电磁场与电磁波教案兰州交通大学精品课程建Word文档下载推荐.docx
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授课对象
章节
第1章1.1,1.2
教学目的和要求
回顾并进一步学习矢量代数的概念和运算,学习三种常用的正交坐标系(包括直角坐标系、圆柱坐标系、球坐标系)。
由于电磁场的计算经常采用圆柱坐标系和球坐标系,所以这两种坐标系在本课程中非常基础和重要的知识点。
讲授主要内容
1.1矢量代数
1.2三种常用的正交坐标系
重点
难点
重点是直角坐标系、圆柱坐标系和球坐标系,以及三种坐标系之间的换算关系。
要求掌握知识点和分析方法
要求掌握三种坐标系之下的微积分运算,以及三种坐标系之间的换算关系
教授思路,采用的教学方法和辅助手段,板书设计,重点如何突出,难点如何解决,师生互动等
1.直角坐标系
位置矢量:
线元矢量:
面元矢量:
,
体积元:
2.圆柱坐标系
,
,
位置矢量:
3.球坐标系
作业布置
1.8,1.9,1.10
主要
参考资料
《电磁场与电磁波》李锦屏编著兰州大学出版社
备注
第2次课学时:
第1章1.3,1.4
梯度、散度和旋度是构成麦克斯韦方程组的基本算子,也是计算电磁场的基本算子,所以从方向导数、通量、环流的基础上,把三个算子的物理意义和计算公式介绍并推导出来。
1.3标量场的梯度
1.4矢量场的通量和散度。
重点是标量场的梯度,矢量场的通量和散度以及散度定理。
难点是圆柱坐标系和球坐标系下梯度、通量和和散度的计算。
掌握标量场的梯度,矢量场的通量和散度的物理意义和计算以及散度定理。
直角坐标系:
圆柱坐标系:
球坐标系:
1.4矢量场的通量和散度;
通量
直角坐标系
散度
散度定理
1.12,1.14,1.16,1.12,1.18
第3次课学时:
第1章1.5,1.6
1.5矢量场的环流与旋度
1.6无旋场与无散场
重点是矢量场的环流与旋度,无旋场与无散场,以及斯托克斯公式。
难点是圆柱坐标系和球坐标系下环流和旋度的计算。
掌握矢量场的环流与旋度的计算公式以及斯托克斯公式。
1.5矢量场的环流和旋度
环流直角坐标系下
旋度
斯托克斯定理
无旋场:
。
,,
无散场:
充要条件。
1.15,1.27,1.29
第4次课学时:
第1章1.7,1.8
拉普拉斯运算是电磁场波动方程中的主要运算,亥姆霍兹定理总结了矢量场的基本性质,指出研究矢量场要从场的散度和旋度着手,研究电磁场也要从电场和磁场的散度和旋度着手。
1.7拉普拉斯运算与格林公式
1.8亥姆霍兹定理
重点是拉普拉斯运算和亥姆霍兹定理,难点是圆柱座标系和球坐标系下的拉普拉斯运算。
要求掌握拉普拉斯运算。
第5次课学时:
第2章2.1,2.1
回顾《普通物理》中所学的电荷守恒定律和真空中静电场的基本规律,从梯度、散度、旋度的角度深入理解并掌握静电场的基本规律,为时变场打下基础。
2.1电荷守恒定律
2.2真空中静电场的基本规律
重点是电荷守恒定律和静电场的基本方程,难点是高斯定理的推导。
要求掌握电荷守恒定律,真空中静电场的基本规律,能够根据电荷分布计算空间的电场分布。
电荷体密度:
电荷面密度:
电荷线密度:
点电荷的电荷密度:
电流密度矢量:
电荷守恒定律:
,
恒定电流的电流连续性方程:
点电荷:
体电荷:
面电荷:
线电荷:
静电场的基本方程
2.1,2.2,2.3
兰州交通大学教案(理论教学用)
第7次课学时:
第2章2.3
讲授电介质的极化性质,包括极化电荷的面密度、体密度、电介质的本构关系、电介质的基本方程。
2.4电介质的电特性
重点是介质的本构关系和基本方程。
难点是形象的理解极化现象。
要求掌握介质中的本构关系和基本方程,会利用基本方程求解电磁场。
2.4媒质的电磁特性
2.4.1电介质的极化
电介质表面的极化电荷面密度:
极化电荷体密度:
电介质的本构关系:
电介质中的基本方程:
2.9
兰州交通大学教案(理论教学用)
第2章2.4
求解静电场问题实质上求解特定边界条件下E,D
2.4静电场的边界条件
难点是边界条件的理解和掌握。
第8次课学时:
第2章2.5,2.6,2.7
在静态场的基础上讲授时变场的基本方程。
麦克斯韦方程组是由法拉第电磁感应定律和位移电流假说推导出来。
求解电磁场问题实质上求解特定边界条件下的麦克斯韦方程组。
2.5电磁感应定律和位移电流;
2.6麦克斯韦方程组;
2.7电磁场的边界条件
重点是麦克斯韦方程组和边界条件。
掌握麦克斯韦方程组和边界条件。
2.5电磁感应定律和位移电流
法拉第电磁感应定律:
推广的电磁感应定律:
位移电流密度:
全电流定律:
2.6麦克斯韦方程组
本构关系:
,,
边界条件:
2.16,2.25,2.272.29
第9次课学时:
第3章3.1,3.2
讲授静电场的分析方法,电位函数,推导出电能密度和电场总能量的计算公式。
3.1静电场分析;
3.2导电媒质中的恒定电场分析
重点是电位函数,难点是电能密度的推导。
3.1静电场分析
3.1.1静电场的基本方程和边界条件
基本方程:
3.1.2电位函数
静电位的微分方程:
边界条件:
3.1.4静电场的能量
电能密度:
电场的总能量:
恒定电场的基本方程:
恒定电场的边界条件:
电位方程:
3.2,3.3
第10次课学时:
第3章3.3,3.4,3.5
介绍恒定磁场的分析方法,磁场能量密度,静态场的边值问题,唯一性定理和镜像法。
3.3恒定磁场分析;
3.4静态场的边值问题及解的惟一性定理;
3.5镜像法
重点镜像法,磁场能量。
理解惟一性定理,掌握镜像法。
3.3恒定磁场分析
磁场能量密度:
磁场的总能量:
3.4静态场的边值问题及解的惟一性定理
第一类边值问题(或狄里赫利问题):
第二类边值问题(或纽曼问题):
第三类边值问题(或混合边值