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1、北京工业大学“电磁场与电磁波”课程教学大纲英文名称：Electromagnetism Field and Electromagnetism Wave课程编号：0000517课程类型：学科基础必修课学时：48 学分：3面向对象：电子信息工程和通信工程专业本科生先修课程：大学物理（电磁学）使用教材及参考书：1谢处方 饶克谨编， 电磁场与电磁波 ，高等教育出版社(第四版)，2006-12林志瑗 杨铨让 沙玉钧编， 电磁场工程基础 ， 高等教育出版社，1983-63周建华 游佰强译， 工程电磁学基础 ，机械工业出版社，2006-9一、 课程性质、目的和任务本课程是工科电子信息工程和通信工程专业本科生必
2、修的一门专业基础课。本课程在大学物理（电磁学）的基础上，着重阐述电磁场与电磁波的基本概念、原理、规律和基本分析方法，及其在工程实际中的应用。通过本课程的学习，使学生进一步认识并掌握电磁场与电磁波的物理本质、基本规律和基本分析方法，培养学生对电磁问题的分析与求解能力，并为学习相关的后续课程（如微波技术 、 通信电路原理 、 射频电路设计等课程）或深入研究电磁理论打下必要的基础。二、课程教学内容及要求 按“掌握”“理解”“了解” 三个层次注明了各章节的主要内容和应达到的要求，并分别用符号1 ：掌握、 2 ：理解、 3 ：了解、：自学或粗讲标记在相应内容的右上角处。第一章 矢量分析（一）目的与要求理
3、解标量场与矢量场的概念，了解标量场的等值面和矢量场的矢量线的概念。矢量场的散度和旋度、标量场的梯度是矢量分析中最基本的重要概念，应深刻理解，掌握散度、旋度和梯度的计算公式和方法。散度定理和斯托克斯定理是矢量分析中的两个重要定理，应熟练掌握和应用。理解亥姆霍兹定理的重要意义。（二）教学内容1.1 矢量代数 1.1.1 标量和矢量1.1.2 矢量的加法和减法1.1.3 矢量的乘法1.2 三种常用的正交坐标系 11.2.1 直角坐标系1.2.2 圆柱坐标系1.2.3 球坐标系1.3 标量场和梯度 11.3.1 标量场的等直面1.3.2 方向导数1.3.3 梯度1.4 矢量场的通量与散度 11.4.1
4、 矢量场的矢量线1.4.2 通量1.4.3 散度1.4.4 散度定理1.5 矢量场的环流与旋度 11.5.1 环流1.5.2 旋度1.5.3 斯托克斯定理1.6 无旋场与无散场 21.6.1 无旋场1.6.2 无散场1.7 拉普拉斯运算与格林定理 31.7.1 拉普拉斯运算1.7.2 格林定理1.8 亥姆霍兹定理 2（三）课后练习课本习题 1.1、1.4、1.11、1.12、1.16、1.18、1.22、1.24、1.25（四）教学方法与手段理论讲解与习题讲解相结合。第二章 电磁场的基本规律（一）目的与要求1本章介绍了电磁场的基本规律，主要内容有：电荷与电荷分布，电流与电流密度，电流连续性方程
