《电磁学》教学大纲.docx

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《电磁学》教学大纲

《电磁学》教学大纲

英文名称：

electromagnetics

授课专业：

物理学　　　学时：

72　　　　学分：

4　　

开课学期：

二年级上学期

适用对象：

物理学专业

一、课程性质与任务

电磁学是物理学专业的一门专业基础课。

电磁学已渗透到物理学的各个领域，成为研究物质过程必不可少的基础。

通过本门课程的教学，要求：

使学生能全面地认识和理解电磁运动的基本现象和基本概念，系统地掌握电磁运动的基本规律，具有一定的分析和解决电磁学问题的能力，并为学习后继课程打下必要的基础。

通过对电磁学发展史上某些重大的发现和发明的介绍，使学生了解物理学思想和实验方法，培养学生的辩证唯物主义世界观，使学生获得科学方法论上的教益。

二、课程教学的基本要求

1、正确理解以下基本概念和术语：

基本粒子、静电场、库仑力、电场强度、电通量、电位、电位差、电功、静电平衡、静电屏蔽、电容、加速器、静电能、极化强度、电位移向量、电流密度、超导、电功率、经典金属电子论、电动势、非静电力、温差电动势、静磁场、磁感应强度、安培力、磁通量、磁矩、电磁感应、感生电场、自感、互感、涡电流、趋肤效应、磁能、磁化强度、磁化电流、磁场强度、顺磁性、抗磁性、铁磁性、磁畴、铁磁屏蔽、位移电流、电磁场、能流密度、电磁波谱。

2、掌握以下基本规律及分析计算方法

（1）静电场基本定律和定理：

库仑定律、电荷守恒定律、高斯定理、环路积分定理、叠加原理。

（2）稳恒电流和电路：

欧姆定律、焦耳定律、基尔霍夫定律（节点方程、回路电压方程）

（3）稳恒磁场的基本定律和定理：

毕——伐定律，安培定律、高斯定理、环路积分定理。

（4）交变电磁场的基本定律和定理：

楞次定律、法拉第电磁感应定律、麦克斯韦方程组。

　（5）掌握以下物理量的分析计算方法：

电场强度、电位、电位差、电通量、电容、磁感应强度、磁通量、安培力、磁矩、电动势、电磁能量等。

3、注意培养学生以下几方面能力

（1）分析电磁运动规律及物理实验构思方法，重视对实验现象的总结，培养科学分析问题的能力。

（2）积极思考并总结研究方法、实验技能，培养创新意识。

（3）灵活有效应用高等数学知识，解决物理问题，进一步提高科学知识、科学方法、科学态度和科学精神等科学素质。

三、课程教学内容

第一章　　静电场的基本规律（12课时）　　　

第二章　　有导体时的静电场（8课时）

第三章　　静电场中的电介质（8课时）

第四章　　恒定电流和电路（8课时）

第五章　　恒定电流的磁场（12课时）

第六章　　电磁感应与暂态过程（12课时）

第七章　　磁介质（8课时）

第九章　　时变电磁场和电磁波（4课时）

四、教学重点、难点

静电场的高斯定理，静电场的环路定理，电位，静电平衡时导体的性质，用电力线工具讨论静电平衡的若干电现象，电介质存在时场的讨论方法及场强计算，电介质存在时高斯定理的应用，电动势的物理意义及数学表示方法，基尔霍夫方程组求解电路，磁感应强度矢量的概念，毕奥—萨伐尔定律，磁场的高斯定理，磁场的安培环路定理，法拉第电磁感应定律，动生电动势、感生电动势，自感、互感，RL及RC串联电路的暂态过程，磁介质存在时场的讨论方法及场强的计算，有磁介质时的环路定理，B、M、H三个矢量的区别与联系，铁磁性与铁磁质，位移电流，麦克斯韦方程组，能流密度。

五、教学时数分配

教学时数72学时，其中理论讲授72学时。

（具体安排见附表）

六、教学方式

1、电磁学内容主要有两方面，即场和路，考虑到学生在中学阶段对路接触较多，且比较熟悉，而对场相对来说接触较少，所以从教学内容上，适当压缩路的内容，扩大场的内容的课时比例，重点讲授电磁运动的基本现象、基本概念和基本规律，包括：

