安徽师范大学电磁场_波本科教学大纲

安徽师范大学皖江学院电子信息系 电磁场与电磁波教学大纲
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《电磁场与电磁波》教学大纲
课程性质：专业基础课 先修课程：高等数学、大学物理、数学物理
方法
总学时：57 学分： 3
理论学时： 48 实验或讨论学时：有实验（9 学时）
开课学院：皖江学院 适用专业：电子信息工程
大纲执笔人： 教学院长审定：
教研室主任审核：
一、说明
1、课程的性质、地位和任务
《电磁场与电磁波》课程是电子信息工程和通讯工程专业的一门重要专业基础课，
它包括电磁场和电磁波两个方面的基本概念和基本理论，通过本课程的教学，阐明电磁
场的基本概念、基本规律和基本分析计算方法，使学生获得电磁场与电磁波的基本理论
知识和应用理论知识解决问题的能力，获得与之有关的分析计算方法，为学习后续课程
如《微波技术》奠定了理论基础。
2、课程教学的基本要求
《电磁场与电磁波》这门课程的理论性较强，概念较抽象，应用的数学知识较多，
因此学习该课程的学生应具备高等数学、矢量分析、数理方法以及电磁学等相关课程的
扎实数理基础
本课程的基本要求是；(1)着重强调对电磁现象的基本知识和基本理论的理解和掌
握；(2)强调基本理论在近代科技和电子工程中的应用；(3)对繁难的数学推导和证明尽
量用简单的方法予以阐明；(4)对打“*”号的章节不作要求，供学有余力的学生自学；
(4)总课时约 57 学时（其中实验 9 学时）。（5）需先修课程的有：高等数学、大学物理、
数学物理方法。
3、本课程的重点与难点
重点：静电场与静磁场的性质，介质的极化与磁化，恒定电场的特点，静电场边
值问题，麦克斯韦方程组，电磁波在各种介质中传播时的特点。
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难点：静电场边值问题的求解，电磁波在波导中传播。
二、课堂教学时数及课后作业题型分配
章 目 教 学 内 容
教 学
时 数
教学方式
或 手 段
课 后 作 业
思 考 题 练 习 题
一 矢量分析 4 讲授 √
二
电磁场中的基本
物理量和基本实
验定律
4 讲授 √
三 静电场分析 8 讲授 √
四
静电场边值问题
的解法
5 讲授 √
五 恒定磁场分析 9 讲授 √
六 时变电磁场 4 讲授 √
七 正弦平面电磁波 8 讲授 √
八 导行电磁波 6 讲授(讨论) √ √
合 计 48
三、正文
第一章 矢量分析
【教学目的】
通过本章教学，使学生了解矢量场与标量场的含义，掌握矢量场与标量场的散度、
旋度、梯度等三种运算方法。
【重点难点】
矢量场的散度、旋度运算及标量场梯度的运算。
第一节 标量场和矢量场
1.1 标量场
1.2 矢量场
1.3 力线方程
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第二节 矢量与矢量场的不变特性
1.1 矢量场的不变特性
1.2 应用举例
第三节 矢量的通量 散度
1.1 矢量的通量
1.2 散度定义
1.3 散度在直角坐标系中的表示
1.4 高斯定理
第四节 矢量的环流 旋度
1.1 矢量的环流
1.2 矢量的旋度定义
1.3 旋度在直角坐标系中的表示
1.4 矢量普适公式之一
1.5 斯托克斯定理
第五节 标量场的梯度
1.1 锑度定义
1.2 梯度在直角坐标系中的表示
第六节 亥姆霍兹定理
1.1 保守场
1.2 亥姆霍兹定理
第二章 电磁场中的基本物理量和基本实验定律
【教学目的】
通过本章教学，使学生了解描述电磁场的基本物理量和基本实验定律，掌握计算电
场强度和磁感应强度的积分公式。
【重点难点】
计算电场强度和磁感应强度的积分公式的应用。
第一节 电荷和电荷分布
1.1 电荷体密度
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1.2 电荷面密度
1.3 电荷线密度
第二节 电流与电流密度
1.1 电流密度矢量
