区别和联系；（4）了解格林函数和亥姆霍兹定理的基本数学运算和物理意义；（5）初步了解矢量运算在电磁场理论中的作用，初步了解电磁场是张量场，研究和描述电磁场和带电粒子的相互作用离不开矢量数学运算；重点和难点：三度运算（散度、旋度和梯度）及其物理意义。电磁场的基本规律（8学时）（1）掌握电磁场的基本规律，能利用电磁场的基础知识解释一些大气放电现象；（2）熟悉麦克斯韦方程组的积分和微分形式，以及方程组的推导和深刻的物理意义；（3）理解介质的极化和磁化，能很好的借助外界电场分析计算介质的极化电荷和磁化电流分布；（4）了解电磁场的边界条件，以及不同的边界条件

5、对电磁场各个分量的影响；（5）初步了解电磁场理论在雷电科学与技术中的作用，能举例说明防雷工程设计中的电磁现象； 重点：麦克斯韦方程的建立及其物理意义；难点：电磁场的边界问题静态电磁场及其边值问题的解（8学时）（1）掌握静电场的基本问题是求满足边界条件的泊松方程；（2）熟悉静电场的三种解法：镜像法、分离变量法和有限差分法；（3）理解恒定电场和静电场的区别和联系；（4）了解唯一性定理及其深刻的物理含义，并初步学会应用唯一性定理解决一些特殊的静电场问题；（5）初步了解导电介质中的电场分布；重点：泊松方程的建立；难点：分离变量法；恒定电场和静电场的区别和联系。时变电磁场（6学时）（1）掌握时变电磁场的

6、波动方程；（2）熟悉时谐电磁波的复数表示，熟悉复电容率和复磁导率；（3）理解电磁场能量守恒定律；（4）了解唯一性定理；（5）初步了解电磁场频域和时域变换，了解傅里叶变换和傅里叶逆变换；重点：时变电磁场的波动方程；难点：复电容率的物理意义；电磁场频域和时域变换。均匀平面波在无界空间中的传播（6学时）（1）掌握均匀平面波的基本概念；（2）熟悉均匀平面波的极化和在无界空间中的传播；（3）理解均匀平面是最简单的一种电磁波模型，是时谐电磁波在远距离的近似；（4）了解均匀平面波在导电介质中的传播；（5）初步了解色散和群速度；重点：平面波的极化和传播；难点：色散和群速度。均匀平面波的反射和折射（6学时）（1

7、）掌握均匀平面波的反射和折射基本概念，如反射系数、投射系数和全反射等；（2）熟悉均匀平面波在理想导体表面的反射和趋肤效应；（3）理解不同极化波在理想导体表面的入射和反射特征；（4）了解多层介质对均匀平面波如何和反射的影响；（5）初步了解电导率分层的介质对平面电磁场传播的影响；重点：电磁波的反射和折射、趋肤效应；难点：电导率分层对平面电磁场传播的影响。导行电磁波（4学时）（1）掌握导行电磁波的基本概念；（2）熟悉TEM波、TE波和TM波的传播特点及其与导行形状的关系；（3）理解圆柱形波导播的传播特性；（4）了解同轴波导中的高次模；（5）初步了解传输线方程及其工作参数等；重点和难点：TEM波、TE波和TM波的传播特点及其与导行形状的关系。电磁辐射（6学时）（1）掌握滞后势，能利用光速的有限性正确理解推迟势因子的作用；（2）熟悉电偶极子辐射的一般特点，能熟练地根据辐射波长与传播距离之间的关系，划分近区和远区场；（3）理解电与磁的对偶性；（4）了解磁偶极子辐射；（5）初步了解天线的基本参数；重点：滞后势和电偶极辐射的一般特点，及其远区和近区场的划分；难点：理解电与磁的对偶性四、课程考核（1）作业等：作业：45次，课程论文：1篇；（2）考核方式：闭卷考试（3）总评成绩计算方式：平时成绩30%+期末考