电磁场授课教案.docx

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电磁场授课教案

《电磁场与电磁波》

教案

哈尔滨商业大学

计算机与信息工程学院

教师：

李晖

课程基本信息

教学单位

计算机与信息工程学院

授课单位

计算机与信息工程学院

主讲教师

李晖

职称

专业

电子信息工程

年级

11级

班级

1、2班

学生人数

基本教材

谢处方、饶克谨主编，《电磁场与电磁波》，高等教育出版社

主要参考书

杨显清，《电磁场与电磁波》，国防工业出版社

杨儒贵，《电磁场与电磁波》，高等教育出版社

周学时

总学时

理论教学学时

实验教学学时

授课时间

周一5-7节

授课地点

主3301

备注

课次

第1次课

章节名称

第1章:

绪论和矢量分析

授课方式

理论（√）实验（）实习（）设计（）

教学时数

教学目的及要求

1、了解课程的研究内容、学习要求和方法

2、了解电磁场与电磁波的工程应用背景

3、理解矢量场与标量场的概念，矢量分析

4、掌握标量场与矢量场的概念

5、了解三种正交坐标系

6、散度的概念、计算和方法；掌握和应用散度定理

教学重点与难点

1、课程的研究内容、应用背景

2、矢量分析是研究电磁场空间分布和变化规律的基本数学工具之一

3、矢量代数

4、直角坐标系、圆拄坐标系、球坐标系之间的转换，

算子的运算

5、矢量场的散度是一个标量函数；散度描述的是矢量场中各点的场量与散度源的关系；无散场的概念

6、矢量场的散度描述的是场分量沿各自方向上的变化规律，场分量分别求偏导数

教学内容提要

时间分配

1、课程的研究内容、应用背景、学习要求和方法

2、电磁场与波的工程应用

3、矢量场与标量场，矢量的代数运算

4、矢量的加减运算

5、矢量的标积、矢量标积的几何意义

6、矢量的矢积、矢量矢积的几何意义

7、三种正交坐标系直角坐标系、圆拄坐标系、球坐标系的坐标变量、单位矢量、右旋关系、面元、体元、

算子

8、矢量的通量与散度、散度的物理意义

1学时

教学方法

辅助手段

课堂讲授、板书、电磁场应用讨论、练习

参考资料

1、《电磁场与电磁波》谢处方著高等教育出版社

2、《电磁场与电磁波》杨显清编国防工业出版社

3、《电磁场与电磁波》杨儒贵著高等教育出版社

讨论、练习、作业

1、课程的研究内容、学习要求和方法

2、电磁场与波的工程应用

3、矢量分析的复习

4、矢量的加减运算

5、矢量的散度计算

课次

第2次课

章节名称

第1章:

绪论和矢量分析

授课方式

理论（√）实验（）实习（）设计（）

教学时数

教学目的及要求

1、旋度的概念、计算和方法；熟练斯托克斯定理

2、梯度的概念、计算和方法

3、理解亥姆霍兹定理的重要意义

4、两个重要矢量恒等公式

教学重点与难点

1、一个标量场的性质可有它的梯度来描述、标量场的梯度是一个矢量场

2、矢量场的旋度是一个矢量函数；旋度描述的是矢量场中各点的场量与旋涡源的关系；无旋场的概念

3、矢量场的旋度描述的是场分量在与其垂直的方向上的变化规律，场分量分别只对方向与其垂直的坐标变量求偏导数

4、亥姆霍兹定理，矢量场由它的散度和旋度惟一地确定，分析矢量场总是从研究它的散度和旋度着手

教学内容提要

时间分配

1、梯度的概念、计算

2、矢量的环量与旋度，矢量恒等式、旋度的物理意义

3、亥姆霍兹定理

4、矢量恒等公式

1学时

教学方法

辅助手段

课堂讲授、板书、电磁场应用讨论、练习

参考资料

1、《电磁场与电磁波》谢处方著高等教育出版社

2、《电磁场与电磁波》杨显清编国防工业出版社

3、《电磁场与电磁波》杨儒贵著高等教育出版社

讨论、练习、作业

1、矢量的旋度计算

2、标量的梯度计算

课次

第3次课

章节名称

第2章:

