《電磁場(chǎng)與電磁波》課程教學(xué)大綱

《電磁場(chǎng)與電磁波》教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱(chēng)電磁場(chǎng)與電磁波ElectromagneticFieldsandWaves課程編碼SCC520711025開(kāi)課院部理學(xué)院課程團(tuán)隊(duì)電動(dòng)力學(xué)教學(xué)團(tuán)隊(duì)學(xué)分2.5課內(nèi)學(xué)時(shí)40講授40實(shí)驗(yàn)0上機(jī)0實(shí)踐0課外學(xué)時(shí)40適用專(zhuān)業(yè)光電信息科學(xué)與工程授課語(yǔ)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(jiǎn)介（必修）本課程屬于光電信息科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè)的專(zhuān)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(chǎng)與電磁波的基本概念、原理及處理問(wèn)題的方法。課程內(nèi)容包括：電磁場(chǎng)基本規(guī)律，靜態(tài)電磁場(chǎng)及其邊值問(wèn)題，隨時(shí)間變化的電磁場(chǎng)，電磁波的傳播，電磁波的輻射。著重介紹恒定電磁場(chǎng)的基本性質(zhì)和求解電場(chǎng)和磁場(chǎng)問(wèn)題的基本方法；著重討論電磁波的傳播，包括無(wú)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(wèn)題；介紹一般情況下電磁勢(shì)的概念和輻射電磁場(chǎng)的計(jì)算方法。通過(guò)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(chǎng)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(lèi)實(shí)際問(wèn)題的典型方法，培養(yǎng)學(xué)生解釋、質(zhì)疑、評(píng)價(jià)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(shí)踐能力和科學(xué)研究能力，為今后進(jìn)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(fù)責(zé)人大綱執(zhí)筆人審核人二、課程目標(biāo)序號(hào)代號(hào)課程目標(biāo)OBE畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)任務(wù)自選1M1目標(biāo)1：系統(tǒng)掌握電磁相互作用的基本規(guī)律，理解電磁場(chǎng)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(lèi)實(shí)際問(wèn)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(jìn)行求解的能力。是9.19.12M2目標(biāo)2：通過(guò)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(shí)踐能力和科學(xué)研究能力，能運(yùn)用相關(guān)電磁科學(xué)原理，識(shí)別和判斷一些問(wèn)題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為今后進(jìn)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(hào)章節(jié)號(hào)標(biāo)題課程內(nèi)容/重難點(diǎn)支撐課程目標(biāo)課內(nèi)學(xué)時(shí)教學(xué)方式課外學(xué)時(shí)課外環(huán)節(jié)1第一章矢量分析矢量的運(yùn)算////21.1矢量代數(shù)標(biāo)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(biāo)系直角坐標(biāo)系，圓柱坐標(biāo)系，球坐標(biāo)系M11講授1作業(yè)41.3標(biāo)量場(chǎng)的梯度標(biāo)量場(chǎng)的等值面，方向?qū)?shù)，梯度M11講授1作業(yè)51.4矢量場(chǎng)的通量與散度矢量場(chǎng)的矢量線(xiàn)，通量，散度，散度定理M11講授1作業(yè)61.5矢量場(chǎng)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(wú)旋場(chǎng)與無(wú)散場(chǎng)無(wú)旋場(chǎng)，無(wú)散場(chǎng)M10.5講授0.5作業(yè)81.7拉普拉斯運(yùn)算與格林定理拉普拉斯運(yùn)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(chǎng)的基本規(guī)律電磁場(chǎng)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(chǎng)的基本規(guī)律庫(kù)侖定律，電場(chǎng)強(qiáng)度，靜電場(chǎng)的散度與旋度M11講授1作業(yè)132.3真空中恒定磁場(chǎng)的基本規(guī)律安培力定律，磁感應(yīng)強(qiáng)度，恒定磁場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)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(chǎng)及其邊值問(wèn)題的解靜態(tài)電磁場(chǎng)的邊值問(wèn)題////193.1靜電場(chǎng)分析靜電場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)分析恒定電場(chǎng)的基本方程和邊界條件