《電磁場與電磁波-》教學(xué)大綱

《電磁場與電磁波》教學(xué)大綱課程英文名ElectromagneticFieldTheory課程代碼F0806Y00學(xué)分2.5總學(xué)時(shí)40理論學(xué)時(shí)40實(shí)驗(yàn)/實(shí)踐學(xué)時(shí)0課程類別學(xué)科基礎(chǔ)課課程性質(zhì)必修先修課程《高等數(shù)學(xué)》《大學(xué)物理》適用專業(yè)電子科學(xué)與技術(shù)開課學(xué)院光學(xué)與電子科技學(xué)院一、課程地位與課程目標(biāo)（一）課程地位電磁場與電磁波課程是電子與微電子等專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，主要研究電磁場與電磁波的基本屬性，描述方法，運(yùn)動規(guī)律，與物質(zhì)的相互作用及其應(yīng)用。要求學(xué)生通過本門課程的學(xué)習(xí)，能夠系統(tǒng)地掌握電磁場與電磁波的基本概念，基本性質(zhì)，基本規(guī)律以及求解電磁場問題的基本方法；了解電磁場與電磁波在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用以及發(fā)展動態(tài)。（二）課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，掌握電磁場與電磁波兩個方面的基本概念與基本理論，為今后學(xué)習(xí)其它后續(xù)課程或在電磁場與電磁波方面進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)打下必要的基礎(chǔ)；在熟知一些基本物理概念和物理量的基礎(chǔ)上，全面掌握《電磁場與電磁波》中的一些基本原理及數(shù)值分析計(jì)算手段：如靜電場的基本方程、恒定磁場的基本方程、電磁場的基本方程組，坡印亭定理，分界面上的邊界條件；了解分離變量法，鏡像法，有限差分法等；學(xué)會運(yùn)用電磁場與電磁波基本原理來解決一些實(shí)際中遇到的電磁場與電磁波相關(guān)問題的求解，如波導(dǎo)的設(shè)計(jì)、電磁波發(fā)射、傳播等問題；同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)密的理論推導(dǎo)和分析計(jì)算能力，為后續(xù)課程打下良好的基礎(chǔ)。二、課程目標(biāo)達(dá)成的途徑與方法本課程是一門理論性較強(qiáng)的課程，涉及到許多公式的理解與運(yùn)用，采用電子教案、視頻、FLASH動畫、實(shí)物照片等現(xiàn)代化教學(xué)多媒體手段進(jìn)行教學(xué)。使用配合教材的“電磁場與電磁波”多媒體課件和學(xué)校的BB課程平臺，對教學(xué)的難點(diǎn)與重點(diǎn)進(jìn)行多媒體演示，將抽象的電磁場與電磁波問題用計(jì)算機(jī)形象、動態(tài)、直觀地展示出來，以幫助學(xué)生更好地理解抽象的概念，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。對難點(diǎn)采用多種方式、多種媒體、從多個不同角度進(jìn)行講解，使絕大多數(shù)學(xué)生能夠透徹理解掌握。采用啟發(fā)式教學(xué)，對重要的公式或定理做出詳細(xì)的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，而對一些復(fù)雜繁瑣的公式等不作推導(dǎo)，只對主要公式進(jìn)行必要說明，把討論重點(diǎn)放在物理概念、物理模型和思維方法上，并穿插一些電磁科學(xué)發(fā)展史小故事，增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在教學(xué)中，結(jié)合目前國內(nèi)外與課程相關(guān)的熱點(diǎn)問題，注重反映與本課程有關(guān)的學(xué)科前沿，注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，比如左手介質(zhì)、趨膚效應(yīng)、電磁波隱身技術(shù)等充分激發(fā)學(xué)生的想象能力和思維能力，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。