《电磁场理论》教学大纲.doc

《电磁场理论》教学大纲
一、课程概述
《电磁场理论》是通信工程专业的一门重要专业基础课，内容包括静电场、静磁场、静态场的边值问题、时变电磁波、平面电磁波、电磁波的传输和电磁波的辐射等。这门课程的理论性较强，概念较抽象，应用的数学知识较多，因此在学习这门课程之前，应当具备大学物理和高等数学矢量场分析的扎实基础。先修课程是高等数学、电磁学。
该课程培养学生掌握电磁场的基本规律，加深对电磁场性质的理解，获得分析和处理电磁场问题的一些最基本的方法和能力。进一步培养辩证唯物主义的世界观。
二、课程目标
1．掌握静态场的基本规律，学会静态场的分析处理方法。
2．理解麦克斯韦方程组的内涵。
3．学会用麦克斯韦方程组去分析解决时变电磁场的基本问题。
4．了解微波传输和辐射的理论。
三、课程内容与教学要求
这门学科的知识与技能要求分为知道、理解、掌握、学会四个层次。这四个层次的一般涵义表述如下：
知道——是指对这门学科的基本知识、基本理论的认知。
理解——是指运用已了解的基本原理说明、解释一些现象、进行简单的分析计算。
掌握——是指利用掌握的理论知识对一些较复杂的电磁现象进行解释，说明其本质。
学会——是指能应用所学的电磁场理论去处理分析有关问题。
教学内容和要求表中的“√”号表示教学知识和技能的教学要求层次。
本标准中打“*”号的内容可作为自学，教师可根据实际情况确定要求或不布置要求。
教学内容及教学要求表
教学内容
知道
理解
掌握
学会
1 矢量分析
1·1 标量场与矢量场
1·2 矢量的运算(加法、点乘、叉乘)
1·3 矢量的通量、散度
1·4 高斯定理
1·5 矢量的环流量、旋度
1·6 斯托克斯定理
1·7 标量场的梯度
1·8 亥姆霍兹定理

√
√
√
√
√
√
√
√

2 静电场
2·1 静电场的散度方程及旋度方程
2·2 电位及电位梯度
2·3 拉普拉斯方程及泊松方程
2·4 电偶极子
2·5 静电场中的导体
2·6 静电场中的介质
2·7 静电场的边界条件
2·8 导体系统的电容
2·9 静电场能量与静电力

√
√
√
√
√
√
√
√
√

3 恒定磁场
3·1 恒定磁场的散度方程及旋度方程
3·2 矢量磁位A
3·3 磁偶极子
3·4 恒定磁场中的介质
3·5 恒定磁场的边界条件
3·6 自电感和互电感
3·7 磁场能量和磁场力

√
√
√
√
√
√
√

4 恒定电场
4·1 电流密度
4·2 电流连续性方程
4·3 导电媒质中的恒定电场
4·4 导电媒质中的能量损耗
4·5 恒定电场的边界条件
4·6 恒定电场与静电场的比拟
4·7 考虑介质损耗的电容器

√
√
√
√
√
√
√

5 静态场边值型问题的解法
5·1 静电场的边值型问题
5·2 唯一性定理
5·3 直接积分求解一维场
5·4 分离变量法求解二维、三维场的拉普拉斯方程

√
√
√
√

6 交变电磁场
6·1 关于麦克斯韦方程
6·2 电磁感应定律与麦克斯韦第二方程
6·3 安培环路定律与麦克斯韦第一方程
6·4 高斯定律与麦克斯韦第三方程
6·5 麦克斯韦第四方程
6·6 麦克斯韦方程组和辅助方程
6·7 复数形式的麦克斯韦方程
6·8 边界条件
6·9 坡印廷定理及坡印廷矢量
6·10 交变场的位与场
6·11 关于洛伦兹规范

√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√

7 平面波在无界媒质中的传播
7·1 波动方程及其解
7·2 理想介质中的平面波
7·3 电磁波的极化(偏振)
7·4 导电媒质中的平面波
7·5 损耗角正切tanδ及媒质分类
7·6 良介质中的平面波
7·7 良导体中的平面波
7·8 趋肤效应
7·9 良导体的表面阻抗
7·10 导电媒质的损耗功率
7·11 色散媒质、色散失真及正常色散、反常色散

√
√
√
√
√
√
√
√
√
√
√

8　电磁波的反射与折射
8·1 平面波垂直入射到理想导体表面
8·2 平面波垂直入射到理想介质分界面
8·3 平面波斜射到理想导体表面
8·4 平面波斜射到理想介质分界面
8·5 导电媒质分界面上波的反射和折射
8·6 平面波垂直入射到多层介质分界面

√
√
√
√
√
√

9 双导体传输线——TEM波传输系统
9·1 引言
9·2 TEM波波动方程的特点
9·3 平行导体板传输系统
9·4 双线传输线
9·5 同轴线
9·6 有损耗传输线中的“伪”TEM波

