《電磁場與電磁波》課程教學大綱通信工程

1、電磁場與電磁波教學大綱一、課程基本信息課程名稱：電磁場與電磁波課程編碼：58083004課程類別：專業(yè)教育必修適用專業(yè)：通信工程開課學期：3-3課程學時：總學時： 64學時；其中理論 48 學時，實驗 16 學時。課程學分：4先修課程：大學物理、模擬電子線路、數(shù)字邏輯電路并修課程： 課程簡介：電磁場與電磁波課程是高等學校通信工程等電子科學與技術類各專業(yè)本科生必修的一門技術基礎課。電磁場與電磁波是通信技術的理論基礎，是通信工程專業(yè)本科學生的知識結構中重要組成部分。本課程包括電磁場與電磁波兩大部分。電磁場部分是在電磁學課程的基礎上，運用矢量分析的方法，描述靜電場和恒定磁場的基本物理概念，在總結基本

2、實驗定律的基礎上給出電磁場的基本規(guī)律，研究靜態(tài)場的解題方法。電磁波部分主要是介紹有關電磁波在各種介質中的傳播規(guī)律及天線的基本理論。二、課程教育目標本課程使學生掌握電磁場的有關定理、定律、麥克斯韋方程等的物理意義及數(shù)學表達式。使學生熟悉一些重要的電磁場問題的數(shù)學模型（如波動方程、拉氏方程等）的建立過程以及分析方法。培養(yǎng)學生正確的思維方法和分析問題的能力，使學生學會用"場"的觀點去觀察、分析和計算一些簡單、典型的場的問題。其教育目標主要表在以下三方面：1、內容方面，應使學生牢固掌握矢量運算，梯度、散度和旋度概念，高斯公式和斯托克司公式；掌握恒定和時變電磁場的麥克斯韋方程組、泊松

3、方程、電磁波的波動方程等；掌握分離變量法、鏡像法、有有界空間中電磁波的求解方法等；理解電磁場的矢勢¦和標勢、規(guī)范變換、規(guī)范不變性、庫侖規(guī)范、洛侖茲規(guī)范、時諧平面電磁波、推遲勢、電磁輻射、截止頻率和諧振頻率等概念。2、能力方面，應使學生學會和掌握如何通過數(shù)學方法求解一些基本和實際問題，對結果給予物理解釋的科學研究方法；使學生在運算能力和抽象思維能力方面受到初步而又嚴格的訓練；培養(yǎng)學生解決和研究問題的能力，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W學風。3、方法方面，著重物理概念、基本規(guī)律和基本問題的解釋和闡述，注意本課程與大學物理電磁學的銜接，以及與后繼課程聯(lián)系，注重解決常見基本問題和實際問題。在

4、幫助學生打下堅實基礎的前提下，堅持教學內容與現(xiàn)代科學技術接軌，使現(xiàn)代科學技術的成果滲透到本課程內容之中，提高學生的興趣，拓寬學生的知識面。 通過本課程的學習，使學生牢固掌握電磁場與電磁波方面的基本概念、基本理論及主要分析方法，具有基本的電磁問題解題能力，對天線理論也要有一定的了解。為以后現(xiàn)代通信技術的學習與應用打下良好的基礎。三、課程教學內容、要求及學時安排第一章 矢量分析【教學內容】1 標量場和矢量場；2 矢量與矢量場的不變特性；3 矢量的通量 散度；4 矢量的環(huán)流 旋度；5 標量場的梯度；6亥姆霍茲定理?！窘虒W要求】1 掌握矢量的各種運算；2掌握散度、旋度、梯度的計算；3掌握圓柱坐標系和球

5、坐標系的計算；4理解高斯定理和斯托克斯定理的重要性；5理解亥姆霍茲定理的意義?！窘虒W方法】【學時】6學時第二章 電磁場中的基本物理量和基本實驗定律【教學內容】1. 電荷與電荷分布；2. 電流與電流密度；3. 電流連續(xù)性方程；4. 電場強度 庫侖定律；5. 安培力定律 磁感應；6. 電場強度的矢量積分公式；7. 磁感應強度的矢量積分公式?！窘虒W要求】1. 掌握電荷分布與電流密度的計算；2. 掌握電場強度的矢量積分公式和磁感應強度的矢量積分公式；3. 理解電流連續(xù)性方程的重要性；4. 理解庫侖定律和安培力定律的意義?！窘虒W方法】【學時】3學時第三章 靜電場分析【教學內容】1. 靜電場分析的基本變量

