《电磁学》课程教学大纲

电磁学Electromagnetism【课程编号】ZB25612 【课程类别】专业基础课【学分数】4 【学时数】72=64+8 【先修课程】高等数学、力学【适用专业】物理学一、教学目的、任务通过《电磁学》学习，学生能够掌握电磁学的基本规律、基本概念、和基本思维方式，并了解近代物理与电磁规律的内在联系。给学生以扎实的基础训练和创新思维的培养。使学生在思维方式、计算能力、科学素质都有很大提高。二、课程教学的基本要求1．全面系统地掌握电荷、电流产生电场、磁场的规律；了解电场与磁场的联系；理解电磁场的物质性：它的能量、动量及角动量；了解电场、磁场与各种物质的相互作用；理解麦克斯韦电磁理论；具有一定的分析和解决电磁学问题的能力；为后续课程的学习奠定较为扎实的基础；2.具有分析、处理和讲授高中物理电磁学部分的能力；3.了解电磁学发展史上某些重大发现和发明过程中的物理思想和实验方法；了解电磁学与其它学科的关系；了解电磁学在实际技术中的应用，与高新技术的关系；4．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。三、教学内容和学时分配2+12+10+5+10+8+8+4+5+8=72（一）理论教学内容及时数64学时绪论2学时（课堂讲授2学时）1． 电磁学的研究对象、基本内容和发展简史2． 电磁学与其它学科、工程技术学科的关系3. 电磁学在物理专业教学中的地位与作用4. 电磁学涉及的矢量及其运算、方向导数和梯度、通量与散度、环流量与旋度数学基础强化第一章真空中的静电场12学时（课堂讲授10学时+习题课2学时）1． 物质的电结构、电荷守恒、库仑定律2.电场、电场强度、电场的叠加2． 静电场的高斯定理3． 静电场的环流、环路定理；电势与电势差、场强与电势的微分关系4． 电场对带电系统的作用力教学要求：1、确切理解与掌握库仑定律。2、确切理解与掌握电场、电场强度、电场的叠加。3、确切理解与掌握静电场的高斯定理4、确切理解与掌握静电场的环流、环路定理；电势与电势差、场强与电势的微分关系。5、理解电场对带电系统的作用力。其它教学环节：习题课第二章静电场与物质的相互作用10学时（课堂讲授8学时+习题课2学时）1． 静电场中的导体（静电平衡的条件、导体上的电荷分布问题、导体表面附近的场强、尖端放电、静电屏蔽、静电场的唯一性定理2． 电容及电容器、电容器的储能3. 静电场中的电介质（介质的极化、极化强度与极化电荷、介质中的场强、电位移矢量、介质中的高斯定理和环路定理4.导体系的静电能、静电场的能量教学要求：1、掌握并理解导体处于静电平衡时，导体内、表面的电荷分布及其内外电场和电势的特点。2、了解静电屏蔽、静电场的唯一性定理3、理解电容，电介质在电场中的极化，会计算几何规则的电容器的电容。4、掌握并理解导体系的静电能、静电场的能量。其它教学环节：习题课第三章稳恒电流5学时（课堂讲授5学时）1． 电流稳恒条件2． 欧姆定律的微分形式3． 复杂电路的计算（含源电路得欧姆定律、基尔霍夫方程）教学要求：1、了解稳恒电流场的特点2、掌握并理解含源电路得欧姆定律、基尔霍夫方程。其它教学环节：习题课第四章稳恒磁场10学时（课堂讲授9学时+习题课1学时）1． 基本磁现象、安培定律、磁感应强度2． 毕奥—萨伐尔定律3． 稳恒磁场的基本性质（安培回路定理与磁场高斯定理）4． 安培力与洛伦兹力（洛仑兹力、回旋加速器、质谱仪、霍尔效应）教学要求：1、了解稳恒磁场的相关概念和现象。2、掌握并理解毕奥—萨伐尔定律、安培回路定理与磁场高斯定理。3、掌握并理解安培力与洛伦兹力4、了解回旋加速器、质谱仪、霍尔效应其它教学环节：习题课第五章磁场与物质的相互作用8学时（课堂讲授8学时）1． 介质的磁化、顺磁性、抗磁性、铁磁性2． 磁化强度、磁化电流、介质中的磁场、介质中的安培环路定律、磁场强度3． 介质中稳恒电流磁场的基本方程、4． 边界条件和磁路定理教学要求：1、了解介质在磁场中的磁化及相关概念。2、掌握并理解介质中的安培环路定律。其它教学环节：习题课第六章电磁感应8学时（课堂讲授7学时+习题课1学时）1． 电磁感应现象与电磁感应定律2． 动生电动势与感生电动势3． 互感与自感4． 涡电流与趋肤效应5． 电路中的暂态过程6． 磁场的磁能教学要求：1、理解电磁感应现象、掌握电磁感应定律。2、掌握并会计算动生电动势与感生电动势。3、了解涡电流与趋肤效应和电路中的暂态过程。4、掌握磁场的磁能其它教学环节：习题课第七章交流电路4学时（课堂讲授4学时）1． 简谐交流电路的产生与表示2． R、L、C三个理想元件在交流电路中的作用3． 交流电路的功率、功率因数、谐振电路与品质因数4． 变压器、三相交流电教学要求：1、了解交流电的相关概念。2、了解交流电路及电路元件的阻抗特性，会计算简单的交流电路。其它教学环节：习题课第八章电磁场的麦克斯韦方程组和电磁波5学时（课堂讲授5学时）1． 位移电流2． 麦克斯韦方程组3． 平面电磁波4． 平面电磁波的能量、动量、电磁波的产生教学要求：1、理解位移电流，麦克斯韦方程组2、了解平面电磁波、平面电磁波的能量、动量、电磁波的产生其它教学环节：习题课（二）研究教学内容及时数（8）1．课堂学生个人总结：分组讲授磁介质磁化的分子电流观点和磁荷观点的区别和联系。2．课堂讨论：电磁学在实际技术中的应用，和高新技术的关系。四、教学重点、难点及教学方法重点：静电场、静电场中的导体和电介质、稳恒电流和电路、稳恒电流的磁场、电磁感应与暂态过程、交流电路、电磁场与电磁波。“场”是电磁学中最基本最重要的概念，电磁学的内容无论是场或规律都从场的观点来阐述，按照近代物理的观点，粒子不过是场的激发态，“场”的概念比“粒子”基本，通过“场”产生相互作用的观点是与近代物理学的精神相通的。“场”与质点（实物物质）不同，具有空间分布，它的规律要从整体上把握。学生将在电磁学中第一次系统地学到“场”的概念和处理“场”的方法。电磁学的基本特性及其描述方法需要引入“通量”“环量”概念及相应的通量定理和环路定理，是整个电磁学课程的基础和重点。难点：电磁场基本性质（高斯定理和环路定理）的理解及其应用、静电场中的电介质、磁介质、暂态过程、复杂电路和电磁波的发射与接受。教学方法：通过电磁学数学基础强化和具体例题讲解、详细分析、归纳各种题型解题的基本思路和方法，并抓紧严格的习题作业训练，提高学生应用理论解决实际问题的能力、实现融会贯通；适当增加电磁学研究的动向和发展趋势，开拓学生的视野和思路。五、考核方式及成绩评定方式：考试六、教材及参考书目推荐教材：张玉民，戚伯云编.电磁学(第二版).北京：科学出版社，20072、主要参考书：[1]赵凯华，陈熙谋．电磁学（第二版）．北京：高等教育出版社，2006[2]梁灿彬，秦光戎，梁竹健．电磁学(第二版