《工程電磁場》課程教學(xué)大綱（本科）

1、工程電磁場(Engineering Electromagnetic Fields)課程代碼：05410034學(xué) 分：2.0學(xué) 時：32 （其中：課程教學(xué)學(xué)時：32實驗學(xué)時：0上機學(xué)時：。課程實踐學(xué):0）先修課程：微積分、復(fù)變函數(shù)、大學(xué)物理適用專業(yè)：電氣工程及其自動化教 材：工程電磁場導(dǎo)論，馮慈璋，馬西奎，高等教育出版社，2000.06 （2015年重印）一、課程性質(zhì)與課程目標(biāo)（一）課程性質(zhì)電磁場理論是高等學(xué)校工科電類專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課。電氣工程及其自動化專業(yè)主要課程的 核心內(nèi)容都是宏觀電磁現(xiàn)象在特定范圍和特定條件下的具體表現(xiàn)，了解電磁現(xiàn)象的發(fā)生規(guī)律、掌握 基本的定性和定量分析方法是電氣工程及

2、其自動化專業(yè)學(xué)生所應(yīng)具備的基礎(chǔ)知識之一。電磁場課程 中所涉及的內(nèi)容是電氣工程及其自動化專業(yè)本科生所應(yīng)具備的知識結(jié)構(gòu)的必要組成局部。同時，電 磁場理論還是一些交叉學(xué)科和新興邊緣學(xué)科的基礎(chǔ)之一，學(xué)好電磁場理論將增強學(xué)生的適應(yīng)能力和 創(chuàng)造能力。（二）課程目標(biāo)工程電磁場課程的主要任務(wù)是：在大學(xué)物理的基礎(chǔ)上，進一步掌握宏觀電磁場的基本規(guī)律和基 本分析方法；能對電氣工程中的電磁現(xiàn)象進行初步的定性分析，并局部了解定量分析的基本方法； 通過對電磁場課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理能力和掌握基本的科學(xué)研究方法。通過工程電磁 場課程學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握的知識點概括起來為各種場的屬性和源的特點，以及場、源和媒質(zhì)之間關(guān)系、 運

3、動規(guī)律和主要計算方法，還有各種場的工程應(yīng)用問題，各種場的能量計算等，課程的具體知識目 標(biāo)和能力目標(biāo)如下：課程目標(biāo)1:掌握各種場基本物理量定義、性質(zhì)，相關(guān)物理量的含義和相關(guān)計算公式；掌握各 種場的基本方程及物理量在媒質(zhì)分界面上的銜接條件；掌握各種場邊值問題的基本計算方法；掌握 利用電磁場理論計算電路等效元件參數(shù)的方法；掌握電磁場能量計算方法；掌握電磁力計算方法。課程目標(biāo)2：能夠利用電磁場理論知識解釋電氣工程的電磁現(xiàn)象；能夠利用電磁場理論知識分 析電氣工程的電磁環(huán)境；能夠應(yīng)用電磁場理論知識和計算方法處理電氣工程的絕緣、儲能、新能源 等電磁問題；能夠根據(jù)電磁場理論知識和計算方法描述和處理電氣工程中的

4、電磁力、電磁能量、電 磁轉(zhuǎn)換效能、電磁兼容、電磁污染等電磁應(yīng)用問題。（三）課程目標(biāo)與專業(yè)畢業(yè)要求指標(biāo)點的對應(yīng)關(guān)系本課程支撐專業(yè)培養(yǎng)計劃中的畢業(yè)要求指標(biāo)點1.2o畢業(yè)要求指標(biāo)點12掌握電路、電子技術(shù)等工程基礎(chǔ)知識，具有分析和解決電氣工程基礎(chǔ)問 題的能力。呈目標(biāo) 畢業(yè)要求盛標(biāo)點課程目標(biāo)1課程目標(biāo)2畢業(yè)要求1.2二、課程內(nèi)容及教學(xué)要求第一章緒論（一）教學(xué)內(nèi)容（列出主要知識點、能力點）.課程的學(xué)科地位及課程特點。.課程的基本知識及結(jié)構(gòu)。.電磁場理論開展、應(yīng)用和最新研究熱點問題。（二）教學(xué)要求（將相關(guān)內(nèi)容按照掌握、理解、了解等不同教學(xué)要求進行分類）了解課程的學(xué)科地位及課程特點。了解課程的基本知識內(nèi)容及結(jié)

