《电磁场与电磁波》课程教学大纲

《电磁场与电磁波》教学大纲一、课程基本信息课程名称电磁场与电磁波ElectromagneticFieldsandWaves课程编码SCC520711025开课院部理学院课程团队电动力学教学团队学分2.5课内学时40讲授40实验0上机0实践0课外学时40适用专业光电信息科学与工程授课语言中文先修课程高等数学（2-1）、高等数学（2-2）、大学物理（2-1）、大学物理（2-2）课程简介（必修）本课程属于光电信息科学与工程专业的专业必修课程。本课程在电磁学的基础上系统地阐述电磁场与电磁波的基本概念、原理及处理问题的方法。课程内容包括：电磁场基本规律，静态电磁场及其边值问题，随时间变化的电磁场，电磁波的传播，电磁波的辐射。着重介绍恒定电磁场的基本性质和求解电场和磁场问题的基本方法；着重讨论电磁波的传播，包括无界空间中的电磁波的性质、界面上的反射折射以及有界空间中的电磁波问题；介绍一般情况下电磁势的概念和辐射电磁场的计算方法。通过该课程的教学，使学生系统掌握电磁相互作用的基本规律，理解电磁场与·电磁波的基本思想和基本数学方法，初步掌握处理有关电磁系统的各类实际问题的典型方法，培养学生解释、质疑、评价电磁领域基本现象的能力；培养学生的创新精神，训练创新思维，培育创新实践能力和科学研究能力，为今后进一步学习和从事研究工作打下理论基础。Thiscourseisacompulsorycourseforoptoelectronicinformationscienceandengineering.Itexpoundsthebasicconcepts,principlesandsolutionsofelectromagneticfieldsandelectromagneticwaves.Topicscoveredbasiclawsofelectromagneticfields,staticelectromagneticfieldsandtheirboundaryvalueproblems,time-varyingelectromagneticfield,electromagneticwavepropagationandradiation.Thiscoursefocusesonthefundamentalpropertiesofconstantelectromagneticfieldandthebasicmethodsforsolvingelectricfieldandmagneticfieldproblems.Thepropagationofelectromagneticwaveisdetailed,whichincludesthepropertyofelectromagneticwaveandtheinterfacialreflectionandrefractionininfinitespace,aswellasinconfinedspace.Inaddition,theconceptofelectromagneticpotentialandcalculationmethodsofradiatedelectromagneticfieldareintroduced.Throughtheteachingofthiscourse,studentsrequiredtocompletelyknowwellaboutthebasiclawofelectromagneticinteractionandunderstandingthebasicideasandbasicmathematicalmethodsofelectromagneticfieldsandwaves,andsimplyknownaboutthetypicalmethodsfordealingwithvariousrealityproblemsinelectromagneticsystems,whichwillbringupstudentstheabilitytoexplain,question,andevenevaluatethebasicphenomenaofelectromagneticfields.Bymeansofstudyingthecourse,developingtheinnovativespiritandinnovativethinking,andbringinguptheabilityofinnovativepracticeandscientificresearchofstudents,whichlayatheoreticalfoundationforfurtherstudyandresearchworkinthefuture.负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标OBE毕业要求指标点任务自选1M1目标1：系统掌握电磁相互作用的基本规律，理解电磁场与电磁波的基本思想和基本数学方法，初步掌握处理有关电磁系统的各类实际问题的典型方法，培养学生建立电磁领域基本数学模型并进行求解的能力。是9.19.12M2目标2：通过课程学习，培养学生创新精神，训练创新思维，培育创新实践能力和科学研究能力，能运用相关电磁科学原理，识别和判断一些问题的关键环节，为今后进一步学习和从事研究工作打下理论基础。