课程概述

   《电磁场理论》课程是电子信息科学、电气工程类等专业本科生必修的专业基础课,属于理论与实践紧密结合的课程。其目的和任务是使学生理解和掌握电磁场的基本理论,为今后深入学习及应用打下良好的基础。

   课程主要讲述矢量分析、静态场、时变场三个方面的内容,教学环节主要包括视频讲授、随堂练习、讨论、答疑、期末考试等。

   


 


证书要求

总成绩==课堂考勤、作业、讨论占20%)+ 期末考试(80%)

预备知识

《高等数学》课程相关知识点,如矢量分析与计算、微积分等内容;

《大学物理》课程中相关知识点,如电学和磁学部分的内容。

授课大纲

第 1 讲 绪论 & 第 1 章 矢量分析

0.1 绪论

1.0 矢量分析导论

1.1 矢量运算

1.2 标量场与矢量场

1.3 正交坐标系与微分元

1.4 圆柱坐标系

1.5 圆柱坐标系的微分元

1.6 球坐标系与微分元

第 2 讲  第 1 章 矢量分析 续

1.7 标量场的方向导数和梯度

1.8 梯度的性质和物理意义

1.9 矢量场的通量

1.10 矢量场的散度

1.11 散度的物理意义

1.12 散度定理

1.13 环量和涡旋源 旋度的定义

1.14 旋度的数学计算式

1.15 旋度的性质

1.16 斯托克斯定理

1.17 三度小结

1.18 亥姆霍兹定理

第 1 周 单元测验

第 3 讲  第 2 章 静电场

2.0 静电场导论

2.1 电场强度 库仑定律

2.2 电场强度计算

2.3 静电场的通量和散度

2.4 静电场的环量和旋度 静电场的基本方程

2.5 真空中静电场的基本方程的应用

第 4 讲  第 2 章 静电场 续1

2.6 电位的定义

2.7 电位的计算

2.8 电偶极子

2.9 介质的极化

2.10 极化介质的电位

2.11 介质中的高斯定律

2.12 介质中的高斯定律应用举例

第 2 周 单元测验

第 2 周 单元作业

第 5 讲  第 2 章 静电场 续2

2.13 静电场的边界条件

2.14 边界条件分析举例 1

2.15 边界条件分析举例 2

2.16 泊松方程与拉普拉斯方程

2.17 一维边值问题分析举例

第 6 讲  第 2 章 静电场 续3

2.18 格林定理 唯一性定理

2.19 直角坐标系的分离变量法

2.20 圆柱坐标系的分离变量法

2.21 球坐标系的分离变量法

第 3 周 单元测验

第 3 周 单元作业

第 7 讲  第 2 章 静电场 续4

2.22 平面镜像法

2.23 球面镜像法

第 8 讲  第 2 章 静电场 续5

2.24 多导体系统间的部分电容定义

2.25 多导体部分电容的应用举例

2.26 静电场能量

2.27 静电力 小结

第 2 章 讨论题

第 4 周 单元测验

第 9 讲 第 3 章 恒定电场

3.0 恒定电场导论

3.1 电流密度

3.2 恒定电场的基本方程

3.3 恒定电场的边界条件

第 10 讲 第 3 章 恒定电场 续

3.4 恒定电场与静电场的比拟应用

3.5 电阻和电导的计算

3.6 接地电阻 小结

第 3 章 讨论题

第5周 单元测验

第 11 讲 第 4 章 恒定磁场

4.0 恒定磁场导论

4.1 安培力定律

4.2 磁感应强度

4.3 磁感应强度计算

4.4 洛伦兹力

4.5 真空中恒定磁场的基本方程

4.6 真空中恒定磁场的基本方程应用举例

第 12 讲 恒定磁场 续1

4.7 矢量磁位

4.8 磁偶极子

4.9 介质的磁化

4.10 磁介质中的安培环路定理

4.11 磁介质中的安培环路定理应用举例

第6周 单元测验

第6周 单元作业

第 13  讲 恒定磁场 续2

4.12  两种磁介质分界面上的边界条件

4.13 理想导磁体表面的边界条件

4.14  矢量磁位的边界条件 应用举例

4.15 标量磁位

第 14  讲 恒定磁场 续3

4.16  自感和互感

4.17  自感和互感的计算 1

4.18 自感和互感的计算 2

4.19  磁场能量 磁场力 举例 小结

第4章 讨论题

第7周 单元测验

静态场演示实验

静电起电机

静电除尘实验

静电电动机实验

静电风车实验

静电单摆实验

磁悬浮实验

第 15 讲 时变电磁场

5.0 时变电磁场导论

5.1 法拉第电磁感应定律现象

5.2 法拉第电磁感应定律

5.3  法拉第电磁感应定律应用

5.4 位移电流的概念

5.5 似稳电磁场

第 16 讲 时变电磁场 续1

5.6 麦克斯韦方程组

5.7 无源区的麦克斯韦方程组

5.8 麦克斯韦方程组的应用

5.9 无源区的波动方程

5.10 电磁波的一般概念

5.11 时变电磁场的边界条件

5.12  时变电磁场的边界条件应用

第8周 单元测验

第8周 单元作业

第 17 讲 时变电磁场 续2

5.13 正弦电磁场的复数表示法

5.14  麦克斯韦方程组的复数形式

5.15 波动方程的复数形式

第 18 讲 时变电磁场 续3

5.16 时域坡印廷定理

5.17 频域坡印廷定理

5.18 平行双线应用分析

5.19 同轴线应用分析

5.20 动态位方程

5.21 动态位方程的解

5.22 小结

第5章 讨论题

第9周 单元测验

第9周 单元作业

第 19 讲 平面电磁波

6.0 平面波导论

6.1 均匀平面波的方程和解式

6.2 描述均匀平面波的参数

6.3 均匀平面波的传播特性

6.4 均匀平面波的一般表达式


时变电磁场演示实验

电磁感应实验1

电磁感应实验2

电磁波发射接收——八木天线

电磁波发射接收——趋肤效应

微波分光仪介绍

微波分光仪反射实验

迈克尔逊干涉实验

介电常数测量实验

全折射实验

圆极化波的产生1

圆极化波的产生2

圆极化波的反射与折射

知识拓展与应用

5G技术通俗易懂的讲解

FAST - 500米口径球面射电望远镜

电磁场对健康的影响

静电力

超导技术

电磁感应

吸波、透波及缩波效应

高功率微波

闪电

雷电及防护

参考资料

[1] 邵小桃等编著.电磁场与电磁波(M+Book).北京:清华大学出版社,北京交通大学出版社,2018

[2] 邬春明编著.电磁场与电磁波.北京:北京大学出版社,2016

[3] 李一玫.电磁场与电磁波,课后答案(第1 版).北京:清华大学出版社,北京交通大学出版社,2014

[4] 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).北京:高等教育出版社,2006

[5] 杨儒贵.电磁场与电磁波(第 1 版).北京:高等教育出版社,2003

[6] 谢处方 饶克谨.电磁场与电磁波(第 3 版).北京:高等教育出版社,1999