《電磁場與電磁波》課程教學(xué)大綱

《電磁場與電磁波》教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱電磁場與電磁波ElectromagneticFieldsandWaves課程編碼SCC520711025開課院部理學(xué)院課程團隊電動力學(xué)教學(xué)團隊學(xué)分2.5課內(nèi)學(xué)時40講授40實驗0上機0實踐0課外學(xué)時40適用專業(yè)光電信息科學(xué)與工程授課語言中文先修課程高等數(shù)學(xué)（2-1）、高等數(shù)學(xué)（2-2）、大學(xué)物理（2-1）、大學(xué)物理（2-2）課程簡介（必修）本課程屬于光電信息科學(xué)與工程專業(yè)的專業(yè)必修課程。本課程在電磁學(xué)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)地闡述電磁場與電磁波的基本概念、原理及處理問題的方法。課程內(nèi)容包括：電磁場基本規(guī)律，靜態(tài)電磁場及其邊值問題，隨時間變化的電磁場，電磁波的傳播，電磁波的輻射。著重介紹恒定電磁場的基本性質(zhì)和求解電場和磁場問題的基本方法；著重討論電磁波的傳播，包括無界空間中的電磁波的性質(zhì)、界面上的反射折射以及有界空間中的電磁波問題；介紹一般情況下電磁勢的概念和輻射電磁場的計算方法。通過該課程的教學(xué)，使學(xué)生系統(tǒng)掌握電磁相互作用的基本規(guī)律，理解電磁場與·電磁波的基本思想和基本數(shù)學(xué)方法，初步掌握處理有關(guān)電磁系統(tǒng)的各類實際問題的典型方法，培養(yǎng)學(xué)生解釋、質(zhì)疑、評價電磁領(lǐng)域基本現(xiàn)象的能力；培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，訓(xùn)練創(chuàng)新思維，培育創(chuàng)新實踐能力和科學(xué)研究能力，為今后進一步學(xué)習(xí)和從事研究工作打下理論基礎(chǔ)。Thiscourseisacompulsorycourseforoptoelectronicinformationscienceandengineering.Itexpoundsthebasicconcepts,principlesandsolutionsofelectromagneticfieldsandelectromagneticwaves.Topicscoveredbasiclawsofelectromagneticfields,staticelectromagneticfieldsandtheirboundaryvalueproblems,time-varyingelectromagneticfield,electromagneticwavepropagationandradiation.Thiscoursefocusesonthefundamentalpropertiesofconstantelectromagneticfieldandthebasicmethodsforsolvingelectricfieldandmagneticfieldproblems.Thepropagationofelectromagneticwaveisdetailed,whichincludesthepropertyofelectromagneticwaveandtheinterfacialreflectionandrefractionininfinitespace,aswellasinconfinedspace.Inaddition,theconceptofelectromagneticpotentialandcalculationmethodsofradiatedelectromagneticfieldareintroduced.Throughtheteachingofthiscourse,studentsrequiredtocompletelyknowwellaboutthebasiclawofelectromagneticinteractionandunderstandingthebasicideasandbasicmathematicalmethodsofelectromagneticfieldsandwaves,andsimplyknownaboutthetypicalmethodsfordealingwithvariousrealityproblemsinelectromagneticsystems,whichwillbringupstudentstheabilitytoexplain,question,andevenevaluatethebasicphenomenaofelectromagneticfields.Bymeansofstudyingthecourse,developingtheinnovativespiritandinnovativethinking,andbringinguptheabilityofinnovativepracticeandscientificresearchofstudents,whichlayatheoreticalfoundationforfurtherstudyandresearchworkinthefuture.