1、電磁場與波(Electromagnetic Fields and Waves)課程代碼：03410041學(xué)分：3.5學(xué)時(shí)：56 （其中：課堂教學(xué)學(xué)時(shí)：56實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：。上機(jī)學(xué)時(shí)：0課程實(shí)踐學(xué)時(shí)：0 ）先修課程：高等數(shù)學(xué)（包括矢量分析與場論），大學(xué)物理（電磁學(xué)部分）適用專業(yè)：光電信息科學(xué)與工程教材：David K. Cheng. Field and Wave of Electromagnetics, Second Edition.影印本.北京：清華大學(xué) 出版社,2007一、課程性質(zhì)與課程目標(biāo)（-）課程性質(zhì)（需說明課程對人才培養(yǎng)方面的貢獻(xiàn)）電磁場與波是高等學(xué)校光電信息科學(xué)與工程專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，

2、也可作為電氣與電子 信息類各專業(yè)本科生繼“電路”之后必修的重要主干課程。通過本課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生掌握電子 電路和設(shè)備的電磁兼容分析和設(shè)計(jì)等工程科學(xué)技術(shù)中所需要的宏觀電磁場與電磁波理論知識，即宏 觀電磁場與電磁波的基本性質(zhì)和基本規(guī)律及其工程應(yīng)用的基本分析計(jì)算方法。使學(xué)生對工程中的電 磁場與電磁波問題能進(jìn)行初步分析；對一些基本的、簡單的電磁場與電磁波物理問題建立數(shù)學(xué)模型 進(jìn)行計(jì)算；使學(xué)生更深入地了解電磁信號傳輸?shù)谋举|(zhì)；為進(jìn)一步學(xué)習(xí)相關(guān)的專業(yè)技術(shù)知識準(zhǔn)備必要 的理論基礎(chǔ)。（二）課程目標(biāo)（根據(jù)課程特點(diǎn)和對畢業(yè)要求的貢獻(xiàn)，確定課程目標(biāo)。應(yīng)包括知識目標(biāo)和能力目標(biāo)。） 課程目標(biāo)1:能培養(yǎng)學(xué)生用場的理論和波

3、動(dòng)理論來分析解決所遇到的相應(yīng)的實(shí)際問題，了解宏 觀電磁場的主要應(yīng)用領(lǐng)域及其原理；課程目標(biāo)2：能夠?qū)㈦姶艌龊碗姶挪▎栴}歸結(jié)為解析解和數(shù)值求解問題并完成計(jì)第。（三）課程目標(biāo)與專業(yè)畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的對應(yīng)關(guān)系本課程支撐專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃中畢業(yè)要求1和畢業(yè)要求2：.畢業(yè)要求1-2：具有解決光電信息工程問題所需的工程基礎(chǔ)知識及其應(yīng)用能力，占該指標(biāo)點(diǎn) 達(dá)成度的20%；.畢業(yè)要求2-1：能夠?qū)?shù)學(xué)、自然科學(xué)基本原理運(yùn)用于光電信息工程問題的表述，占該指標(biāo)點(diǎn)達(dá)成度的10%。目標(biāo)畢業(yè)要求指課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2畢業(yè)要求1-2V畢業(yè)要求2-1V二、課程內(nèi)容與教學(xué)要求第一章 緒論The Electromagnetic Model

4、電磁模型(一)課程內(nèi)容Introduction 弓 | 言The Electromagnetic Model 電磁模型SI Units and Universal Constant國際單位制和普適常數(shù)(二)教學(xué)要求掌握電磁場學(xué)的基本研究方法；知道電磁學(xué)中基本電磁場物理量；知道國際單位制中基本物理量和普適常數(shù)；(三)重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)電磁學(xué)中基本電磁場物理量；難點(diǎn)電磁場學(xué)的基本研究方法；第二章矢量分析Vector Analysis(一)課程內(nèi)容) Introduction 弓| 言Vector Addition and Subtraction 矢量的加減法Products of Vectors 矢量

5、乘積Orthogonal Coordinate Systems 正交坐標(biāo)系Integrals Containing Vector Functions 矢量函數(shù)積分Gradient of a Scalar Field 標(biāo)量場的梯度Divergence of a Vector Field 矢量場的散度Divergence Theorem 散度定理Curl of a Vector Field s 矢量場的梯度Stokess Theorem 斯托克斯定理Two Null Identities 兩零恒等式Helmholtzs Theorem 赫姆霍茲定理(二)教學(xué)要求(1)熟練掌握矢量的表示方法，矢量的