6、；2. 真空中靜電場的基本方程；3. 電位函數(shù)；4. 泊松方程 拉普拉斯方程；5. 唯一性定理；6. 電極化及極化強度；7. 介質中的高斯定律及邊界條件；8. 恒定電場的基本方程及邊界條件；9. 電場能量及靜電力?！窘虒W要求】1. 掌握真空中靜電場的基本方程；2. 掌握電位函數(shù)的計算；3. 掌握極化強度的計算；4. 掌握電場能量與靜電力的計算；5. 掌握恒定電場的基本方程；6. 理解高斯定律的重要性；7. 理解唯一性定理的意義?！窘虒W方法】【學時】8學時第四章 靜態(tài)場邊值問題的解法【教學內容】1. 直角坐標中的分離變量法；2. 圓柱坐標中的分離變量法；3. 球坐標中的分離變量法；4. 鏡像法。

7、【教學要求】1. 掌握各種坐標系中的分離變量法；2. 掌握各種分界面的鏡像法；3. 了解數(shù)值計算法的意義?！窘虒W方法】【學時】6學時第五章 恒定磁場分析【教學內容】1. 恒定磁場分析的基本變量；2. 真空中磁場的基本方程；3. 矢量磁位；4. 物質的磁化現(xiàn)象與磁化強度；5. 磁介質中磁場的基本方程；6. 磁場的邊界條件；7. 標量磁位；8. 自電感與互電感；9. 磁場能量；10. 磁場力?！窘虒W要求】1. 掌握真空中磁場的基本方程；2. 掌握磁化強度的計算；3. 掌握磁介質中磁場的基本方程；4. 掌握矢量磁位與標量磁位的計算；5. 掌握自電感與互電感的計算；6. 掌握磁場能量與的磁場力計算；7

8、. 理解安培環(huán)路定律的重要性?！窘虒W方法】【學時】8學時第六章 時變電磁場【教學內容】1. 法拉第電磁感應定律；2. 位移電流；3. 麥克斯韋方程；4. 時變電磁場的邊界條件；5. 坡印廷定理和坡印廷矢量；6. 波動方程；7. 動態(tài)矢量位和標量位?！窘虒W要求】1. 掌握麥克斯韋方程及其邊界條件；2. 掌握坡印廷矢量的計算；3. 掌握波動方程的推導；4. 掌握動態(tài)矢量位和標量磁位的計算；5. 理解坡印廷定理的重要性；6. 理解電磁感應定律與全電流定律的意義。【教學方法】【學時】6學時第七章 正弦平面電磁波【教學內容】1. 亥姆霍茲方程；2. 平均坡印廷矢量；3. 理想介質中的均勻平面波；4. 波

9、的極化特性；5. 損耗媒質中的均勻平面波；6. 對平面分界面的垂直入射；7. 對平面分界面的斜入射；8. 相速和群速?！窘虒W要求】1. 掌握平均坡印廷矢量的計算；2. 掌握理想介質中的均勻平面波的計算；3. 掌握損耗媒質中的均勻平面波的計算；4. 理解波的極化特性；5. 理解對平面分界面的垂直入射與斜入射的過程；6. 理解相速和群速?！窘虒W方法】【學時】6學時第八章 導形電磁波【教學內容】1. 沿均勻導波裝置傳播的波的一般特性；2. 矩形波導；3. 矩形波導中的波；4. 圓柱形波導；5. 波導中的能量傳輸與損耗；6. 傳輸線方程及其解；7. 傳輸線上波的傳輸特性參數(shù)；8. 傳輸線的工作狀態(tài)；9

10、. 諧振腔?！窘虒W要求】1. 掌握沿均勻導波裝置傳輸電磁波的基本特性；2. 掌握矩形波導的計算；3. 掌握圓柱形波導的計算；4. 掌握傳輸線上波的傳輸特性參數(shù)的計算；5. 理解諧振腔的工作原理?！窘虒W方法】【學時】5學時四、考核及成績評定（一）命題原則與思想考試試卷應充分體現(xiàn)教學大綱的要求，學生在答題時應感覺到是對全書的概括和總結?？荚噧热輵苷{動學生的主觀能動性和創(chuàng)造性，試卷的難易程度，應視學生整體的素質和水平而定位。試題應讓學生既感到熟悉又感到陌生，但通過必要的思考能正確地解答出來。（二）考試范圍課程內容比例矢量分析15%電磁場中的基本物理量和基本實驗定律10%靜電場分析20%靜態(tài)場邊值問

