电磁场与电磁波教案兰州交通大学精品课程建.docx

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电磁场与电磁波教案兰州交通大学精品课程建

电磁场与电磁波教案

学院：

电子与信息工程学院

教研室：

电信基础教研室

课程名称：

电磁场与电磁波

任课教师：

封志宏

学期：

授课班级：

电子与信息工程学院制

兰州交通大学教案（理论教学用）

第1次课学时：

2

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

1.1矢量代数

1.2三种常用的正交坐标系

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：

线元矢量：

面元矢量：

体积元：

3.球坐标系

,

位置矢量：

线元矢量：

面元矢量：

体积元：

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

兰州交通大学教案（理论教学用）

第2次课学时：

2

授课对象

章节

第1章1.3，1.4

教学目的和要求

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。

讲授主要内容

1.3标量场的梯度

1.4矢量场的通量和散度。

重点

难点

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。

要求掌握知识点和分析方法

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。

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

1.3标量场的梯度

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

直角坐标系：

圆柱坐标系：

球坐标系：

作业布置

1.12,1.14,1.16,1.12,1.18

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

兰州交通大学教案（理论教学用）

第3次课学时：

2

授课对象

章节

第1章1.5，1.6

教学目的和要求

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。

讲授主要内容

1.5矢量场的环流与旋度

1.6无旋场与无散场

重点

难点

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。

要求掌握知识点和分析方法

掌握矢量场的环流与旋度的计算公式以及斯托克斯公式。

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

1.5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

直角坐标系：

圆柱坐标系：

球坐标系：

1.6无旋场与无散场

无旋场：

。

，，

无散场：

充要条件。

作业布置

1.15,1.27,1.29

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

兰州交通大学教案（理论教学用）

第4次课学时：

2

授课对象

章节

第1章1.7，1.8

教学目的和要求

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。

讲授主要内容

1.7拉普拉斯运算与格林公式

1.8亥姆霍兹定理

重点

难点

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。

要求掌握知识点和分析方法

要求掌握拉普拉斯运算。

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

1.7拉普拉斯运算与格林公式

直角坐标系：

圆柱坐标系：

球坐标系：

1.8亥姆霍兹定理

作业布置

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

兰州交通大学教案（理论教学用）

第5次课学时：

2

授课对象

章节

第2章2.1,2.1

教学目的和要求

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。

讲授主要内容

2.1电荷守恒定律

2.2真空中静电场的基本规律

重点

难点

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。

要求掌握知识点和分析方法

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。

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

2.1电荷守恒定律

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：

，

2.2真空中静电场的基本规律

点电荷：

，

体电荷：

面电荷：

线电荷：

静电场的基本方程

，

，

作业布置

2.1,2.2,2.3

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

兰州交通大学教案（理论教学用）

第7次课学时：

2

授课对象

章节

第2章2.3

教学目的和要求

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。

讲授主要内容

2.4电介质的电特性

重点

难点

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。

要求掌握知识点和分析方法

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。

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

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：

，

，

作业布置

2.9

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

兰州交通大学教案（理论教学用）

第7次课学时：

2

授课对象

章节

第2章2.4

教学目的和要求

求解静电场问题实质上求解特定边界条件下Ｅ，Ｄ

讲授主要内容

2.4静电场的边界条件

重点

难点

难点是边界条件的理解和掌握。

。

要求掌握知识点和分析方法

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。

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

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：

，

，

作业布置

2.9

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

兰州交通大学教案（理论教学用）

第8次课学时：

2

授课对象

章节

第2章2.5,2.6,2.7

教学目的和要求

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。

讲授主要内容

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

难点

重点是麦克斯韦方程组和边界条件。

难点是边界条件的理解和掌握。

要求掌握知识点和分析方法

掌握麦克斯韦方程组和边界条件。

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

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：

，，

2.7电磁场的边界条件

边界条件：

，

，

作业布置

2.16,2.25,2.272.29

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

兰州交通大学教案（理论教学用）

第9次课学时：

2

授课对象

章节

第3章3.1,3.2

教学目的和要求

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。

讲授主要内容

3.1静电场分析；3.2导电媒质中的恒定电场分析

重点

难点

重点是电位函数，难点是电能密度的推导。

要求掌握知识点和分析方法

3.1静电场分析

3.2导电媒质中的恒定电场分析

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

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：

本构关系：

边界条件：

，

3.1.2电位函数

点电荷：

体电荷：

面电荷：

线电荷：

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：

3.2导电媒质中的恒定电场分析

恒定电场的基本方程：

本构关系：

恒定电场的边界条件：

，

电位方程：

，

边界条件：

作业布置

3.2,3.3

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

兰州交通大学教案（理论教学用）

第10次课学时：

2

授课对象

章节

第3章3.3,3.4,3.5

教学目的和要求

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。

讲授主要内容

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

难点

重点镜像法，磁场能量。

要求掌握知识点和分析方法

理解惟一性定理，掌握镜像法。

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

3.3恒定磁场分析

基本方程：

，

边界条件：

，

，

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