《电磁场与电磁波》课程教学大纲

课程编号：102045学分：3 总学时： 51实验学时：4

大纲执笔人：金立军 大纲审核人：朱琴跃

一、课程性质与目的

《电磁场与电磁波》是工科电类专业的一门理论性较强的专业基础课。它的任务是阐明电磁场的基本概念、基本规律和基本的分析计算方法，学会运用场的观点进行基本电磁现象的分析，为后续电气信息类专业课打下必要的理论基础。

二、课程面向专业

电气信息类

三、课程基本要求

在物理电磁学的基础上，通过本课程的学习，应进一步熟悉宏观电磁场的基本性质和基本规律，能应用所学理论分析空间的场分布，深刻理解电磁问题中的路和场的两种方法，应用场的观点对电工技术中一些共同性的电磁现象和电磁工程进行分析，会进行电路参数的计算（电路参数指电容、电阻、电感）、了解电磁波辐射的基本原理。

四、实验基本要求

让学生掌握电磁场的基本物理规律，了解科学研究的方法和科学实验的重要性，培养学生理论联系实际的能力。

五、课程基本内容

1、概述

本章主要讨论电磁场与电磁波学科的产生、发展和现状，以及其应用。

2、矢量分析

矢量分析是研究电磁场特性的基本教学工具之一。本章主要讨论矢量的定义，矢量的代数运算以及矢量的微分与积分运算，以及在三种坐标系下的矢量表示及其运算规则。本章还要研究高斯定理、斯托克斯定理、格林定理、唯一性定理及亥姆霍兹定理。

3、静电场

本章主要介绍静电场的基本性质、基本规律和求解的方法。本章的研究方法对以后各章有指导意义。根据类比原理，静电场问题的解可应用于以后各章，所以本章的学习十分重要。

学习本章的基本要求是：理解并掌握静电场的基本性质和基本方程；能写出一些简单的静电场问题的微分方程和边界条件；应用叠加原理和高斯定理计算点电荷系统和一些形状特殊的连续分布电荷系统的电场强度和电位；了解镜象法、电轴法、分离变量法的实质和计算步骤；介绍计算电场能量和静电力的方法。

4、恒定电场

恒定电场的分析方法和静电场的分析方法有不少相似之处，例如从基本方程着手，讨论分界面的边界条件，求解场分布及参数。

学习本章的基本要求是：通过本章学习要弄清产生恒定电场的条件，欧姆定理和焦耳定律的微分形式；理解导电介质中恒定电场的基本方程、拉普拉斯方程及电流密度的物理意义；熟悉分界面上的边界条件；了解接地电阻的含义；学会求解电导的几种途径；对恒定电场与静电场的类比要较熟悉。

5、恒定磁场

本章主要介绍恒定电场的基本性质、基本规律和求解的方法，本章的某些结论可以应用到时变场。

学习本章的要求是：掌握恒定磁场的基本方程、基本性质和有旋无源性；能定性描绘某些形状简单的电流回路产生的磁场分布（有电流区域的场图不作要求）；会用毕奥—沙伐定律、安培环路定律计算一些简单的电流回路产生的磁场；掌握标量磁位、向量磁位A的定义，会用A来计算一些两维磁场；牢固掌握电磁感应定律及其推广；掌握计算电感的方法、步骤以及计算磁场对截流导体的作用力的几种方法，磁场能量与力；会用类比的方法，将静电场中得到的一些结论推广应用到恒定磁场中去。

6、时变电磁场

本章主要介绍时变电磁场的基本性质、基本规律。

学习本章的要求是：牢固掌握位移电流的概念、电流连续性原理及全电流定律，理解麦克斯韦方程组的微分、积分形式及其物理意义；掌握不同媒质分界面上的边界条件；理解引入位函数以及洛伦兹条件的意义；掌握坡印亭矢量及电磁能量的分布与传输；理解时变场的唯一性定理；掌握电磁场的复矢量形式，理解复能流密度矢量的实部和虚部所代表的物理意义。

7、平面电磁波

本章主要介绍平面电磁波的传播特性，包括正投射、斜投射的情况。

学习本章的要求是：重点掌握平面电磁波在理想介质中与导电媒质中传播的基本规律，理解集肤效应和色散效应；掌握极化波的概念；理解反射系数和投射系数的概念，并掌握平面波在理想介质与理想介质以及理想介质与理想导体边界上发生正投射时的传播特性，掌握行波与驻波的区别；掌握TEM波的判定条件；理解平面波的斜投射特性，重点掌握发生无反射和全反射的概念和条件。

8、导行电磁波

学习本章的要求是：了解传输线和矩形波导的传播特性，重点掌握无损耗传输线上的TEM波和矩形波导中的TE₁₀波的传播特性。

六、实验或上机基本内容

共有五个实验内容：接地电阻的研究、螺管线圈轴线上磁场的分布、电磁波的反射和折射研究、电磁波参量的研究、均匀传输线的传播特性。

注^*：根据课程安排选做其中的两项。

七、实验内容和主要仪器设备与器材配置

八、能力培养与人格养成教育

1．了解电磁场学科的产生、发展过程、现状以及应用。通过相关实际的电磁设备的介绍，引导学生进行建模仿真，培养学生理论联系实际、科学思考的能力；

2．促进多学科融合，鼓励学科交叉，培养学生善于提出问题、思考问题进而解决问题的能力，使其树立起敢于面对、乐观向上、团结协作的良好精神面貌；

3．树立实践中创新的初步意识，养成严谨务实、思维开放的良好素质。

九、前修课程要求

高等数学，普通物理（A），电路理论。

十、实验预习和实验报告的要求

课前要求预习，课后完成实验报告。

十一、评价与考核

平时成绩、实验报告占30%，期末考试成绩占70%。

十二、学时分配

十三、教材、实验指导书与主要参考书

1. 教材

金立军，胡波，汪洁，尹学锋．电磁场与电磁波．中国电力出版社，2011

2. 实验指导书：

电磁场实验指导.自编

3. 主要参考书

（1）杨儒贵．电磁场与电磁波（第2版）．北京：高等教育出版社，2007

（2）Bhag Singh Guru, Husenyin R.Hiziroglu 著，周克定、张肃文、董天临、辜承林译（第2版）．电磁场与电磁波．北京：机械工业出版社，2006

（3）谢处方．电磁场与电磁波（第4版）．北京：高等教育出版社，2006