《电磁场与电磁波》教学大纲

课程编号：MA5217

课程名称：电磁场与电磁波                                       英文名称：ElectromagneticField and Electromagnetic Microwave

学分/学时：3/48                                                           课程性质：选修

适用专业：材料科学与工程, 电子科学与技术         建议开设学期：5

先修课程：高等数学、大学物理                               开课单位：先进材料与纳米科技学院

一、课程的教学目标与任务

电磁场理论是一些交叉领域的学科生长点和新兴边缘学科发展的基础。学好电磁场理论将增强学生的适应能力和创造能力。因此本课程的作用不仅是为进一步学习准备必要的基础，更为深远的是关系到所培养学生的基本素质，因此“电磁场与电磁波”课程在教学计划中应占有重要地位，它是电子类专业本科学生的一门技术基础课。

（1） 在大学物理电磁学的基础上,进一步掌握宏观电磁场的基本规律，并结合各专业实际介绍其技术应用的基本知识；

（2） 通过教学，培养学生用场的观点对电器工程中的电磁现象和电磁过程进行定性分析和判断的能力，了解进行定量分析的基本途径，为进一步学习和应用各种较复杂的电磁场计算方法打下基础；

（3） 通过电磁场理论的逻辑推理，培养学生正确思维和严谨的科学态度。

二、课程具体内容及基本要求

（一）矢量分析 (6学时)

