课程信息
内容
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《电磁场与电磁波》课程简介
《电磁场与电磁波》课程简介
课程英文名
Electromagnetic Field Theory
课程代码
F0806Y00
学分
2.5
总学时
40
理论学时
40
实验/实践学时
0
先修课程
《高等数学》《大学物理》
适用专业
电子科学与技术
内容简介
(中文)
《电磁场与电磁波》课程是电子科学与技术专业的一门重要的专业基础课。主要研究电磁场与电磁波的基本属性,描述方法,运动规律,与物质的相互作用及其应用。要求学生通过本门课程的学习,能够系统地掌握电磁场与电磁波的基本概念、基本性质、基本规律以及求解电磁场问题的基本方法;掌握电磁波在各种介质中的传播规律;了解电磁场与电磁波在现代科学技术中的应用以及发展动态。
内容简介
(英文)
The course of "Electromagnetic Fields and Electromagnetic Waves" is an important professional foundation course for electronic science and technology. It mainly studies the basic properties of electromagnetic fields and electromagnetic waves, describing methods, laws of motion, interactions with matter and their applications. Students are required to systematically master the basic concepts, basic properties, basic laws of electromagnetic fields and electromagnetic waves and the basic methods for solving electromagnetic field problems through the study of this course. Master the propagation of electromagnetic waves in various media. Understand the application and development of electromagnetic fields and electromagnetic waves in modern science and technology.
执笔人
周盛华
审定人
康娟
制定时间
2018 年4 月
-
《电磁场与电磁波》教学大纲
《电磁场与电磁波》教学大纲
课程英文名
Electromagnetic Field Theory
课程代码
F0806Y00
学分
2.5
总学时
40
理论学时
40
实验/实践学时
0
课程类别
学科基础课
课程性质
必修
先修课程
《高等数学》《大学物理》
适用专业
电子科学与技术
开课学院
光学与电子科技学院
执笔人
周盛华
审定人
唐莹
制定时间
2018 年3 月
注:课程类别是指公共基础课/学科基础课/专业课;课程性质是指必修/限选/任选。
一、课程地位与课程目标
(一)课程地位
电磁场与电磁波课程是电子与微电子等专业的一门重要的专业基础课,主要研究电磁场与电磁波的基本属性,描述方法,运动规律,与物质的相互作用及其应用。要求学生通过本门课程的学习,能够系统地掌握电磁场与电磁波的基本概念,基本性质,基本规律以及求解电磁场问题的基本方法;了解电磁场与电磁波在现代科学技术中的应用以及发展动态。
(二)课程目标
1.通过本课程的学习,掌握电磁场与电磁波两个方面的基本概念与基本理论,为今后学习其它后续课程或在电磁场与电磁波方面进一步深入学习打下必要的基础;
