《工程電磁場》復(fù)習(xí)提綱

1、工程電磁場復(fù)習(xí)提綱2010-2一、課程的教學(xué)目標(biāo)與任務(wù)目標(biāo)：通過本課程的學(xué)習(xí)，掌握電磁場理論的基礎(chǔ)知識，為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。任務(wù)：課程主要內(nèi)容包括：靜電場，恒定電場和恒定磁場，靜態(tài)場的解，時變電磁場，平面電磁波。二、課程內(nèi)容及基本要求(一) 靜電場具體內(nèi)容：靜電場的基本方程，泊松方程和拉普拉斯方程，電偶極子的電場，電介質(zhì)中的場方程，靜電場的邊界條件，靜電場中的導(dǎo)體，靜電場的能量，電場力。1.基本要求（1）掌握靜電場的基本理論和表征方法。（2）掌握泊松方程和拉普拉斯方程。2.重點、難點重點：靜電場，泊松方程。難點：電容，靜電場能量。3.說明：在該部分內(nèi)容開始階段，應(yīng)該用1小時左右講述電磁場

2、理論的概述（二）恒定電場和恒定磁場具體內(nèi)容：恒定電場的基本概念，恒定電場的基本方程和邊界條件，恒定電場與靜電場，磁場、磁感應(yīng)強度，恒定磁場的基本方程，矢量磁位，磁偶極子，磁介質(zhì)中的場方程，恒定磁場的邊界條件，標(biāo)量磁位，電感，恒定磁場的能量，磁場力。1.基本要求（1）掌握恒定電磁場的基本概念，磁場、磁感應(yīng)強度。（2）掌握電場和磁場之間的關(guān)系。（3）掌握恒定電場和恒定磁場的方程。2.重點、難點重點：恒定電磁場，磁場、磁感應(yīng)強度, 恒定磁場的基本方程。難點：磁偶極子，標(biāo)量磁位，磁場力。3.說明：該部分為時變電磁場奠定基礎(chǔ)。（三）靜態(tài)場的解具體內(nèi)容：邊值問題的分類，唯一性定理，鏡像法，直角坐標(biāo)系中的分

3、離變量法，圓柱坐標(biāo)系中的分離變量法，球坐標(biāo)系中的分離變量法，復(fù)變函數(shù)法，格林函數(shù)法，有限差分法。1.基本要求（1）了解邊值問題的分類，靜態(tài)場的一般求解方法。（2）掌握分離變量法，有限差分法。2.重點、難點重點：邊值問題，分離變量法，有限差分法。難點：分離變量法，有限差分法。3.說明：該內(nèi)容為學(xué)生講述如何得到靜態(tài)場的解析解和數(shù)值解。（四）時變電磁場具體內(nèi)容：法拉第電磁感應(yīng)定律，位移電流，麥克斯韋方程組，時變電磁場的邊界條件，時變電磁場的能量與能流，正弦電磁場，波動方程，時變電磁場的位函數(shù)。1.基本要求（1）掌握位移電流的概念及其表征。（2）掌握時變電磁場的基本概念和麥克斯韋方程組。（5）了解波動

4、方程。2.重點、難點重點：位移電流，麥克斯韋方程組。難點：時變電磁場的位函數(shù)。3.說明：該部分內(nèi)容使學(xué)生掌握時變電磁場的基本概念和表征。（五）平面電磁波具體內(nèi)容：無耗媒質(zhì)中的平面電磁波，導(dǎo)電媒質(zhì)中的平面電磁波，電磁波的極化，電磁波的色散和群速，各向異性媒質(zhì)中的平面電磁波，電磁波在介質(zhì)分界面上的反射與折射，電磁波在導(dǎo)體表面上的反射與折射。1.基本要求（1）了解平面電磁波的特征。（2）掌握平面電磁波在介質(zhì)中的反射與折射。2.重點、難點重點：平面電磁波在介質(zhì)中的反射與折射。難點：媒質(zhì)中的色散，極化的判定，各向異性介質(zhì)中的電磁波傳播。3.說明：該部分主要講述平面電磁波在介質(zhì)中轉(zhuǎn)播和界面有關(guān)問題。三、一