是9.19.1三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课程目标课内学时教学方式课外学时课外环节1第一章矢量分析矢量的运算////21.1矢量代数标量和矢量，矢量的加法和减法，矢量的乘法M10.5讲授0.5作业31.2三种常用的正交坐标系直角坐标系，圆柱坐标系，球坐标系M11讲授1作业41.3标量场的梯度标量场的等值面，方向导数，梯度M11讲授1作业51.4矢量场的通量与散度矢量场的矢量线，通量，散度，散度定理M11讲授1作业61.5矢量场的环流与旋度环流，旋度，斯托克斯定理M11讲授1作业71.6无旋场与无散场无旋场，无散场M10.5讲授0.5作业81.7拉普拉斯运算与格林定理拉普拉斯运算，格林定理M10.5讲授0.5作业91.8亥姆霍兹定理亥姆霍兹定理M10.5讲授0.5作业10第二章电磁场的基本规律电磁场的基本规律////112.1电荷守恒定律电荷及电荷密度，电流及电流密度，电荷守恒定律与电流连续性方程M11讲授1作业122.2真空中静电场的基本规律库仑定律，电场强度，静电场的散度与旋度M11讲授1作业132.3真空中恒定磁场的基本规律安培力定律，磁感应强度，恒定磁场的散度与旋度M11讲授1作业142.4媒质的电磁特性电介质的极化，电位移矢量，磁介质的磁化，磁场强度，媒介的传导特性M12讲授2作业152.5电磁感应定律和位移电流法拉第电磁感应定律，位移电流M11讲授1作业162.6麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组的积分形式，麦克斯韦方程组的微分形式，媒质的本构关系M11讲授1作业172.7电磁场的边界条件边界条件的一般形式，两种特殊情况下的边界条件M11讲授1作业18第三章静态电磁场及其边值问题的解静态电磁场的边值问题////193.1静电场分析静电场的基本方程和边界条件，电位函数，导体系统的电容，静电场的能量，静电力M11讲授1作业203.2导电媒质中的恒定电场分析恒定电场的基本方程和边界条件，恒定电场与静电场的比拟M11讲授1作业213.3恒定磁场分析恒定磁场的基本方程和边界条件，矢量磁位与标量磁位，电感，恒定磁场的能量，磁场力M11.5讲授1.5作业223.4静态场的边值问题及解的惟一性定理边值问题的类型，惟一性定理M10.5讲授0.5作业233.5镜像法接地导体平面的镜像，导体球面的镜像，导体圆柱面的镜像，介质平面的镜像M22讲授2作业243.6分离变量法直角坐标系中的分离变量法，圆柱坐标系中的分离变量法，球坐标系中的分离变量法M22讲授2作业25第四章时变电磁场时变电磁场////264.1波动方程波动方程M10.5讲授0.5作业274.2电磁场的位函数矢量位和标量位，达朗贝尔方程M10.5讲授0.5作业284.3电磁能量守恒定律电磁能量守恒定律M20.5讲授0.5作业294.4惟一性定理惟一性定理M20.5讲授0.5作业304.5时谐电磁场时谐电磁场的复数表示，复矢量的麦克斯韦方程组，复电容率和复磁导率，亥姆霍兹方程，时谐场的位函数，平均能量密度和平均能流密度矢量M22讲授2作业31第五章均匀平面波在无界空间中的传播////325.1理想介质中的均匀平面波理想介质中的均匀平面波函数，理想介质中的均匀平面波传播特点，沿任意方向传播的均匀平面波M22讲授2作业335.2均匀平面波在导电媒质中的传播导电媒质中的均匀平面波，弱导电媒质中的均匀平面波，良导体中的均匀平面波M21讲授1作业34第六章均匀平面波的反射与透射////356.1均匀平面波对分界平面的垂直入射对导体媒质分界面的垂直入射，对理想导体平面的垂直入射，对理想介质分界面的垂直入射M22讲授2作业366.2均匀平面波对理想介质分界平面的斜入射反射定律与折射定律，反射系数与透射系数，全反射与全透射M22讲授2作业376.3均匀平面波对理想导体平面的斜入射垂直极化波对理想导体表面的斜入射，平行极化波对理想导体表面的斜入射M21讲授1作业38第七章导行电磁波////397.1导行电磁波概论TEM波，TM波和TE波M21讲授1作业407.2矩形波导矩形波导中的场分布，矩形波导中波的传播特性，矩形波导中的主模，矩形波导中传输功率M22讲授2作业417.3谐振腔谐振腔M21讲授1作业42第八章电磁辐射////438.1滞后位滞后位M11讲授1作业448.2电偶极子的辐射电偶极子的近区场，电偶极子的远区场M11讲授1作业、大作业四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比1平时作业1.每周布置4~5道题目，平均每次课2道题以上。2.成绩采用百分制，根据作业完成准确性、是否按时上交、是否独立完成评分。3.考核学生对电磁场与电磁波基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力。题型主要有证明、计算题等。20%2大作业1.课程结束后撰写一篇课程总结和体会，以加深对所学知识的系统性理解程度。2.根据总结的深入程度和对课程的理解程度评分。20%3课堂情况根据学生到课情况、学生上课精神状态、回答问题情况等给分10%4期末考试1.闭卷考试，成绩采用百分制，卷面成绩总分100分。2.主要考核学生对电磁场与电磁波基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力，题型主要有简答题、分析题、计算题等。50%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1M1平时作业30%A-按时提交作业，对电动力学基本知识等知识点理解无误。 B-按时提交作业，对上述知识点理解存在少量错误。 C-按时提交作业，对上述知识点理解存在一定量错误。 D-不按时提交作业，或对上述知识点理解存在大量错误。2M1大作业20%A-按时提交，对课程总结到位、体会准确深刻。 B-按时提交，对课程总结基本到位、体会较为准确深刻。 C-按时提交，对课程总结一般、体会较一般。 D-不按时提交，或对课程总结较为混乱一般、体会欠缺。3M1期末考试50%（见试卷评分标准）4M2平时作业30%A-按时提交作业，对电动力学基本知识等知识点理解无误。 B-按时提交作业，对上述知识点理解存在少量错误。 C-按时提交作业，对上述知识点理解存在一定量错误。 D-不按时提交作业，或对上述知识点理解存在大量错误。5M2大作业20%A-按时提交，对课程总结到位、体会准确深刻。 B-按时提交，对课程总