6、加、減、乘法運(yùn)算等矢量代數(shù)運(yùn)算；(2)掌握矢量場的空間位置點(diǎn)和矢量在正交曲面坐標(biāo)系和三種常用坐標(biāo)系中的表示方法，掌握 正交曲面坐標(biāo)系和三種常用坐標(biāo)系中的微分線元、面元及體元的表示，理解度量系數(shù)的含義，了解 在三種常用坐標(biāo)系之間矢量場的坐標(biāo)分量之間的關(guān)系，掌握矢量積分計(jì)算，知道兩零恒等式及其應(yīng) 用；(3)理解梯度、散度、旋度的概念，掌握在直角坐標(biāo)系中梯度、散度、旋度的運(yùn)算，了解在圓 柱和圓球坐標(biāo)系中梯度、散度、旋度的運(yùn)算，知道兩零恒等式及其應(yīng)用；(4)理解高斯定理、斯托克斯定理、亥姆霍茲定理。(三)重點(diǎn)與難點(diǎn)(若不單獨(dú)列出，需在教學(xué)要求中適當(dāng)注明)(1)重點(diǎn)是三種常用坐標(biāo)系中的微分線元、面元及體

7、元的表示，梯度、散度、旋度的概念及運(yùn) 算，高斯定理、斯托克斯定理的應(yīng)用；(2)難點(diǎn)是旋度的運(yùn)算和亥姆霍茲定理的理解。第三章 Static Electric Fields 靜電場(-)課程內(nèi)容Introduction 弓| 言Fundamental Postulates of Electrostatics in Free Space 自由空間中靜電學(xué)基本假設(shè)Coulombs Law 庫侖定律Gausss Law and Applications 高斯定理及應(yīng)用Electric Potential 電位Conductors in Static Electric Field 靜電場中的導(dǎo)體Diele

8、ctrics in Static Electric Field 靜電場中的介質(zhì)Electric Flux Density and Dielectric Constant 電通量密度與介電常數(shù)Boundaiy Conditions for Electrostatic Fields 靜電場的邊界條件Capacitance and Capacitors 電容和電容器Electrostatic Energy and Forces 電場能量和電場力(二)教學(xué)要求(I)知道自由空間中靜電場的兩個(gè)基本假設(shè)，理解庫侖定律的意義，會(huì)利用高斯定理計(jì)算電 荷對稱分布的電場；握電位的概念以及電位與電場強(qiáng)度及電荷密度的

9、關(guān)系，會(huì)由電荷密度或電場分布計(jì)算電 位，和由電位計(jì)算電場；握導(dǎo)體在靜電場的特性，理解靜電屏蔽的原理，知道導(dǎo)體的邊值條件；了解介質(zhì)極化、極化強(qiáng)度及束縛電荷的概念；掌握介質(zhì)中的靜電場方程、電位方程。掌握 電位移矢量和介電常數(shù)的概念；(5)掌握靜電場的邊界條件;(6)掌握電容的概念；了解部分電容的概念；會(huì)計(jì)算一些典型的簡單導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的電容；(7)掌握電場能量和能量密度的概念；掌握用虛功原理計(jì)算電場力。(三)重點(diǎn)與難點(diǎn)(若不單獨(dú)列出，需在教學(xué)要求中適當(dāng)注明)(1)重點(diǎn)是點(diǎn)電荷、線電荷、面電荷的電場的計(jì)算，利用高斯定理計(jì)算對稱分布電荷的電場, 電位的概念以及電位與電場強(qiáng)度及電荷密度的關(guān)系，電場能量和能量密

10、度的概念，用虛功原理計(jì)算 電場力；(2)難點(diǎn)是由電位計(jì)算電場，高斯定理的應(yīng)用，束縛電荷、電場能量和能量密度的概念，用虛 功原理計(jì)算電場力。第四章 Solution of Electrostatic Problems 靜電問題的求解(一)課程內(nèi)容Introduction 弓 | 言Poissons and Laplace*s Equations泊松方程和拉普拉斯方程Uniqueness of Electrostatic Solutions 靜電問題解的唯一，性Method of Images 鏡像法Boundary-Value Problems in Cartesian Coordinates

11、笛卡爾坐標(biāo)系中的邊值問題Boundary-Value Problems in Cylindrical Coordinates 圓柱坐標(biāo)系中的邊值問題Boundary-Value Problems in Spherical Coordinates 圓球坐標(biāo)系中的邊值問題(二)教學(xué)要求掌握靜電場電位泊松方程和拉普拉斯方程；理解靜電問題解的唯一性的條件；握鏡像法求解靜電場的問題；了解靜電場在三種常用坐標(biāo)系中的邊值問題求解。(三)重點(diǎn)與難點(diǎn)(若不單獨(dú)列出，需在教學(xué)要求中適當(dāng)注明)(1)重點(diǎn)鏡像法求解靜電場的問題；(2)難點(diǎn)靜電問題解的唯一性的理解第五章 Steady Electric Currents

