1、課程教案（按章編寫）課程名稱：電磁場原理適用專業：電氣工程及自動化年級、學年、學期： 2年級，學年第二學期教材：電磁場原理，俞集輝主編，重慶大學出版社，2007.2參考書：工程電磁場導論，馮慈璋主編，高等教育出版社2000年6月電磁場與電磁波第三版，謝處方、饒克謹編，趙家升、袁敬閎修訂，高等教育出版社1999年6月 第三版工程電磁場原理倪光正主編，高等教育出版社，2002電磁場雷銀照編， 高等教育出版社 2008年6月Electromagnetic fields and wavesRobert R. G. 等編著, Higher Education Press, 2006任課教師：汪泉弟 俞集

2、輝 何為 李永明 張淮清 楊帆 徐征編寫時間：2010年1月學時分配：矢量分析： 6學時； 靜電場： 12學時； 恒定電場： 4學時； 恒定磁場： 10學時； 時變場： 12學時； 平面電磁場： 8學時； 導行電磁波： 6學時； 電磁能量輻射與天線： 6學時。第1章 矢量分析一、教學目標及基本要求1. 通過課程的介紹，知道“電磁場原理”課程的學習內容、作用；課程的特點、已具有的基礎；學習的重點、難點和解決的辦法；教材、參考書和教學時間安排；本課程學習的基本要求等等。2. 對矢量分析章節的學習，要建立起標量場和矢量場的概念，掌握梯度、散度和旋度等“三度”運算，以及此基礎上的場函數的高階微分計算。

3、3. 掌握矢量的基本運算法則和相應的微分、積分方法，學會按矢量場的散度和旋度分析場的基本屬性。4. 掌握矢量微分算符的基本應用以及高斯散度定理和斯托克斯定理，了解場的赫姆霍茲定理、兩個特殊積分定理的推導和圓柱坐標系與球坐標系中矢量微分算符的情況。二、教學內容及學時分配1.1 矢量代數與位置矢量（0.5學時）1.2 標量場及其梯度（1學時）1.3 矢量場的通量及散度（1學時）1.4 矢量場的環量及旋度（1學時）1.5 場函數的高階微分運算（1學時）1.6 矢量場的積分定理（0.5學時）1.7 赫姆霍茲定理（0.5學時）1.8 圓柱坐標系與球坐標系（0.5學時）三、教學內容的重點和難點重點1. 場

4、概念的建立2. 標量場的梯度、矢量場的散度和旋度的定義及計算。難點1. 微分矢量算符的理解和直角坐標系中的應用2. 散度、旋度概念的理解及檢源的作用四、教學內容的深化與拓寬介紹本課程與電磁學的區別和聯系，電磁場理論借助數學表述的準確、精煉關系。應強調學習知識和解決問題的能力培養是相輔相成的。五、教學方式與手段及教學過程中應注意的問題采用多媒體手段利用電子課件進行教學，在教學過程中應注意：a講數學內容，應聯系后面電磁場的物理實際；b.既要講清數學概念和定理，更要重視它們的應用，在應用中鞏固對概念和定理的認識；c.運用多媒體教學手段，要更加重視課內講授的方式，在必要的地方應輔以粉筆板書。同時，要求

5、學生課前預習及課后復習，以便更好地掌握所學內容。本課程的教學內容較多而教學時數相對較少，在講授本課程時，著重講重點、講難點、講思路、講方法。學生在學習本課程時，應把重點放在掌握研究問題的基本思路和方法上，著重于能力的培養。六、課外學習要求學生通過查閱資料了解本學科（電氣工程）領域的現狀及發展方向、電磁場理論在現代社會中的應用。七、習題1.3，1.4，1.6，1.7，1.8，1.11，1.13，1.16，1.17，1.18，1.22，第2章 靜電場一、教學目標及基本要求1. 通過靜電場的學習，進一步建立場的概念，用電場強度矢量場和電位標量場來描述同一個靜電場，掌握兩個表述量之間的關系。2. 掌握