11、題的解法10%恒定磁場分析15%時變電磁場10%正弦平面電磁波10%導形電磁波10%（三）考核要求電磁場與電磁波課程考試旨在考察學生對電磁場與電磁波基本知識及軟件編程的掌握及熟練運用能力。（四）考核類型1考試方法：考試2記分方式：百分制，滿分為100分3考試時間：100分鐘（五）試題類型可設計題目類型主要包括：名詞解釋；填空題；單選題；多選題；判斷題；簡答題；計算題；綜合題等。（六）試卷結構：客觀題占50%；主觀題占40%，發(fā)揮占10%。（七）成績評定： 考試成績：平時成績30 %+期末考試成績 70 %五、其它說明教學內容根據(jù)社會需求等將實時更新。當前教學內容與時數(shù)分配見下表。教學內容與時數(shù)

12、分配表章次理論內容理論學時實驗內容實驗學時總學時一矢量分析66二電磁場中的基本物理量和基本實驗定律33三靜電場分析88四靜態(tài)場邊值問題的解法6等量同號點電荷電場39五恒定磁場分析8等量異號點電荷的電勢分布311六時變電磁場6直線電荷與共面圓弧電荷之間的相互作用力分析39七正弦平面電磁波6理想介質中均勻平面電磁波的傳播39八導行電磁波5使用m語言對電磁場的仿真49合計48 1664六、參考資料1 鄒澎，周曉萍.電磁場與電磁波.北京:清華大學出版社,20082 鄒澎，周曉萍.電磁場與電磁波教學指導習題解答與實驗.北京:清華大學出版社,20093 楊儒貴. 電磁場與電磁波(第2版)教學指導書. 北京

13、：高等教育出版社，20084 符果行. 電磁場與電磁波基礎教程.北京：電子工業(yè)出版社，20095 Cheng,D.K. 電磁場與電磁波(第2版).北京:清華大學出版社,20076 王家禮. 電磁場與電磁波(第三版).西安:西安電子科技大學出版社,20097 趙昌友. 電磁場與電磁波.北京: :化學工業(yè)出版社,20108 蘇新彥. 電磁場與電磁波.北京：國防工業(yè)出版社，20109 馮恩信. 電磁場與電磁波(第3版).西安：西安交通大學出版社，201010 焦其祥. 電磁場與電磁波(第二版).北京：科學出版社，201011 楊儒貴. 電磁場與電磁波(第2版). 北京：高等教育出版社，2010課程負

14、責人 ：張梅教研室負責人：楊潤標學院領導：左國超電磁場與電磁波實驗教學大綱一、課程基本信息課程名稱：電磁場與電磁波課程編碼：58083004適用專業(yè)：通信工程開課學期：3-3課程類型：非獨立設課課程學時：非獨立設課：總學時 64 學時（其中理論課 48 學時，實驗課 16 學時）課程學分：4先修課程：大學物理、模擬電子線路、數(shù)字邏輯電路并修課程：內容簡介：電磁場與電磁波課程屬于通信工程專業(yè)基礎課之一，其實驗內容主要利用MATLAB仿真軟件進行相關的實驗，通過實驗將理論分析與實際編程仿真相結合，以理論指導實踐，主要實驗內容主要包括：等量同號點電荷電場、等量異號點電荷的電勢分布、直線電荷與共面圓弧

15、電荷之間的相互作用力分析、 理想介質中均勻平面電磁波的傳播、使用m語言對電磁場的仿真。二、實驗課程的性質與任務本課程屬于專業(yè)教育必修課程，實驗課程的主要目的在于使學生更加深刻的理解電磁場理論的基本數(shù)學分析過程，通過實驗環(huán)節(jié)將課程中所學習到的理論加以應用。受目前實驗室設備條件的限制，目前通過實驗將理論分析與實際編程仿真相結合，以理論指導實踐，提高學生的分析問題、解決問題等能力以及通過有目的的選擇完成實驗，使學生進一步鞏固理論基本知識，建立電磁場與電磁波理論完整的概念。三、實驗項目實驗一 等量同號點電荷電場1實驗類別：專業(yè)2實驗類型：驗證3學時：34實驗的目的和要求：(1) 掌握MATLAB仿真的

16、基本流程與步驟；(2) 掌握等量同號點電荷電場的分布情況；(3) 理解MATLAB數(shù)據(jù)表示、運算符和表達式；(4) 理解等量同號點電荷電場的電場線方程。5實驗內容或原理(1) 建立等量同號點電荷電場的電場線方程；(2) 使用M文件編輯器，編程實現(xiàn)同號點電荷電場線的繪制。6實驗步驟(1) 建立等量同號點電荷電場的電場線方程；(2) 使用M文件編輯器，編程實現(xiàn)同號點電荷電場線的繪制；(3) 動手設計一個二點電荷位于(-1,0)和(1,0) ，同號點電荷電場線的繪制程序，并畫出繪制圖形。7實驗中主要使用的儀器、設備：計算機、Matlab仿真軟件8實驗材料：無9實驗安全和注意事項：注意用電安全和代碼編