12、 恒定電流(一)課程內(nèi)容Introduction 弓I 言Current Density and Ohms Law 電流密度和歐姆定律Electromotive Force and Kirchhoffs Voltage Law 電動(dòng)勢和基爾霍夫的電壓定律Equation of Continuity and Kirchhoffs Current Law 連續(xù)性方程和基爾霍夫電流定律Power Dissipation and Joules Law 功率損耗和焦耳定律Boundary Conditions for Current Density 電流密度邊界條件Resistance Calculat

13、ions 電阻的計(jì)算(二)教學(xué)要求(1)理解電流密度的概念，掌握歐姆定律和電阻的計(jì)算方法；(2)理解電動(dòng)勢的概念和基爾霍夫的電壓定律；(3)掌握電流連續(xù)性方程、電流密度的邊界條件和基爾霍夫電流定律；(4)理解功率損耗和焦耳定律(三)重點(diǎn)與難點(diǎn)(若不單獨(dú)列出，需在教學(xué)要求中適當(dāng)注明)(1)重點(diǎn)是電流密度的概念，恒定電流場方程、邊界條件；(2)難點(diǎn)電動(dòng)勢的概念和恒定電流場方程、邊界條件。第六章 Static Magnetic Fields 靜磁場(一)課程內(nèi)容Introduction 弓| 言Fundamental Postulates of Magnetostatics in Free Spac

14、e 自由空間中靜磁學(xué)基本假設(shè)Vector Magnetic Potential 矢量磁位The Biot-Savart Law and Applications 畢奧-薩伐爾定律及應(yīng)用The Magnetic Dipole 磁偶極子Magnetization and Equivalent Current Densities 磁化和等效電流密度Magnetic Field Intensity and Relative Permeability 磁場強(qiáng)度和相對磁導(dǎo)率Magnetic Circuits 磁路Behavior of Magnetic Materials 磁性材料Boundary Con

15、ditions for Magnetostatic Fields 靜磁場的邊界條件Inductances and Inductors 電感和電感器Magnetic Energy 磁場能量Magnetic Forces and Torques 磁場力和力矩(二)教學(xué)要求道自由空間中靜磁場的兩個(gè)基本假設(shè)，理解矢量磁位概念，知道矢量磁位泊松方程及其 在直角坐標(biāo)系中點(diǎn)的解；解畢奧-薩伐爾定律，會(huì)利用畢奧-薩伐爾定律計(jì)算磁場強(qiáng)度；(3) 了解磁偶極子及其遠(yuǎn)場區(qū)的磁場特點(diǎn)；(4)理解介質(zhì)磁化、磁化強(qiáng)度、磁化電流的概念，了解磁荷的概念；(5)理解磁場強(qiáng)度、磁化率、磁導(dǎo)率的概念及安培環(huán)路定理，會(huì)利用安培環(huán)路定

16、律計(jì)算一些典 型的具有對稱電流分布的磁場；(6)會(huì)一些簡單結(jié)構(gòu)磁路的計(jì)算，了解磁性材料的特點(diǎn)；(7)掌握靜磁場邊界條件。(8)理解磁鏈、電感系數(shù)、互感系數(shù)的概念，會(huì)一些簡單結(jié)構(gòu)電感的計(jì)算，了解磁性材料的特占八、9(7)理解磁場能量和能量密度的概念，掌握磁場能量的計(jì)算和用虛功原理計(jì)算磁場力。(三)重點(diǎn)與難點(diǎn)(若不單獨(dú)列出，需在教學(xué)要求中適當(dāng)注明)(1)重點(diǎn)是靜磁場的場方程，利用畢奧-薩伐爾定律、安培環(huán)路定律和矢量磁位計(jì)算磁感應(yīng)強(qiáng) 度，磁場強(qiáng)度、磁化率、磁導(dǎo)率的概念，靜磁場邊界條件，磁場能量的計(jì)算和用虛功原理計(jì)算磁場 力；(2)難點(diǎn)是畢奧-薩伐爾定律計(jì)算磁場強(qiáng)度，矢量磁位的概念，磁場能量的計(jì)算和用

17、虛功原理 計(jì)算磁場力。第七章Time-Varying Fields and MaxwelFs Equations時(shí)變電磁場和麥克斯韋方程(一)課程內(nèi)容Introduction 弓 I 言Faradays Law of Electromagnetic Induction 法拉第電磁感應(yīng)定律MaxwelFs Equations 麥克斯韋方程Potential Functions 位函數(shù)Electromagnetic Boundary Conditions 電磁場的邊界條件Wave Equations and Their Solutions 波動(dòng)方程及其解Time-Harmonic Fields 時(shí)