負責人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標序號代號課程目標OBE畢業(yè)要求指標點任務(wù)自選1M1目標1：系統(tǒng)掌握電磁相互作用的基本規(guī)律，理解電磁場與電磁波的基本思想和基本數(shù)學(xué)方法，初步掌握處理有關(guān)電磁系統(tǒng)的各類實際問題的典型方法，培養(yǎng)學(xué)生建立電磁領(lǐng)域基本數(shù)學(xué)模型并進行求解的能力。是9.19.12M2目標2：通過課程學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神，訓(xùn)練創(chuàng)新思維，培育創(chuàng)新實踐能力和科學(xué)研究能力，能運用相關(guān)電磁科學(xué)原理，識別和判斷一些問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為今后進一步學(xué)習(xí)和從事研究工作打下理論基礎(chǔ)。是9.19.1三、課程內(nèi)容序號章節(jié)號標題課程內(nèi)容/重難點支撐課程目標課內(nèi)學(xué)時教學(xué)方式課外學(xué)時課外環(huán)節(jié)1第一章矢量分析矢量的運算////21.1矢量代數(shù)標量和矢量，矢量的加法和減法，矢量的乘法M10.5講授0.5作業(yè)31.2三種常用的正交坐標系直角坐標系，圓柱坐標系，球坐標系M11講授1作業(yè)41.3標量場的梯度標量場的等值面，方向?qū)?shù)，梯度M11講授1作業(yè)51.4矢量場的通量與散度矢量場的矢量線，通量，散度，散度定理M11講授1作業(yè)61.5矢量場的環(huán)流與旋度環(huán)流，旋度，斯托克斯定理M11講授1作業(yè)71.6無旋場與無散場無旋場，無散場M10.5講授0.5作業(yè)81.7拉普拉斯運算與格林定理拉普拉斯運算，格林定理M10.5講授0.5作業(yè)91.8亥姆霍茲定理亥姆霍茲定理M10.5講授0.5作業(yè)10第二章電磁場的基本規(guī)律電磁場的基本規(guī)律////112.1電荷守恒定律電荷及電荷密度，電流及電流密度，電荷守恒定律與電流連續(xù)性方程M11講授1作業(yè)122.2真空中靜電場的基本規(guī)律庫侖定律，電場強度，靜電場的散度與旋度M11講授1作業(yè)132.3真空中恒定磁場的基本規(guī)律安培力定律，磁感應(yīng)強度，恒定磁場的散度與旋度M11講授1作業(yè)142.4媒質(zhì)的電磁特性電介質(zhì)的極化，電位移矢量，磁介質(zhì)的磁化，磁場強度，媒介的傳導(dǎo)特性M12講授2作業(yè)152.5電磁感應(yīng)定律和位移電流法拉第電磁感應(yīng)定律，位移電流M11講授1作業(yè)162.6麥克斯韋方程組麥克斯韋方程組的積分形式，麥克斯韋方程組的微分形式，媒質(zhì)的本構(gòu)關(guān)系M11講授1作業(yè)172.7電磁場的邊界條件邊界條件的一般形式，兩種特殊情況下的邊界條件M11講授1作業(yè)18第三章靜態(tài)電磁場及其邊值問題的解靜態(tài)電磁場的邊值問題////193.1靜電場分析靜電場的基本方程和邊界條件，電位函數(shù)，導(dǎo)體系統(tǒng)的電容，靜電場的能量，靜電力M11講授1作業(yè)203.2導(dǎo)電媒質(zhì)中的恒定電場分析恒定電場的基本方程和邊界條件，恒定電場與靜電場的比擬M11講授1作業(yè)213.3恒定磁場分析恒定磁場的基本方程和邊界條件，矢量磁位與標量磁位，電感，恒定磁場的能量，磁場力M11.5講授1.5作業(yè)223.4靜態(tài)場的邊值問題及解的惟一性定理邊值問題的類型，惟一性定理M10.5講授0.5作業(yè)233.5鏡像法接地導(dǎo)體平面的鏡像，導(dǎo)體球面的鏡像，導(dǎo)體圓柱面的鏡像，介質(zhì)平面的鏡像M22講授2作業(yè)243.6分離變量法直角坐標系中的分離變量法，圓柱坐標系中的