17、寫語法實驗二 等量異號點電荷的電勢分布1實驗類別：專業(yè)2實驗類型：驗證3學時：34實驗的目的和要求：(1) 掌握等量異號點電荷的電勢分布；(2) 掌握二維網(wǎng)格和三維曲面繪圖的語句；(3) 掌握命令窗口中直接輸入語句。5實驗內容或原理(1) 建立等量異號點電荷的電勢方程；(2) 利用MATLAB的函數(shù), 繪制等量異號點電荷的電勢分布圖。6實驗步驟(1) 建立等量異號點電荷的電勢方程；(2) 利用MATLAB的函數(shù), 繪制等量異號點電荷的電勢分布圖；(3) 要求在命令窗口中輸入相應語句，設計一個二點電荷位于(-3,0)和(3,0) ，等量異號點電荷電勢分布圖的程序，要求用方法分別實現(xiàn)，并畫出繪制圖

18、形。7實驗中主要使用的儀器、設備：計算機、Matlab仿真軟件8實驗材料：無9實驗安全和注意事項：注意用電安全和代碼編寫語法實驗三 直線電荷與共面圓弧電荷之間的相互作用力分析1實驗類別：專業(yè)2實驗類型：驗證3學時：34實驗的目的和要求：(1) 掌握MATLAB仿真的基本流程與步驟；(2) 掌握靜電場的基本分析方法與基本性質；(3) 理解矢量積分法在靜電場分析中的應用；(4) 了解數(shù)值分析手段在電磁場分析中的應用。5實驗內容或原理(1) 繪制對于不同的圓弧，電場力與距離之間的變化規(guī)律示意圖；(2) 結合所繪制的示意圖，分析電場力與距離之間的變化規(guī)律。6實驗步驟(1) 推導直線電荷與共面圓弧電荷之

19、間的相互作用力公式；(2) 詳細討論圓弧的大小和兩者之間的距離與電場力之間的關系；(3) 取圓弧的角度為參數(shù)，顯示力與兩者之間距離的曲線族；(4) 結合曲線族分析作用力關系。7實驗中主要使用的儀器、設備：計算機、Matlab仿真軟件8實驗材料：無9實驗安全和注意事項：注意用電安全和代碼編寫語法實驗四 理想介質中均勻平面電磁波的傳播1實驗類別：專業(yè)2實驗類型：驗證3學時：34實驗的目的和要求：(1) 掌握理想介質中的波動方程；(2) 掌握理想介質中均勻平面波的性質；(3) 理解理想介質中電場、磁場、坡印亭矢量之間的關系；(4) 理解平面電磁波的傳播過程。5實驗內容或原理(1) 推導理想介質中的波

20、動方程；(2) 繪制理想介質中電場、磁場、坡印亭矢量之間的關系示意圖；(3) 動畫顯示平面電磁波的傳播過程；(4) 分析理想介質中均勻平面波的性質。6實驗步驟(1) 理論上推導理想介質中的波動方程；(2) 假設電場極化方向為y軸方向，繪制理想介質中電場示意圖。(3) 假設波的傳播方向沿軸方向，繪制電場、磁場、坡印亭矢量之間的關系示意圖。(4) 動畫顯示平面電磁波的傳播過程。7實驗中主要使用的儀器、設備：計算機、Matlab仿真軟件8實驗材料：無9實驗安全和注意事項：注意用電安全和代碼編寫語法實驗五 使用m語言對電磁場的仿真1實驗類別：專業(yè)2實驗類型：驗證3學時：44實驗的目的和要求：(1) 掌握環(huán)形載流回路周圍空間的磁場分布情況；(2) 掌握m文件調試方法；(3) 掌握利用m語言仿真分析電磁場分布。5實驗內容或原理(1) 建立環(huán)形載流回路周圍空間的磁場分布情況；(2) 應用MATLAB對半徑為a的環(huán)形載流回路周圍空間的磁場分布進行仿真分析。6實驗步驟(1) 建立環(huán)形載流回路周圍空間的磁場分布情況；(2) 應用MATLAB對半徑為a的環(huán)形載流回路周圍空間的磁場分布進行仿真分析。(3) 設計編寫程序，如果B