2.在熟知一些基本物理概念和物理量的基础上,全面掌握《电磁场与电磁波》中的一些基本原理及数值分析计算手段:如静电场的基本方程、恒定磁场的基本方程、电磁场的基本方程组,坡印亭定理,分界面上的边界条件;了解分离变量法,镜像法,有限差分法等;
3.学会运用电磁场与电磁波基本原理来解决一些实际中遇到的电磁场与电磁波相关问题的求解,如波导的设计、电磁波发射、传播等问题;
4.培养学生严密的理论推导和分析计算能力,为后续课程打下良好的基础。
二、课程目标达成的途径与方法
本课程是一门理论性较强的课程,涉及到许多公式的理解与运用,采用电子教案、视频、FLASH动画、实物照片等现代化教学多媒体手段进行教学。使用配合教材的“电磁场与电磁波”多媒体课件和学校的BB课程平台,对教学的难点与重点进行多媒体演示,将抽象的电磁场与电磁波问题用计算机形象、动态、直观地展示出来,以帮助学生更好地理解抽象的概念,充分激发学生的学习兴趣和热情。对难点采用多种方式、多种媒体、从多个不同角度进行讲解,使绝大多数学生能够透彻理解掌握。
采用启发式教学,对重要的公式或定理做出详细的数学推导,而对一些复杂繁琐的公式等不作推导,只对主要公式进行必要说明,把讨论重点放在物理概念、物理模型和思维方法上,并穿插一些电磁科学发展史小故事,增加学生的学习兴趣。在教学中,结合目前国内外与课程相关的热点问题,注重反映与本课程有关的学科前沿,注重培养学生的创新意识和创新能力,比如左手介质、趋肤效应、电磁波隐身技术等充分激发学生的想象能力和思维能力,提高学生的学习兴趣,培养学生的创新能力。
三、课程目标与相关毕业要求的对应关系
课程目标
毕业要求(支撑程度H、M、L)
1.2
4.1
课程目标1
H
H
课程目标2
H
H
课程目标3
M
课程目标4
L
四、课程主要内容与基本要求
第一章 矢量分析
1.1 矢量代数
1.2 三种常用的正交坐标系
1.3 标量场的梯度
1.4 矢量场的通量与散度
要求:理解标量场和矢量场的概念;熟练掌握三种常用的坐标系;理解矢量场的散度和旋度、标量场的梯度的概念,掌握“三度”的计算方法;熟练掌握散度定理和斯托克斯定理并能灵活运用。
第二章 电磁场的基本规律
2.1 电荷守恒定律
2.2 真空中静电场的基本规律
2.3 真空中恒定磁场的基本规律
2.4 媒质的电磁特性
2.5 电磁感应定体和位移电流
2.6 麦克斯韦方程组
2.7 电磁场的边界条件
要求:理解电荷及其分布、电流及其分布以及电流的连续性方程;理解电场和磁场的概念,掌握电场强度和磁感应强度的积分公式,会计算简单的源分布的场;掌握电场的基本方程,了解电介质的极化;掌握稳恒磁场的基本方程,了解磁介质的磁化;掌握电磁感应定律以及位移电流的概念,牢固掌握麦克斯韦方程组并深刻理解其物理含义,掌握电磁场的边界条件。
第三章 静态电磁场及其边值问题的解
3.1静电场分析
3.2导电媒质中的恒定电场分析
3.3恒定电磁场分析
3.4静态场的边值问题及解的惟一性定理
3.5镜像法
3.6分离变量法
3.7有限差分法
要求:掌握静电场的基本方程和边界条件;掌握静电场中的电位函数及其微分方程,掌握电位的边界条件;理解电场能量和能量密度的概念;掌握恒定电场的基本方程和边界条件;掌握恒定磁场的基本方程和边界条件,理解矢量磁位及其微分方程,了解标量磁位的概念;理解磁场能量和能量密度;了解镜像法的原理;了解分离变量法。。
第四章 时变电磁场
4.1 波动方程
4.2 电磁场的位函数
4.3 电磁能量守恒定律
4.4 惟一性定理
4.5时谐电磁场
要求:掌握电磁场的波动方程,理解动态矢量位和标量位的概念以及其满足的微分方程;理解坡印廷矢量的物理意义并应用它分析计算电磁能量的传输;理解唯一性定理及其意义;掌握正弦电磁场的复数表示方法及其意义,掌握复数形式的麦克斯韦方程组和波动方程。
第五章 均匀平面波在无界空间中的传播
5.1 理想介质中的均匀平面波
5.2 电磁波的极化
5.3 均匀平面波在导电媒质中的传播
5.4 色散与群速
*5.5 均匀平面波在各向异性媒质中的传播
