《电磁学》教学大纲

PAGE8PAGE9《电磁学》教学大纲电磁学是一门关于电磁现象及其电磁相互作用的课程，内容涉及在真空、导体、介质中的静态和随时间演变的电场和磁场规律，主要章节包括电场、磁场、电磁力、导体与介质的电磁特性、电磁感应、直流电和交流电、麦克斯韦电磁方程组和电磁波；此外，本课程还探讨电磁科学的最新发展及其应用。预修课程：高等数学、力学

开课学期：每年春季和秋季总学时：80

学分：4

一、教学目标及要求使本科生掌握电磁相互作用的基本规律。要求他们：

1．了解电荷、电流产生电场、磁场的规律；

2．了解电场与磁场的联系；

3．理解电磁场的物质性：它的能量、动量及角动量；

4．了解电场、磁场与各种物质的相互作用；

5．理解麦克斯韦电磁理论；

6．了解电磁学与其它学科的联系;

7．了解电磁学与实际应用、高新技术的关系;

8．得到一定的科学素质教育：科学精神的培养，了解一些科学方法，明白科学思维的重要性以及科学与哲学的关系。二、教学重点和难点绪论主要介绍电磁学的发展简史，各个时期主要科学家对电磁学发展的贡献；以及近代电磁学的发展。同时介绍电磁学对科学和社会发展带来的巨大的推动和影响。第一章是静电学的基础。重点是电荷守恒原理；库仑的实验及库仑定律，静电力的叠加原理；静电场的描述，电场强度的引入；表述静电场整体性质的高斯定理及环路定理；用高斯定理求电场；由环路定理引出的电势，电势与电场强度的关系。其中的难点是电场的基本概念理解；静电场的两条基本定理的把握及应用；电势的零点的选取问题。第二章是从静电场和物质的相互作用角度去研究各种物质中的静电场。重点是在静电场中的导体达到静电平衡时的性质；电容的定义与电容器；在静电场中电介质的极化机理及其描述，极化强度矢量；电介质中静电场的两条基本定理，电位移矢量的引入，高斯定理的应用；两种介质界面上的边值关系；唯一性定理的阐述及电像法。难点是导体达到静电平衡时的性质，导体表面电荷的分布；极化强度矢量的引入；电位移矢量的引入；对电像法的理解及运用。第三章的重点是静电能储存在静电场中，静电场具有能量；非线性介质中有电滞损耗；可以用静电能求静电力。难点在点电荷系统的静电能与电场能量之间的关系；非线性介质及电滞损耗。第四章的重点是电流密度的概念；电荷守恒定律的表达；稳恒条件及稳恒电路的欧姆定律；解复杂电路的基尔霍夫定律及应用。难点在于积分与微分形式的电荷守恒定律的理解；基尔霍夫定律的理解及熟练应用。第五章重点是奥斯特的实验发现；磁场的引入与表达；安培的著名实验与安培定律；毕奥-萨伐尔-拉普拉斯定律及其应用；描述磁场总体性质的两条基本定理的理解；安培环路定律的应用。难点是磁场概念的理解；毕奥-萨伐尔-拉普拉斯定律的应用；磁场的两条基本定理的掌握及其应用。第六章重点是理解磁场与物质的相互作用的本质；磁介质的磁化及其表述的物理量；唯一性定理的表述及几种磁场的求解方法；洛仑兹力与带电粒子在磁场中的运动特点。难点在于各种磁介质特性的微观解释；磁荷法的理解与掌握；磁象法的熟练应用。第七章法拉弟电磁感应定律的发现是重要的，其发现过程具有启发性；法拉弟对感生电动势的科学解释应该掌握，另外的重点是互感与自感的引入及计算；似稳电路的条件和暂态过程的分析、方程的建立。难点在于感生电动势的理解；暂态过程的掌握。

第八章重点是磁能储存在磁场中，磁场具有能量；从N个载流线圈系统的磁能到磁场的磁能是一致的；利用磁能求磁力。在学好第三章的基础上，本章的难点仅在于熟练掌握磁能的求法。

第九章交流电流的重点是几种描述方法；复数表示法，相位的概念，复阻抗的引入；交流电的功率；串联谐振与并联谐振。难点是几种描述方法的等效性与关联；相位、复阻抗的理解；几种功率的关系；谐振条件及谐振的应用。

第十章的重点在于麦克斯韦方程的丰富的物理涵意；平面电磁波的产生与性质；电磁场的能量、动量。难点在于理解麦克斯韦方程的对称性问题；电磁场的角动量。

第十一章为选讲内容，教师根据开课的院系选讲与该院系学科相关的电磁学专题内容。主要包括理解介质的电磁性能方程的重要性，各种介质电磁性能方程如何取得；三种特殊介质的性能方程；在这三种特殊介质中的电磁场的特点。难点是学时不够情况下只能介绍其中之一；缓慢运动介质涉及到狭义相对论，难以理解和掌握；超导介质涉及一点量子力学。三、教材及主要参考书教材：

1．物理型系学生用:《电磁学》，胡友秋，程福臻，刘之景编，1997年3月，高等教育出版社2．非物理型、理工科系学生用:《电磁学》，叶邦角编著，2014年9月，中国科学技术大学出版社