6、定性的分析電場的分布，確定計算區域，在建立的合適坐標系中利用電場強度表達式、高斯定理以及邊值問題來計算空間的電場分布。3. 掌握靜電場中的介質極化的定量描述及極化電荷的計算。4. 掌握靜電場的基本方程（微分、積分形式）物理意義，不同介質分界面的銜接條件。5. 基于唯一性定理，利用等效觀點來分析計算特殊復雜電場（靜電場的間接求解方法）。6. 掌握靜電場能量分布的特點及靜電場能量計算。二、教學內容及學時分配第一節 庫侖定律 電場強度 （2學時）第二節 靜電場的無旋性及電位（2學時）第三節 靜電場中的導體與電介質（1學時）第四節 高斯定律 （1學時）第五節 靜電場基本方程介質分界面上的銜接條件（1學

7、時）第六節 電位的微分方程與邊值問題（1學時）第七節 靜電場的間接求解方法（2學時）第八節 電容與部分電容（1學時）第九節 靜電能量與力（1學時）三、教學內容的重點和難點重點：1. 電場強度和電位的物理含義，靜電場的無旋性，2. 靜電場的基本特性與基本方程（微分、積分兩種形式）。3. 靜電場的唯一性定理，靜電場邊值問題，一維邊值問題的求解。4. 電場能量分布及計算難點：1. 靜電場的泊松方程和拉普拉斯方程的建立2. 高斯定律的應用3. 介質的極化及極化電荷密度的計算4. 虛位移法計算電場力四、教學內容的深化與拓寬對靜電場的研究，是從它的散度和旋度兩個方面來研究，由此了解它的基本特性。例題的選擇

8、需有代表性，并盡可能與授課的上下文相關聯，能充分反映某種概念，關于例題得出的某種結論，是授課內容的延續。五、教學方式與手段及教學過程中應注意的問題充分利用多媒體教學手段，圍繞教學基本要求進行教學。本章是進入電磁場理論學習的開篇。它不僅為學習靜態場打下必要的基礎，也為時變場的有關內容的較好掌握提供一條途徑。在教學過程中，應注重突出重點，多采用啟發式教學以及和電磁學所學知識的相互聯系。通過典型例題的分析，指出容易犯的錯誤，并要求學生在解算習題過程中，采用正確、嚴謹的步驟。六、課外學習要求自學電軸法。七、習題2.1，2.2，2.3，2.4，2.6，2.7，2.9，2.10，2.12，2.13，2.1

9、6，2.19，2.25，2.31第3章 恒定電場一、教學目標及基本要求1. 了解恒定電場的形成與特點，通過恒定電場的學習，掌握恒定電場的基本方程及物理含義。2. 基于唯一性定理，按靜電比擬，借鑒靜電場的類似求解方法，掌握求解恒定電場的方法。3. 分析恒定電場與靜電場的異同點，通過較熟悉的靜電場內容更好地把握恒定電場的特點，。4. 對定性的分析電場分布的思路和做法有清楚的了解。二、教學內容及學時分配第一節 電流與電流密度（ 1學時）第二節 恒定電場的基本方程（ 1學時）第三節 導電媒質分界面銜接條件（ 1學時）第四節 電導與電阻（ 1學時）三、教學內容的重點和難點重點：1. 恒定電場概念及恒定電

10、流的連續性。2. 導電媒質中恒定電場的基本方程，媒質分界面上的銜接條件。恒定電場的拉普拉斯方程。3. 電導、絕緣電阻等概念及其計算。難點：1. 靜電比擬。2. 導體與理想介質分界面銜接條件。3. 恒定電場和電導的計算。四、教學內容的深化與拓寬算例的選擇需適應所學的計算方法，并盡可能與靜電場相關聯，反映某種概念或得出某種結論，是授課內容的延續。再次強調從散度和旋度兩個方面來研究矢量場的場源特性、分布規律，是以后各章都必須遵循的基本方法。五、教學方式與手段及教學過程中應注意的問題充分利用多媒體教學手段，圍繞教學基本要求進行教學。在教學中應注意要求學生對基本概念的掌握，如恒定電場，恒定電流，電流與電

11、流密度，歐姆定律的微分形式，功率與功率密度等；基本理論和方法的應用，如損耗介質中的恒定電場及其分界面銜接條件的應用，恒定電場計算的基本方法，電導的定義及計算等。在教學過程中，應注意突出重點，多采用啟發式教學以及教師和學生的互動。六、相關的實踐性環節電源的認識及應用，新能源向電能轉化的展示與分析。七、課外學習要求自學接地電阻及在電力系統中的應用等內容。八、習題3.1，3.2，3.3，3.4，3.7第4章 恒定磁場一、教學目標及基本要求1. 了解恒定磁場的基本特點，學會利用場的觀點等效分析磁感應強度在定量描述恒定磁場中的作用。2. 掌握利用磁感應強度的定義式計算恒定磁場的分布，學習用磁矢量位函數來