5、些基本問題：一、矢量分析與場論基礎(chǔ)1. 矢量及矢量的基本運算；2. 場的概念、矢量場和標(biāo)量場；3. 源的概念、場與源的關(guān)系；4. 標(biāo)量函數(shù)的梯度，梯度的意義；5. 正交曲線坐標(biāo)系的變換，拉梅系數(shù)；6. 矢量場的散度，散度的意義與性質(zhì)；7. 矢量函數(shù)的旋度，旋度的意義與性質(zhì)8. 正交曲線坐標(biāo)系中散度的計算公式；9. 矢量場的構(gòu)成，Helmholtz定理；10. 正交曲線坐標(biāo)系中散度的計算公式。二、 宏觀電磁場實驗定律1. 庫侖定律，電場的定義，電場的力線； 2. 靜電場的性質(zhì)（靜電場的散度、旋度及電位概念）；3. Ampere定律；磁感應(yīng)強度矢量的定義，磁場的力線；4. 恒定電流磁場的性質(zhì)（磁場

6、的散度、旋度和矢勢概念）；5. Faraday電磁感應(yīng)定律，電磁感應(yīng)定律的意義；6. 電流連續(xù)原理（或稱為電荷守恒定律）7. 電磁場與帶電粒子的相互作用力，Lorentz力公式。三、 介質(zhì)的電磁性質(zhì)1. 電磁場與介質(zhì)的相互作用的物理過程；2. 介質(zhì)極化，磁化、傳導(dǎo)的宏觀現(xiàn)象及其特點；3. 介質(zhì)的極化現(xiàn)象及其描述方法，電位移矢量；4. 介質(zhì)的磁化現(xiàn)象及其描述方法，磁場矢量；5. 介質(zhì)的傳導(dǎo)現(xiàn)象及其描述方法，歐姆定律；6. 介質(zhì)的基本分類方法及電磁特性參數(shù)與物質(zhì)本構(gòu)方程；7. 極化電流、磁化電流與傳導(dǎo)電流產(chǎn)生原因及其異同點；8. 介質(zhì)的色散及其產(chǎn)生的原因，色散在通信中帶來的問題；四、宏觀Maxwe

7、ll方程組1. 靜態(tài)電磁場與電流連續(xù)性原理的矛盾；2. 位移電流概念及其意義；3. 宏觀電磁場運動的Maxwell方程組；4. Maxwell方程組的物理意義；5. 宏觀Maxwell的微分形式、積分形式、邊界條件；6. 宏觀Maxwell方程組的完備性；7. 電磁波方程、基本解及其基本性質(zhì)。五、靜態(tài)電磁場1. 電位（勢）函數(shù)與電場的關(guān)系，靜電場方程；2. 磁矢勢與恒定電流磁場，磁矢勢的方程；3. 磁場的標(biāo)量位函數(shù)，磁標(biāo)位及其方程；4. 靜態(tài)電磁場的邊界條件；5. 導(dǎo)體系統(tǒng)的電容； 6. 載流線圈的電感；7. 靜態(tài)電磁場的能量；8. 靜態(tài)電磁場中導(dǎo)體系受力。六、 靜態(tài)電磁場的求解1. 靜態(tài)電磁

8、場的基本問題；2. 靜態(tài)電磁場唯一性定理及其意義；3. 分離變量的主要思想、方法和關(guān)鍵問題；4. 積分變換的主要思想、方法和關(guān)鍵問題；5. Green函數(shù)方法的基本原理和物理意義；6. Green函數(shù)的互易性原理及其意義；7. Green函數(shù)方法求解基本問題的解； 8. 鏡像法的原理，應(yīng)用條件和物理意義；9. 應(yīng)用鏡像法求靜態(tài)電磁場典型問題的解。七、 勢函數(shù)的展開及應(yīng)用1. 靜電場勢函數(shù)的電多極矩展開；2. 電多極矩的定義及意義；3. 小電荷體系與外場相互作用能；4. 應(yīng)用虛功原理及其在電磁場體系受力和力矩的應(yīng)用。八、 時變電磁場1. 時變電磁場的基本方程和基本問題； 2. 時變電磁場的勢函數(shù)