，恒定電場(chǎng)與靜電場(chǎng)的比擬M11講授1作業(yè)213.3恒定磁場(chǎng)分析恒定磁場(chǎng)的基本方程和邊界條件，矢量磁位與標(biāo)量磁位，電感，恒定磁場(chǎng)的能量，磁場(chǎng)力M11.5講授1.5作業(yè)223.4靜態(tài)場(chǎng)的邊值問(wèn)題及解的惟一性定理邊值問(wèn)題的類(lèi)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(biāo)系中的分離變量法，圓柱坐標(biāo)系中的分離變量法，球坐標(biāo)系中的分離變量法M22講授2作業(yè)25第四章時(shí)變電磁場(chǎng)時(shí)變電磁場(chǎng)////264.1波動(dòng)方程波動(dòng)方程M10.5講授0.5作業(yè)274.2電磁場(chǎng)的位函數(shù)矢量位和標(biāo)量位，達(dá)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(shí)諧電磁場(chǎng)時(shí)諧電磁場(chǎng)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(shí)諧場(chǎng)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(wú)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(diǎn)，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(duì)分界平面的垂直入射對(duì)導(dǎo)體媒質(zhì)分界面的垂直入射，對(duì)理想導(dǎo)體平面的垂直入射，對(duì)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(duì)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(duì)理想導(dǎo)體平面的斜入射垂直極化波對(duì)理想導(dǎo)體表面的斜入射，平行極化波對(duì)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(chǎng)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(chǎng)，電偶極子的遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)M11講授1作業(yè)、大作業(yè)四、考核方式序號(hào)考核環(huán)節(jié)操作細(xì)節(jié)總評(píng)占比1平時(shí)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(jī)采用百分制，根據(jù)作業(yè)完成準(zhǔn)確性、是否按時(shí)上交、是否獨(dú)立完成評(píng)分。3.考核學(xué)生對(duì)電磁場(chǎng)與電磁波基本知識(shí)的掌握能力，學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。題型主要有證明、計(jì)算題等。20%2大作業(yè)1.課程結(jié)束后撰寫(xiě)一篇課程總結(jié)和體會(huì)，以加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)性理解程度。2.根據(jù)總結(jié)的深入程度和對(duì)課程的理解程度評(píng)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(wèn)題情況等給分10%4期末考試1.閉卷考試，成績(jī)采用百分制，卷面成績(jī)總分100分。2.主要考核學(xué)生對(duì)電磁場(chǎng)與電磁波基本知識(shí)的掌握能力，學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，題型主要有簡(jiǎn)答題、分析題、計(jì)算題等。50%五、評(píng)分細(xì)則序號(hào)課程目標(biāo)考核環(huán)節(jié)大致占比評(píng)分等級(jí)1M1平時(shí)作業(yè)30%A-按時(shí)提交作業(yè)，對(duì)電動(dòng)力學(xué)基本知識(shí)等知識(shí)點(diǎn)理解無(wú)誤。 B-按時(shí)提交作業(yè)，對(duì)上述知識(shí)點(diǎn)理解存在少量錯(cuò)誤。 C-按時(shí)提交作業(yè)，對(duì)上述知識(shí)點(diǎn)理解存在一定量錯(cuò)誤。 D-不按時(shí)提交作業(yè)，或?qū)ι鲜鲋R(shí)點(diǎn)理解存在大量錯(cuò)誤。2M1大作業(yè)20%A-按時(shí)提交，對(duì)課程總結(jié)到位、體會(huì)準(zhǔn)確深刻。 B-按時(shí)提交，對(duì)課程總結(jié)基本到位、體會(huì)較為準(zhǔn)確深刻。 C-按時(shí)提交，對(duì)課程總結(jié)一般、體會(huì)較一般。 D-不按時(shí)提交，或?qū)φn程總結(jié)較為混亂一般、體會(huì)欠缺。3M1期末考試50%（見(jiàn)試卷評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)）4M2平時(shí)作業(yè)30%A-按時(shí)提交作業(yè)，對(duì)電動(dòng)力學(xué)基本知識(shí)等知識(shí)點(diǎn)理解無(wú)誤。 B-按時(shí)提交作業(yè)，對(duì)上述知識(shí)點(diǎn)理解存在少量錯(cuò)誤。 C-按時(shí)提交作業(yè)，對(duì)上述知識(shí)點(diǎn)理解存在一定量錯(cuò)誤。 D-不按時(shí)提交作業(yè)，或?qū)ι鲜鲋R(shí)點(diǎn)理解存在大量錯(cuò)誤。5M2大作業(yè)20%A-按時(shí)提交，對(duì)課程總結(jié)到位、體會(huì)準(zhǔn)確深刻。 B-按時(shí)提交，對(duì)課程總