三、課程目標(biāo)與相關(guān)畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)課程目標(biāo)對畢業(yè)要求的支撐程度（H、M、L）畢業(yè)要求1.3畢業(yè)要求2.3、2.4畢業(yè)要求3.3畢業(yè)要求5.2、5.3畢業(yè)要求10.2課程目標(biāo)1HM課程目標(biāo)2H課程目標(biāo)3MM課程目標(biāo)4H課程目標(biāo)5L四、課程主要內(nèi)容與基本要求第一章矢量分析1.1矢量代數(shù)1.2三種常用的正交坐標(biāo)系1.3標(biāo)量場的梯度1.4矢量場的通量與散度要求：理解標(biāo)量場和矢量場的概念；熟練掌握三種常用的坐標(biāo)系；理解矢量場的散度和旋度、標(biāo)量場的梯度的概念，掌握“三度”的計(jì)算方法；熟練掌握散度定理和斯托克斯定理并能靈活運(yùn)用。第二章電磁場的基本規(guī)律2.1電荷守恒定律2.2真空中靜電場的基本規(guī)律2.3真空中恒定磁場的基本規(guī)律2.4媒質(zhì)的電磁特性2.5電磁感應(yīng)定體和位移電流2.6麥克斯韋方程組2.7電磁場的邊界條件要求：理解電荷及其分布、電流及其分布以及電流的連續(xù)性方程；理解電場和磁場的概念，掌握電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的積分公式，會計(jì)算簡單的源分布的場；掌握電場的基本方程，了解電介質(zhì)的極化；掌握穩(wěn)恒磁場的基本方程，了解磁介質(zhì)的磁化；掌握電磁感應(yīng)定律以及位移電流的概念，牢固掌握麥克斯韋方程組并深刻理解其物理含義，掌握電磁場的邊界條件。第三章靜態(tài)電磁場及其邊值問題的解3.1靜電場分析3.2導(dǎo)電媒質(zhì)中的恒定電場分析3.3恒定電磁場分析3.4靜態(tài)場的邊值問題及解的惟一性定理3.5鏡像法3.6分離變量法3.7有限差分法要求：掌握靜電場的基本方程和邊界條件；掌握靜電場中的電位函數(shù)及其微分方程，掌握電位的邊界條件；理解電場能量和能量密度的概念；掌握恒定電場的基本方程和邊界條件；掌握恒定磁場的基本方程和邊界條件，理解矢量磁位及其微分方程，了解標(biāo)量磁位的概念；理解磁場能量和能量密度；了解鏡像法的原理；了解分離變量法。。第四章時(shí)變電磁場4.1波動方程4.2電磁場的位函數(shù)4.3電磁能量守恒定律4.4惟一性定理4.5時(shí)諧電磁場要求：掌握電磁場的波動方程，理解動態(tài)矢量位和標(biāo)量位的概念以及其滿足的微分方程；理解坡印廷矢量的物理意義并應(yīng)用它分析計(jì)算電磁能量的傳輸；理解唯一性定理及其意義；掌握正弦電磁場的復(fù)數(shù)表示方法及其意義，掌握復(fù)數(shù)形式的麥克斯韋方程組和波動方程。第五章均勻平面波在無界空間中的傳播5.1理想介質(zhì)中的均勻平面波5.2電磁波的極化5.3均勻平面波在導(dǎo)電媒質(zhì)中的傳播5.4色散與群速*5.5均勻平面波在各向異性媒質(zhì)中的傳播要求：掌握波的概念和表示方法，理解均勻平面波的概念以及研究均勻平面波的重要意義；理解和掌握均勻平面波在無界理想介質(zhì)中的傳播特性；理解和掌握均勻平面波在無界有耗媒質(zhì)中的傳播特性；理解描述傳播特性的參數(shù)的物理意義；掌握波的極化的概念；掌握三種極化方式并能正確判斷波的極化狀態(tài)；了解群速的概念以及群速與相速的關(guān)系；了解電磁波在各向異性介質(zhì)中的傳播。