稳恒电场、稳恒磁场、似稳电磁场和迅变电磁场；对直流电路、交流电路和磁路少讲。

2、在教好基础理论的前提下，适当介绍一些与电磁学有关的近代科学技术的新成就，以扩大学生的知识面。

对电磁场与物质的相互作用的内容只作一般讲授，不作过高要求。

3、习题是学好基础理论的必要手段，在教学中，布置一些对基本概念和基本定律理解上有帮助的思考题、习题，并根据具体情况，讲授一些习题课，培养学生分析问题和解决问题的能力，指导他们的学习方法。

4、根据教学内容，适当做些演示实验，并尽可能采用现代化教学手段。

七、本课程与其它课程的关系

1.本课程必要的先修课程：

力学、高等数学。

2.本课程的后续课程：

电动力学、电工学、数字电路。

八、考核方式

本课程考核方式为考试，成绩评定采用百分制。

本课程成绩采用期末考试与平时成绩相结合的方式进行综合评定，最终成绩由以下二个部分组成：

第一部分：

期末考试成绩占总成绩的70％；第二部分：

作业成绩及平时检测占总成绩的30％。

九、教材及教学参考书

主教材：

梁灿彬等.电磁学（第二版）.北京：

高等教育出版社，2004.

参考书：

1、赵凯华等.新概念物理教程―电磁学.北京：

高等教育出版社，2003.

2、梁绍荣等.普通物理学—电磁学（第三版）.北京：

高等教育出版社，2007.

　第一章静电场的基本规律（10学时）

　一、教学要求

明确电荷、电场的物质属性，明确高斯定理的物理意义，并结合实例加深理解，明确高斯定理和静电场的环路定理充分表达了静电场的特性，要求学生牢固掌握电场强度矢量概念及其基本计算方法，牢固掌握电位差和电位的意义及计算方法。

　二、教学要点：

　1.电荷

　2.库仑定律

　2－1库仑定律

　2－2电荷的单位

2－3库仑定律的矢量形式

2－4叠加原理

3.静电场

3－1电场强度

3－2场强的计算

4.高斯定理

4－1E通量

4－2高斯定理

4－3用高斯定理求场强

5.电场线

5－1电场线

5－2电场线的性质

6.电势

6－1静电场的环路定理

6－2电势和电势差

6－3电势的计算

6－4等势面

6－5电势与场强的微分关系

　三、重点、难点

　重点：

场强和电势的计算、高斯定理、环路定理及它们的应用。

　难点：

高斯定理的证明电位梯度。

　　　　　　　　　第二章有导体时的静电场（8学时）

　一、教学要求

了解静电平衡时导体的性质，加深对高斯定理与环路定理的理解，掌握用电力线这一工具讨论静电平衡现象这一方法，了解电容器的电容和静电能。

　二、教学要点：

　1.静电场中的导体

　1－1　静电平衡

　1－2　带电导体所受的静电力

　1－3　孤立导体形状对电荷分布的影响

　1－4　导体静电平衡问题的讨论方法

　1－5　平行板导体组例题

　2.封闭金属壳内外的静电场

　2－1　壳内空间的场

　2－2　壳外空间的场

　2－3　范德格拉夫起电机

　3.电容器及其电容

　3－1　孤立导体的电容

　3－2　电容器及其电容

　3－3　电容器的联接

　4.静电演示仪器（自学）

　4－1　感应起电机

　4－2　静电计

　5.带电体系的静电能

　5－1　带电体系的静电能

　5－3　电容器的静电能

　三、重点、难点

　重点：

静电平衡时导体的性质，用电力线工具讨论静电平衡的若干电现象，电容器及其电容。

　难点：

带电体系的静电能。

第三章　静电场中的电介质　（8学时）

　一、教学要求

要求学生了解极化机制及讨论极化时所采用的“极化模型”，掌握极化强度矢量的意义；在束缚电荷概念的基础上，了解有介质存在时场的讨论方法；掌握E、P、D的联系和区别；引入D的意义；会用介质存在时的高斯定理计算电场。

