山東大學(xué)《電磁學(xué)》 教學(xué)大綱

1、電磁學(xué) 教學(xué)大綱電磁學(xué)是研究電、磁和電磁的相互作用現(xiàn)象，及其規(guī)律和應(yīng)用的物理學(xué)分支學(xué)科，是物理學(xué)專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,屬于經(jīng)典物理學(xué)范疇，電磁理論的形成距今將近一百五十多年的歷史，是最基礎(chǔ)、最成熟的基礎(chǔ)物理課程之一。根據(jù)近代物理學(xué)的觀點，磁的現(xiàn)象是由運動電荷所產(chǎn)生的，因而在電學(xué)的范圍內(nèi)必然不同程度地包含磁學(xué)的內(nèi)容。所以，電磁學(xué)和電學(xué)的內(nèi)容很難截然劃分，而“電學(xué)”有時也就作為“電磁學(xué)”的簡稱。 早期，由于磁現(xiàn)象曾被認為是與電現(xiàn)象獨立無關(guān)的，同時也由于磁學(xué)本身的發(fā)展和應(yīng)用，如近代磁性材料和磁學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新的磁效應(yīng)和磁現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用等等，使得磁學(xué)的內(nèi)容不斷擴大，所以磁學(xué)在實際上也就作為一門

2、和電學(xué)相平行的學(xué)科來研究了。電磁現(xiàn)象是自然界存在的一種極為普遍的現(xiàn)象，它涉及到很廣泛的領(lǐng)域，電的研究和應(yīng)用在認識客觀世界和改造客觀世界中展現(xiàn)了巨大的活力。因此，電磁學(xué)課程還是理科和技術(shù)學(xué)科的一門重要基礎(chǔ)課。 電磁學(xué)從原來互相獨立的兩門科學(xué)(電學(xué)、磁學(xué))發(fā)展成為物理學(xué)中一個完整的分支學(xué)科，主要是基于兩個重要的實驗發(fā)現(xiàn)，即電流的磁效應(yīng)和變化的磁場的電效應(yīng)。這兩個實驗現(xiàn)象，加上麥克斯韋關(guān)于變化電場產(chǎn)生磁場的假設(shè)，奠定了電磁學(xué)的整個理論體系，發(fā)展了對現(xiàn)代文明起重大影響的電工和電子技術(shù)。 麥克斯韋電磁理論的重大意義，不僅在于這個理論支配著一切宏觀電磁現(xiàn)象(包括靜電、穩(wěn)恒磁場、電磁感應(yīng)、電路、電磁波等等)

3、，而且在于它將光學(xué)現(xiàn)象統(tǒng)一在這個理論框架之內(nèi)，深刻地影響著人們認識物質(zhì)世界的思想。 電子的發(fā)現(xiàn)，使電磁學(xué)和原子與物質(zhì)結(jié)構(gòu)的理論結(jié)合了起來，洛倫茲的電子論把物質(zhì)的宏觀電磁性質(zhì)歸結(jié)為原子中電子的效應(yīng)，統(tǒng)一地解釋了電、磁、光現(xiàn)象。 和電磁學(xué)密切相關(guān)的是經(jīng)典電動力學(xué)，兩者在內(nèi)容上并沒有原則的區(qū)別。一般說來，電磁學(xué)偏重于電磁現(xiàn)象的實驗研究，從廣泛的電磁現(xiàn)象研究中歸納出電磁學(xué)的基本規(guī)律；經(jīng)典電動力學(xué)則偏重于理論方面，它以麥克斯韋方程組和洛倫茲力為基礎(chǔ)，研究電磁場分布，電磁波的激發(fā)、輻射和傳播，以及帶電粒子與電磁場的相互作用等電磁問題，也可以說，廣義的電磁學(xué)包含了經(jīng)典電動力學(xué)。 電磁學(xué)課程的主要內(nèi)容包括：真

