《电磁场与电磁波》课程教学大纲.docx

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1、电磁场与电磁波课程教学大纲E1.ectronicFie1.dandWave课程负责人：执笔人：编写日期：一、课程基本信息1 .课程编号：1.080092 .学分：3学分3 .学时：48（理论40,实验8）4 .适用专业：电子信息工程、通信工程专业二、课程教学目标及学生应达到的能力本课程是电子信息工程与通信工程专业的一门基础课,其教学内容是后续微波通信类课程及日后微波通信相关工作的基础。本课程的教学任务是学习电磁场与电磁波的基本属性、描述方法、运动规律、与物质的相互作用及其应用。本课程的教学目标是通过本课程的学习，使学生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

2、的基本方法，为解决有关实际问题打下坚实基础。三、课程教学内容与基本要求（一）矢量分析（6课时）主要内容：矢量分析基础，包括三种坐标系及其相互变换、标量场和矢量场概念、矢量场的通量和散度、矢量场的环流和旋度、标量场的梯度以及亥姆霍兹定理。5 .基本要求（1）掌握矢量代数的基本规则；（2）掌握矢量在笛卡尔坐标系、柱面坐标系、和球面坐标系的表示方法，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，以及在笛卡尔坐标系中梯度、散度、旋度的运算。了解在柱面和球面坐标系中梯度、散度、旋度的运算；（4）理解矢量场的核母霍兹定理。6 .学时分配课堂教学6学时。其中，标量场

3、和矢量场概念（1学时）；三种坐标系及其相互变换（2学时）；矢量场的通量和散度（1学时）；矢量场的环流和旋度（1学时）；标量场的梯度以及亥姆霍兹定理（1学时）。（二）电磁场的基本规律（10课时）主要内容：电磁场的基本规律，内容包括电磁场中的基本实验定律，讨论两个基本实验定律：库仑定律和安培力定理的矢量表达形式，以及真空中和介质中静电场和恒定磁场的基本性质，时变场的基本方程（麦克斯韦方程组）和基本性质，及边界条件。1 .基本要求（1） 了解电介质的极化现象及极化电荷分布、磁介质的磁化现象及磁化电流分布。（2）理解电荷、电荷密度、电流、电流密度、电场强度、电位移矢量、介电常数、极化强度、磁感应强度、

4、磁场强度、磁化强度、磁导率、电导率、位移电流等基本概念O（3）掌握电流守恒定律、库仑定律、静电场的基本方程、安培力定律、恒定磁场的基本方程、媒质的极化、磁化、传导特性、法拉第电磁感应定律、全电流定律、麦克斯韦方程组、电磁场的边界条件。2 .学时分配课堂教学10学时。其中库仑定律和安培力定理（2课时），以及真空中和介质中静电场和恒定磁场的基本性质（2课时），时变场的基本方程（麦克斯韦方程组）和基本性质（4课时），及边界条件（2课时）。（三）静态电磁场及其边值问题的解（8课时）主要内容：静态电磁场及其边值问题的解，内容包括静电场分析、恒定电场分析及恒定磁场分析，静态场边值问题的解法，静态场边值问题

5、的解析解法一镜像法。3 .基本要求（1） 了解静电比拟法；（2）理解电位函数、电容、电场能量、电场能量密度、静电力、矢量磁位、标量磁位、电感、磁场能量、能量密度、磁场力等基本概念；（3）掌握静电场的基本方程和边界条件、恒定电场的基本方程和边界条件、恒定磁场的基本方程和边界条件；（4）掌握静电场中的电位函数及其微分方程、恒定磁场的矢量磁位及其微分方程；（5）掌握电位的边界条件、矢量磁位的边界条件、标量磁位的边界条件；（6）掌握静电场能量、恒定磁场能量的计算公式；（7）掌握镜像法的基本原理，会用镜像法求解一些典型问题。（8）掌握分离变量法的基本原理，会用分离变量法求解一些典型问题。4 .学时分配课

6、堂教学8学时。其中，静电场分析、恒定电场分析及恒定磁场分析（4学时）；分离变量法（2学时）：静态场边值问题的解析解法一镜像法（2学时）。（四）时变电磁场（6课时）主要内容：时变电磁场，内容包括时变场的波动方程，时变场的辅助位函数及能量守恒定理，重点讨论了一种典型的时变场一时谐电磁场。5 .基本要求（1） 了解有耗媒质的特性参数；（2）理解矢量位、标量位、坡印廷矢量的概念，理解坡印廷定理的物理意义，理解唯一性定理及其意义：（3）掌握电磁场的波动方程、掌握时变场的矢量位和标量位函数及达朗贝尔方程，掌握玻印亭定理,掌握时谐电磁场的复数表示方法,掌握复数形式的麦克斯韦方程和波动方程,掌握平均坡印廷矢量

7、。6 .学时分配课堂教学8学时。其中，时变场的波动方程（2学时）；时变场的辅助位函数及能量守恒定理（4学时）。（五）均匀平面波在无界空间中的传播（10课时）主要内容：均匀平面波在无界空间中的传播，内容包括均匀平面波的概念、均匀平面波在无界理想介质中传播特性、均匀平面波导电媒质中中传播特性、群速与相速的关系。1 .基本要求（1）理解均匀平面波的概念及研究均匀平面波的重要意义，理解描述传播特性参数的物理意义，理解波的极化概念，理解表面电阻、趋肤深度、色散、群速等概念；（2）掌握波的概念和表示方法，掌握均匀平面波在无界理想介质中的传播特性，掌握波的三种极化方式并能正确判断波的极化状态，掌握均匀平面波

8、在导电媒质中的传播特性、掌握群速与相速的关系。2 .学时分配课堂教学10课时。其中包括均匀平面波在无界理想介质中传播特性（4学时）；波的三种极化方式（2学时）；均匀平面波导电媒质中中传播特性（2学时）；群速与相速的关系（2学时）。四、实验内容和要求序号实验编号实验项目名称实验内容提要实验类型选择类型上机学时实验学时110003306089jMat1.ab在电磁场与电磁波的绘图中的应用应用MatIab绘制电磁场与电磁波中电位函数的分布图验证选做2210003306090j点电荷电场分布和线电荷电位分布应用Mat1.ab仿真电荷和电场的分布、电位分布验证必做2310003306091j磁感应强度仿

9、真实验应用Mat1.ab仿真电磁场的磁感应曲线E必做2410003306092j利用matIab仿真电荷在变化磁场中的运动应用Mat1.ab仿真运动电荷在磁场中的运动轨迹验证必做25电磁波反射实验利用分光仪验证电磁波反射定律验证选作26均匀无耗媒质参量的测量利用电磁波的干涉原理测量无耗媒质的参数验证选作37自由空间中电磁波参量的测量了解电磁波的空间传播特性9选作3五、课程的考核课程考核为期末闭卷考试,考试范围和要求应符合本教学大纲对各章教学内容的基本要求。六、本课程与其它课程的联系与分工本课程是在已学课程高等数学和大学物理的基础上，系统介绍电磁场与电磁波的基本特性和规律，重点为时变电磁场，以保证为通信原理、微波技术、天线、电波传播、电磁兼容、微电子学等其他相关后续课程奠定必要的电磁理论基础。七、教材及教学参考书建议教材：电磁场与电磁波（第四版），谢处方编著，高等教育出版社，2006年建议参考书：（1）杨儒贵，电磁场与电磁波，高等教育出版社，2006年王家礼朱满座路宏敏，电磁场与电磁波（第二版），西安电子科技大学，2005年