《電磁場(chǎng)理論》教學(xué)大綱

1、電磁場(chǎng)理論Theory of Electromagnetic Field一、課程基本情況課程類別：學(xué)科基礎(chǔ)課課程學(xué)分：3學(xué)分課程總學(xué)時(shí)：48學(xué)時(shí)，其中講課：48學(xué)時(shí)課程性質(zhì)：必修開(kāi)課學(xué)期：第4學(xué)期先修課程：高等數(shù)學(xué)，數(shù)理方程與矢量場(chǎng)論，復(fù)變函數(shù)，常微分方程，大學(xué)物理適用專業(yè)：安全科學(xué)與工程（雷電科學(xué)與技術(shù)）電子信息工程、電子與通信工程、電氣工程等專業(yè)本科生教 材：電磁場(chǎng)與電磁波高等教育出版社，謝處方、饒克謹(jǐn)編著，2009年，第四版。開(kāi)課單位：大氣物理學(xué)院雷電科學(xué)與技術(shù)系。二、課程性質(zhì)、教學(xué)目標(biāo)和任務(wù)課程性質(zhì)：本課程是安全工程專業(yè)的核心基礎(chǔ)課，是今后從事雷電防護(hù)工程以及相關(guān)專業(yè)的基礎(chǔ)。無(wú)論是工頻

2、信號(hào)強(qiáng)電、弱電防護(hù)，還是雷電超高壓大電流防護(hù)技術(shù)以及相關(guān)的電磁信號(hào)的探測(cè)和定位技術(shù)等等，都需要具備扎實(shí)的電磁場(chǎng)理論基礎(chǔ)知識(shí)。同時(shí)，考慮到本科生就業(yè)和繼續(xù)攻讀學(xué)位等培養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，需要在本科階段奠定堅(jiān)實(shí)的電磁場(chǎng)基礎(chǔ)知識(shí)，這對(duì)學(xué)生今后的發(fā)展是非常重要的，也是學(xué)生從事相鄰專業(yè)或?qū)W科的基本條件。課程目標(biāo)：宏觀電磁場(chǎng)理論的核心內(nèi)容是麥克斯韋方程，本課程的目標(biāo)主要是要求學(xué)生全面、深入地了解麥克斯韋方程組的物理內(nèi)涵和邊界條件。本課程主要包括靜態(tài)電磁場(chǎng)與時(shí)變電磁場(chǎng)兩大部分內(nèi)。靜態(tài)電磁場(chǎng)部分從基本的實(shí)驗(yàn)定律出發(fā)給出靜態(tài)電磁場(chǎng)的分析方法，是本課程的基礎(chǔ)。時(shí)變電磁場(chǎng)部分介紹麥克斯韋方程，并由麥克斯韋方程導(dǎo)出波動(dòng)方程

3、。正弦平面電磁波是研究一般時(shí)變電磁場(chǎng)的基礎(chǔ)，課程介紹了平面電磁波的傳播特性以及在分界面上的反射透射等問(wèn)題。導(dǎo)行電磁波在微波技術(shù)中有重要的應(yīng)用，而電磁波輻射是電磁波的產(chǎn)生的振蕩源。課程任務(wù)：本課程的主要任務(wù)是為本專業(yè)其他核心課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，掌握本課程后，能夠?yàn)殡娮印㈦姽ゎ悓I(yè)課的學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，提高在工程電磁場(chǎng)方面的應(yīng)用科研能力。要求學(xué)生能夠全面系統(tǒng)的掌握電磁場(chǎng)與電磁波的基本概念、基本理論和基本方法，具有具備較強(qiáng)的分析問(wèn)題與解決問(wèn)題的能力三、教學(xué)內(nèi)容和要求1矢量分析（4 學(xué)時(shí)）（1）掌握矢量場(chǎng)的基本概念、矢量的數(shù)學(xué)運(yùn)算法則；（2）熟悉矢量場(chǎng)的三度分析運(yùn)算(梯度、散度和旋度)；（3）理解矢量

4、場(chǎng)三度運(yùn)算的物理意義，理解三度和通量以及旋量的區(qū)別和聯(lián)系；（4）了解格林函數(shù)和亥姆霍茲定理的基本數(shù)學(xué)運(yùn)算和物理意義；（5）初步了解矢量運(yùn)算在電磁場(chǎng)理論中的作用，初步了解電磁場(chǎng)是張量場(chǎng)，研究和描述電磁場(chǎng)和帶電粒子的相互作用離不開(kāi)矢量數(shù)學(xué)運(yùn)算；重點(diǎn)和難點(diǎn)：三度運(yùn)算（散度、旋度和梯度）及其物理意義。電磁場(chǎng)的基本規(guī)律（8學(xué)時(shí)）（1）掌握電磁場(chǎng)的基本規(guī)律，能利用電磁場(chǎng)的基礎(chǔ)知識(shí)解釋一些大氣放電現(xiàn)象；（2）熟悉麥克斯韋方程組的積分和微分形式，以及方程組的推導(dǎo)和深刻的物理意義；（3）理解介質(zhì)的極化和磁化，能很好的借助外界電場(chǎng)分析計(jì)算介質(zhì)的極化電荷和磁化電流分布；（4）了解電磁場(chǎng)的邊界條件，以及不同的邊界條件