静电场分析

授课方式

理论（√）实验（）实习（）设计（）

教学时数

教学目的及要求

1、理解和掌握电荷与电荷密度、库仑定律

2、点电荷系统和连续分布电荷的电场表达

教学重点与难点

1、表征电场特性的基本场量；由电场本身的性质所决定，与检验电荷的大小无关；电场强度反映了这种作用力的强度

2、电场线

教学内容提要

时间分配

1、库仑定律

2、电荷与电荷分布

3、电场强度

1学时

教学方法

辅助手段

课堂讲授、板书、练习

参考资料

1、《电磁场与电磁波》谢处方著高等教育出版社

2、《电磁场与电磁波》杨显清编国防工业出版社

3、《电磁场与电磁波》杨儒贵著高等教育出版社

讨论、练习、作业

1、点电荷电场的计算

2、电荷之间的作用力、电场强度的计算

课次

第4次课

章节名称

第2章:

静电场分析

授课方式

理论（√）实验（）实习（）设计（）

教学时数

教学目的及要求

1、电位移矢量

2、本构关系式

3、静电场的基本方程和基本性质

教学重点与难点

1、电位移矢量的计算

2、静电场的基本方程的微分和积分形式的联系；微分形式反映出场中每一点的特性；积分形式反映出场中一定区域的特性

教学内容提要

时间分配

1、电位移矢量的计算

2、本构关系式的含义

3、真空中静电场的基本方程

1学时

教学方法

辅助手段

课堂讲授、板书、练习

参考资料

1、《电磁场与电磁波》谢处方著高等教育出版社

2、《电磁场与电磁波》杨显清编国防工业出版社

3、《电磁场与电磁波》杨儒贵著高等教育出版社

讨论、练习、作业

1、应用高斯定律求解对称分布的电场

课次

第5次课

章节名称

第2章:

静电场分析

授课方式

理论（√）实验（）实习（）设计（）

教学时数

教学目的及要求

1、理解和掌握电位函数

2、掌握泊松方程、拉普拉斯方程

3、掌握电介质极化、介质中高斯定理、边界条件

教学重点与难点

1、电位与电场强度的关系，即电场强度可由辅助量电位表示

2、电位的物理意义：

它表示将正电荷从场点移动到叁考点时电场力所作的功

3、电位具有相对意义，场中两点之间的电位差是绝对的，与叁考点的选择无关

4、惟一性定理：

求解边值问题时，只要解满足泊松方程或拉普拉斯方程和给定的边界条件，那么这个解就是惟一正确的

5、介质中的高斯定理，其中右边为自由电荷

6、极化强度和总电场的关系

教学内容提要

时间分配

1、电位函数

2、电场线与等位面

3、泊松方程、拉普拉斯方程

4、惟一性定理、边界条件

5、电介质极化物理过程、极化强度、极化体电荷、极化面电荷

6、介质中高斯定理、边界条件

1学时

教学方法

辅助手段

课堂讲授、板书、练习

参考资料

1、《电磁场与电磁波》谢处方著高等教育出版社

2、《电磁场与电磁波》杨显清编国防工业出版社

3、《电磁场与电磁波》杨儒贵著高等教育出版社

讨论、练习、作业

1、用积分公式求电位，再求电场强度

2、应用介质中的高斯定律求解对称分布的电场

课次

第6次课

章节名称

第2章:

静电场分析

授课方式

理论（√）实验（）实习（）设计（）

教学时数

教学目的及要求

1、理解导体系统的电容

2、掌握电场能量

3、熟练应用镜像法来求解静电场问题

教学重点与难点

1、针对原点，是确定空间某点的位置

2、镜像法只适用于一些特殊边界

3、研究区域之外，用一些假想的电荷分布代替场问题的边界

4、确定像电荷的两条原则：

（1）像电荷必须位于所求解的场区域以外的空间中

（2）像电荷的个数、位置及电荷量的大小的确定必须满足所求解的场区域的边界条件

教学内容提要

时间分配

1、导体系统的电容

2、电场能量

3、静电场的边值问题

4、平面镜像、球面镜像和柱面镜像

1学时

教学方法

辅助手段

课堂讲授、板书、练习

参考资料

1、《电磁场与电磁波》谢处方著高等教育出版社

2、《电磁场与电磁波》杨显清编国防工业出版社

3、《电磁场与电磁波》杨儒贵著高等教育出版社

讨论、练习、作业

1、电场能量的计算

2、应用镜像法来求解静电场

课次

第7次课

章节名称

第3章:

恒定电场分析

授课方式

理论（√）实验（）实习（）设计（）

教学时数

教学目的及要求

1、理解和掌握电流与电流密度的概念

2、电流连续性方程

教学重点与难点

1、恒定电流空间存在的电场，称为恒定电场

2、电流连续性方程

教学内容提要

时间分配

1、电流及电流强度

2、电流连续性方程

1.5学时

教学方法

辅助手段

课堂讲授、板书、练习

参考资料

1、《电磁场与电磁波》谢处方著高等教育出版社

2、《电磁场与电磁波》杨显清编国防工业出版社

3、《电磁场与电磁波》杨儒贵著高等教育出版社

讨论、练习、作业

1、电动势、开路情况下外源内部的作用过程的演示

课次

第8次课

章节名称

第3章:

恒定电场分析

授课方式

理论（√）实验（）实习（）设计（）

教学时数

教学目的及要求

1、恒定电流的基本方程和边界条件

2、了解恒定电流与静电场的比拟

教学重点与难点

1、恒定电流场与静电场的比较

教学内容提要

时间分配

1、恒定电场的基本方程

2、恒定电场的边界条件

3、恒定电流场与静电场的比拟

1学时

教学方法

辅助手段

课堂讲授、板书、练习

参考资料

1、《电磁场与电磁波》谢处方著高等教育出版社

2、《电磁场与电磁波》杨显清编国防工业出版社

3、《电磁场与电磁波》杨儒贵著高等教育出版社

讨论、练习、作业

1、电阻、电容的计算

课次

第9次课

章节名称

第4章:

恒定磁场分析

授课方式

理论（√）实验（）实习（）设计（）

教学时数

教学目的及要求

1、理解和掌握安培力定律、恒定磁场的概念

2、线电流、面电流、体电流的磁感应强度，典型电流分布的磁感应强度的计算

教学重点与难点

1、安培作用力推导出磁感应强度

2、磁场的散度、积分形式、物理意义

3、磁场的旋度、安培环路定律的积分形式、物理意义

教学内容提要

时间分配

1、安培力定律、磁感应强度

2、任何闭合线电流回路、其它形式的电流分布在周围空间的磁场分布、积分公式

3、恒定磁场分析的基本变量、真空的磁特性方程或本构关系

4、真空中磁场的基本方程

1学时

教学方法

辅助手段

课堂讲授、板书、练习

参考资料

1、《电磁场与电磁波》谢处方著高等教育出版社

2、《电磁场与电磁波》杨显清编国防工业出版社

3、《电磁场与电磁波》杨儒贵著高等教育出版社

讨论、练习、作业

1、积分公式的计算思路和步骤

课次

第10次课

章节名称

第4章:

恒定磁场分析

授课方式

理论（√）实验（）实习（）设计（）

教学时数

教学目的及要求

1、理解和掌握矢量磁位

2、了解磁偶极子的矢量位和标量位

3、掌握物质的磁化现象磁化强度

4、掌握磁介质中磁场的基本方程

教学重点与难点

1、磁场的散度为零，引入矢量磁位

2、媒质中安培环路定律的右边均为传导电流、媒质中的磁场强度沿任一闭合曲线的环量等于闭合曲线包围的传导电流

教学内容提要

时间分配

1、矢量磁位的引入

2、磁偶极子的矢量位和标量位

3、物质的磁化现象、磁化强度、媒质的磁性能分为抗磁性、顺磁性、铁磁性及亚铁磁性

4、分子磁偶极矩、磁化体电流、磁化面电流

5、磁介质中磁场的基本方程

1学时

教学方法

辅助手段

课堂讲授、板书、练习

参考资料

1、《电磁场与电磁波》谢处方著高等教育出版社

2、《电磁场与电磁波》杨显清编国防工业出版社

3、《电磁场与电磁波》杨儒贵著高等教育出版社

讨论、练习、作业

1、应用安培环路定律求解磁场问题

课次

第11次课

章节名称

第4章:

恒定磁场分析第5章:

静态场边值问题解法

授课方式

理论（√）实验（）实习（）设计（）

教学时数

教学目的及要求

1、掌握磁场的边界条件

2、掌握自电感互电感

3、理解和掌握磁场能量

4、掌握静态场边值问题解法

教学重点与难点

1、磁感应强度B的边界条件的公式推导和意义

2、磁场强度H的边界条件的公式推导和意义

3、穿过任意回路的磁通与电流成正比

4、静态场边值问题的三种解法

（1）分离变量法

（2）镜像法

（3）有限差分法

教学内容提要

时间分配

1、磁场的边界条件

2、自电感互电感

3、磁场能量

4、静态场边值问题的三种解法

1.5学时

教学方法

辅助手段

课堂讲授、板书、练习

参考资料

1、《电磁场与电磁波》谢处方著高等教育出版社

2、《电磁场与电磁波》杨显清编国防工业出版社

3、《电磁场与电磁波》杨儒贵著高等教育出版社

讨论、练习、作业

1、计算磁化体电流、磁化面电流

2、计算传输线单位长度的自感

3、求无限长同轴线单位长度内的磁场能量

4、计算静态场边值问题

课次

第12次课

章节名称

第6章:

时变电磁场

授课方式

理论（√）实验（）实习（）设计（）

教学时数

教学目的及要求

1、理解和掌握法拉第电磁场感应

2、理解和掌握位移电流

3、理解和掌握麦克斯韦方程组的积分形式、微分形式、物理意义

教学重点与难点

1、静电场和恒定电流的磁场各自独立存在，可以分开讨论

2、时变电磁场中，电场与磁场都是时间和空间的函数；变化的磁场会产生电场，变化的电场会产生磁场，电场与磁场相互依存，构成统一的电磁场

3、电磁场基本方程组是研究宏观电磁现象的理论基础

4、法拉第电磁感应定律中的负号表示感应电流产生的磁场总是阻碍原磁场的变化

5、传导电流和位移电流的区别

6、麦克斯韦方程组，静态场和恒定场是时变场的两种特殊形式

教学内容提要

时间分配

1、法拉第电磁感应定律、其物理意义

2、磁通的变化

3、恒定磁场中的安培环路定律应用于时变场时的矛盾、位移电流的引入

4、麦克斯韦方程组的积分形式、微分形式和物理意义

5、电流连续性方程可由麦氏方程导出

6、静态场和恒定场是时变场的两种特殊形式

7、麦克斯韦方程组中的两个旋度方程和电流连续性方程，导出麦克斯韦方程组中的两个散度方程

1学时

教学方法

辅助手段

课堂讲授、板书、练习

参考资料

1、《电磁场与电磁波》谢处方著高等教育出版社

2、《电磁场与电磁波》杨显清编国防工业出版社

3、《电磁场与电磁波》杨儒贵著高等教育出版社

讨论、练习、作业

1、磁通的变化：

或由磁场随时间的变化引起

或由回路运动引起

2、位移电流与传导电流的计算

3、电荷之间的作用力、电场强度的计算

4、应用高斯定律求解对称分布的电场

课次

第13次课

章节名称

第6章:

