《电磁场理论》课程教学大纲

《电磁场理论》课程教学大纲课程代码：ABJD0610课程中文名称：电磁场理论课程中文名称：TheoryofElectromagneticFields课程性质：必修课程学分数：3.5课程学时数：56授课对象：电子信息工程本课程的前导课程：高等数学(包括矢量分析,场论和数理方程等)，大学物理一、课程简介电磁场与电磁波是通信技术的理论基础，是电子信息专业本科学生的知识结构中重要组成部分。本课程使学生掌握电磁场的有关定理、定律、麦克斯韦方程等的物理意义及数学表达式。使学生熟悉一些重要的电磁场问题的数学模型（如波动方程、拉氏方程等）的建立过程以及分析方法。培养学生正确的思维方法和分析问题的能力，使学生学会用"场"的观点去观察、分析和计算一些简单、典型的场的问题。为后续课程打下坚实的理论基础。二、教学基本内容和要求（一）引言课程教学要求：1、了解电磁学发展历史2、了解电磁学概括和主要应用领域3、认识到学好电磁场理论的极端重要性（二）矢量分析和场论课程教学内容：矢量的代数运算，场的微分运算，矢量的恒等式和基本定理，常用正交曲线坐标系。课程的重点、难点：重点：散度、旋度、梯度概念及其在直角坐标系中的计算。难点：高斯散度定理、斯托克斯定理。课程教学要求：1、建立场的概念：矢量场、标量场。2、理解散度、旋度、梯度概念，理解矢量场的两个恒等式，掌握在直角坐标系中的相关计算。3、理解两个定理：高斯散度定理、斯托克斯定理，能进行相关计算。4、理解亥姆霍兹定理5、了解圆柱坐标、球坐标，了解不同坐标系间的转换关系，了解散度、旋度、梯度在不同坐标系中的表达式，能正确应用。6、了解矢量运算恒等式，能正确应用。（三）静电场课程教学内容：静电场中的物理量和物理定律，真空中静电场的基本方程，电位及其电位方程，电偶极子，电介质中的场方程与边界条件，静电场的能量、能量密度和导体的电容；电场力。课程的重点、难点：重点：静电场基本方程难点：静电场基本方程的推导和边界条件课程教学要求：1、掌握静电场基本方程的建立和表达式，理解它的物理意义，能进行一些基本运算。2、理解静电场电位概念的引出，掌握其定义，理解电位满足的泊松方程或拉普拉斯方程。3、掌握不同介质分界面上的边界条件，并能正确运用。4、了解部分电容及多导体系统的电容网络。5、理解静电能量的两种表达式，掌握电容器储存的电能表达式，掌握电场能量分布表达式——电场能量体密度。了解用虚位移法求静电力。（四）恒定电流的电场和磁场课程教学内容：恒定电场的物理量、物理定律、基本方程与边界条件，恒定电场的电位与静电比拟法，恒定磁场的物理量、物理定律、基本方程与边界条件，恒定磁场的矢量磁位和标量电位，恒定磁场的能量和载流回路的电感。课程的重点、难点：重点：恒定电场和恒定磁场的基本方程难点：基本方程的推导课程教学要求：1、掌握欧姆定律的微分形式、焦耳热功率密度。2、掌握恒定电场基本方程的建立及表达式，理解它的物理意义，能进行一些基本运算。理解恒定电场电位满足的拉普拉斯方程。3、掌握不同导电媒质分界面的边界条件，并能正确运用。4、理解静电比拟法，能应用该方法进行相关计算。5、掌握稳恒磁场基本方程的建立及表达式，理解它的物理意义，能进行一些基本运算。6、理解矢量磁位的引出与定义，理解矢量磁位满足的泊松或拉普拉斯方程。7、理解标量磁位的引出与定义，了解标量磁位的适用范围，理解标量磁位满足的拉普拉斯方程。8、掌握不同磁介质分界面上的边界条件，并能正确运用。9、了解载流电路的电感，能计算简单电路的电感，了解诺伊曼公式。10、理解稳恒磁场能量的两种表达式，理解载流系统具有的磁能表达式，掌握磁场能量分布表达式——磁场能量体密度。学习用虚位移法求磁场力。（五）静态场的解课程教学内容：静电场边值问题的分类以及唯一性定理，镜像法，分离变量法。课程的重点、难点：重点：镜像法难点：镜像法的应用课程教学要求：1、了解边值问题的分类，了解格林公式，理解静态场解的唯一性定理。2、理解镜像法的实质和解决问题的思路，掌握平面、球面和圆柱面的镜象法，能进行相关计算。3、学习用分离变量法对位函数的拉普拉斯方程的求解，能进行在直角坐标系中的计算，了解柱坐标系和球坐标系中的分离变量法。（六）时变电磁场课程教学内容：法拉第电磁感应定律，位移电流；麦克斯韦方程组，时变电磁场的边界条件，时谐电磁场，矢量磁位和标量电位，坡印亭定理与坡印亭矢量。课程的重点、难点：重点：麦克斯韦方程组难点：麦克斯韦方程组得出课程教学要求：1、理解时变电磁场的能量与能流——坡印廷矢量、坡印廷定理。2、掌握时变电磁场中不同介质分界面的边界条件及应用。3、能推导在无源空间中时变电磁场所满足的波动方程，理解其意义。4、掌握谐变电磁场的复数表达形式，能写出谐变电磁场的麦克斯韦方程组复数形式，能推导在无源空间中谐变电磁场的亥姆霍兹方程，掌握平均坡印廷矢量及计算，理解复坡印廷定理。5、理解时变电磁场的动态位的定义，理解动态位所满足的达朗贝尔方程。（七）平面电磁波课程教学内容：无耗媒质和导电媒质中的均匀平面波，电磁波的极化特性，均匀平面波对不同媒质分界面的垂直入射。课程的重点、难点：重点：均匀平面波的特性难点：导电媒质中的均匀平面波课程教学要求：1、掌握无限大理想介质中均匀平面电磁波的传播特性，掌握描述波传播特性的参量——相位常数、相速、波长、波阻抗等，能写出均匀平面电磁波的表达式，能计算平均坡印廷矢量。2、理解波的极化特性，能判断平面电磁波的极化方式。3、理解损耗介质中平面电磁波的传播特性及传播特性参量，特别是在良导体和弱损耗介质中，并与理想介质中的传播特性进行比较。了解趋肤效应、表面阻抗。了解损耗介质中的色散现象，了解相速与群速。4、能运用边界条件，得到对平面分界面垂直入射情况下的反射和折射，掌握反射系数、折射系数表达式及间的关系，理解入射、反射与折射间的能量关系，理解驻波现象与驻波比。三、实验教学内容及基本要求（无）四、教学方法与手段多媒体，黑板板书相结合。五、各教学环节学时分配章节（或内容）讲课习题课实验其它合计引言2矢量分析61静电场81恒定电流的电场和磁场121静态场的解61时变电磁场81平面电磁波81合计50656六、考核方式与成绩评定标准1、考核方法：按照课堂表现占20%，作业成绩占20%，课程考核成绩占60%综合评定。2、成绩评定：最后以优秀、良好、中等、及格和不及格五个等级评定课程总成绩。七、教学参考资料1、参考书目（1）王家礼朱满座路宏敏，《电磁场与电磁波》（第三版），西安电子科技大学出版社，2009年。（2）谢处方等，《电磁场与电磁