1.2 电流密度矢量与电荷体密度的关系
1.3 电流线密度矢量
1.4 电流线密度矢量与电荷面密度的关系
第三节 电流连续性方程
1.1 电流连续性方程
1.2 恒定电流特点
第四节 电场 库仑定律
1.1 库仑定律
1.2 点电荷的电场
1.3 电偶极子的电场
第五节 安培力定律 磁感应
1.1 安培力定律
1.2 毕奥—沙伐定律
第六节 电场强度的矢量积分公式
1.1 体电荷分布的电场强度计算公式
1.2 面电荷分布的电场强度计算公式
1.3 线电荷分布的电场强度计算公式
第七节 磁感应强度的矢量积分公式
1.1 体电流分布的磁感应强度计算公式
1.2 面电流分布的磁感应强度计算公式
第三章 静电场分析
【教学目的】
通过本章教学，使学生了解静电场的特点以及描述静电场的两个基本方程、电位函
数的意义及其满足的方程、介质的极化现象、恒定电场的特点，掌握应用电场的边界条
件计算具体问题的方法以及如何计算电场的能量。
【重点难点】
介质的极化规律，应用电场的边界条件计算具体问题的方法。
第一节 静电场分析的基本变量
1.1 电位移矢量
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1.2 物质方程
第二节 真空中静电场的基本方程
1.1 真空静电场两个基本方程
1.2 两个基本方程的证明
1.3 两个基本方程的微分形式
第三节 电位函数
1.1 电位函数的定义
1.2 电位函数与电场强度的关系
第四节 泊松方程 拉普拉斯方程
1.1 泊松方程
1.2 拉普拉斯方程
第五节 *点电荷的 函数 *格林函数
第六节 *格林定理 *泊松方程的积分公式
第七节 唯一性定理
1.1 唯一性定理
1.2 唯一性定理讨论
第八节 电介质的极化 极化强度
1.1 介质的三种极化
1.2 极化强度
1.3 束缚电荷密度
1.4 极化强度与电场强度的关系
第九节 介质中的高斯定理 边界条件
1.1 介质中的高斯定理
1.2 静电场的边界条件
1.3 电位的边界条件
第十节 恒定电场的基本方程 边界条件
1.1 恒定电场
1.2 恒定电场基本方程
1.3 恒定电场边界条件
第十一节 导体系统的电容
导体系统的电容
第十二节 电场能量 *静电力
1.1 电场能量
第四章 静电场边值问题的解法
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【教学目的】
通过本章教学，使学生了解静电场边值问题的两个基本解法—分离变量法和镜像
法，掌握球坐标系的分离变量法和镜像法。
【重点难点】
球坐标系的分离变量法和镜像法。
第一节 直角坐标系中的分离变量法
1.1 直角坐标系中的分离变量法
1.2 应用举例
第二节* 园柱坐标系中的分离变量法
第三节 球坐标系中的分离变量法
1.1 球坐标系中的分离变量
1.2 应用举例
第四节 镜像法
1.1 镜像法基本含义
1.2 应用举例
第五节* 有限差分法
第五章 恒定磁场分析
【教学目的】
通过本章教学，使学生了解恒定磁场的特点以及描述恒定磁场的两个基本方程、矢
量位的意义及其满足的拉普拉斯方程、介质的磁化现象、掌握应用恒定磁场的边界条件
计算具体问题的方法以及如何计算磁场的能量。
【重点难点】
介质的磁化规律，应用磁场的边界条件计算具体问题的方法。
第一节 恒定磁场分析的基本变量
1.1 磁场强度
1.2 物质方程
第二节 真空中磁场的基本方程
1.1 磁通连续方程
1.2 安倍环路定律
第三节 矢量磁位
1.1 矢量位
1.2 库仑规范
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1.3 矢量位泊松方程
1.4 矢量位计算公式
第四节 磁偶极子的矢量位和标量位
1.1 磁偶极子的矢量位
1.2 磁偶极子的标量位
第五节 物质的磁化现象
1.1 物质的磁化现象
1.2 磁化强度
1.3 磁化体电流密度与磁化面电流密度
第六节 磁介质中磁场的基本方程
1.1 磁介质中磁场的基本方程
1.2 磁化强度与磁场强度的关系
第七节 磁场的边界条件
1.1 场变量 B