18、諧場(二)教學(xué)要求(1)掌握法拉第電磁感應(yīng)定律及其應(yīng)用；(2)理解位移電流的概念；掌握麥克斯韋方程及其意義；(3)掌握位函數(shù)及其方程、位函數(shù)求解，理解滯后位；(4)掌握時(shí)變電磁場邊界條件；(5)掌握波動(dòng)方程及其解；(6)掌握時(shí)諧電磁場場的相量表示。(三)重點(diǎn)與難點(diǎn)(若不單獨(dú)列出，需在教學(xué)要求中適當(dāng)注明)(1)重點(diǎn)是法拉第電磁感應(yīng)定律及應(yīng)用，麥克斯韋方程和波動(dòng)方程的求解，電磁場的邊界條件；(2)難點(diǎn)是位移電流、滯后位概念及位函數(shù)求解，電磁場的邊界條件。第八章 Plane Electromagnetic Waves 平面電磁波(一)課程內(nèi)容Introduction 弓 | 言Plane Waves

19、 in Lossless Media無損耗介質(zhì)中的平面波Plane Waves in Lossy Media有損耗媒質(zhì)中的平面波Group Velocity 群速度Flow of Electromagnetic Power and the Poynting Vector 電磁功率流和坡印廷矢量流Normal Incidence at a Plane Conducting Boundary 垂直入射平面導(dǎo)體邊界Oblique Incidence at a Plane Conducting Boundary 斜入射平面導(dǎo)體邊界Normal Incidence at a Plane Dielectr

20、ic Boundary 垂直入射平面介質(zhì)邊界Normal Incidence at Multiple Dielectric Interfaces 垂直入射多層介質(zhì)分界面Oblique Incidence at a Plane Dielectric Boundary 斜入射平面介質(zhì)邊界(二)教學(xué)要求握無損耗介質(zhì)中的平面波的性質(zhì)，理解波長、波阻抗、相速的概念和多普勒效應(yīng)，掌握 電磁波線極化、圓極化和橢圓極化的判別方法；握導(dǎo)電媒質(zhì)中的均勻平面波的性質(zhì)，了解等離子體的概念；了解群速的概念，理解電磁功率流、坡印廷矢量的概念和坡印廷定理；握反射系數(shù)、駐波、輸入阻抗的概念；會(huì)計(jì)算平面波垂直投射到導(dǎo)體、介質(zhì)和

21、多層媒質(zhì) 的反射和透射問題。握平面波斜投射到導(dǎo)體、理想介質(zhì)界面的反射和透射問題；掌握斯涅爾定律全反射、全 透射、界面相位條件。(三)重點(diǎn)與難點(diǎn)(若不單獨(dú)列出，需在教學(xué)要求中適當(dāng)注明)點(diǎn)掌握均勻平面波在理想介質(zhì)中和在損耗媒質(zhì)中的傳播特性；電磁波的極化特性；均勻 平面波對平面分界面的垂直入射和斜入射反射和透射問題。點(diǎn)是坡印廷矢量的概念和坡印廷定理的理解，極化波的判別，平行極化波和垂直極化波 的反射系數(shù)和透射系數(shù)的計(jì)算。三、學(xué)時(shí)分配及教學(xué)方法章(按序填寫)教學(xué)形式及學(xué)時(shí)分配主要教學(xué)方法支撐的課程目標(biāo)課堂 教學(xué)實(shí)驗(yàn)上 機(jī)課程 實(shí)踐小 計(jì)第一章22講授法目標(biāo)1、2AA- 一工”一 第一早88講授法目標(biāo)2

22、第三章1010講授法、討論法目標(biāo)1、2第四章66講授法、討論法目標(biāo)1、2第五章44講授法、討論法目標(biāo)1、2第八早1010講授法、討論法目標(biāo)1、2第七章66講授法目標(biāo)1、2第八章1010講授法、討論法目標(biāo)1、2合計(jì)5656注：1 .課程實(shí)踐學(xué)時(shí)按相關(guān)專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃列入表格；教學(xué)方法包括講授法、討論法、演示法、研究型教學(xué)方法（基于問題、項(xiàng)目、案例等教學(xué)方法）等。四、課程考核五、課程目標(biāo)達(dá)成度評價(jià)考核形式考核要求考核權(quán) 重支撐的課 程目標(biāo)備注課堂表現(xiàn)以隨機(jī)的形式，在每章內(nèi)容進(jìn)行中或結(jié)束后，隨堂測 試1-3題，主要考核學(xué)生課堂的聽課效果和課后及時(shí) 復(fù)習(xí)消化本章知識的能力，結(jié)合平時(shí)的隨機(jī)點(diǎn)名，進(jìn) 行綜合考核。15%目標(biāo)1、2平時(shí)作業(yè)課后完成60-80個(gè)習(xí)題，主要