电磁学课程大纲

PAGEPAGE2《电磁学》课程大纲一、课程信息课程名称电磁学适用专业物理学课程代码05011106课程类别必修学分学时4.5学分/72学时开设学期2先修课程高等数学、力学后续课程光学、电动力学、原子物理学、固体物理等二、课程简介《电磁学》是研究电荷、电流产生电场、磁场的规律，电场和磁场的相互联系，电磁场对电荷、电流的作用以及电磁场对物质的各种效应等的基础课程，为光学、电动力学、原子物理学和固体物理等后续课程的学习奠定扎实的物理基础。本课程旨在引导学生从电荷、电流激发电磁场到电磁场作用于电荷、电流，再到电场与磁场的相互激发、相互影响的逻辑顺序逐渐认识电磁场的基本规律。通过教师讲授、学生自学和合作学习等形式，习得静电场的基本规律、电路分析的基本定律、稳恒磁场的基本规律，以及电磁感应现象的规律，了解电磁学发展历史和发展过程中形成的基本研究方法，形成对电磁学知识体系的总体认识和解决典型电磁学问题的基本能力。三、课程目标（一）课程目标设置通过本课程的学习，学生能达到以下目标：目标1：理解电磁学的基本概念、基本规律和基本方程的建立过程，能运用电磁学的基本规律和基本方程分析电磁场的电学、磁学性质和电磁感应过程，能通过数学推演得出简单系统平衡状态下的电磁学关系，理解描绘静电场和静磁场的基本物理量之间关系的一般表达式的基本方法，能初步将由简单情况得到的电磁学关系推广应用于一般的电磁场。目标2：能应用高斯定理和安培环路定理分析简单带电系统激发的电场、通电导体系统激发磁场的的分布情况和性质，能应用法拉第电磁感应定律和楞次定律分析电磁感应现象，能理解电场和磁场之间的联系和相互影响规律。目标3：能理解电磁学在自然科学和社会实践中的重要作用，能应用电磁学和相关学科知识解决实际问题，解释常见电磁学现象。目标4：能够通过小组学习、专题讨论、网络共享等方式开展电磁学的学习活动，感受团队协作的重要性，具有群体合作学习体验。（二）课程目标对毕业要求分解指标的支撑关系毕业要求分解指标课程目标3.学科素养3-1掌握物理学的基本原理和基本知识，理解物理学的知识体系、基本思想和方法，了解物理学的发展历史和前沿动态。目标1（H）目标2（H）目标3（H）8.沟通合作8-2理解学习共同体重要作用，具有团队协作精神，能够参加小组学习、专题研讨、团队互动、网络共享等协作学习活动，与同学合作交流，分享经验和资源。目标4（M）（三）课程目标对毕业要求的支撑矩阵图课程目标践行师德学会教学学会育人学会发展师德规范教育情怀学科素养教学能力班级管理综合育人学会反思沟通合作1-11-21-32-12-22-33-13-23-34-14-24-34-45-15-25-36-16-26-37-17-28-18-2课程目标1H课程目标2H课程目标3H课程目标4M四、教学要求课程目标教学内容学时教学重点教学难点教学方式学习方式课程思政结合点目标11.绪论11.电磁学的研究内容和方法2.电磁学的发展简史课堂讲授听课学习课堂问答让学生理解电磁学的知识体系、基本思想和方法，了解电磁学的发展历史和前沿动态。2.电荷11.电荷守恒定律2.电荷的量子性1.电荷电性的判定和电量的测量课堂讲授听课学习课堂问答让学生了解电磁理论对近代理论物理发展起到的启发和推动作用。3.库仑定律11.库仑力的方向判定2.库仑定律的成立条件、适用范围、理论地位3.静电力的叠加原理1.库仑力的矢量表达2.静电力的叠加原理的应用课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习通过学习库仑定律的建立过程，进一步理解物理学科的实证性特点，培养学生求真务实，严谨认真的作风和精神。4.静电场31.场的基本属性2.电场强度概念3.电场强度叠加原理1.利用叠加原理计算电场强度课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论5.电场线11.电场线的相关规定2.电场线的性质1.对电场线性质的理解和应用课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论通过引入电场线的历史背景知识，让学生理解物理模型法的重要性，培养学生将实际问题抽象为物理模型的能力。6.偶极子11.电偶极子模型2.电场中偶极子所受力偶矩1.偶极子在任意点激发的电场课堂讲授案例分析听课学习课堂问答7.电解质的极化21.电介质极化的微观机制，2.极化强度，极化强度与电场强度的关系3.均匀极化的电介质、均匀电介质和各向同性电介质等概念1.极化强度的意义课堂讲授听课学习课堂问答通过电解质极化过程的微观分析，引导学生深入认识物质世界与物理过程，强化学生探索本质的科学精神。