《电磁场》课程教学大纲

电磁场课程教学大纲ElectromagneticField课程编号:1031合用专业:电气工程与自动化学时数:48学分数:3执笔人:连存虎编写日期:8月一、课程的性质和目的本门课程属于电气工程与自动化专业的专业基础课程，通过本门课程的学习，使学生在大学物理电磁学的基础上，进一步掌握电磁场基本概念；培养学生用场的观点对电气工程中的电磁现象和电磁过程进行定性分析与判断的初步能力；理解进行定量分析的基本途径，为进一步学习和应用多个较复杂的电磁场计算办法打下基础；通过电磁场理论的逻辑推理，培养学生对的思维和严谨的科学态度。二、课程教学环节的基本规定课堂讲授：①教学办法采用启发式教学、激励学生自学、培养学生自学能力。贯彻少而精的原则,精选教学内容,精讲多练。②教学手段部分采用多媒体教学。作业方面：习题课的类型普通应涉及计算题、概念题和应用题等。课外习题内容以设计计算为主，也能够布置有助于培养的分析能力和加强重要概念理解的思考题。考试环节：考试形式采用笔试，考试题型可为：选择、填空、简答、叙述、判断、分析、证明、计算等题。三、课程的教学内容和学时分派第一章矢量分析(10学时)教学内容：矢量代数；正交坐标系；标量场的等值面及等值面方程，标量场的梯度；矢量线的微分方程；矢量场的不变特性，矢量线的特性；矢量场的散度和旋度；哈密顿算子▽和拉普拉斯算子▽2，格林定理；高斯散度公式和斯托克斯公式；两个零恒等式；无旋场与无散场；亥姆霍兹定理。教学规定：掌握标量场的等值面及等值面方程，标量场的梯度；矢量线的微分方程，矢量场的散度和旋度；哈密顿算子▽和拉普拉斯算子▽2；高斯散度公式和斯托克斯公式，两个零恒等式；亥姆霍兹定理。理解圆柱坐标系、球坐标系；方向导数、通量、环量；无旋场与无散场；格林定理。理解矢量场的不变特性，矢量线的特性。重点：掌握标量场的梯度、矢量场的散度、旋度的概念和运算，及其对场的性质的描述。难点：建立微分形式的场方程。第二章电磁场的基本规律（授课12学时）教学内容：宏观电荷和电流是产生电磁场的场源；电荷守恒定律和全电流持续性原理是宏观电磁现象必须遵照的基本定律；电场强度库仑定律；安培力定律磁感应强度；静止自由空间电磁场基本方程的积分形式和微分形式；传导、极化、磁化；静止介质中电磁场基本方程的积分形式和微分形式；法拉第电磁感应定律、位移电流；麦克斯韦方程；根据电磁场基本方程的微分形式，导出电磁场在两种不同介质分界面的边界条件（衔接条件）。教学规定：掌握电荷守恒定律和全电流持续性原理是宏观电磁现象必须遵照的基本定律；电场强度库仑定律；安培力定律磁感应强度；传导、极化、磁化；法拉第电磁感应定律、位移电流；麦克斯韦方程；电磁场在两种不同介质分界面的边界条件（衔接条件）。理解宏观电荷和电流是产生电磁场的场源；静止自由空间电磁场基本方程的积分形式和微分形式；传导、极化、磁化；静止介质中电磁场基本方程的积分形式和微分形式；根据电磁场基本方程的微分形式，导出电磁场在两种不同介质分界面的边界条件。理解媒质的特性。重点：总结归纳电磁场运动规律的基本方程，并讨论物质对电磁场的三种响应——传导、极化和磁化，麦克斯韦方程以及电磁场在不同介质分界面的边界条件。难点：电磁场在不同介质分界面的边界条件的拟定。