电磁场与电磁波
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spContent=我们正处在信息时代,在日常生活和社会活动中已经离不开电磁场与电磁波了,例如无线网络、广播电视、卫星通信、导航定位等高科技产品均是电磁理论的产物。欢迎您走进“电磁场与电磁波”MOOC课堂,探索神秘而有趣的电磁世界!该课程由丁君教授主讲,深入浅出、娓娓道来、清晰亲切,让您享受学习的乐趣。
—— 课程团队
课程概述

    

“电磁场与电磁波”课程是电子信息类专业本科生必修的专业核心课程,其目的是使学生理解和掌握电磁场与电磁波的基本理论、及典型电磁问题的分析方法,为今后深入学习及应用打下良好的基础。该“电磁场与电磁波”MOOC课程,由省级教学团队“电磁场与电磁波”课程组全体教师精心打造,由西北工业大学 “本科教学最满意教师”丁君教授主讲。课程主要讲述矢量分析、麦克斯韦方程组、静态场分析、平面电磁波特性、电磁辐射原理五个方面的内容。

该“电磁场与电磁波”MOOC课程就像一部视频教材,体系完整、内容齐全,全部内容约72学时,学习者可以根据自己的需求,或学时的限制选择适当的学习内容。该课程在线考核部分约为48-56学时内容,适合大部分高校教学辅助使用。






授课目标

通过该课程的学习,使学生对宏观电磁场与电磁波的基本概念和规律有深入完整的理解,重点掌握麦克斯韦方程组的物理意义及其应用,理解媒质的电磁特性及电磁场边界条件,学会对电磁场分布和电磁波的传播特性进行计算的基本方法,培养学生对简单工程电磁问题的分析和计算能力,为后续深入学习及应用打下良好的基础。




课程大纲

一、课程基本信息

1、课程类别:专业核心课程

2、课程名称:电磁场与电磁波[Electromagnetic Fields and Waves ]

3、适用专业电子信息与通信、电气工程类专业


二、课程教学内容、基本要求(其红色的内容为扩展内容,不在考核范围内)

序号

章内容

节内容

基本要求

1

绪论

0.1 为什么要学该课程及主要学习内容

了解课程

特点及学

习内容,

培养对电

磁场学习

和探索的

兴趣。

0.2 人类早期对电和磁的认识

0.3 电和磁的关系

0.4 麦克斯韦与电磁理论的建立

2

1

矢量

分析

1.1 矢量的定义和加减法运算法则

理解矢量

的概念及

表示方法;

掌握矢量

基本运算,

及矢量微

分元的表

示;掌握

梯度、散

度和旋度

的含义和

计算。

1.2 矢量的乘法运算法则

1.3 矢量微分元

1.4 矢量的坐标变换

1.5 标量场梯度的定义与计算

1.6 矢量场散度的定义与计算

1.7 矢量场旋度的定义与计算

3

2

电磁

学理

论基

2.1 电场的概念及基本物理量的计算

理解电场

和磁场的

基本概念,

掌握电场

强度和磁

感应强度

的基本计

算;理解

位移电流

的概念,

深刻领会

麦克斯韦

方程组的

物理含义,

并熟练应

用其求解

简单电磁

场问题。

2.1.1电场的概念及点电荷电场强度的计算

2.1.2 连续分布的电荷源电场强度的计算

2.1.3 电位的概念与计算

2.2 磁场的概念及基本物理量的计算

2.2.1磁场的概念及线电流磁感应强度的计算

2.2.2 面电流和体电流磁感应强度的计算

2.2.3矢量磁位的引入与计算

2.3 麦克斯韦方程的建立

2.3.1 安培环路定律与位移电流

2.3.2 电磁感应定律

2.3.3 电场和磁场高斯定律及电流连续性方程

2.4 麦克斯韦方程及其应用

2.4.1 麦克斯韦方程积分形式及其应用

2.4.2 麦克斯韦方程微分形式及其应用

4

3

媒质

的电

磁特

性和

边界

条件

3.1 微波炉的工作原理

理解导体

的传导现

象、电介

质的极化

现象和磁

介质的磁

化现象;

掌握媒质

的物态方

程及电磁

场的边界

条件。

3.2 导体的特性

3.3 电介质的特性

3.4 磁介质的特性

3.5 电磁场的边界条件

3.5.1电磁场的边界条件之一

3.5.2电磁场的边界条件之二

5

4

静态

场分

4.1 静态电磁场的应用

理解静态

场特性,

及泊松方

程和拉普

拉斯方程;