　二、教学要点：

　1.概述

2.偶极子

2－1电介质与偶极子

2－2偶极子在外电场中所受的力矩

2－3偶极子激发的静电场

3.电介质的极化

3－1位移极化和取向极化

3－2极化强度

3－3极化强度与场强的关系

4.极化电荷

4－1极化电荷

4－2极化电荷体密度与极化强度的关系

4－3极化电荷面密度与极化强度的关系

5.有电介质时的高斯定理

5－1电位移．有电介质时的高斯定理

6.有电介质时的静电场方程

6－1静电场方程

7.电场的能量

　三、重点、难点

　重点：

电介质存在时场的讨论方法及场强计算，电介质存在时高斯定理的应用。

难点：

电介质的极化和极化电荷。

第四章　恒定电流和电路　（8学时）

　一、教学要求：

要求学生了解稳恒电场概念及与静电场的异同，了解经典金属电子论及其缺陷，深入理解电动势的物理意义和电动势的数学表示方法，掌握用基尔霍夫方程求解复杂电路问题的方法。

　二、教学要点：

1.恒定电流

2.直流电路

2－1电路

2－2直流电路

3.欧姆定律和焦耳定律

3－1欧姆定律，电阻

3－2电阻率

3－3欧姆定律的微分形式

3－4焦耳定律

4.电源和电动势

4－1非静电力

4－2电动势　一段含源电路的欧姆定律

4－3电动势的测量．电势差计

4－4导线表面的电荷分布

4－5直流电路的能量转换

5.基尔霍夫方程组

5－1基尔霍夫第一方程组

5－2基尔霍夫第二方程组

5－3用基尔霍夫方程组解题举例

6.二端网络理论与巧解线性电路问题

6－1二端网络

7.接触电势差与温差电现象

7－1逸出功与热电子发射

7－2接触电势差

7－3温差电现象（热电现象）

7－4温差电现象的应用

8.液体导电和气体导电

8－1液体导电

8－2气体导电

　三、重点、难点

　重点：

电流的连续性方程，电动势的物理意义及数学表示方法，基尔霍

夫方程组求解电路。

　难点：

电流密度，复杂电路。

第五章　恒定电流的磁场　（12学时）

　一、教学要求：

明确磁场的物质属性，明确磁场的“高斯定理”和安培环路定理充分表达了稳恒磁场的特性，掌握毕奥—萨伐尔定律矢量式的物理意义并用以计算磁场分布，掌握安培环路定理的内容及用以计算磁场分布的方法，掌握洛沦兹力和安培力的计算方法，了解“安培”的定义。

　二、教学要点：

1.磁现象及其与电现象的联系

2.毕奥-萨伐尔定律

2－1毕奥-萨伐尔定律

2－2直长载流导线的磁场

2－3圆形载流导线的磁场

2－4载流螺线管轴线上的磁场

3.磁场的高斯定理

4.安培环路定理

4－1安培环路定理

4－2无限长圆柱形均匀载流导线的磁场

4－3无限长载流螺线管的磁场

4－4载流螺绕环的磁场

4－5均匀载流无限大平面的磁场

5.带电粒子在电磁场中的运动

5－1带电粒子在均匀恒定磁场中的运动

5－2磁聚焦

5－3回旋加速器

5－4汤姆逊实验——电子荷质比的测定

5－5霍耳效应

6.磁场对载流导体的作用

6－1安培力公式

6－2载流线圈在均匀外磁场中的安培力矩

6－3磁电式电流计原理

7.用磁矩表示载流线圈的磁场　磁偶极子

　三、重点、难点

　重点：

磁感应强度矢量的概念、毕奥—萨伐尔定律、磁场的“高斯定理”、

安培环路定理及它们的应用，带电粒子和载流导线在磁场中受力，磁力矩。

　难点：

所有的叉积，安培环路定理的证明。

第六章　电磁感应与暂态过程　（12学时）

　一、教学要求：

要求学生对法拉第电磁感应定律的物理意义有深入的了解，掌握感生电场这一新的重要概念，并注意它与静电场的区别，掌握动生电动势、感生电动势的计算方法；要求学生能正确列出RL及RC串联电路的暂态过程的微分方程，并能求解和对解进行分析，了解初始条件的意义和在求解中的作用，要求学生注意流经电感L的电流不能突变的概念和注意电容C两端电压不能突变的概念。