的法向分量的边界条件
1.2 场变量 H

的切向分量的边界条件
1.3 矢量位的边界条件
第八节 *标量磁位
第九节 自电感 互电感
1.1 自电感
1.2 互电感
第十节 磁场能量
磁场能量
第十一节 *磁场力
第六章 时变电磁场
【教学目的】
通过本章教学，使学生了解时变电磁场的特点，麦克斯韦方程组，时变电磁场的边
界条件，动态矢量位和标量位的概念及其满足的方程以及时变电磁场的能量与能流——
坡印廷矢量、坡印廷定理。
【重点难点】
麦克斯韦方程组，坡印廷定理，动态位与达朗贝尔方程。
第一节 法拉第电磁感应定律
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1.1 法拉第电磁感应定律的积分形式
1.2 法拉第电磁感应定律的积分形式
第二节 位移电流
1.1 位移电流
1.2 时变场安倍环路定律
第三节 麦克斯韦方程
1.1 麦克斯韦方程的积分形式
1.2 麦克斯韦方程的微分形式
第四节 时变电磁场的边界条件
1.1 H

的边界条件
1.2 E

的边界条件
1.3 B

的边界条件
1.4 D

的边界条件
第五节 坡印廷定理和坡印廷矢量
1.1 坡印廷定理
1.2 坡印廷矢量
第六节 波动方程
波动方程
第七节 动态矢量位和标量矢量位
1.1 动态矢量位
1.2 标量矢量位
1.3 洛仑兹条件
1.4 动态矢量位和标量矢量位满足的方程
第七章 正弦平面电磁波
【教学目的】
通过本章教学，使学生了解正弦电磁场的概念及其满足的方程，电磁波在理想介质
和导电媒质中传播时的特点以及电磁波的极化特性。
【重点难点】
亥姆霍兹方程，均匀平面电磁波的表示式及其在理想介质和导电媒质中传播时的特性。
第一节 亥姆霍兹方程
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1.1 正弦电磁场
1.2 麦克斯韦方程的复数形式
1.3 亥姆霍兹方程
第二节 平均坡印廷矢量
平均坡印廷矢量计算公式
第三节 理想介质中的均匀平面波
1.1 亥姆霍兹方程的均匀平面波解
1.2 均匀平面波的 H

分量
1.3 本征阻抗
1.4 均匀平面波的特点
第四节 波的极化特性
1.1 波的直线极化
1.2 波的圆极化
1.3 波的椭圆极化
第五节 损耗媒质中的均匀平面波
1.1 等效介电常数
1.2 传播系数
1.3 损耗媒质中的均匀平面波
第六节 对平面分界面的垂直入射
1.1 对理想导体的垂直入射
1.2 对两种导电媒质分界面的垂直入射
第七节* 对平面分界面的斜入射
第八节* 相速和群速
第八章 导行电磁波
【教学目的】
通过本章教学，使学生了解电磁波沿矩形波导和传输线中传播时的一般特性以及谐振腔
的工作特点。
【重点难点】
矩形波导中的 10
TE 波，传输线上波的传输特性。
第一节 沿均匀导波装置传播的波的一般特性
1.1 电磁波的三种模式
1.2 导波装置中的亥姆霍兹方程
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第二节 矩形波导
1.1 TM 波
1.2 截止频率
1.3 TE 波
第三节 矩形波导中的 10
TE 波
1.1 10
TE 波
1.2 波导电流分布*
第四节* 圆柱形波导
第五节* 波导中的能量传输和损耗
第七节 传输线方程及其解
1.1 分布参数的概念
1.2 传输线方程及其解
第八节 传输线上波的传输特性参数
1.1 特性阻抗
1.2 传播系数
1.3 输入阻抗
1.4 反射系数
第九节 传输线的工作状态
1.1 行波状态
1.2 驻波状态
1.3 混合波状态*
第十节 谐振腔*
四、课程考试
平时考查与笔试相结合。平时考查内容为实验成绩（占 20%）和作业（包括小论
文、小设计等）的质量与数量（20%），笔试为期末测试（60%）。
五、使用教材与教学参考书目
【使用教材】
1、谢处方等，《电磁场与电磁波》，高等教育出版社，1999 年 3 版
2、王家礼等，《电磁场与电磁波》，西安电子科技大学出版社，2004 年 2 版
【教学参考书目】
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1、王蔷等，《电磁场理论基础》，清华大学出版社，2001 年 1 版
2、杨显清等，《电磁场与波》，国防工业出版社，2003 年 1 版
3、蔡圣善等，《电动力学》，高等教育出版社，2002 年 2 版
4、郭硕鸿，《电动力学》，人民教育出版社，1979 年 1 版
5、陈振国，《微波技术基础与应用》，北京邮电大学出版社，2002 年。