参考书：

1.《电磁学》，赵凯华、陈熙谋，2003年4月，高等教育出版社2.《电磁学》，张玉民、戚伯云编著，1997年9月，中国科学技术大学出版社

3.《电磁学专题研究》，陈秉乾、舒幼生、胡望雨，2001年12月，高等教育出版社

4.《电磁学》《伯克利物理学教程》第二卷，（美）E.M.珀塞尔著，南开大学物理系译，1979年6月，科学出版社

5.《电磁学》第二版，贾起民，郑永令，陈暨耀，2001年1月，高等教育出版社

四、学时安排绪论（2学时）第一章真空中的静电场（8学时）1.1电荷守恒，1.2库仑定律，1.3叠加原理，1.4电场强度，1.5高斯定理，1.6环路定理，1.7电势第一章是静电学的基础。重点是电荷守恒原理；库仑的实验及库仑定律，静电力的叠加原理；静电场的描述，电场强度的引入；表述静电场整体性质的高斯定理及环路定理；用高斯定理求电场；由环路定理引出的电势，电势与电场强度的关系。其中的难点是电场的基本概念理解；静电场的两条基本定理的把握及应用；电势的零点的选取问题。第一章教学难点是：场的概念理解，高斯定理证明，静电场的保守性，电势的标量叠加，电势的参考点选择，电势与电场的关系等。第二章静电场中的导体和电介质（10学时）2.1物质的电性质，2.2静电场中的导体，2.3电容与电容器，2.4电介质，2.5极化强度矢量，2.6电介质中静电场的基本定理，2.7边值关系和唯一性定理，*2.8电像法第二章是从静电场和物质的相互作用角度去研究各种物质中的静电场。重点是在静电场中的导体达到静电平衡时的性质；电容的定义与电容器；在静电场中电介质的极化机理及其描述，极化强度矢量；电介质中静电场的两条基本定理，电位移矢量的引入，高斯定理的应用；两种介质界面上的边值关系；唯一性定理的阐述及电像法。第二章的主要难点是导体达到静电平衡时的性质，导体表面电荷的分布；极化强度矢量的引入；极化电荷的计算，电位移矢量的引入；对电像法的理解及正确运用。第三章静电能（4学时）3.1真空中点电荷的相互作用能，3.2连续电荷分布的静电能，3.3电荷体系在外电场中的静电能，3.4电场的能量和能量密度，*3.5非线性介质及电滞损耗，*3.6利用静电能求静电力第三章的重点是静电能储存在静电场中，静电场具有能量；非线性介质中有电滞损耗；可以用静电能求静电力。难点在点电荷系统的静电能与电场能量之间的关系；非线性介质及电滞损耗。第三章的难点在点电荷系统的静电能与电场能量之间的关系；求力用静电能还是电势能，极化能理解，非线性介质及电滞损耗。第四章稳恒电流（6学时）4.1稳恒条件，4.2欧姆定律，4.3电源及电动势，4.4基尔霍夫定律，*4.5稳恒电流和静电场的综合求解第四章的重点是电流密度的概念；电荷守恒定律的表达；稳恒条件及稳恒电路的欧姆定律；复杂电路的基尔霍夫定律及应用。难点在于积分与微分形式的电荷守恒定律的理解；基尔霍夫定律的理解及熟练应用。第四章难点在于积分与微分形式的电荷守恒定律的理解；基尔霍夫定律的理解及熟练应用。导电介质的概念和求解，复杂电路的求解。电学综合总结（2学时）期中考试（2学时）第五章真空中的静磁场（9学时）5.1磁现象及磁场，5.2安培定律，5.3毕奥－萨伐尔定律，5.4静磁场的基本定理，5.5带电粒子在磁场中的运动第五章与第一章的许多内容有平行之处。其重点是奥斯特的实验发现；磁场的引入与表达；安培的著名实验与安培定律；毕奥-萨伐尔-拉普拉斯定律及其应用；描述磁场总体性质的两条基本定理的理解；安培环路定律的应用。第五章难点是磁场概念的理解；毕奥-萨伐尔-拉普拉斯定律的应用；磁场的两条基本定理的掌握及其应用。第六章静磁场中的磁介质（11学时）6.1磁场对电流的作用，6.2磁介质及其磁化强度，6.3磁介质中静磁场的基本定理，6.4介质的磁化规律，6.5边值关系和唯一性定理，*6.6磁像法（选讲），6.7磁路定理及其应用，*6.8磁荷法（阅读）第六章与第二章的许多内容有平行之处。重点是理解磁场与物质的相互作用的本质；磁介质的磁化及其表述的物理量；唯一性定理的表述及几种磁场的求解方法；洛仑兹力与带电粒子在磁场中的运动特点。第六章的难点在于各种磁介质特性的微观解释；磁荷法的理解；磁像法的应用。第七章电磁感应（7学时）7.1电磁感应定律，7.2动生电动势和感生电动势，7.3互感与自感，7.4似稳电路和暂态过程第七章法拉弟电磁感应定律的发现是重要的，其发现过程具有启发性；法拉弟对感生电动势的科学解释应该掌握，另外的重点是互感与自感的引入及计算；似稳电路的条件和暂态过程的分析、方程的建立。第七章的难点在于感生电动势的理解；涡旋电场的计算，暂态过程的掌握。第八章磁能（4学时）8.1载流线圈系统的磁能，8.2载流线圈在外磁场中的磁能，8.3磁场的能量和磁能密度，*8.4非线性介质及磁滞损耗，*8.5利用磁能求磁力第八章与第三章的许多内容有平行之处。重点是磁能储存在磁场中，磁场具有能量；从N个载流线圈系统的磁能到磁场的磁能是一致的；利用磁能求磁力。在学好第三章的基础上，本章的难点仅在于熟练掌握磁能的求法。第九章交流电（5学时）9.1基本概念和描述方法，9.2交流电路的复数解法，9.3交流电的功率，9.4交流电路分析举例第九章交流电流的重点是几种描述方法；复数表示法，相位的概念，复阻抗的引入；交流电的功率；串联谐振与并联谐振。难点是几种描述方法的等效性与关联；相位、复阻抗的理解；几种功率的关