分離變量法，球坐標系中的分離變量法M22講授2作業(yè)25第四章時變電磁場時變電磁場////264.1波動方程波動方程M10.5講授0.5作業(yè)274.2電磁場的位函數(shù)矢量位和標量位，達朗貝爾方程M10.5講授0.5作業(yè)284.3電磁能量守恒定律電磁能量守恒定律M20.5講授0.5作業(yè)294.4惟一性定理惟一性定理M20.5講授0.5作業(yè)304.5時諧電磁場時諧電磁場的復(fù)數(shù)表示，復(fù)矢量的麥克斯韋方程組，復(fù)電容率和復(fù)磁導(dǎo)率，亥姆霍茲方程，時諧場的位函數(shù)，平均能量密度和平均能流密度矢量M22講授2作業(yè)31第五章均勻平面波在無界空間中的傳播////325.1理想介質(zhì)中的均勻平面波理想介質(zhì)中的均勻平面波函數(shù)，理想介質(zhì)中的均勻平面波傳播特點，沿任意方向傳播的均勻平面波M22講授2作業(yè)335.2均勻平面波在導(dǎo)電媒質(zhì)中的傳播導(dǎo)電媒質(zhì)中的均勻平面波，弱導(dǎo)電媒質(zhì)中的均勻平面波，良導(dǎo)體中的均勻平面波M21講授1作業(yè)34第六章均勻平面波的反射與透射////356.1均勻平面波對分界平面的垂直入射對導(dǎo)體媒質(zhì)分界面的垂直入射，對理想導(dǎo)體平面的垂直入射，對理想介質(zhì)分界面的垂直入射M22講授2作業(yè)366.2均勻平面波對理想介質(zhì)分界平面的斜入射反射定律與折射定律，反射系數(shù)與透射系數(shù)，全反射與全透射M22講授2作業(yè)376.3均勻平面波對理想導(dǎo)體平面的斜入射垂直極化波對理想導(dǎo)體表面的斜入射，平行極化波對理想導(dǎo)體表面的斜入射M21講授1作業(yè)38第七章導(dǎo)行電磁波////397.1導(dǎo)行電磁波概論TEM波，TM波和TE波M21講授1作業(yè)407.2矩形波導(dǎo)矩形波導(dǎo)中的場分布，矩形波導(dǎo)中波的傳播特性，矩形波導(dǎo)中的主模，矩形波導(dǎo)中傳輸功率M22講授2作業(yè)417.3諧振腔諧振腔M21講授1作業(yè)42第八章電磁輻射////438.1滯后位滯后位M11講授1作業(yè)448.2電偶極子的輻射電偶極子的近區(qū)場，電偶極子的遠區(qū)場M11講授1作業(yè)、大作業(yè)四、考核方式序號考核環(huán)節(jié)操作細節(jié)總評占比1平時作業(yè)1.每周布置4~5道題目，平均每次課2道題以上。2.成績采用百分制，根據(jù)作業(yè)完成準確性、是否按時上交、是否獨立完成評分。3.考核學(xué)生對電磁場與電磁波基本知識的掌握能力，學(xué)生綜合運用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力。題型主要有證明、計算題等。20%2大作業(yè)1.課程結(jié)束后撰寫一篇課程總結(jié)和體會，以加深對所學(xué)知識的系統(tǒng)性理解程度。2.根據(jù)總結(jié)的深入程度和對課程的理解程度評分。20%3課堂情況根據(jù)學(xué)生到課情況、學(xué)生上課精神狀態(tài)、回答問題情況等給分10%4期末考試1.閉卷考試，成績采用百分制，卷面成績總分100分。2.主要考核學(xué)生對電磁場與電磁波基本知識的掌握能力，學(xué)生綜合運用所學(xué)知識分析問題、解決問題的能力，題型主要有簡答題、分析題、計算題等。50%五、評分細則序號課程目標考核環(huán)節(jié)大致占比評分等級1M1平時作業(yè)30%A-按時提交作業(yè)，對電動力學(xué)基本知識等知識點理解無誤。 B-按時提交作業(yè)，對上述知識點理解存在少量錯誤。 C-按時提交作業(yè)，對上述知識點理解存在一定量錯誤。 D-不按時提交作業(yè)，或?qū)ι鲜鲋R點理解存在大量錯誤。2M1大作業(yè)20%A-按時提交，對課程總結(jié)到位、體會準確深刻。 B-按時提交，對課程總結(jié)基本到位、體會較為準確深刻。 C-按時提交，對課程總結(jié)一般、體會較一般。 D-不按時提交，或?qū)φn程總結(jié)較為混亂一般、體會欠缺。3M1期末考試50%（見試卷評分標準）4M2平時作業(yè)30%A-按時提交作業(yè)，對電動力學(xué)基本知識等知識點理解無誤。 B-按時提交作業(yè)，對上述知識點理解存在少量錯誤。 C-按時提交作業(yè)，對上述知識點理解存在一定量錯誤。 D-不按時提交作業(yè)，或?qū)ι鲜鲋R點理解存在大量錯誤。5M2大作業(yè)20%A-按時提交，對課程總結(jié)到位、體會準確深刻。 B-按時提交，對課程總