　二、教学要点：

1.电磁感应

1－1电磁感应现象

1－2法拉第电磁感应定律

2.楞次定律

2－1楞次定律的两种表述

2－2考虑了楞次定律的法拉第定律表达式

3.动生电动势

3－1动生电动势与洛伦兹力

3－2动生电动势的计算

3－3交流发电机

4.感生电动势和感生电场

4－1感生电动势和感生电场

4－2既有磁场又有电场时的洛伦兹力公式

4－3感生电场的性质

4－4螺线管磁场变化引起的感生电场

4－6电子感应加速器

5.自感

5－1自感现象

5－2自感

6.互感

6－1互感现象及互感

6－2互感线圈的串联

7.涡电流

7－1涡流热效应的应用和危害

7－2涡流磁效应的应用——电磁阻尼

7－3趋肤效应

8.RL电路的暂态过程

8－1RL电路与直流电源的接通

8－2已通电RL电路的短接

9.RC电路的暂态过程

9－1RC电路与直流电源的接通

9－2已充电RC电路的短接

10.RLC电路的暂态过程

10－1已充电RLC电路的短接

11.磁能

11－1自感线圈的磁能

11－2互感线圈的磁能

　三、重点、难点

　重点：

法拉第电磁感应定律、动生电动势、感生电动势、自感、互感、RL及RC串联电路的暂态过程。

　难点：

感生电流方向的判断，非均匀磁场中感生电动势的计算。

涡旋电场的理解和计算。

第七章　磁介质　（8学时）

　一、教学要求：

要求学生了解磁化机制及讨论磁化时所采用的“磁化模型”，掌握磁化强度矢量的意义；在磁化电流概念的基础上，了解有磁介质存在时磁场的讨论方法；掌握B、M、H的联系和区别，引入H的意义，会用磁介质存在时的环路定理计算磁场，熟悉铁磁性与铁磁质所具有的独特性质。

　二、教学要点：

1.磁介质存在时静磁场的基本规律

1－1磁介质的磁化．磁化强度

1－2磁化电流

1－3磁场强度H．有磁介质时的环路定理

1－4静磁场与静电场方程的对比

2.顺磁性与抗磁性

2－1顺磁性

2－2抗磁性

3.铁磁性与铁磁质

3－1铁磁质的磁化性能

3－2铁磁质的分类和应用

3－3铁磁性的起因

5.磁路及其计算

5－1磁路

5－2磁路定律及磁路计算

5－3铁磁屏蔽

6.磁场的能量

　三、重点、难点

　重点：

磁介质存在时场的讨论方法及场强的计算，有磁介质时的环路定理，B、M、H三个矢量的区别与联系，铁磁性与铁磁质，磁场的能量和能量密度。

　难点：

磁化强度矢量极其与磁化电流的关系，介质的磁化规律。

第八章　交流电路　（0学时）

与《电工学》课程重复。

第九章　时变电磁场和电磁波　（4学时）

　一、教学要求：

明确引入位移电流的必要性；明确麦克斯韦方程组的积分形式是电磁实验定律的理论总结；熟悉平面电磁波的性质；了解偶极振子的辐射场的性质和电磁波谱。

　二、教学要点：

1.位移电流与麦克斯韦方程组

2.平面电磁波

3.电磁场的能量密度和能流密度

4.电偶极辐射与赫兹实验

4－1电偶极辐射

4－2赫兹实验

4－3电磁波谱

三、重点、难点

重点：

麦克斯韦方程组，能流密度。

难点：

位移电流。