5、；电场强度，库仑定律，磁感应强度，安培力定律；电场强度的矢量积分公式，磁感应强度的矢量积分公式。通过本章的学习，要求学生理解电荷与电荷密度、电流与电流密度的概念，理解并掌握电流连续性方程。理解并掌握、安培力定律。会计算一些典型电荷分布的电场强度与一些典型电流分布的磁感应强度。 2.重点与难点：电荷分布与电流分布，库仑定律， ，磁感应强度，电场强度安培力定律。（二）教学内容2.1 电荷守恒定律型 22.1.1 电荷及电荷密度2.1.2 电流及电流密度2.1.3 电荷守恒定律与电流连续性方程2.2 真空中静电场的基本规律 12.2.1 库仑定律 电场强度2.2.2 静电场的散度与旋度2.3 真空中
6、恒定磁场的基本定律 12.3.1 安培力定律 磁感应强度2.3.2 恒定磁场的散度与旋度2.4 媒质的电磁特性 12.4.1 电介质的极化 电位移矢量2.4.2 磁介质的磁化 磁场强度2.4.3 媒质的传导特性 12.5 电磁感应定律和位移电流 12.5.1 法拉第电磁感应定律 2.5.2 位移电流2.6 麦克斯韦方程组 12.6.1 麦克斯韦方程组的积分形式2.6.2 麦克斯韦方程组的微分形式2.6.3 媒质的本构关系2.7 电磁场的边界条件 12.7.1 边界条件的一般形式2.7.2 两种特殊情况下的边界条件（三）课后练习课本习题 2.1、2.3、2.5、2.6、 、2.10、2.11、2
7、.14、2.15、2.16、2.21、2.26（四）教学方法与手段理论讲解、例题讲解和自学相结合。着重把数学表达式中的含义讲解清楚，使学生更容易掌握和记忆公式。通过公式的推导让学生掌握公式表达的含义，以及概念之间的相互关系。第三章 静态电磁场及其边值问题的解（一）目的与要求1. 理解电场强度与电位的定义，理解电场强度的线积分与路径无关的性质以及电场强度与电位之间的关系。了解媒质的线性,均匀和各向同性的含义，了解电偶极子，电偶极距的概念，了解极化电荷，极化强度的定义。理解电位移的定义以及它和电场强度，极化强度之间的关系，理解并能熟练应用高斯定律。掌握静电场的基本方程，掌握电位所满足的微分方程(泊
8、松方程和拉普拉斯方程) ，以及电场强度，电位移和电位在不同媒质分界面上的衔接条件，能列出简单场的边值问题,并能掌握一维边值问题的求解方法。理解边值问题解答的唯一性。掌握镜像法,能计算简单的场问题。了解电容的计算原则,了解多导体系统的部分电容的概念。了解电场能量及能量密度的概念,掌握电场能量及能量密度的计算方法。了解广义力和广义坐标的概念,会应用虚位移法求电场力。了解分离变量法.能初步应用差分法来解决简单的平行平面电场问题。2重点与难点：电位移矢量，自由空间静电场的基本方程；标量电位函数，泊松方程，拉普拉斯方程；点电荷的 函数表示，格林函数，格林定理，唯一性定理；电介质的极化，极化强度；介质中的
9、高斯定律，边界条件；恒定电场的基本方程及边界条件，导体系统的电容，电场能量，静电力。（二）教学内容3.1 静电场问题 13.1.1 静电场的基本方程和边界条件3.1.2 电位函数3.1.3 导体系统的电容3.1.4 静电场的能量3.1.5 静电力3.2 导电媒质中的恒定电场分析 13.2.1 恒定电场的基本方程和边界条件3.2.2 恒定电场与静电场的比拟 33.3 恒定磁场分析 13.3.1 恒定磁场的基本方程和边界条件3.3.2 矢量磁位和标量磁位3.3.3 电感3.3.4 恒定磁场的能量3.3.5 磁场力 33.4 静态场的边值问题及解的唯一性定理 13.4.1 边值问题的类型 23.4.