5、構(gòu)。了解電磁場理論開展、應(yīng)用和最新研究熱點問題。（三）重點與難點.重點電磁場的基本知識及結(jié)構(gòu)。.難點無。第二章矢量分析（一）教學(xué)內(nèi)容.正交坐標(biāo)系、標(biāo)量場和矢量場。.標(biāo)量場的梯度。.矢量場的通量和散度。.矢量場的環(huán)量和旋度。.微分算子與矢量運算。（二）教學(xué)要求. 了解各種坐標(biāo)系下線元、面元、體積元的表示方法。.具有正確計算不同坐標(biāo)系下標(biāo)量梯度的能力。.具有正確計算不同坐標(biāo)系下矢量通量和散旋度的能力。.具有正確計算不同坐標(biāo)系下矢量環(huán)量與旋度的能力。.掌握不同坐標(biāo)系下矢量算子的展開，并具有進行矢量運算的能力。（三）重點與難點L重點各種坐標(biāo)系下線元、面元、體積元的表示方法；各種坐標(biāo)系下標(biāo)量梯度的計算；

6、各種坐標(biāo)系下 矢量通量和散度的計算；各種坐標(biāo)系下矢量環(huán)量和旋度的計算；矢量運算。2 .難點各種坐標(biāo)系下標(biāo)量梯度的計算；各種坐標(biāo)系下矢量通量和散度的計算；各種坐標(biāo)系下矢量環(huán)量和 旋度的計算；矢量運算。第三章靜電場（一）教學(xué)內(nèi)容.電場強度、電位的概念與計算。.靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)。.高斯通量定理。.靜電場的基本方程。.泊松方程和拉普拉斯方程。.別離變量法和有限差分法。.電軸法和鏡像法。.局部電容。.靜電能量和力。（二）教學(xué)要求.掌握電場強度、電位的含義及簡單的計算方法。.掌握靜電場中的導(dǎo)體和電介質(zhì)的特性，具有分析介質(zhì)極化的能力。.掌握靜電場基本方程的屬性和規(guī)律，具有分析介質(zhì)分界面銜接條件的能力。

7、.掌握靜電場邊值問題的建立方法，具有利用靜電場邊值問題的求解方法分析計算工程靜電問 題能力。.具有利用鏡像法和電軸法分析計算特殊結(jié)構(gòu)靜電場的能力。.能夠根據(jù)靜電場理論知識分析儲能系統(tǒng)等效電容，具有分析計算多導(dǎo)體系統(tǒng)局部電容的能 力。.能夠計算不同結(jié)構(gòu)場域的能量與靜電力。（三）重點與難點.重點（1）利用電場強度、電位定義式直接積分計算場強和電位；（2）利用高斯通量定理計算具有 特殊結(jié)構(gòu)靜電場的方法；（3）理解和掌握靜電場的基本方程積分和微分形式，并用積分形式推導(dǎo)分 別面上電場物理量的銜接條件；（4）利用靜電場基本方程微分形式導(dǎo)出電位函數(shù)的泊松方程和拉普 拉斯方程，根據(jù)邊界和參考電位寫出靜電場的邊

8、值問題；（5）理解電軸法和鏡像法的實質(zhì)，掌握 幾種常用鏡像問題求解方法；（6）通過靜電場理論計算局部電容的過程掌握反映材料特征電容量的 計算方法，主要是幾種特種結(jié)構(gòu)電氣材料電容量計算公式；（7）掌握利用靜電場物理量計算靜電能 量和靜電力的方法，進一步理解靜電場物質(zhì)概念。,難點理解和掌握靜電場的基本方程積分和微分形式，并用積分形式推導(dǎo)分別面上電場強度和電通密度 的銜接條件；利用靜電場基本方程微分形式導(dǎo)出電位函數(shù)的泊松方程和拉普拉斯方程，根據(jù)場域邊 界和條件參考電位寫出靜電場的邊值問題。第四章恒定電場（-）教學(xué)內(nèi)容.電流與電流密度。.導(dǎo)電媒質(zhì)中的恒定電場基本方程與分界面上的銜接條件。.導(dǎo)電媒質(zhì)中恒

