《電磁場理論》教學大綱

1、電磁場理論Theory of Electromagnetic Field一、課程基本情況課程類別：學科基礎課課程學分：3學分課程總學時：48學時，其中講課：48學時課程性質：必修開課學期：第4學期先修課程：高等數(shù)學，數(shù)理方程與矢量場論，復變函數(shù)，常微分方程，大學物理適用專業(yè)：安全科學與工程（雷電科學與技術）電子信息工程、電子與通信工程、電氣工程等專業(yè)本科生教 材：電磁場與電磁波高等教育出版社，謝處方、饒克謹編著，2009年，第四版。開課單位：大氣物理學院雷電科學與技術系。二、課程性質、教學目標和任務課程性質：本課程是安全工程專業(yè)的核心基礎課，是今后從事雷電防護工程以及相關專業(yè)的基礎。無論是工頻

2、信號強電、弱電防護，還是雷電超高壓大電流防護技術以及相關的電磁信號的探測和定位技術等等，都需要具備扎實的電磁場理論基礎知識。同時，考慮到本科生就業(yè)和繼續(xù)攻讀學位等培養(yǎng)目標的實現(xiàn)，需要在本科階段奠定堅實的電磁場基礎知識，這對學生今后的發(fā)展是非常重要的，也是學生從事相鄰專業(yè)或學科的基本條件。課程目標：宏觀電磁場理論的核心內容是麥克斯韋方程，本課程的目標主要是要求學生全面、深入地了解麥克斯韋方程組的物理內涵和邊界條件。本課程主要包括靜態(tài)電磁場與時變電磁場兩大部分內。靜態(tài)電磁場部分從基本的實驗定律出發(fā)給出靜態(tài)電磁場的分析方法，是本課程的基礎。時變電磁場部分介紹麥克斯韋方程，并由麥克斯韋方程導出波動方程

3、。正弦平面電磁波是研究一般時變電磁場的基礎，課程介紹了平面電磁波的傳播特性以及在分界面上的反射透射等問題。導行電磁波在微波技術中有重要的應用，而電磁波輻射是電磁波的產生的振蕩源。課程任務：本課程的主要任務是為本專業(yè)其他核心課程的學習奠定基礎，掌握本課程后，能夠為電子、電工類專業(yè)課的學習奠定堅實基礎，提高在工程電磁場方面的應用科研能力。要求學生能夠全面系統(tǒng)的掌握電磁場與電磁波的基本概念、基本理論和基本方法，具有具備較強的分析問題與解決問題的能力三、教學內容和要求1矢量分析（4 學時）（1）掌握矢量場的基本概念、矢量的數(shù)學運算法則；（2）熟悉矢量場的三度分析運算(梯度、散度和旋度)；（3）理解矢量

4、場三度運算的物理意義，理解三度和通量以及旋量的區(qū)別和聯(lián)系；（4）了解格林函數(shù)和亥姆霍茲定理的基本數(shù)學運算和物理意義；（5）初步了解矢量運算在電磁場理論中的作用，初步了解電磁場是張量場，研究和描述電磁場和帶電粒子的相互作用離不開矢量數(shù)學運算；重點和難點：三度運算（散度、旋度和梯度）及其物理意義。電磁場的基本規(guī)律（8學時）（1）掌握電磁場的基本規(guī)律，能利用電磁場的基礎知識解釋一些大氣放電現(xiàn)象；（2）熟悉麥克斯韋方程組的積分和微分形式，以及方程組的推導和深刻的物理意義；（3）理解介質的極化和磁化，能很好的借助外界電場分析計算介質的極化電荷和磁化電流分布；（4）了解電磁場的邊界條件，以及不同的邊界條件

5、對電磁場各個分量的影響；（5）初步了解電磁場理論在雷電科學與技術中的作用，能舉例說明防雷工程設計中的電磁現(xiàn)象； 重點：麥克斯韋方程的建立及其物理意義；難點：電磁場的邊界問題靜態(tài)電磁場及其邊值問題的解（8學時）（1）掌握靜電場的基本問題是求滿足邊界條件的泊松方程；（2）熟悉靜電場的三種解法：鏡像法、分離變量法和有限差分法；（3）理解恒定電場和靜電場的區(qū)別和聯(lián)系；（4）了解唯一性定理及其深刻的物理含義，并初步學會應用唯一性定理解決一些特殊的靜電場問題；（5）初步了解導電介質中的電場分布；重點：泊松方程的建立；難點：分離變量法；恒定電場和靜電場的區(qū)別和聯(lián)系。時變電磁場（6學時）（1）掌握時變電磁場的

6、波動方程；（2）熟悉時諧電磁波的復數(shù)表示，熟悉復電容率和復磁導率；（3）理解電磁場能量守恒定律；（4）了解唯一性定理；（5）初步了解電磁場頻域和時域變換，了解傅里葉變換和傅里葉逆變換；重點：時變電磁場的波動方程；難點：復電容率的物理意義；電磁場頻域和時域變換。均勻平面波在無界空間中的傳播（6學時）（1）掌握均勻平面波的基本概念；（2）熟悉均勻平面波的極化和在無界空間中的傳播；（3）理解均勻平面是最簡單的一種電磁波模型，是時諧電磁波在遠距離的近似；（4）了解均勻平面波在導電介質中的傳播；（5）初步了解色散和群速度；重點：平面波的極化和傳播；難點：色散和群速度。均勻平面波的反射和折射（6學時）（1

7、）掌握均勻平面波的反射和折射基本概念，如反射系數(shù)、投射系數(shù)和全反射等；（2）熟悉均勻平面波在理想導體表面的反射和趨膚效應；（3）理解不同極化波在理想導體表面的入射和反射特征；（4）了解多層介質對均勻平面波如何和反射的影響；（5）初步了解電導率分層的介質對平面電磁場傳播的影響；重點：電磁波的反射和折射、趨膚效應；難點：電導率分層對平面電磁場傳播的影響。導行電磁波（4學時）（1）掌握導行電磁波的基本概念；（2）熟悉TEM波、TE波和TM波的傳播特點及其與導行形狀的關系；（3）理解圓柱形波導播的傳播特性；（4）了解同軸波導中的高次模；（5）初步了解傳輸線方程及其工作參數(shù)等；重點和難點：TEM波、TE波和TM波的傳播特點及其與導行形狀的關系。電磁輻射（6學時）（1）掌握滯后勢，能利用光速的有限性正確理解推遲勢因子的作用；（2）熟悉電偶極子輻射的一般特點，能熟練地根據(jù)輻射波長與傳播距離之間的關系，劃分近區(qū)和遠區(qū)場；（3）理解電與磁的對偶性；（4）了解磁偶極子輻射；（5）初步了解天線的基本參數(shù)；重點：滯后勢和電偶極輻射的一般特點，及其遠區(qū)和近區(qū)場的劃分；難點：理解電與磁的對偶性四、課程考核（1）作業(yè)等：作業(yè)：45次，課程論文：1篇；（2）考核方式：閉卷考試（3）總評成績計算方式：平時成績30%+期末考