8.有电介质时的静电场方程0.51.电介质中的静电场方程1.真空中和电介质中的静电场方程的对比课堂讲授案例分析听课学习课堂问答9.电场的能量0.51.电场的能量密度1.电场的能量密度的计算课堂讲授案例分析听课学习课堂问答10.恒定电流11.电流强度与电流密度的关系2.电流的稳恒条件3.恒定电场的性质1.电流强度和电流密度的相互换算2.电流连续性方程的意义课堂讲授案例分析听课学习课堂问答11.直流电路11.电路中节（结）点、回路数量的确定2.直流电路的性质1.直流电路性质的证明课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论12.欧姆定律和焦耳定律2电阻、电阻率、电导、电导率等概念欧姆定律的积分形式和微分形式焦耳定律1.经典金属电子论导出欧姆定律的微分形式课堂讲授案例分析听课学习课堂问答通过对焦耳定律的研究过程的分析，引导学生认识到科学是不断发展开放体系，科学认识从不是一蹴而就、一帆风顺，增强学生求真务实、勇于探索的科学精神。13.磁现象及其与电现象的联系1磁现象及其本质磁感强度的概念及意义1.安培分子电流假说课堂讲授案例分析听课学习课堂问答14.毕奥-萨伐尔定律4电流元毕奥萨伐尔定律特殊电流激发的磁场分布磁感强度方向判定毕奥萨伐尔定律结合叠加原理计算磁感强度课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论通过应用毕-萨定律计算通电导体产生的磁场，体会电磁学理论与数学的紧密联系，感受其严谨性、可靠性与普遍性。15.磁场对载流导体的作用2安培定律载流线圈在均匀外磁场中的安培力矩载流线圈所受力矩与线圈磁矩的关系磁偶极子及其磁矩载流导线所受安培力的计算通过载流线圈在均匀外磁场中所受的力矩分析载流线圈的运动情况课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论16.电磁感应0.51.电磁感应现象2.感应电动势3.法拉第电磁感应定律1.产生电磁感应现象的条件课堂讲授案例分析听课学习课堂问答17.楞次定律11.楞次定律的文字表述和数学表式1.利用楞次定律判定感应电流和感应电动势的方向课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论18.RL电路、RC电路、RLC电路的暂态过程11.RL、RC、RLC电路的暂态过程1.各种电路暂态过程微分方程的建立和初始条件的确定课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论19.磁介质存在时静磁场的基本规律1.51.磁化电流2.磁化强度3.磁场强度4.有磁介质时的环路定理1.计算有磁介质时的磁场课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论20.顺磁性抗磁性铁磁性磁场的能量1.51.顺磁性，抗磁性，铁磁性2.磁能密度，磁能1.顺磁质、抗磁质及铁磁质的特点及其微观解释2.磁能的计算课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论21.位移电流与麦克斯韦方程组1位移电流麦克斯韦方程组引入位移电流的必要性麦克斯韦方程组的意义课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论22.平面电磁波11.平面电磁波1.E和B的偏微分方程特解的物理意义课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论目标21.高斯定理4电通量的计算静电场的高斯定理的理解及应用1.电场分布的对称性分析2.高斯面的选取课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论2.电势41.静电场的环路定理2.电势和电势差的计算3.等势面的性质4.电势与场强的关系1.计算电势时电势零点的选取2.作功路径的选取3．定积分的计算课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论3.极化电荷31.极化电荷的特点及产生机制2.极化电荷体密度、极化电荷面密度与极化强度的关系1.极化电荷体密度、极化电荷面密度的计算课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论4.有电介质时的高斯定理41.