时变电磁场第7章:

正弦均匀平面波

授课方式

理论（√）实验（）实习（）设计（）

教学时数

教学目的及要求

1、理解和掌握时变电磁场的边界条件

2、理解和掌握坡印廷定理和矢量

3、掌握波动方程

4、掌握亥姆霍兹方程

教学重点与难点

1、四个边界条件的推导和物理意义

2、两种无耗媒质的分界面上无电荷和电流分布

3、理想导体的电磁场为零

4、针对原点，是确定空间某点的位置

5、S的方向代表波传播的方向，也是电磁能量流动的方向

6、E至H与S构成右旋关系

7、波动方程的解是空间一个沿特定方向传播的电磁波

8、电磁波的传播问题归结为给定边界条件和初始条件下求波动方程

9、由亥姆霍兹方程求解均匀平面波、周期、频率、波长、波数

教学内容提要

时间分配

1、时变电磁场的边界条件

2、两种特殊情况

两种无耗媒质的分界面

理想介质和理想导体的分界面

3、坡印廷定理的推导和各项的物理意义

4、坡印廷矢量的性质、物理意义

5、波动方程

6、复数形式的波动方程——亥姆霍兹方程

1学时

教学方法

辅助手段

课堂讲授、板书、练习

参考资料

1、《电磁场与电磁波》谢处方著高等教育出版社

2、《电磁场与电磁波》杨显清编国防工业出版社

3、《电磁场与电磁波》杨儒贵著高等教育出版社

讨论、练习、作业

1、磁通的变化：

或由磁场随时间的变化引起

或由回路运动引起

2、位移电流与传导电流的计算

3、电荷之间的作用力、电场强度的计算

4、应用高斯定律求解对称分布的电场

5、求能流密度矢量的平均值

6、求空间位移电流密度的瞬时值

7、利用麦克斯韦方程求电场E所相应的磁场H

课次

第14次课

章节名称

第7章:

正弦均匀平面波

授课方式

理论（√）实验（）实习（）设计（）

教学时数

教学目的及要求

1、理想介质中的均匀平面波

2、掌握平面波的极化

3、库仑定律、点电荷系统和连续分布电荷的电场表达

4、掌握损耗媒质中的均匀平面波

教学重点与难点

1、沿+z方向传播的波和沿-z方向传播的波

2、电场强度E矢量末端随时间变化的轨迹来描述波的极化

3、光波也是电磁波。

但是光波不具有固定的极化特性，或者说，其极化特性是随机的，光学中将光波的极化称为偏振

4、弱导电媒质中：

相位系数与频率无关，不存在色散效应

5、强导电媒质中：

相位系数与频率有关，存在色散效应

教学内容提要

时间分配

1、理想介质中的均匀平面波

2、平面电磁波的极化概念

3、直线极化

4、圆极化

5、椭圆极化

6、平面电磁波的极化的演示

7、无源导电媒质中的麦氏第一方程

8、等效介电系数、传播常数、衰减系数、相位系数

9、导电媒质中的相速

10、弱导电媒质、强导电媒质

1学时

教学方法

辅助手段

课堂讲授、板书、练习

参考资料

1、《电磁场与电磁波》谢处方著高等教育出版社

2、《电磁场与电磁波》杨显清编国防工业出版社

3、《电磁场与电磁波》杨儒贵著高等教育出版社

讨论、练习、作业

1、相速度：

相位不变点的轨迹变化可以计算电磁波的相位变化速度

2、平面电磁波的极化特性的演示

3、电荷之间的作用力、电场强度的计算

4、应用高斯定律求解对称分布的电场

5、传播常数、衰减系数、相位系数、相速的计算

6、弱导电媒质和强导电媒质的区别

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