9、定電場與介質(zhì)中的靜電場的比擬。.電導(dǎo)與接地電阻。（二）教學(xué)要求.理解導(dǎo)電媒質(zhì)中（元）電流和電流密度，電源電動勢與局外場強。.掌握導(dǎo)電媒質(zhì)中的恒定電場基本方程及其分界面上的銜接條件，尤其是導(dǎo)體與介質(zhì)分界面的 銜接條件。.理解導(dǎo)電媒質(zhì)中恒定電場與靜電場的比擬。.能夠理解電導(dǎo)與接地電阻，掌握簡單接地的接地電阻計算方法，并能分析計算導(dǎo)電媒質(zhì)的電 導(dǎo)。（三）重點與難點.重點導(dǎo)電媒質(zhì)中的恒定電場基本方程及其分界面上的銜接條件；電導(dǎo)與接地電阻。.難點分界面上的銜接條件。第五章恒定磁場（一）教學(xué)內(nèi)容.磁感應(yīng)強度的概念與畢奧沙伐定律。.安培環(huán)路定律。.恒定磁場基本方程及分界面上銜接條件。.恒定磁場的邊值問題。.

10、磁矢位的泊松方程和拉普拉斯方程。.磁位及磁位拉普拉斯方程。.鏡像法。.電感。.磁場能量和力。.磁路。（二）教學(xué)要求.掌握磁感應(yīng)強度及畢奧沙伐定律。.掌握真空中和磁媒質(zhì)中的安培環(huán)路定律，能分析媒質(zhì)磁化及其效應(yīng)。.掌握恒定磁場基本方程的屬性和運動規(guī)律，具有分析媒質(zhì)分界面銜接條件的能力。.掌握恒定磁場邊值問題的建立方法，具有利用恒定磁場邊值問題的求解并分析計算工程磁場 問題能力。.具有利用鏡像法分析計算特殊結(jié)構(gòu)恒定磁場的能力。.能夠根據(jù)恒定磁場理論知識分析電感線圈電感，具有利用聶以曼公式分析計算電感的能力。.能夠計算不同結(jié)構(gòu)場域的能量與磁場力。.能夠利用磁路定律計算設(shè)計不同結(jié)構(gòu)鐵心的磁路線圈等應(yīng)用方

11、案。（三）重點與難點L重點（1）利用畢奧沙伐定律直接積分計算磁場；（2）利用安培環(huán)路定律計算具有對稱結(jié)構(gòu)恒定磁場 的方法；（3）理解和掌握恒定磁場的基本方程積分和微分形式，并用積分形式推導(dǎo)分別面上磁場物 理量的銜接條件；（4）利用恒定磁場基本方程微分形式導(dǎo)出磁矢位的泊松方程和拉普拉斯方程，磁 矢位解的形式及其應(yīng)用；（5）理解恒定電場鏡像法，掌握恒定磁場常用的鏡像問題求解方法；（6） 掌握電感的計算方法；（7）掌握利用恒定電場理論計算磁場能量和磁場力的方法。.難點利用畢奧沙伐定律直接積分計算磁場；利用安培環(huán)路定律計算具有對稱結(jié)構(gòu)恒定磁場的方法； 用積分形式推導(dǎo)分別面上磁場物理量的銜接條件；利用恒

12、定磁場基本方程微分形式導(dǎo)出磁矢位的泊 松方程和拉普拉斯方程，磁矢位解的形式及其應(yīng)用；掌握電感的計算方法。第六章時變電磁場（一）教學(xué)內(nèi)容.電磁感應(yīng)定律。.全電流定律。.電磁場基本方程組及分界面上銜接條件。.動態(tài)位與達朗貝爾方程。.坡印亭矢量與坡印亭定理。.正弦電磁場。.電磁輻射。（二）教學(xué)要求.理解和掌握電磁感應(yīng)定律。.理解和掌握全電流定律。.理解和掌握時變電磁場基本方程積分形式和微分形式，掌握時變場分界面上的銜接條件。.理解和掌握坡印廷定理和坡印廷向量。.理解和掌握電磁場基本方程的復(fù)數(shù)形式，理解坡印亭定理和坡印亭矢量復(fù)數(shù)形式的物理含 義。.理解動態(tài)位概念，掌握動態(tài)位與時變場物理量的關(guān)系，能用基