12、輔助提高對恒定磁場的認識和建立新的恒定磁場求解思路。3. 掌握媒質磁化的概念和定量描述，并能根據等效觀點分析媒質磁化和構建二次場源產生影響的磁效應。了解材料的磁特性及分析方法。4. 借鑒高斯定律求解電場的思路，掌握利用安培環路定律求解磁場的方法。5. 掌握恒定磁場基本方程的微分、積分形式及物理意義。6. 掌握計算磁場能量分布及總磁場能量的方法，并能利用虛功原理的方法計算磁場中的有關受力問題。二、教學內容及學時分配第一節 磁感應強度（1學時）第二節 磁矢量位（1學時）第三節 真空中的安培環路定律（1.5學時）第四節 媒質磁化 安培環路定律的一般形式（1學時）第五節 磁標量位（0.5學時）第六節

13、恒定磁場的基本方程、媒質分界面上的銜接條件（2學時）第七節 電感（1.5學時）第八節 磁場能量與磁場力（1.5學時）三、教學內容的重點和難點重點：1. 磁感應強度、磁矢量位函數的定義式及其計算，安培環路定律及磁場強度的計算。2. 磁通連續性原理，媒質的磁化。3. 恒定磁場的基本方程，媒質分界面上的銜接條件。4. 電感的概念及計算。難點：1. 利用電感的定義式計算電感2. 磁場能量及其分布的計算，磁場力及其計算四、教學內容的深化與拓寬對教學中得出的某種結論，可進一步分析，與現實生活聯系起來，把它看成是授課內容的延續五、教學方式與手段及教學過程中應注意的問題圍繞教學基本要求，充分利用多媒體教學手段

14、進行教學。在教學過程中應通過恒定磁場散度和旋度的學習，加深對恒定磁場基本特性的理解。強調磁通連續性原理的積分和微分關系式；應用磁矢量位計算磁通。利用一般形式的安培環路定律（積分和微分形式）分析研究磁場分布，注意磁場方向；正確利用電感的定義確定電纜的電感；由磁場能量的計算進而計算磁場中有關力的問題等。算例的選擇需適應所學的計算方法，要注意突出重點，并盡可能與授課的上下文相關聯，多采用啟發式教學以及教師和學生的互動。六、相關的實踐性環節上網觀看恒定磁場的有關視頻。七、課外學習要求自學計算電感的黎曼公式。八、習題4.1，4.3，4.4，4.6，4.8，4.9，4.11，4.14，4.15，第5章 時

15、變電磁場一、教學目標及基本要求1. 通過時變電磁場的學習，掌握描述電磁場基本特性的基本方程的兩種形式 (微分形式、積分形式)，以及表征媒質特性的性能方程(構成方程)，深刻理解Maxwell方程組的物理意義，并知道如何由它們得出各種靜態場和準靜態場的基本方程。2. 記住時變電場和磁場都有兩種場源，時變電場是有旋有散場。注意時變電磁場與靜態場邊界條件的異同。3. 熟記坡印亭矢量的定義和描述電磁場能量守恒與轉換的坡印亭定理，清楚坡印亭定理的物理意義以及不同條件下坡印亭定理的形式。4. 了解正弦電磁場場量的相量形式，基本方程的相量形式以及坡印廷矢量的平均值計算式。5. 記住動態位，的定義以及它們所遵從

16、的達朗貝爾方程，知道洛倫茲條件及其所包含的數學意義和物理意義。6. 能夠由電磁場基本方程導出電準靜態場和磁準靜態場的基本方程，正確理解似穩條件及似穩區概念。了解集膚效應產生的原因，透入深度的意義，渦流的熱效應和去磁效應，以及相鄰兩載流導體的鄰近效應。二、教學內容及學時分配5.1 電磁感應定律（1學時）5.2 全電流定律（1學時）5.3 電磁場的基本方程 分界面邊界條件（1學時）5.4 坡印廷定理和坡印廷矢量（1.5學時）5.5 正弦電磁場（1學時）5.6 動態位（2學時）5.7 達朗貝爾方程的解答（1學時）5.8 準靜態電磁場（2.5學時）5.9 集膚效應、渦流、鄰近效應和電磁屏蔽（1學時）三