第六章均勻平面波的反射與透射6.1均勻平面波對分界平面的垂直入射6.2均勻平面波對多層介質(zhì)分界平面的垂直入射6.3均勻平面波對理想介質(zhì)分界平面的斜入射6.4均勻平面波對理想導(dǎo)體平面的斜入射要求：理解均勻平面波對理想導(dǎo)體平面和理想介質(zhì)平面的垂直入射；了解均勻平面波對多層媒質(zhì)分界面的垂直入射；了解四分之一波長匹配和半波長介質(zhì)窗的意義及其應(yīng)用；了解均勻平面波對分界面的斜入射；理解全反射現(xiàn)象和無反射現(xiàn)象的概念，掌握其產(chǎn)生條件，了解其應(yīng)用。第七章導(dǎo)行電磁波7.1導(dǎo)行電磁波概論7.2矩形波導(dǎo)7.3圓柱形波導(dǎo)7.4同軸波導(dǎo)7.5諧振腔7.6傳輸線要求：理解波導(dǎo)中的縱向場分析法，掌握傳播常數(shù)、截止波數(shù)等物理量的物理意義以及計(jì)算方法；掌握波導(dǎo)中的三種模式的傳播條件和傳播特性；了解諧振腔。第八章電磁輻射8.1滯后位8.2電偶極子的輻射8.3電與磁的對偶性8.4磁偶極子的輻射8.5天線的基本參數(shù)8.6對稱天線8.7天線陣8.8口徑場輻射要求：了解滯后位；了解電磁輻射的基本原理；了解天線的基本參數(shù)。五、課程學(xué)時(shí)安排章節(jié)號教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)數(shù)學(xué)生任務(wù)對應(yīng)課程目標(biāo)第一章第一章矢量分析6了解電磁場與電磁波的發(fā)展歷史，完成第一章作業(yè)及課后討論課程目標(biāo)1-2第二章第二章電磁場的基本規(guī)律8復(fù)習(xí)電磁學(xué)基礎(chǔ)知識；完成第二章作業(yè)課程目標(biāo)1-2第三章第三章靜態(tài)電磁場及其邊值問題的解4復(fù)習(xí)電磁學(xué)基礎(chǔ)知識；完成第三章作業(yè)，預(yù)習(xí)第四章時(shí)變電磁場課程目標(biāo)1-3第四章第四章時(shí)變電磁場6完成第四章作業(yè)，對時(shí)變電磁場與靜態(tài)電磁場討論課程目標(biāo)1-3第五章第五章均勻平面波在無界空間中的傳播8完成電磁波的傳播作業(yè)；專題討論工程上電磁波在介質(zhì)的傳播特性課程目標(biāo)3-5；9-10第六章第六章均勻平面波的反射與透射4完成課后作業(yè)，討論電磁波的發(fā)射與透射課程目標(biāo)3-5第七章第七章導(dǎo)行電磁波2完成課后作業(yè)，復(fù)習(xí)電磁波的傳播課程目標(biāo)3-5第八章第八章電磁輻射2完成課后作業(yè)，討論電磁波的發(fā)射基本原理課程目標(biāo)12六、實(shí)踐環(huán)節(jié)及基本要求本課程為理論課，相關(guān)實(shí)驗(yàn)安排在《電子科技專業(yè)實(shí)驗(yàn)》課程中。基于電腦設(shè)計(jì)、操作的實(shí)驗(yàn)作業(yè)課外完成，一般不占教學(xué)時(shí)間，可集中安排上機(jī)練習(xí)，但不超過2次。七、考核方式及成績評定考核內(nèi)容考核方式評定標(biāo)準(zhǔn)（依據(jù)）占總成績比例過程考核含到課率、課堂討論發(fā)言、平時(shí)作業(yè)等考勤30%、課堂30%、作業(yè)40%20%期末考核閉卷（允許帶一張寫有公式的A4紙）依據(jù)試卷評分標(biāo)準(zhǔn)80%考核類別考試成績登記方式百分制八、推薦教材與主要參考書（一）推薦教材：1．《電磁場與電磁波》，謝處方,饒克謹(jǐn)，北京：高等教育出版社，2006,第四版（二）主要參考書：1．《電磁場與電磁波》，楊顯清，趙家升等，北京：國防工業(yè)出版社，2003。2．《電磁