5、對(duì)電磁場(chǎng)各個(gè)分量的影響；（5）初步了解電磁場(chǎng)理論在雷電科學(xué)與技術(shù)中的作用，能舉例說(shuō)明防雷工程設(shè)計(jì)中的電磁現(xiàn)象； 重點(diǎn)：麥克斯韋方程的建立及其物理意義；難點(diǎn)：電磁場(chǎng)的邊界問(wèn)題靜態(tài)電磁場(chǎng)及其邊值問(wèn)題的解（8學(xué)時(shí)）（1）掌握靜電場(chǎng)的基本問(wèn)題是求滿足邊界條件的泊松方程；（2）熟悉靜電場(chǎng)的三種解法：鏡像法、分離變量法和有限差分法；（3）理解恒定電場(chǎng)和靜電場(chǎng)的區(qū)別和聯(lián)系；（4）了解唯一性定理及其深刻的物理含義，并初步學(xué)會(huì)應(yīng)用唯一性定理解決一些特殊的靜電場(chǎng)問(wèn)題；（5）初步了解導(dǎo)電介質(zhì)中的電場(chǎng)分布；重點(diǎn)：泊松方程的建立；難點(diǎn)：分離變量法；恒定電場(chǎng)和靜電場(chǎng)的區(qū)別和聯(lián)系。時(shí)變電磁場(chǎng)（6學(xué)時(shí)）（1）掌握時(shí)變電磁場(chǎng)的

6、波動(dòng)方程；（2）熟悉時(shí)諧電磁波的復(fù)數(shù)表示，熟悉復(fù)電容率和復(fù)磁導(dǎo)率；（3）理解電磁場(chǎng)能量守恒定律；（4）了解唯一性定理；（5）初步了解電磁場(chǎng)頻域和時(shí)域變換，了解傅里葉變換和傅里葉逆變換；重點(diǎn)：時(shí)變電磁場(chǎng)的波動(dòng)方程；難點(diǎn)：復(fù)電容率的物理意義；電磁場(chǎng)頻域和時(shí)域變換。均勻平面波在無(wú)界空間中的傳播（6學(xué)時(shí)）（1）掌握均勻平面波的基本概念；（2）熟悉均勻平面波的極化和在無(wú)界空間中的傳播；（3）理解均勻平面是最簡(jiǎn)單的一種電磁波模型，是時(shí)諧電磁波在遠(yuǎn)距離的近似；（4）了解均勻平面波在導(dǎo)電介質(zhì)中的傳播；（5）初步了解色散和群速度；重點(diǎn)：平面波的極化和傳播；難點(diǎn)：色散和群速度。均勻平面波的反射和折射（6學(xué)時(shí)）（1

7、）掌握均勻平面波的反射和折射基本概念，如反射系數(shù)、投射系數(shù)和全反射等；（2）熟悉均勻平面波在理想導(dǎo)體表面的反射和趨膚效應(yīng)；（3）理解不同極化波在理想導(dǎo)體表面的入射和反射特征；（4）了解多層介質(zhì)對(duì)均勻平面波如何和反射的影響；（5）初步了解電導(dǎo)率分層的介質(zhì)對(duì)平面電磁場(chǎng)傳播的影響；重點(diǎn)：電磁波的反射和折射、趨膚效應(yīng)；難點(diǎn)：電導(dǎo)率分層對(duì)平面電磁場(chǎng)傳播的影響。導(dǎo)行電磁波（4學(xué)時(shí)）（1）掌握導(dǎo)行電磁波的基本概念；（2）熟悉TEM波、TE波和TM波的傳播特點(diǎn)及其與導(dǎo)行形狀的關(guān)系；（3）理解圓柱形波導(dǎo)播的傳播特性；（4）了解同軸波導(dǎo)中的高次模；（5）初步了解傳輸線方程及其工作參數(shù)等；重點(diǎn)和難點(diǎn)：TEM波、TE波和TM波的傳播特點(diǎn)及其與導(dǎo)行形狀的關(guān)系。電磁輻射（6學(xué)時(shí)）（1）掌握滯后勢(shì)，能利用光速的有限性正確理解推遲勢(shì)因子的作用；（2）熟悉電偶極子輻射的一般特點(diǎn)，能熟練地根據(jù)輻射波長(zhǎng)與傳播距離之間的關(guān)系，劃分近區(qū)和遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)；（3）理解電與磁的對(duì)偶性；（4）了解磁偶極子輻射；（5）初步了解天線的基本參數(shù)；重點(diǎn)：滯后勢(shì)和電偶極輻射的一般特點(diǎn)，及其遠(yuǎn)區(qū)和近區(qū)場(chǎng)的劃分；難點(diǎn)：理解電與磁的對(duì)偶性四、課程考核（1）作業(yè)等：作業(yè)：45次，課程論文：1篇；（2）考核方式：閉卷考試（3）總評(píng)成績(jī)計(jì)算方式：平時(shí)成績(jī)30%+期末考