17、、教學內容的重點和難點重點：1. 電磁感應定律，全電流定律。2. 電磁場的基本方程及物理意義，時變電磁場解的唯一性，媒質分界面上的銜接條件。3. 坡印廷定律與坡印廷矢量，電磁場的能量分布。4. 動態位及其方程，時變電磁場的波動性，似穩場。難點：1. 動態位及達朗貝爾方程2. 似穩場，似穩條件3. 渦流的磁效應與熱損耗，臨近效應四、教學內容的深化與拓寬電磁屏蔽及應用五、教學方式與手段及教學過程中應注意的問題充分利用多媒體教學手段，圍繞教學基本要求進行教學。在教學過程中應注意強調應電磁感應定律和全電流定律的實質，電磁場能量守恒和轉化的定律以及坡印廷矢量的概念，正確得到兩種準靜態場的方法。要注意突出

18、重點，多采用啟發式教學以及教師和學生的互動。六、相關的實踐性環節上網觀看時變電磁場的有關視頻。七、課外學習要求自學鄰近效應。八、習題5.3，5.5，5.7，5.10，5.14，5.17，第6章 平面電磁波的傳播一、教學目標及基本要求1. 了解電磁場波動方程推導過程，掌握平面電磁波的基本性質2. 掌握均勻平面電磁場在理想介質和導電媒質中的傳播規律及相關參量的計算3. 了解低損耗媒質中均勻平面電磁波的傳播特點4. 了解電磁波的極化特性二、教學內容與學時分配7.1 電磁波動方程與平面電磁波（1學時）7.2 理想介質中的均勻平面電磁波（2.5學時）7.3 導電媒質中的均勻平面電磁波（3學時）7.4 平

19、面電磁波的極化（1.5學時）三、教學內容的重點和難點重點：1. 電磁波動方程，均勻平面電磁波的傳播特點，波的歐姆定律。2. 理想介質中的正弦均勻平面波的傳播特點，傳播常數、相位常數、頻率、波長、相速，坡印廷矢量及其平均值等的計算。3. 導電媒質中正弦均勻平面電磁波的傳播特點難點：1. 等效介電常數。2. 電磁波的極化四、教學內容的深化與拓寬通過平面電磁波的學習，加深對電生磁，磁生電關系的理解，伴隨著電場和磁場的交變導致電磁能量在空間中的傳播。五、教學方式與手段及教學過程中應注意的問題充分利用多媒體教學手段，圍繞教學基本要求進行教學。本章教學應側重于概念分析，介紹均勻平面電磁波的特點，入射波、反

20、射波、波速、波阻抗，波的歐姆定律，電磁能量傳播等。通過學習，要求學生掌握理想介質中正弦均勻平面波的傳播特點，傳播常數、相位常數、頻率、波長、相速，坡印廷矢量及其平均值等參量的計算。在教學過程中，應注意突出重點，多采用啟發式教學以及教師和學生的互動。六、課外學習要求自學平面電磁波在平面分界面的垂直入射。七、習題6.1，6.2，6.3，6.5，6.8，6.9第7章 導行電磁波一、教學目標及基本要求1. 通過導行電磁波的學習，了解電磁波的定向傳播可以傳播能量，也可以傳播信息。2. 了解電磁波在矩形波導內傳播時，任意橫截面內的電磁波是駐波，沿軸向方向的電磁波是行波3. 知道電磁波的頻率大于波導的截至頻率時，電磁波才可能在波導內傳播4. 掌握矩形波導內電場和磁場不能同時為橫波及波導內不能傳播TEM波的特點5. 了解矩形波導內TE10波的重要性。二、教學內容與學時分配7.1 導行電磁波的基本性質（2學時）7.2 矩形波導（4學時）三、教學內容的重點和難點重點：1. 電磁波在有限空間中傳播的特點。2. 導行電磁波的分類，傳播模式，3. 矩形波導，截止頻率，TE波，TM波難點：1. 波導中的電磁場邊值問題2. 電磁波在波導中的傳播模式，截止頻率四、教學內容的深化與拓寬在講清概念的基礎上，介紹它們在現代電信工程中的應用。五、教學方式與手段及教學過程中應注意的問題充分利用多媒體教學手