理解静态

场的重要

原理和定

理;熟练

掌握求解

静态电磁

场问题的

镜像法和

分离变量

法。

4.2 静态场的特性及方程

4.3 静态场的重要原理

4.4 镜像法

4.4.1 无限大导体平面的镜像

4.4.2 无限大介质平面的镜像

4.4.3 半无限大导体平面角域的镜像

4.4.4 导体球面的镜像

4.4.5 导体圆柱面的镜像

4.5 分离变量法

4.5.1 直角坐标系中的分离变量法

4.5.2 圆柱坐标系中的分离变量法

4.5.3 球坐标系中的分离变量法

4.6 复变函数法

4.6.1 复变函数的概念与性质

4.6.2   复位函数法和保角变换法

6

5

场论

和路

论的

关系

5.1 场论和路论的统一关系

理解场论

和路论的

统一关系;

掌握电阻

电容、电

感的计算

方法。

5.2 电阻的计算

5.3 电容的计算

5.4 电感的计算

5.4.1 自感的计算

5.4.2 互感的计算

7

6

平面

波传

播特

6.1 隐身飞机是如何隐身的?

理解平面

波的定义

和特性,

及电磁场

波动方程;

掌握均匀

平面波在

无耗介质

中的传播

特性;理

解电磁波

极化的概

念和类型;

熟练掌握

平面波垂

直入射的

反射和透

射规律,

及反射波

和透射波

的计算;

了解多层

介质中的

反射与透

射规律;

及平面波

斜入射的

反射和折

射规律,

理解波的

全反射与

全折射现

象。

6.2 均匀平面波的概念和特性

6.3 平面波在无耗介质中的传播规律

6.4 平面电磁波的能量传递

6.5 平面波在有耗媒质中的传播规律

6.6 电磁波的极化特性

6.7 平面波对平面边界的垂直入射

6.7.1 平面波对理想导体平面的垂直入射

6.7.2 平面波对理想介质平面的垂直入射

6.7.3 平面波对有耗媒质平面的垂直入射

6.7.4 多层介质分界面上的垂直入射

6.8平面波对平面边界的斜入射

6.8.1 垂直极化波的斜入射

6.8.2 平行极化波的斜入射

6.8.3 波的全反射和全折射

8

7

规则

波导

和空

腔谐

振器

7.1 规则波导中电磁波的特性

本章是了

解和扩展

内容,不

在考核范

围内。

7.2 矩形波导

7.3 矩形波导中TE10模的特性

7.4 圆柱形波导

7.5 空腔谐振器

9

8

电磁

波的

辐射

8.1 辐射的概念及滞后位

理解电磁

辐射的概

念,及滞

后位的概

念;掌握

电偶极子

和半波振

子的辐射

场及辐射

特性;了解

磁偶极子

的辐射特

性;理解

天线阵辐

射的概念,

掌握二元

阵辐射场

的计算方

法。

8.2 电偶极子的辐射

8.2.1 电偶极子的辐射场

8.2.2 电偶极子的辐射特性

8.3 磁偶极子的辐射

8.4 对称振子的辐射

8.5 天线阵的辐射

8.5.1 二元阵的辐射场

8.5.2 均匀线阵的辐射场


预备知识

   高等数学(12)、大学物理(12)、数理方程与特殊函数、电路基础


证书要求

“电磁场与电磁波”MOOC课程成绩满分100分,各教学环节成绩分布如下:

1、单元测验占总成绩的 20%

2、单元作业占总成绩的 20%

3课程活跃度10%(在课堂交流区积极发帖,参与讨论,回答同学疑问等,

      5次以上即可得此项满分)

4、期末考试占总成绩的 50%

总评成绩60-84分为合格,总评成绩85分及以上为优秀。


参考资料

[1]  丁君主编,《工程电磁场与电磁波》,高等教育出版社,2005年。

[2]  谢处方、饶克谨、杨显清、王园、赵家升修订,《电磁场与电磁波》(第 4 版),

    高等教育出版社,2006年。

[3]  杨儒贵,《电磁场与电磁波》(第 1 版),高等教育出版社,2003年。

[4]  王家礼、朱满座、路宏敏,《电磁场与电磁波》(第 1 版),西安电子科技大学出

    版社,2000年。