（1）绪论

（2）矢量场的通量、散度

（3）矢量场的环流、旋度

（4）标量场的梯度

（5）亥姆霍兹定理

1.基本要求

（1）了解矢量在正交坐标系中的表示；

（2）掌握标量的梯度，矢量的旋度、高斯定理；

（3）理解方向导数的含义，亥姆霍兹定理。

2.重点、难点

重点：标量的梯度，矢量的旋度、高斯定理；

难点：方向导数的含义，亥姆霍兹定理。

3.作业及课外学习要求：完成课后布置的习题。

（二）电磁场的基本物理量和基本实验定律（8 学时）

（1）电荷、电流、连续性方程

（2）库仑定律、电场强度

（3）安培力定律、磁感应强度、积分公式

（4）介质极化、磁化

（5）介质中的场方程、边界条件

1.基本要求：

（1）了解电介质的极化现象及其极化电荷分布；

（2）了解磁介质的磁化现象及其磁化电流分布,电流及电流连续性方程的概念；

（3）理解电场和磁场的概念，掌握电场强度与磁感应强度的积分公式，会计算一些简单源分布所产生的场；

（4）理解吸收电流及其作用机理；

（5）理解静电场基本方程及其边界条件、恒定磁场的基本方程及其边界条件。

2.重点、难点：

重点：极化电荷和磁化电流，电磁场的基本方程和边界条件；

难点：电磁场的基本方程和边界条件。

3.作业及课外学习要求：完成课后布置的习题。

（三）静态电磁场及其边值问题（12 学时）

（1） 真空中静电场方程

（2）电位及泊松方程

（3）唯一性定理、介质中的高斯定律

（4）边界条件、电场能量

（5）恒定电场

（6）真空中磁场的基本方程、矢位，

（7）磁介质中的场方程、边界条件

（8）电感、磁能

（9）直角坐标中的分离变量法，镜像法

1.基本要求：

（1）掌握静电场的基本方程与基本性质；

（2）掌握标量电位及其微分方程，理解静电场的惟一性定理及其重要意义；

（3）掌握静电场的边界条件、掌握恒定电场的基本方程与边界条件，会计算电容、电阻以及电场能量；

（4）掌握恒定磁场的基本方程与基本性质，了解矢量磁位及其微分方程，掌握恒定磁场的边界条件，会计算电感以及电场能量；

（5）了解分离变量法解题的基本步骤， 能够用分离变量法求解直角坐标中的一些简单的二维边值问题；

（6）掌握镜像法解题的基本原理，会用镜像法求解一些典型问题。

2.重点、难点：

重点：静态电磁场中的基本方程和基本性质；

难点：静态电磁场中的基本方程、边界条件及其求解。

3.作业及课外学习要求：完成课后布置的习题。

（四）时变电磁场（6+2 学时）

（1）电磁感应、位移电流

（2）麦克斯韦方程和边界条件

（3）坡印廷定理、波动方程定律

（4）动态位

1.基本要求：

（1）掌握电磁感应定律以及位移电流的概念，牢固掌握麦克斯韦方程并理解其深刻含义；

（2）掌握电磁场的边界条件，理解坡印廷定理意义和坡印廷矢量的概念；

（3）了解电磁波动方程和动态位。

2.重点、难点：

重点：时变电磁场中的基本方程和基本性质；

难点：时变电磁场中的基本方程、边界条件及其求解。

3.作业及课外学习要求：完成课后布置的习题。

（五）均匀平面电磁波（6+2 学时）

（1）亥姆霍兹方程、平均坡印廷矢量

（2）理想介质中的平面波

（3）波的极化、导电媒质中的平面波

（4）对分界面的垂直入射，斜入射

1.基本要求：

（1）掌握正弦电磁场复数表示方法；掌握平面电磁波在理想介质和导电媒质中的传播规律；

（2）理解电磁波的极化概念；

（3）掌握平面波在两种不同媒质分界面上的反射与折射规律。

2.重点、难点：

重点：均匀平面电磁波在介质中的传播规律；

难点：电磁波在不同介质分阶层的反射和折射。

3.作业及课外学习要求：完成课后布置的习题。

（六）电磁辐射和导行电磁波（2+4学时，主要通过实践引导学生自学）

（1）滞后位；电基本振子的辐射场

（2）天线的电参数

（3）均匀导波装置传输电磁波的一般分析方法

（4）矩形波导、圆形波导和谐振腔

1.基本要求：

（1）要求学生基本了解常见微波器件的电磁场特点及其分析方法；

（2）掌握常见微波器件的工作原理。

2.重点、难点：

重点：电磁场在矩形波导中的传播规律；

难点：常见微波器件的工作原理。

3.作业及课外学习要求：完成课后布置的习题。

三、教学安排及方式

总学时40+8学时，其中：讲授40学时，实验（或上机或综合练习或多种形式）8 学时。

注：教学方式填写“讲授、实验或实践、上机、综合练习、多种形式”。

四、本课程对培养学生能力和素质的贡献点

在课堂教学中，通过讲授、提问、讨论、演示等教学方法和手段，课后充分利用网络资源，通过课程网站，进行学习讨论、网络答疑、解题指导、网络测试等方式让学生理解电磁场课程的体系、主线，主要内容、原理和分析方法，为学生学习专业知识和从事工程技术工作打好必备的电磁场的理论基础，并使他们受到必要的基本技能的训练。电磁场与电磁波课程知识覆盖面广，理论严密，逻辑性强，有广阔的工程背景。学习电磁场与电磁波这门课程，对培养学生辩证思维能力，树立理论联系实际的观点，提高分析问题、解决问题的能力等，都有着重要的作用。

五、考核及成绩评定方式

最终成绩由平时作业成绩、期末成绩和小论文成绩等组合而成。各部分所占比例如下：

平时作业、随堂提问以及考勤成绩：20%。主要考核课堂纪律、平时作业完成状况以及对每堂课知识点的复习、理解和掌握程度。

计算机仿真和论文报告成绩：30%。主要考核学生计算机运用能力、获取整理信息的能力以及理论联系实际的能力，学生可根据自己的专业方向及研究兴趣自拟题目或根据任课教师提出的题目，通过自学使用电磁相关的计算仿真软件，如HFSS、Mathematica或者Matlab等，对相关课题进行计算机仿真和分析，给出一定形式的仿真结果及说明。

期末综合测试成绩：50%。主要考核学生对电磁场与电磁波基础知识的理解和掌握程度，以及发现、分析和解决问题的能力，以及语言和文字表达能力。以书面考试形式为主，题型为：选择题、填空题、问答题和计算题等。条件具备时，学生可根据任课教师提出的题目撰写课程学习小论文，并在一定形式下进行宣讲、答辩，最后评定课程论文成绩。

六、教材及参考书目

教材：《电磁场与电磁波》（第四版），谢处方主编，北京：高等教育出版社

参考书目：

1. 冯林等.《电磁场与电磁波》，北京：机械工业出版社，2004

2. 杨显清等编著，《电磁场与电磁波》，北京：国防工业出版社，2003

3. 赵家升等编著.《电磁场与电磁波（第4版）教学指导书》，北京：高等教育出版社，2006

4. Someda C G . Electromagnetic Waves. Chapman & Hall，1998

6.王家礼，朱满座等编，《电磁场与电磁波》，西安：西安电子科技大学出版社，2000

七、说明

（一）与相关课程的分工衔接

本课程是一门重要的专业基础课程，是后续微波器件、天线、高等电磁理论等课程的基础。

（二）其他说明

无。

                                                                                                                         （执笔人：施建章    审核人：学院教学指导委员会）

                                                      2016 年 10 月 20 日