4、空中靜電場的基本規(guī)律，靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)，恒定電流，恒定電流的磁場，恒定電流的磁場與磁介質(zhì)，電磁感應(yīng)和暫態(tài)過程，單相交流電，電磁場和電磁波。近些年來，我們課程組通過對物理系電磁學(xué)教學(xué)方法的探索和實踐，突出一條主線、抓住物理和數(shù)學(xué)結(jié)合、理論和實驗結(jié)合、電磁學(xué)與物理學(xué)史結(jié)合、電磁學(xué)與近代理論、技術(shù)結(jié)合，實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容現(xiàn)代化。啟發(fā)式與討論式并舉、指導(dǎo)式與研究式并舉、質(zhì)疑式與交談式并舉、驗證性實驗與設(shè)計性實驗并舉實現(xiàn)教學(xué)方法現(xiàn)代化。運用多媒體教學(xué)實現(xiàn)多種交互做到教學(xué)手段現(xiàn)代化。改變傳統(tǒng)考核方式實行網(wǎng)絡(luò)考試和口試方法，實現(xiàn)教學(xué)考核現(xiàn)代化。激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新精神，促進了本課

5、程的建設(shè)，提高了電磁學(xué)的教學(xué)質(zhì)量。一、 課程編號：0123204710二、 課程名稱：電磁學(xué)（Electromagnetism）三、 總 學(xué) 分：4四、 總學(xué)時：64 其中：理論學(xué)時：64實驗學(xué)時：0五、 適用專業(yè)：光信、電科六、 本課程與其它課程的關(guān)系 先修課程：高等數(shù)學(xué)、力學(xué)與分子物理學(xué) 后續(xù)課程：物理光學(xué)、模擬電子技術(shù)、電動力學(xué)、光波導(dǎo)理論、激光原理與技 術(shù)、光纖通信、信號與系統(tǒng)七、 課程教學(xué)目的 通過本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生能夠掌握有關(guān)靜電場、恒定磁場、恒定電流與交流電路、電磁感應(yīng)以及麥克斯韋電磁理論等基本理論，并能應(yīng)用這些理論解決有關(guān)問題。八、 課程教學(xué)的基本要求1. 掌握庫侖定律、靜

6、電場的高斯定理，正確理解電場強度、電勢的概念，掌握電場強度、電勢的各種計算方法。2. 掌握導(dǎo)體的靜電平衡條件及電介質(zhì)的極化規(guī)律，了解導(dǎo)體和電介質(zhì)與電場的相互作用，掌握電容、電容器及電場能量的計算方法。3.理解電流的連續(xù)方程及恒定條件，掌握電流密度矢量的概念及歐姆定律的微分形式。4. 理解電動勢的概念，掌握簡單電路和復(fù)雜電路的分析方法，熟練運用基爾霍夫方程組分析電路，理解電壓源與電流源，掌握等效電源定理和疊加定理。5. 掌握畢奧-薩伐爾定律及安培環(huán)路定理，掌握磁感應(yīng)強度的概念及其計算方法，熟悉帶電粒子在均勻磁場中的運動規(guī)律。6. 掌握法拉第電磁感應(yīng)定律，了解各種電磁感應(yīng)現(xiàn)象，掌握動生電動勢、感生

7、電動勢的計算方法，掌握自感和互感及自感磁能和互感磁能的計算方法，熟悉LR電路和RC電路的暫態(tài)過程。7. 掌握磁場強度矢量的概念，熟悉磁場的邊界條件，掌握磁場能量的計算方法。8. 掌握交流電路中各元件的數(shù)學(xué)表示式，熟悉交流電路的矢量圖解法和復(fù)數(shù)解法，掌握復(fù)阻抗、功率因數(shù)及功率的計算方法，掌握串、并聯(lián)諧振電路及品質(zhì)因數(shù)Q值，熟悉交流電橋的平衡條件，了解變壓器原理及三相交流電。9. 理解位移電流的概念，掌握麥克斯韋方程組的微分形式及坡印廷矢量。九、 課程基本內(nèi)容及學(xué)時分配第一章 靜電場（10學(xué)時）其中：庫侖定律、電場強度的概念以及高斯定理等有關(guān)電場強度的計算占6學(xué)時，電勢差和電勢的概念以及相應(yīng)的計算