√
√
√
√
√
√

10 TE波、TM波传输系统——波导
10·1 矩形波导
10·2 圆波导
10·3 同轴线中的高次模

√
√
√

11 电磁波辐射
11·1 交变场的滞后位
11·2 电偶极子
11·3 磁偶极子
11·4 对偶定理

√
√
√
√

三、课程实施
（一）课时安排与教学建议
一般情况下， 安排 72 学时，也可安排54学时， 一学期讲授完成。具体课时安排如下：
教学内容
课时建议
教与学的方法建议
72课时
54课时
1 矢量分析
1·1 标量场与矢量场
1·2 矢量的运算(加法、点乘、叉乘)
1·3 矢量的通量、散度
1·4 高斯定理
1·5 矢量的环流量、旋度
1·6 斯托克斯定理
1·7 标量场的梯度
1·8 亥姆霍兹定理
4学时
4学时
讲述
2 静电场
2·1 静电场的散度方程及旋度方程
2·2 电位及电位梯度
2·3 拉普拉斯方程及泊松方程
2·4 电偶极子
2·5 静电场中的导体
2·6 静电场中的介质
2·7 静电场的边界条件
2·8 导体系统的电容
2·9 静电场能量与静电力
4学时
4学时
讲述
3 恒定磁场
3·1 恒定磁场的散度方程及旋度方程
3·2 矢量磁位A
3·3 磁偶极子
3·4 恒定磁场中的介质
3·5 恒定磁场的边界条件
3·6 自电感和互电感
3·7 磁场能量和磁场力
6学时
6学时
讲述
4 恒定电场
4·1 电流密度
4·2 电流连续性方程
4·3 导电媒质中的恒定电场
4·4 导电媒质中的能量损耗
4·5 恒定电场的边界条件
4·6 恒定电场与静电场的比拟
4·7 考虑介质损耗的电容器
6学时
6学时
讲述
5 静态场边值型问题的解法
5·1 静电场的边值型问题
5·2 唯一性定理
5·3 直接积分求解一维场
5·4 分离变量法求解二维、三维场的拉普拉斯方程
6学时
6学时
讲述
6 交变电磁场
6·1 关于麦克斯韦方程
6·2 电磁感应定律与麦克斯韦第二方程
6·3 安培环路定律与麦克斯韦第一方程
6·4 高斯定律与麦克斯韦第三方程
6·5 麦克斯韦第四方程
6·6 麦克斯韦方程组和辅助方程
6·7 复数形式的麦克斯韦方程
6·8 边界条件
6·9 坡印廷定理及坡印廷矢量
6·10 交变场的位与场
6·11 关于洛伦兹规范
6学时
6学时
讲述
7 平面波在无界媒质中的传播
7·1 波动方程及其解
7·2 理想介质中的平面波
7·3 电磁波的极化(偏振)
7·4 导电媒质中的平面波
7·5 损耗角正切tanδ及媒质分类
7·6 良介质中的平面波
7·7 良导体中的平面波
7·8 趋肤效应
7·9 良导体的表面阻抗
7·10 导电媒质的损耗功率
7·11 色散媒质、色散失真及正常色散、反常色散
8学时
8学时
讲述
8　电磁波的反射与折射
8·1 平面波垂直入射到理想导体表面
8·2 平面波垂直入射到理想介质分界面
8·3 平面波斜射到理想导体表面
8·4 平面波斜射到理想介质分界面
8·5 导电媒质分界面上波的反射和折射
8·6 平面波垂直入射到多层介质分界面
8学时
8学时
讲述
9 双导体传输线——TEM波传输系统
9·1 引言
9·2 TEM波波动方程的特点
9·3 平行导体板传输系统
9·4 双线传输线
9·5 同轴线
9·6 有损耗传输线中的“伪”TEM波
8学时
6学时
讲述
10 TE波、TM波传输系统——波导
10·1 矩形波导
10·2 圆波导
10·3 同轴线中的高次模
8学时

11 电磁波辐射
11·1 交变场的滞后位
11·2 电偶极子
11·3 磁偶极子
11·4 对偶定理
8学时

讲述
合计：72课时

（二）教学组织形式与教学方法要求
1、主要的教学组织形式是班级授课。有时也可以采用分组教学。或者几种组织方式灵活组合，尽量减轻学生的生理和心理疲劳。
2、注意教学方法的灵活性，组织学生讨论、指导阅读等。培养学生发现问题、分析问题、解决问题的能力和探究意识。
可以在多媒体课室上课。借助声像呈示，提供给学生一个动态的、声情并茂的学习环境，让学生充分调动自己的视觉、听觉等感官，由多途径获得多方面的信息。
四、教材选用
《电磁场理论》教材要在课程标准的统一要求下，实行多样化。可以选用公认的水平较高的教材如教育部推荐教材，九五规划教材和面向21世纪教材。如：
1、《 电磁场与电磁波》，谢处方等，高等教育出版社
2、《电磁场与电磁波》，焦其祥主编 科学出版社
五、课程评价
1、这门课程的评价依据是本课程标准规定的课程目标、教学内容和要求。
2、考核分二部分：一是平时成绩，包括布置的作业和出勤，占30%；二是期末闭卷考试，占70%，期末考试时间120分钟。
3、分制与分数解释：以百分制评分，60分为及格，满分为100分。
4、题型比例：选择题（占20%）；填空题（占20%）；简答题占20%）；计算题（占40%）
5、样题与目标定位示例
（1）选择题：（着重考查学生对知识的理解程度）
如：似稳电场是 。
A 有旋场； B 无旋场 ；C 无势场； D 无源场
（2）填空题：（着重考查学生对知识的理解程度）
如：电位移矢量D的散度表达式是 。
（3）简答题：（着重考查学生对知识的记忆程度）
如：坡印亭矢量是如何定义的？它的物理意义是什么？
（4）计算题：（着重考查学生对知识的掌握与学会程度）
如：在半经为R的薄球壳内离球心为0.5R处放入一点电荷Q ，试求空间的电位
分布。
制定该课程标准小组成员：
审核者：