13、本方程微分形式導(dǎo)出動態(tài)位微 分方程-達朗貝爾方程。.理解達朗貝爾方程的解的物理意義，了解時變場的波動性。理解電磁輻射產(chǎn)生的條件，表述靜態(tài)場與輻射場的不同及案例。（三）重點與難點.重點電磁感應(yīng)定律；全電流定律；時變電磁場基本方程積分形式和微分形式；時變場分界面上的銜 接條件；坡印廷定理和坡印廷矢量；電磁場基本方程的復(fù)數(shù)形式，坡印亭定理和坡印亭矢量復(fù)數(shù)形 式；動態(tài)位概念，動態(tài)位與時變場物理量的關(guān)系，達朗貝爾方程；電磁輻射產(chǎn)生的條件。.難點時變電磁場基本方程積分形式和微分形式；時變場分界面上的銜接條件；坡印廷定理和坡印廷 矢量；動態(tài)位概念，動態(tài)位與時變場物理量的關(guān)系，達朗貝爾方程。第七章準靜態(tài)場（一

14、）教學(xué)內(nèi)容.電準靜態(tài)場和磁準靜態(tài)場。.磁準靜態(tài)場和電路。.電準靜態(tài)場和電荷弛豫。.集膚效應(yīng)，渦流。.鄰近效應(yīng)和電磁屏蔽。（二）教學(xué)要求.掌握電準靜態(tài)場和磁準靜態(tài)場的劃分和定義。.理解磁準靜態(tài)場和電路的關(guān)系。.理解電準靜態(tài)場和電荷弛豫之間聯(lián)系。.能利用準靜態(tài)場分析導(dǎo)體的集膚效應(yīng)。.能利用準靜態(tài)場渦流方程分析導(dǎo)體的渦流及其損耗。.能利用準靜態(tài)場渦流方程分析導(dǎo)體的交流內(nèi)損耗。.能利用準靜態(tài)場渦流方程分析臨近效應(yīng)和電磁屏蔽。（三）重點與難點1.重點電準靜態(tài)場和磁準靜態(tài)場；磁準靜態(tài)場與電路；電準靜態(tài)場與電荷弛豫。2灘點磁準靜態(tài)場與電路；電準靜態(tài)場與電荷弛豫；渦流與導(dǎo)體交流內(nèi)損耗。三、學(xué)時分配及教學(xué)方法章

15、教學(xué)形式及學(xué)時分配主要教學(xué)方法支撐的課程目 標(biāo)課堂 教學(xué)實驗上機課程 實踐小計第一章緒論11講授、案例、演示、 討論課程目標(biāo)1、2第二章矢量分析11講授、案例、自學(xué)課程目標(biāo)1、2第三章靜電場99講授、討論、比照、 自學(xué)課程目標(biāo)1、2第四章恒定電場44講授、演示、討論、 自學(xué)課程目標(biāo)1、2第五章恒定磁場77講授、自學(xué)課程目標(biāo)1、2第六章時變電磁場66講授、自學(xué)課程目標(biāo)1、2第七章準靜態(tài)場44講授、自學(xué)課程目標(biāo)1、2合計3232四、課程考核1.課程考核方式包括期末考試、平時作業(yè)、學(xué)習(xí)態(tài)度及聽課情況情況考核（其中包括筆記、大 作業(yè)等）考核形式考核要求考核權(quán)重備注平時作 業(yè)、學(xué)習(xí) 態(tài)度及聽 課情況課后完成4050個習(xí)題，主要考核學(xué)生對每節(jié)課知識點 的復(fù)習(xí)、理解和掌握度，計算全部作業(yè)的平均成績再按 15%計入總成績；學(xué)習(xí)態(tài)度和聽課情況以考勤和課堂記 錄為評分依據(jù)，占總成績的15%o30%期末考