9、；勢函數(shù)的非唯一性原因；3. 規(guī)范變換與規(guī)范變換的不變性；4. 庫侖規(guī)范，Lorentz規(guī)范變換；5. DAlembert方程及其解，推遲勢的物理意義；6. 電磁場的能量和能流密度Poynting定理；7. 電磁波傳輸系統(tǒng)工作原理；8. 時變電磁場與時諧電磁場的關(guān)系；9. 時變電磁場的時諧展開及其意義；10. 時諧電磁場的勢函數(shù)及其方程；11. 為什么時諧電磁場不需要初始條件；12. 時變電磁場的初始條件及其影響。九、 時諧電磁場的求解方法1. 無界空間時諧電磁場的基本解，平面電磁波；2. 平面電磁波的基本性質(zhì)；產(chǎn)生這些性質(zhì)的物理原因；3. 平面電磁波的極化特性及其描述方法；4. 時諧電磁場的

10、分離變量方法及其原理；5. 時諧電磁場的積分變換方法及其原理；6. 時諧電磁場的Green函數(shù)方法及其原理；7. 時諧電磁場的鏡像原理方法及其原理；8. 無源空間時諧電磁場的獨立分量。十、 電磁波的輻射1. 電磁波輻射的機理、過程與計算公式；2. 輻射場的三個區(qū)域劃分方法，場的結(jié)構(gòu)與特點；3. 電（磁）偶極子的輻射特性；4. 電（磁）偶極子不同輻射能力的物理原因；5. 天線輻射電磁波的極化特性； 6. 天線的基本概念、基本參數(shù)及其意義；7. 相控陣天線的基本概念，工作原理及其應(yīng)用；8. 設(shè)計輻射圓極化電磁波的天線系統(tǒng)。十一、 廣義Maxwell方程組1. Maxwell方程的對稱性，對偶原理；

11、2. 對偶原理在對偶方程求解中的應(yīng)用（電磁的對偶性）；3. 廣義Maxwell方程組，等效磁荷和磁流概念；4. 等效磁荷和磁流的物理意義及其等效方法；5. 應(yīng)用廣義Maxwell方程組求解縫隙天線的輻射；6. 時變電磁場的鏡像原理、方法與應(yīng)用；7. 縫隙天線及其輻射性質(zhì)。十二、 電磁波的傳播1. 電磁波波阻抗概念，等效阻抗及其應(yīng)用；2. 平面波的反射、折射及應(yīng)用，全反射現(xiàn)象；3. 導(dǎo)電介質(zhì)中的電荷分布特點； 4. 導(dǎo)電介質(zhì)中電磁波方程，復(fù)介電常數(shù)；5. 導(dǎo)電介質(zhì)中波矢量，衰減常數(shù)、相位常數(shù)；6. 導(dǎo)電介質(zhì)中電磁波的傳播特點，趨膚效應(yīng)；7. 導(dǎo)電介質(zhì)中電場、磁場的能量關(guān)系；8. 電磁波相速度、群速度和能量傳播速度；9. 色散介質(zhì)中電磁波信號傳播的特點和問題；10. 電磁波的繞射現(xiàn)象，Huygens-Fresnel原理；11. Kirchhoff公式，小孔衍射；12. 電離層的形成及其基本常數(shù)，等離子體的基本特性；13. 磁化等離子體的張量介電常數(shù)；14. 電離層中平面電波傳播基本特點及應(yīng)用。十三、 電磁波的傳輸1. 電磁波的傳輸與傳播之間的異同點；2. 電磁波傳輸系統(tǒng)應(yīng)具有那些特