教学大纲

（课程编号 A310013   学分3学时48上机0    ）

 

一、 课程的性质与目的

《电磁场与电磁波》是一门电磁学经典理论课，是电子信息科学与技术、通信工程专业的重要技术基础课。

本课程包括电磁场和电磁波两个方面的基本概念和基本理论，电磁场部分是在《大学物理》课程中电磁学部分的基础上，运用矢量分析的方法，描述电磁场的基本物理概念，在总结基本实验定律的基础上给出电磁场的基本规律。电磁波部分主要是介绍有关电磁波在各种介质中的基本传播规律。要求学生通过本门课程的学习，能够系统地掌握电磁场与电磁波的基本概念，基本性质，基本规律以及求解电磁场问题的基本方法。为进一步学习《微波技术》和《天线与电波》等后续课程打下坚实基础。

二、本课程的相关课程

本课程的先修课程有：《高等数学》，《大学物理》（电磁学），《线性代数》，《工程数学》（矢量分析、复变函数）等。

 

三、      课程内容与教学要求

引言

1、电磁学发展历史

2、电磁学概况和主要应用领域

3、课程主要内容

4、学习方法

第一章 矢量分析

课程内容：

矢量代数的基本规则；正交坐标系，以及在正交坐标系之间的变换；标量场的梯度；矢量场的散度；矢量场的旋度；亥姆霍兹定理。

教学要求：

1.掌握矢量代数的基本规则；

2.掌握矢量在直角坐标系、圆柱坐标系和球坐标系的表示方法，以及在该三种坐标系之间的变换；

3.掌握标量场的梯度、矢量场的散度、矢量场的旋度的概念，以及在直角坐标系中梯度、散度、旋度的运算。了解在圆柱和球坐标系中梯度、散度、旋度的运算；

4.理解矢量场的亥姆霍兹定理。

 

第二章静电场

课程内容：

    库仑定律；高斯定理；标量电位；静电场中的导体；静电场中的电介质；电通密度和介电常数；静电场的边界条件；电容和电容器；静电能量和力；镜像法。

教学要求：

    1.掌握库仑定律、高斯定律。能够计算点电荷、线电荷和面电荷的电场。能够用高斯定律计算对称分布电荷的电场。

    2.掌握标量电位的概念。能够由电荷密度或电场分布计算电位以及由电位计算电场。

    3.掌握导体中静电场的特性。理解静电屏蔽现象的物理意义。

    4.了解介质极化、极化强度、束缚电荷的概念。掌握介质中的静电场方程、电位方程。掌握电位移矢量和介电常数的概念。

    5.掌握静电场的边界条件，包括两种媒质交界面的边界条件、介质-导体的边界条件、导体-导体的边界条件。

    6.掌握电容的概念。会计算一些典型、简单导体系统的电容。

    7.理解静电位能的概念。

    8.了解电位的边值问题和唯一性定理。能够由解电位方程计算一维电位。

    9.掌握镜像法，并能用它解决一些简单问题。

  

   第三章 恒定电流场

   课程内容：

   电流密度和欧姆定理；连续性方程;功率耗散和焦耳定理；恒定电流场的边界条件；电阻的计算。

   教学要求：

1.掌握电流密度的概念。掌握恒定电流场方程、边界条件。

2.掌握能量损耗的概念。

3.了解恒定电流场与静电场的异同。能够计算某些典型导电体的电流场及电导。

   

   第四章 恒定磁场

   课程内容：

   磁通密度；恒定磁场的基本方程；矢量磁位；磁介质中的场方程；恒定磁场边界条件；电感；磁场能量；磁场力；安培定律。

   教学要求：

1.掌握磁通密度的概念；会计算一些典型的简单电流分布的磁场。

2.掌握恒定磁场方程及其意义；会利用安培环路定律计算一些典型的具有对称电流分布的磁场。掌握矢量磁位与磁通密度的关系；会计算一些典型的简单电流分布的矢量磁位。

3.了解介质磁化、磁化强度、磁化电流的概念；

4.掌握介质中的恒定磁场方程及其意义；会利用安培环路定律计算一些典型的具有对称电流分布的磁场；了解介质在磁场中的性质。

5.掌握恒定磁场边界条件。

6.掌握电磁感应定律，电感的概念；会计算一些典型的简单导线回路的电感。

7.掌握磁场能量和能量密度的概念。

8.掌握用虚功原理计算磁场力。

 