8、占4學(xué)時。第二章 靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)（8學(xué)時） 其中：導(dǎo)體的靜電平衡條件和導(dǎo)體上電荷的分布占2學(xué)時，電介質(zhì)的極化規(guī)律、極化電荷面密度和極化物質(zhì)引起的電場占4學(xué)時，電容器電容的計算、電容器的儲能以及電場的能量和能量密度占2學(xué)時。第三章 恒定電流（9學(xué)時） 其中：電流密度矢量、電流的連續(xù)方程和恒定條件以及歐姆定律的微分形式占2學(xué)時，非靜電力與電源、電源的路端電壓和輸出功率占2學(xué)時，簡單電路和電勢差計占1學(xué)時，基爾霍夫方程組占 2學(xué)時，等效電源定理和疊加定理占2學(xué)時。第四章 恒定磁場（9學(xué)時） 其中：安培定律、畢奧-薩伐爾定律、磁感應(yīng)強度矢量的概念和計算占3學(xué)時，安培環(huán)路定理及其應(yīng)用占2學(xué)時，安

9、培力及矩形載流線圈在均勻磁場中所受的力矩占2學(xué)時，洛侖茲力及帶電粒子在均勻磁場中的運動占2學(xué)時。第五章 電磁感應(yīng)和暫態(tài)過程（8學(xué)時） 其中：楞次定律和法拉第電磁感應(yīng)定律占2學(xué)時，動生電動勢和感生電動勢的計算占2學(xué)時，互感和自感及自感磁能和互感磁能占2學(xué)時，暫態(tài)過程占2學(xué)時。第六章 磁介質(zhì)（6學(xué)時） 其中：磁介質(zhì)的磁化規(guī)律、磁場強度矢量以及磁場的邊界條件占3學(xué)時，磁路定理、磁場的能量和能量密度占3學(xué)時。第七章 交流電（10學(xué)時） 其中：矢量圖解法和交流電路的復(fù)數(shù)解法占3學(xué)時，復(fù)雜交流電路及交流電的功率占2學(xué)時，串、并聯(lián)諧振電路及交流電橋占2學(xué)時，變壓器原理、三相交流電占3學(xué)時。第八章 麥克斯韋電

10、磁理論和電磁波（4學(xué)時） 其中：位移電流、麥克斯韋方程組的微分形式占2學(xué)時，平面電磁波及坡印廷矢量占 2學(xué)時。十、 教學(xué)重點、難點第一章：電場強度和電勢的概念及其各種計算方法第二章：導(dǎo)體上電荷的分布，電介質(zhì)的極化規(guī)律，極化電荷面密度和極化物質(zhì)引起的電場的計算方法第三章：電流密度矢量的概念，歐姆定律的微分形式，電流的連續(xù)方程及 恒定條件，基爾霍夫方程組的應(yīng)用，電壓源和電流源，等效電源定理及疊加定理第四章：磁感應(yīng)強度矢量的概念和各種計算方法第五章：動生電動勢和感生電動勢的計算方法，暫態(tài)過程的求解方法第六章：磁場強度矢量和磁化電流的概念及其計算方法第七章：交流電路的復(fù)數(shù)解法，復(fù)阻抗、功率因數(shù)及功率的

11、計算方法，串、并聯(lián)諧振電路及三相交流電第八章：位移電流的引入，麥克斯韋方程組的微分形式及坡印廷矢量的計算方法十一、 主要教學(xué)形式（方法） 根據(jù)本課程內(nèi)容的特點，為了使同學(xué)們更好地理解和掌握基本概念和基本理論，本課程在講授過程中安排了很多習(xí)題課，因此課堂教學(xué)采用多媒體與板書相結(jié)合的形式。十二、 本課程考核方式、方法 本課程為基礎(chǔ)課，因此考核方式仍以閉卷考試為主，考試成績占期末總成績的70%，平時作業(yè)成績占30%。十三、 教材和教學(xué)參考書目教材：趙凱華、陳熙謀電磁學(xué)(第三版)高等教育出版社 2011.7教學(xué)參考書：1. 趙凱華, 陳熙謀. 新概念物理教程電磁學(xué). 北京:高等教育出版社，2003.42. 陳鵬萬. 電磁學(xué). 北京:高等教育出版社3. E.M. 珀塞爾. 電磁學(xué).伯克利物