电磁场教学大纲.doc

《电磁场理论》课程教学大纲
课程
编号
07275013
课程名称
（中文）电磁场理论
（英文）Electromagnetic Field Theory

课
程
基
本
情
况
1．学分：6 学时：60 （课内学时：54 实验学时：6×2 ）
2．课程性质：专业基础课
3．适用专业：工学
适用对象：本科
4．先修课程：《高等数学》《工程数学》《大学物理》
5．首选教材：钟顺时：《电磁场基础》，北京：清华大学出版社，2006（普通高等教育“十一五”国家级规划教材）
二选教材：钟顺时 钮茂德：《电磁场理论基础》，西安：西安电子科技大学出版社，1995
参考书目： [1] 毕德显：《电磁场理论》，北京：电子工业出版社，1985；
[2] 杨儒贵：《电磁场与电磁波》， 北京：高等教育出版社， 2003。
[3] 谢处方,饶克谨：电磁场与电磁波（第三版），高等教育出版社，2003年。
[4] F. T. Ulaby: Fundamentals of Applied Electromagnetics. Prentic Hall, 2001.
6．考核形式：考试（闭卷）
7．教学环境：多媒体教室、实验室

课
程
教
学
目
的
及
要
求
教学目的：
掌握宏观电磁场和电磁波的基本规律，学会用场的观点理解和分析计算一些基本的电磁场和电磁波问题，培养学生的科学态度和创新精神，提高分析与解决问题的能力。
教学要求：
1. 掌握麦克斯韦方程组与波动方程，了解位函数的定义与方程，掌握电磁场边界条件与坡印廷定理；
2．掌握用镜像法和分离变量法计算直角坐标系静电场问题；
3．掌握平面波的场分布与传播特点；
4．掌握平面波对平面边界垂直入射与斜入射时的场分布与特点，全折射和全反射的条件；
5．了解电流元的辐射特点，掌握电流元、磁流元和半波振子的远区场和辐射方向图，理解弗里斯传输方程。

课
程
内
容
及
学
时
分
配

（一）第1章 矢量分析 （ 8 学时）
§1.1 矢量代数
§1.2 矢量场的通量与散度，散度定理
§1.3 矢量场的环量与旋度，斯托克斯定理
§1.4标量场的方向导数与梯度，格林定理
§1.5亥姆霍兹定理
§1.6曲面坐标系
基本要求
1． 掌握散度和散度定理的定义和计算
2． 掌握旋度和斯托克斯定理的定义和计算
3． 掌握梯度的定义和计算
4． 掌握亥姆霍兹定理
5． 掌握直角坐标系、柱坐标系和球坐标系的长度元和哈密顿算符的表示及坐标的相互转换
重点：散度定理，斯托克斯定理，亥姆霍兹定理；
难点：散度，旋度，梯度，哈密顿算符，三个坐标系的相互转换

（二）第2章 电磁场基本方程 （ 6 学时）
第一节 静态电磁场的基本定律和基本场矢量
第二节 法拉第电磁感应定律和全电流定律
第三节 麦克斯韦方程组
第四节 电磁场的边界条件
第五节 坡印廷矢量和坡印廷定理
第六节 唯一性定理
基本要求
1． 掌握麦克斯韦方程组的微分形式和积分形式，名称及意义，掌握其独立方程及非独立方程的导出
2． 掌握本构关系和限定形式麦克斯韦方程组及波动方程的导出
3． 掌握电磁场位函数的定义及其方程的导出
4． 掌握四项电磁场边界条件的代数式和矢量式
5． 掌握坡印廷矢量和坡印廷定理的定义和意义
6． 了解唯一性定理
重点：麦克斯韦方程组的微分形式和积分形式，波动方程，电磁场边界条件的代数式和矢量式；
难点：位移电流，电磁场位函数，坡印廷定理及其意义

（三）第3章 静态场及其边值问题的解法 （ 4 学时）
3.5 静电场边值问题，惟一性定理
3.6镜像法
3.7分离变量法
基本要求
掌握直角坐标系镜像法和分离变量法
重点：直角坐标下的分离变量法；
难点：分离变量法解式的选择

（四）第5章 时变电磁场和平面电磁波 （ 10 学时）
5.1 时谐电磁场的复数表示
5.2 复数形式麦克斯韦方程组
5.3 复坡印廷矢量和复坡印廷定理
5.4 理想介质中的平面波
5.5 导电媒质中的平面波
5.6 等离子体中的平面波
5.7 电磁波的极化
基本要求
1. 掌握时谐电磁场的复数表示，能写出其瞬时式及反之
2. 理解复麦克斯韦方程组和复坡印廷矢量的含义
3. 掌握理想介质中平面波的表示式和特点
4. 掌握导电媒质中平面波的表示式和特点
5. 掌握三种极化方式的表示式和特点
重点：时谐电磁场的复数表示，能写出其瞬时式及反之，复麦克斯韦方程组，理想介质和导电媒质中平面波的表示式和特点，电磁波的极化；
难点：复坡印廷矢量的定义与意义，导电媒质中平面波的表示式和特点，三种极化方式的表示式。

（五）第6章 平面电磁波的反射和折射 （ 12 学时）
6.1 平面波对平面边界的垂直入射
6.2 平面波对理想导体的斜入射
6.3 平面波对理想介质的斜入射
6.4 全折射和全反射
基本要求
1． 掌握平面波对平面边界垂直入射时入射波、反射波及其合成场和透射波的表示式及特点
2． 掌握平面波对理想导体斜入射时的入射波、反射波及其合成场的表示式及特点
3． 掌握平面波对理想介质斜入射时的入射波、反射波及其合成场和透射波的表示式及特点，了解相位匹配条件，会应用菲涅耳公式
4． 掌握全折射和全反射的特点和条件
重点：平面波对平面边界垂直入射时入射波、反射波及其合成场和透射波的表示式及特点，平面波对理想导体和理想介质斜入射时的入射波、反射波及其合成场的表示式及特点，全折射和全反射的特点和条件；
难点：行波和驻波的表示式和特点，相位匹配条件和菲涅耳公式的导出和应用。

（六）第7_8章 电磁波的辐射与天线 （ 10 学时）
7.1 时谐电磁场的位函数
7.2 电流元的辐射
7.3 对偶原理，磁流元的辐射
8.1 天线的功能与分类
8.2 无线电参数和传输方程
8.3 对称振子
基本要求
1． 了解电流元的定义及其外场推导和分区特点，掌握电流元远区场的计算公式和特点，掌握辐射方向图和辐射电阻的定义和意义
2． 掌握对偶原理和磁流元的远区场、方向图
3． 了解天线方向系数的定义和意义，理解弗里斯传输方程
4． 掌握半波振子远区场特点及其方向图
重点：电流元和半波振子远区场的计算公式和特点，辐射方向图和辐射电阻的定义和意义，弗里斯传输方程；
难点：电流元的外场推导，弗里斯传输方程。

配
套
实
践
环
节
测验与习题课 4 学时
实验一、电磁波的反射与折射 3 学时
实验二、天线方向图与电磁波的极化测试 3 学时
实验三、电磁波检测天线的设计制作与测试 3 学时
实验四、电磁波传播特性实验 3 学时