有电介质时的高斯定理2.电位移、电场强度及极化强度之间的关系1.有电介质时电场的计算课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习5.多元系的热力学函数和热力学方程0.51.多元系的热力学函数2.多元系的热力学基本方程1.用齐函数分析广延量的一般性质2.复相系的热力学函数课堂讲授案例分析听课学习课堂问答6.电源和电动势21.非静电力势2.电源电动势3.一段含源电路的欧姆定律4.补偿法测电源电动1.应用一段含源电路的欧姆定律解题课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论7.基尔霍夫方程组21.基尔霍夫第一方程组2.基尔霍夫第二方程组1.基尔霍夫方程组的应用课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论8.磁场的高斯定理2磁力线磁通量磁场的高斯定理1.磁通量的计算课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论9.安培环路定理41.磁场的安培环路定理1.应用磁场的安培环路定理计算磁感强度课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论10.动生电动势2.51.非静电力2.动生电动势的产生机制及计算3.交流发电机原理1.洛伦兹力作功产生动生电动势这一能量转换问题的解释课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论11.感生电动势及感生电场41.感生电场2.感生电动势的产生机制及计算1.感生电场及感生电动势的计算课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论10.动生电动势2.51.非静电力2.动生电动势的产生机制及计算3.交流发电机原理1.洛伦兹力作功产生动生电动势这一能量转换问题的解释课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论8.热力学第三定律11.热力学第三定律的两种表述1.用能斯特定理讨论温度趋近于绝对零度时物质的一些性质课堂讲授案例分析听课学习课堂问答小组讨论目标31.静电场中的导体31.静电平衡条件2.静电平衡导体的性质3.静电平衡导体电荷分布及内外电场分布1.用电场线的性质讨论导体静电平衡问题2.尖端放电现象的原理课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论让学生理解避雷针的工作原理，学会正确避免雷电伤害的安全措施，培养学生学以致用，理论联系实际的专业能力。2.封闭金属壳内外的静电场31.封闭金属壳的电荷分布2.封闭金属壳的内外电场分布1.静电屏蔽现象的理解课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习小组讨论通让学生理解静电屏蔽的工作原理及实际应用，培养学生学以致用，理论联系实际的专业能力。3.电容器及其电容21.常见电容器的电容2.电容器的联接1.电容的计算课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习4.带电体系的静电能11.点电荷系及电容器的静电能1.静电能的计算课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习5.带电粒子在电磁场中的运动1洛伦兹力磁聚焦霍尔效应1.电荷在电磁场中受力及运动情况分析课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习6.自感互感涡电流磁能1自感现象，自感系数互感现象，互感系数电流的产生原理涡电流产生的各种效应自感磁能，互感磁能自感电动势方向判定互感系数与自感系数的关系涡电流应用和危害的原理磁能的计算课堂讲授案例分析听课学习课堂问答课堂练习目标41.专题讨论雷电相关常识1要求：收集整理雷电产生原理、避雷方法和原理的资料，利用电磁学相关知识分析其中的原因。案例教学问题探究合作探究课堂展示课堂问答通过对雷电、避雷针的分析，感受电磁学的普遍性，培养学生自主探索能力和由现象到本质的分析能力。2.专题讨论电磁炮1要求：收集整理电磁炮的资料，分析电磁炮的基本结构和工作原理。案例教学问题探究合作探究课堂展示课堂问答通过电磁炮相关知识的学习与讨论，感受物理学科对军事领域的重要影响，培养学生用联系和发展的观点分析问题的能力。