  第五章 时变电磁场

  课程内容：

  位移电流；麦克斯韦方程；时变电磁场边界条件；波动方程与位函数；位函数求解；时变电磁场的能量和功率；正弦时变电磁场；正弦时变电磁场中的平均能量功率和复功率流密度。

  教学要求：

1.掌握位移电流的概念；熟练掌握麦克斯韦方程及其意义，时变电磁场边界条件。

2.掌握波动方程、位函数及其方程、位函数求解；理解滞后位。

3.了解时变电磁场的唯一性定理。

4.掌握时变电磁场的能量和功率、Poynting矢量和Poynting定理。

5.掌握时变电磁场及其方程的复数形式、复功率流密度；掌握平均能量、功率和功率流密度与电磁场复数形式的关系；掌握复Poynting定理

 

第六章 均匀平面波的传播

课程内容：

1、均匀平面波在理想介质中的传播

2、均匀平面波在导电媒质中的传播

3、均匀平面波对不同媒质分界面的垂直入射

理解均匀平面波的概念，掌握均匀平面波在理想介质和导电媒质中的传播规律，理解波阻抗、传播系数、相速、波长的含义，了解正弦平面电磁波垂直入射到两种不同媒质分界面时的反射和折射规律，理解集肤效应和透入深度的概念。

教学要求：

1.了解导波系统中的TEM波、TE波、TM波，及横场与纵场的关系。

2.掌握TEM波传输线上电压波，电流波的性质。

3.了解矩形波导中的TE波、TM波的性质；熟练掌握TE10波的性质。

4.了解导波系统中的传输功率与损耗。

5.了解谐振腔的概念。

6.了解同轴线的概念

 

第七章电磁辐射

课程内容：

电流元的辐射场；天线的基本特性；电流环的辐射场；对称天线的辐射场；面天线的辐射场；天线阵；镜像原理。

教学要求：

1.了解电流元的场；熟练掌握辐射场的性质。

2.掌握电流环的辐射场。

3.会由电流元的辐射场计算线天线的辐射场。

4.了解惠更斯原理；了解平面口径场。

5.了解天线的基本特性；

6.掌握均匀线阵的分析方法。

7.掌握镜像原理。

 

能力培养的要求

1. 分析能力的培养：进一步深化对电磁现象的认识和理解，能够运用有关知识分析典型的工程电磁问题与现象，提高分析问题和解决问题的综合能力。

2. 计算能力的培养：针对典型的工程电磁场与电磁波问题，使学生具有选取适当的分析计算方法、确定分析计算步骤、完成分析计算的能力，并具有对计算结果的正确性进行判断或校核的能力。

3. 自学能力的培养：培养和提高学生对课程知识进行整理、概括、消化吸收的能力，以及围绕课堂教学内容阅读参考书籍和资料、自我扩充知识领域的能力，并能够将本课程内容与其它专业课程内容融会贯通。

4. 表达能力的培养：主要是通过作业和课堂练习，使学生能够完整、清晰、准确地表达自己解决问题的思路和步骤，书面表达规范整洁。

5. 创新能力的培养：培养学生独立思考、理性思维和研究问题的能力与习惯，培养学生在学习与实践中发现问题、解决问题的能力。

四、             建议学时分配

课程内容	讲课	习题课或课堂讨论	上机
矢量分析	8
静电场	8
恒定电流场	4
恒定磁场	8
时变电磁场	8
均匀平面电磁波	6
电磁辐射	6
合计	48

 

五、       上机实习要求

无。

六、        考核方式

总评=平时成绩+期末考试成绩

平时成绩占30%，期末考试成绩占70%

七、       教材及参考书

1、      徐立勤，曹伟， 电磁场与电磁波理论( 第2版 ).科学出版社, 2010

2、      参考书：

（1）. 戈鲁 等著，周克定 等译，电磁场与电磁波( 第2版 )，机械工业出版社.2006

          （2）. 陈抗生. 电磁场与电磁波.高等教育出版社，2003

          （3）. 谢处方，饶克谨. 电磁场与电磁波.高等出版社，1999