要求:掌握波的概念和表示方法,理解均匀平面波的概念以及研究均匀平面波的重要意义;理解和掌握均匀平面波在无界理想介质中的传播特性;理解和掌握均匀平面波在无界有耗媒质中的传播特性;理解描述传播特性的参数的物理意义;掌握波的极化的概念;掌握三种极化方式并能正确判断波的极化状态;了解群速的概念以及群速与相速的关系;了解电磁波在各向异性介质中的传播。
第六章 均匀平面波的反射与透射
6.1 均匀平面波对分界平面的垂直入射
6.2 均匀平面波对多层介质分界平面的垂直入射
6.3 均匀平面波对理想介质分界平面的斜入射
6.4 均匀平面波对理想导体平面的斜入射
要求:理解均匀平面波对理想导体平面和理想介质平面的垂直入射;了解均匀平面波对多层媒质分界面的垂直入射;了解四分之一波长匹配和半波长介质窗的意义及其应用;了解均匀平面波对分界面的斜入射;理解全反射现象和无反射现象的概念,掌握其产生条件,了解其应用。
第七章 导行电磁波
7.1 导行电磁波概论
7.2 矩形波导
7.3 圆柱形波导
7.4 同轴波导
7.5 谐振腔
7.6 传输线
要求:理解波导中的纵向场分析法,掌握传播常数、截止波数等物理量的物理意义以及计算方法;掌握波导中的三种模式的传播条件和传播特性;了解谐振腔。
第八章 电磁辐射
8.1 滞后位
8.2 电偶极子的辐射
8.3 电与磁的对偶性
8.4 磁偶极子的辐射
8.5 天线的基本参数
8.6 对称天线
8.7 天线阵
8.8 口径场辐射
要求:了解滞后位;了解电磁辐射的基本原理;了解天线的基本参数。
五、课程学时安排
章节号
教学内容
学时数
学生任务
对应课程目标
第一章
第一章 矢量分析
6
了解电磁场与电磁波的发展历史,完成第一章作业及课后讨论
课程目标1-2
第二章
第二章 电磁场的基本规律
8
复习电磁学基础知识;完成第二章作业
课程目标1-2
第三章
第三章 静态电磁场及其边值问题的解
4
复习电磁学基础知识;完成第三章作业,预习第四章时变电磁场
课程目标2-3
第四章
第四章 时变电磁场
6
完成第四章作业,对时变电磁场与静态电磁场讨论
课程目标2-3
第五章
第五章 均匀平面波在无界空间中的传播
8
完成电磁波的传播作业;专题讨论工程上电磁波在介质的传播特性
课程目标3-5;9-10
第六章
第六章 均匀平面波的反射与透射
4
完成课后作业,讨论电磁波的发射与透射
课程目标3-5
第七章
第七章 导行电磁波
2
完成课后作业,复习电磁波的传播
课程目标3-5
第八章
第八章 电磁辐射
2
完成课后作业,讨论电磁波的发射基本原理
课程目标2
六、实践环节及基本要求
本课程为理论课,相关实验安排在《电子科技专业实验》课程中。基于电脑设计、操作的实验作业课外完成,一般不占教学时间,可集中安排上机练习,但不超过2次。
七、考核方式及成绩评定
考核内容
考核方式
评定标准(依据)
占总成绩比例
过程考核
含到课率、课堂讨论发言、平时作业等
考勤30%、课堂30%、作业40%
20%
期末考核
闭卷(允许带一张写有公式的A4纸)
依据试卷评分标准
80%
考核类别
考试
成绩登记方式
百分制
八、课程目标达成评价
1、各考核项对应课程目标权重分配如下表:
平时及作业
期末考试
学生调查
课程目标1
0.4
0.3
0.3
课程目标2
0.4
0.3
0.3
课程目标3
0.5
0.2
0.3
课程目标4
0.7
0.3
2、课程目标达成度计算公式:
九、推荐教材与主要参考书
(一)推荐教材:
1.《电磁场与电磁波》,谢处方,饶克谨,北京:高等教育出版社,2006 ,第四版
(二)主要参考书:
1.《电磁场与电磁波》,杨显清,赵家升等,北京:国防工业出版社,2003。
2.《电磁场与电磁波》,(美国)古恩Guru B.S. ,北京:机械工业出版社,2002。
3.《电磁场与电磁波理论基础》,陈乃云等,北京:中国铁道出版社,2001。
4.《电磁场与电磁波》,全泽松等,成都:四川科学技术出版社,1992。
5.《电磁场与电磁波》,王增和等,北京:电子工业出版社,2001。
6.《电磁场与电磁波解题指导》,赵家升,成都:电子科技大学出版社,2000。