第三章静态电磁场及其边值问题的解(授课18学时)教学内容：电位的定义；静电场中的导体和电介质，极化强度和电位移向量；高斯通量定理和无旋性构成的静电场的基本方程及电场强度、电位和电位移在不同媒质分界面的边界条件，泊松方程和拉斯方程，电容的计算原则及导体系统部分电容的概念；理解能量、能量密度和力的概念掌握，它们的计算；导电媒质中的恒定电场的基本方程和不同媒质分界面上的边界条件；导电媒质中的恒定电场静电场的比拟；磁感应强度、磁场强度、磁化强度的定义及三者间关系和磁通持续性原理；磁偶极子、偶极矩、磁化率和磁化电流的概念；毕-沙定律和安培环路定律；恒定磁场的基本方程；磁感应强度、磁场强度、标量磁位、矢量磁位在不同媒质分界面上的边界条件；两种位函数满足的方程；电感的定义和计算原则；会计算磁场能量和磁场力；求解边值问题的惯用的办法和场的实验研究；边值问题解答的唯一性；镜象法计算简朴的电场问题；分离变量法和有限差分法。教学规定：掌握电位的定义；静电场中的导体和电介质，极化强度和电位移向量；高斯通量定理和无旋性构成的静电场的基本方程及电场强度、电位和电位移在不同媒质分界面的边界条件，泊松方程和拉斯方程，电容的计算原则及导体系统部分电容的概念；导电媒质中的恒定电场的基本方程和不同媒质分界面上的边界条件；磁感应强度、磁场强度、磁化强度的定义及三者间关系和磁通持续性原理；毕-沙定律和安培环路定律；恒定磁场的基本方程；磁感应强度、磁场强度在不同媒质分界面上的边界条件；求解边值问题的惯用的办法和场的实验研究；边值问题解答的唯一性；镜象法计算简朴的电场问题。理解能量、能量密度和力的概念掌握，它们的计算；导电媒质中的恒定电场静电场的比拟；磁通持续性原理；两种位函数满足的方程；电感的定义和计算原则；会计算磁场能量和磁场力；求解边值问题的惯用的办法和场的实验研究；分离变量法和有限差分法。理解边值问题的类型；圆柱坐标分离变量法、球坐标分离变量法、导体圆柱面的镜象、导体球面的镜象和差分方程的求解办法。标量磁位、矢量磁位在不同媒质分界面上的边界条件；重点：高斯通量定理和无旋性构成的静电场的基本方程及电场强度、电位和电位移在不同媒质分界面的边界条件，磁感应强度、磁场强度、磁化强度的定义及三者间关系和磁通持续性原理；毕-沙定律和安培环路定律；恒定磁场的基本方程；磁感应强度、磁场强度在不同媒质分界面上的边界条件；泊松方程和拉斯方程。难点：标量磁位、矢量磁位；泊松方程和拉斯方程；分离变量法、镜象法计算的电场问题第四章时变电磁场(授课8学时)教学内容：电磁场的位函数；波动方程；电磁能量守恒定律；唯一性定理；时谐电磁场、时谐电磁场的复数体现、时谐电磁场的位函数；复矢量的麦克斯韦方程；复电容率和复磁导率、亥姆霍兹方程；平均能量密度和平均能流密度矢量。教学规定：掌握波动方程；电磁能量守恒定律；唯一性定理；时谐电磁场；复矢量的麦克斯韦方程；平均能量密度和平均能流密度矢量。理解电磁场的位函数；时谐电磁场、时谐电磁场的复数体现；亥姆霍兹方程。理解时谐电磁场的位函数；复电容率和复磁导率。重点：波动方程；时谐电磁场、时谐电磁场的复数体现；复矢量的麦克斯韦方程。难点：时谐电磁场的位函数；复矢量的麦克斯韦方程；平均能量密度和平均能流密度矢量。四、本课程和其它课程的联系与分工先修课：大学物理、高等数学与工程数学（涉及矢量分析、场论和数理方程）。该课程的后续课程是：电机学、电力系统分析、高电压技术。五、建议教材和教学参考书[1]谢处方，饶克谨.电磁场与电磁波（第4版）.北京：高等教育出版社，[2]谢处方编著.电磁场与电磁波高等教育出版社1999年6月第三版[3]王家礼编著.电磁场与电磁波.西安电子科技大学出版社12月第一版[4]冯慈璋.电磁场.高等教育出版社[5]冯慈璋，马西奎.工程电磁场导论，高等教育出版社,[6]冯林，杨显清，王园等编著.电磁场与电磁波.北京：机械