3.专题讨论涡电流1要求：收集整理涡电流的资料，阐明涡电流的形成机制，分析涡电流防范技术的原理和利用涡电流的原理。案例教学问题探究合作探究课堂展示课堂问答通过对涡电流的用处和危害的分析，引导学生认识到事物的两面性，懂得利用科学知识趋利避害的重要意义。五、考核与评价（一）课程考核内容、考核方式与课程目标对应情况课程目标考核内容考核方式形成性评价终结性评价目标1电磁学的基本概念、基本函数、基本规律和基本方程及其在简单系统中的应用。1.平时作业2.随堂问答期末闭卷笔试利用电磁学基本物理量之间的关系分析简单系统的电磁学性质。目标2利用高斯定理和安培环路定理分析简单带电系统激发的电场、通电导体系统激发磁场的的分布情况和性质。1.平时作业2.随堂问答期末闭卷笔试利用法拉第电磁感应定律和楞次定律分析电磁感应现象。目标3知道电磁学在自然科学和社会实践中的重要作用。能利用用电磁学和相关学科知识解决实际问题，解释常见电磁学现象。1.平时作业2.随堂问答期末闭卷笔试目标4关于雷电、电磁炮、涡电流的原理及利用、不利影响的防范的专题讨论1.专题报告2.课堂展示3.小组互评（二）考核评价方案考核类型考核内容（题型）考核评价方式考核评价标准分值课程目标平时形成性评价（40%）静电场的基本规律1.平时作业2.随堂问答1.平时作业依据具体题型和题量合理设置，满分100分。依据书写是否工整、表述是否清晰准确、解题是否规范正确进行评分。2.随堂问答依据回答问题的正确与否，语言表述的准确程度进行评分。15目标1有导体时的静电场1.平时作业2.随堂问答10目标3静电场中的电介质1.平时作业2.随堂问答15目标2恒定电流和电路1.平时作业2.随堂问答10目标1恒定电流的磁场1.平时作业2.随堂问答15目标2电磁感应与暂态过程1.平时作业2.随堂问答15目标2磁介质位移电流与麦克斯韦方程组1.平时作业2.随堂问答5目标3专题讨论报告1.专题报告2.课堂展示3.小组互评专题讨论报告满分100分，每期至少进行一次专题合作探究，撰写专题报告并进行展示，依据参与合作学习情况、提交专题报告、报告展示情况进行教师评价、小组互评和组间评价，其中教师评价60%，小组互评40%。15目标4期末终结性评价（60%）选择题闭卷笔试严格按照期末考核参考答案及评分细则进行阅卷评分。30目标1、目标2目标3简答题10目标1、目标3填空题20目标1、目标2计算题40目标1、目标2目标3六、其他（一）自主学习要求《电磁学》是一门理论性很强的专业课程，难度较大，除了常规的课堂学习以外，学生需要在课下进行自主学习。主要内容有：1.提前预习，做到上课前心中有数，及时复习，温故而知新。2.阅读和此课程相关的书籍和材料，扩大视野，启发思考，并学会收集整理归纳材料。自主学习的成效通过课堂问答形式纳入到平时成绩的形成性考核评价方案中。（二）课程资源1.建议教材《普通物理学教程电磁学》，梁灿彬，秦光戎，梁竹健，高等教育出版社，2018年第四版。2.主要参考书《费恩曼物理学讲义新千年版》，费恩曼,莱顿,桑兹著，郑永令等译，上海科学技术出版社，2013年第一版。《电磁学习题分析与解答》，梁竹健，高等教育出版社，2005年第二版。《电磁学》，赵凯华，陈熙谋，高等教育出版社，2018年第四版。《大学物理通用教程电磁学》，陈秉乾,王稼军，北京大学出版社，2012年第二版。《大学物理学》（下册），赵近芳，王登龙，北京邮电大学出版社，2017年第五版。《物理学》（上册），马文蔚，周雨青，解希顺，高等教育出版社，2020年第七版。3.课外学习资源超星学习通、中国大学MOOC、高等教育出版社等网络学习平台上的《电磁学》在线开放课程和数字课程。制订时间：2020年9月修订时间：2021年7月附件《电磁学》课程目标达成度评价办法一、评价依据《电磁学》课程目标达成度评价依据《数理学院物理学专业课程目标达成度评价实施细则》进行评价。二、评价方法本课程目标达成度评价分为直接评价和间接评价。直接评价采用考核数据定量评价。间接评价采用问卷调查，问卷内容根据课程考试方案进行设计。（一）直接评价1.确定课程目标权重。依据课程目标对毕业要求支撑力度的情况确定各课程目标权重。课程目标对毕业要求的支撑矩阵图课程目标践行师德学会教学学会育人学会发展师德规范教育情怀学科素养教学能力班级管理综合育人学会反思沟通合作1-11-21-32-12-22-33-13-23-34-14-24-34-45-15-25-36-16-26-37-17-28-18-2课程目标1H课程目标2H课程目标3H课程目标4M依据上表，本门课程有4个课程目标，每个课程目标对2个毕业要求的支撑