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SPOC学校专有课程
电磁场与电磁波
第5次开课
开课时间: 2023年10月19日 ~ 2024年01月11日
学时安排: 4-6小时每周
当前开课已结束 已有 101 人参加
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spContent=电磁场与电磁波是近代自然科学中,理论相对完整、应用最广泛的支柱学科之一。它是工科院校通信工程、电子信息工程、电子科学与技术等本科电子信息与电气类专业学生必修的一门重要的专业基础课程,它所涉及的内容是电子信息与电气类专业学生知识结构的必要组成部分。
电磁场与电磁波是近代自然科学中,理论相对完整、应用最广泛的支柱学科之一。它是工科院校通信工程、电子信息工程、电子科学与技术等本科电子信息与电气类专业学生必修的一门重要的专业基础课程,它所涉及的内容是电子信息与电气类专业学生知识结构的必要组成部分。
—— 课程团队
课程概述

    课程教学中采用新的论述体系,从力的类比入手引入场的概念和定义,以场的理论为基础进行分析,以波的特性为重点展开论述;从大学物理的基础导出电磁场与电磁波的基本理论和基本方程;引入位函数,并以静态场为例介绍位场的求解方法;在不同的介质条件下反复分析场与波的基本规律;结合工程实际情况,对波的产生、导波以及辐射进行分析讨论。针对本课程物理概念抽象和理论难以掌握等特点,采用研究型教学模式,将学科专业相关的工程应用渗透到课堂教学中,使学生在获取知识的同时激发学生学习兴趣,提高学生主动性、积极性和创造性,为后续课程的学习和实践工作打下坚实的基础。

通过本课程的学习,学生应达到以下基本要求:

1. 掌握场的基本分析方法,掌握电磁场基础理论知识,掌握电磁场与电磁波的基本概念,使学生建立电磁场与电磁波的理论体系,培养学生推理、分析和计算电磁场和电磁波相关问题的能力;

2. 掌握电磁场和电磁波的计算分析方法,使学生学会用电磁理论去观察、分析和解决一些典型的场和波的问题,培养学生正确的思维方法和分析解决复杂工程问题的能力;

   3. 掌握重要电磁问题的数学物理模型的建立过程以及分析方法,培养学生针对实际电磁问题运用相应仿真软件进行建模仿真的能力。


授课目标

通过电磁场与电磁波课程,应当使学生建立电磁场与电磁波的理论体系,以“场”与“波”的基本概念,学会用场的观点去观察、分析、解决基本电磁问题,掌握时变场和静态场的计算分析方法,理解电磁波在不同媒质中的传播特性,理解电磁波的辐射和传输理论,为处理实际电磁问题建立理论基础。培养学生科学的思维方法,认识电磁理论指导实践的作用,提高学生工程实践能力和创新能力;培养学生科学的思维方法,将抽象的理论或概念,与实际电磁问题相结合,使学生在获取知识的同时激发学生学习兴趣,提高学生主动性、积极性和创造性,为后续课程的学习和实践工作打下坚实的基础。


成绩 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: 单元测验占总成绩的 50%; 讨论占总成绩的 10%, 期末考试占总成绩的40%。其中课程讨论根据同学们在“课堂交流区”回帖的数量给予评分,课程讨论获得满分(10分)的同学发表的有效帖子不得少于10次。


    完成全部课程的学习,总成绩为60分以上,可以获得结业证书。证书的形式为认证证书(可查询验证的电子版和纸质版),学员可以在课程结束后根据需要进行申请,认证证书的收费标准为100元/份。