10、2 唯一性定理3.5 镜像法 13.5.1 接地导体平面的镜像3.5.2 导体球面的镜像3.5.3 导体圆柱面的镜像 3.5.4 介质平面的镜像 3.6 分离变量法 13.6.1 直角坐标系中的分离变量法3.6.2 圆柱坐标系中的分离变量法 3.6.3 球坐标系中的分离变量法 3.7 有限差分法 3.7.1 有限差分法方程3.7.2 差分方程的求解方法（三）课后练习课本习题 3.1、3.2、3.3、3.6、3.7、3.13、3.15、3.19、3.21。（四）教学方法与手段理论讲解、例题讲解和自学相结通过公式的推导让学生掌握公式表达的含义，以及概念之间的相互关系。第四章 时变电磁场（一）目的与
11、要求1. 理解电磁感应定律,理解时变条件下的电流连续方程,掌握麦克斯韦方程组及其物理意义,理解坡印廷矢量的含义,会应用坡印廷定律分析电磁能传输问题,理解动态位与场量间的关系,了解洛仑兹条件。2. 重点：时谐电磁场，电磁能量守恒定理（二）教学内容4.1 波动方程 14.2 电磁场的位函数 24.2.1 矢量位和标量位4.2.2 达郎贝尔方程4.3 电磁能量守恒定律 14.4 唯一性定理 24.5 时谐电磁场 14.5.1 时谐电磁场的复数表示4.5.2 复矢量的麦克斯韦方程 24.5.3 复电容率和复磁导率 24.5.4 亥姆霍兹方程4.5.5 时谐场的位函数4.5.6 平均能量密度和平均能流密
12、度矢量（三）课后练习课本习题 4.1、4.3、4.5、4.7、4.9、4.10、4.11、4.14。（四）教学方法与手段理论讲解、习题讲解和自学相结合。第五章 均匀平面波在无界空间中的传播（一）目的与要求1. 掌握时谐平面电磁波在理想介质和导电媒质中的传播规律,理解波阻抗,传播常数,相速,波长的含义。理解集肤效应和透入深度的概念。2.重点与难点: 理想介质中的均匀平面电磁波，电磁波的能量和能流；电磁波的极化特性；相速与群速；损耗媒质中的均匀平面电磁波；（二）教学内容5.1 理想介质中的均匀平面波 15.1.1 理想介质中的均匀平面波函数5.1.2 理想介质中的均匀平面波的传播特点5.1.3 沿
13、任意方向传播的均匀平面波5.2 电磁波的极化 15.2.1 极化的概念5.2.2 直线极化波5.2.3 圆极化波5.2.4 椭圆极化波5.3 均匀平面波在导电媒质中的传播 15.3.1 导电媒质中的均匀平面波5.3.2 弱导电媒质中的均匀平面波5.3.3 良导体中的均匀平面波5.4 色散与群速 1*5.5 均匀平面波在各向异性媒质中的传播 5.5.1 均匀平面波在磁化等离子体中的传播5.5.2 均匀平面波在磁化铁氧体中的传播（三）课后练习课本习题 5.1、5.2、5.3、5.4、5.5、5.6、5.8、5.11、5.14、5.19、5.22、5.26。（四）教学方法与手段理论讲解和课堂例题相结
14、合。第六章 均匀平面波的反射与透射（一）目的与要求理解时谐平面电磁波垂直入射到两种和多种不同媒质分界面上时的反射和折射规律。（二）教学内容6.1 均匀平面波对分界平面的垂直入射 16.1.1 对导电媒质分界面的垂直入射6.1.2 对理想导体平面的垂直入射6.1.3 对理想介质分界面的垂直入射6.2 均匀平面波对多层介质分界平面的垂直入射 36.2.1 多层媒质的场量关系与等效波阻抗6.2.2 四分之一波长匹配层6.2.3 半波长介质窗6.3 均匀平面波对理想介质分界平面的斜入射 6.3.1 反射定律与折射定律6.3.2 反射系数与透射系数6.3.3 全反射与全透射6.4 均匀平面波对理想导体平
15、面的斜入射 6.4.1 垂直极化波对理想导体表面的斜入射6.4.2 平行极化波对理想导体表面的斜入射 （三）课后练习课本习题 6.1、6.5、6.8、6.9、6.16、6.21、6.22。（四）教学方法与手段理论讲解和课堂例题相结合第七章 导行电磁波（一）目的与要求1. 了解沿均匀导波装置传输电磁波的一般分析方法。对矩形波导、圆形波导和谐振腔有基本的了解。2.重点和难点: 矩形波导、圆形波导和谐振腔(二)教学内容7.1 导行电磁波概论 17.1.1 TEM 波7.1.2 TM 波和 TE 波7.2 矩形波导 27.2.1 矩形波导中的场分布7.2.2 矩形波导中波的传播特性7.2.3 矩形波导中的主模7.2.4 矩形波导中的传输功率7.3 圆柱形波导 7.3.1 圆柱形波导中的场分布7.3.2 圆柱形波导中波的传播特性7.3.3 圆柱形波导中的三种典型模式7.4 同轴波导 7.4.1 同轴波导中的 TEM 波7.4.2 同轴波导中的高次模7.5 谐振腔 7.6 传输线 37.6.1 传输线方程