课程大纲
矢量分析与场论
课时目标:理解矢量的基本运算和三种坐标系,掌握矢量场的散度和旋度,标量场的梯度,以及散度定理和旋度定理,亥姆霍兹定理。
1.1 矢量的表示和运算
1.2 正交坐标系
1.3 矢量函数的通量与散度
1.4 矢量函数的环量与旋度
1.5 标量函数的方向导数与梯度
1.6 亥姆霍兹定理
自由空间中电磁场与麦克斯韦方程
课时目标:认识电场力、磁场力和洛伦兹力,理解安培环路定律、法拉第电磁感应定律、库伦定律,掌握麦克斯韦方程组的微分形式、积分形式和复数形式,理解电磁场能量和坡印廷矢量。
2.1 电场强度和电位
2.2 磁场强度和磁位
2.3 安培环路定律
2.4 法拉第电磁感应定律
2.5 高斯定律
2.6 麦克斯韦方程组
2.7 麦克斯韦方程组的复数形式
2.8 电磁场的能量与波印廷矢量
介质中电磁场与麦克斯韦方程
课时目标:理解电介质的极化和磁介质的磁化,掌握介质中的麦克斯韦方程组,重点掌握媒质边界处电场和磁场分量的不连续性。
3.1 电偶极子和介质极化
3.2 磁偶极子和介质磁化
3.3 介质中的麦克斯韦方程组
3.4 电磁场的边界条件
静态场的解
课时目标:理解对偶原理、叠加原理和唯一性定理;掌握镜像法;理解分离变量法和有限差分法。
4.1 泊松方程和拉普拉斯方程
4.2 对偶原理
4.3 叠加原理和唯一性定理
4.4 镜像法
4.5 分离变量法
4.6 有限差分法
理想介质中的均匀平面波
课时目标:理解由麦克斯韦方程导出电磁波波动方程,分析特殊形式的均匀平面波的传播特性,掌握线极化波、圆极化波和椭圆极化波特性及其工程应用。
5.1 波的数学描述
5.2 电磁波的波动方程
5.3 理想介质中均匀平面波的传播特性
5.4 均匀平面波解的一般形式
5.5 波的极化
5.6 电磁波谱
有耗介质中的均匀平面波
课时目标:理解等效复介电系数,掌握有耗媒质中波动方程及其解,掌握良导体和良介质中波的传播特性,理解相速、群速和能速及其关系。
6.1 有耗介质中的波动方程
6.2 有耗介质中波的传播特性
6.3 相速、群速和能速
6.4 色散
均匀平面波的反射与折射
课时目标:掌握反射定律和折射定律,掌握均匀平面波对分界面的垂直入射和斜入射,理解波斜入射到理想介质分界面;掌握全入射和全反射概念;理解反射波相位的变化
7.1 反射定律和折射定律
7.2 均匀平面波对分界面的垂直入射
7.3 均匀平面波对理想介质分界面的斜入射
7.4 均匀平面波对导电媒质分界面的斜入射
展开全部
预备知识

《高等数学》课程相关知识点,如矢量分析、场论、线积分、面积分、体积分等内容;

《电路分析》课程中相关知识点,如基尔霍夫定律、电阻、电容、电感的定义及计算等内容。

《大学物理》课程中相关知识点,如电学和磁学部分的内容;

参考资料

[1]  付琴等. 电磁场与电磁波基础(第3版). 北京:电子工业出版社,2019.

[2]  Ulaby F T, Ravaioli U . Fundamentals of Applied Electromagnetics. New Jersey : Pearson Prentice Hall, Upper Saddle River,  2004

[3]  王增和等. 电磁场与电磁波. 北京:电子工业出版社,2001

[4]  赵家升等. 电磁场与电磁波解题指导. 成都:电子科技大学出版社,2000

[5]  邵小桃等. 电磁场与电磁波. 北京:清华大学出版社,2014

[6]  张洪欣等. 电磁场与电磁波(第2版). 北京:清华大学出版社,2013

[7]  谢处方,饶克谨. 电磁场与电磁波(第4版). 北京:高等教育出版社,2006

[8]  张洪欣等. 电磁场与电磁波教学、学习与考研指导. 北京:清华大学出版社,2014

[9]  何业军,桂良启(译),电磁场与电磁波. 北京:清华大学出版社,2013


常见问题

Q :  如何开展学习? 

A :  本课程采用从观看教学视频内容,完成各单元测试,以及资料查阅结合课程内容讨论;完成慕课内容和知识点的学习。课程内容的巩固和进一步消化通过期末考试完成。

  

Q:  学习中有疑问怎么办? 

A :  如果大家学习中有疑问,可以在讨论区提问;届时课程组教师将进行答疑解惑,同时也欢迎各位同学参加答疑解惑。


武汉理工大学
1 位授课老师
付琴

付琴

副教授

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