電磁場(chǎng)與電磁波教案-蘭州交通大學(xué)課程建設(shè)綜述

課程名稱(chēng)：電磁場(chǎng)與電磁波 重重難蘭州交通大學(xué)教案(理論教學(xué)用)第1章節(jié)教學(xué)目的和要求講授主要2授課對(duì)象直角坐標(biāo)系、圓柱坐標(biāo)系、球坐標(biāo)系)。由于電磁場(chǎng)的計(jì)算經(jīng)常采用圓柱坐標(biāo)系和球坐標(biāo)系，所以這兩種坐標(biāo)系在本課程中非常基礎(chǔ)和重要的知識(shí)點(diǎn)。點(diǎn)點(diǎn)分析方法等要求掌握三種坐標(biāo)系之下的微積分運(yùn)算，以及三種坐標(biāo)系之間的換算關(guān)系xyz線元矢量：dl=edx+edy+edzxyz面元矢量：dS=edldl=edydz，dS=edldl=edxdzxxyzxyyxzydS=edldl=edxdyzzxyz位置矢量：r=ep+ezpz線元矢量：dl=edp+epd0+edzp0zdS=edldl=epd0dzppzpdS=edldl=edpdz00pz0dS=edldl=epdpd0zzp0z坐標(biāo)系位置矢量：r=err線元矢量：dl=edr+erd9+ersin9d0r90面元矢量：dS=edldl=er2sin9d9d0rr90rdS=edldl=ersin9drd099r0zdS=edldl=erdrd900r90作業(yè)布置主要參考資料1.8,1.9,1.10《電磁場(chǎng)與電磁波》李錦屏編著蘭州大學(xué)出版社重重難蘭州交通大學(xué)教案(理論教學(xué)用)第2章節(jié)教學(xué)目的和要求講授主要2授課對(duì)象算子，所以從方向?qū)?shù)、通量、環(huán)流的基礎(chǔ)上，把三個(gè)算子的物理意義和計(jì)算公式分析方法和球坐標(biāo)系下梯度、通量和和散度的計(jì)算。掌握標(biāo)量場(chǎng)的梯度，矢量場(chǎng)的通量和散度的物理意義和計(jì)算以及散度定理。等?u?u?ux?x?u?u?ux?xy?yz?z?u1?u?u?u1?u1?ur?r9r?90rsin9?0通量C=SSxyzST?A?A?A?x?y?z?A?A?A?x?y?zp?pp?0?z球坐標(biāo)系：?(r2F)+1?(sin9F)+1?(F)r2?rrrsin9?99rsin9?00作業(yè)布置主要參考資料1.12,1.14,1.16,1.12,1.18《電磁場(chǎng)與電磁波》李錦屏編著蘭州大學(xué)出版社蘭州交通大學(xué)教案(理論教學(xué)用)第3章節(jié)教學(xué)目的和要求講授主要重點(diǎn)難點(diǎn)2授課對(duì)象算子，所以從方向?qū)?shù)、通量、環(huán)流的基礎(chǔ)上，把三個(gè)算子的物理意義和計(jì)算公式重點(diǎn)是矢量場(chǎng)的環(huán)流與旋度，無(wú)旋場(chǎng)與無(wú)散場(chǎng)，以及斯托克斯公式。難點(diǎn)是圓柱坐標(biāo)系和球坐標(biāo)系下環(huán)流和旋度的計(jì)算。分析方法掌握矢量場(chǎng)的環(huán)流與旋度的計(jì)算公式以及斯托克斯公式。等zxyzll旋度limCCSyzAAAxyz1zzFFFzrrsin11球坐標(biāo)系：Fr2sinrFrFrsinFrPS作業(yè)布置主要參考資料1.15,1.27,1.29《電磁場(chǎng)與電磁波》李錦屏編著蘭州大學(xué)出版社蘭州交通大學(xué)教案(理論教學(xué)用)第4章節(jié)教學(xué)目的和要求講授主要重點(diǎn)難點(diǎn)授課對(duì)象拉普拉斯運(yùn)算是電磁場(chǎng)波動(dòng)方程中的主要運(yùn)算，亥姆霍茲定理總結(jié)了矢量場(chǎng)的旋度著手。分析方法等作業(yè)布置主要參考資料拉普拉斯運(yùn)算。球坐標(biāo)系：V2u=1?(r2?u)+1?(sin9?u)+1?2ur2?r?rr2sin9?9?9r2sin29?02u()=1jVFr,)dV,4πVr一r,jV,Fr,)dV,《電磁場(chǎng)與電磁波》李錦屏編著蘭州大學(xué)出版社蘭州交通大學(xué)教案(理論教學(xué)用)第5次課授課對(duì)象章節(jié)教學(xué)目的和要求講授主要重點(diǎn)難點(diǎn)分析方法等散度、旋度的角度深入理解并掌握靜電場(chǎng)的基本規(guī)律，為時(shí)變場(chǎng)打下基礎(chǔ)。.2真空中靜電場(chǎng)的基本規(guī)律重點(diǎn)是電荷守恒定律和靜電場(chǎng)的基本方程，難點(diǎn)是高斯定理的推導(dǎo)。電荷體密度：()limΔq(r)dq(r)ΔV0ΔVdV電荷面密度：()limΔq(r)dq(r)SΔS0Δd電荷線密度：()limΔq(r)dq(r)lΔl0Δldl電流密度矢量：limidinS0SndSidSJeJelnlnl0t.2真空中靜電場(chǎng)的基本規(guī)律didlSdtdtV0，d0S，SdtdtV0，d0S4πR34πR304πVR34πVR304πSR304πSR304πCR30靜電場(chǎng)的基本方程SVSV00C作業(yè)布置主要參考資料2.1,2.2,2.3《電磁場(chǎng)與電磁波》李錦屏編著蘭州大學(xué)出版社蘭州交通大學(xué)教案(理論教學(xué)用)第第7次課學(xué)時(shí)：2授課對(duì)象教學(xué)目的和要求講授主要重點(diǎn)難點(diǎn)分析方法等講授電介質(zhì)的極化性質(zhì)，包括極化電荷的面密度、體密度、電介質(zhì)的本構(gòu)關(guān)系、重點(diǎn)是介質(zhì)的本構(gòu)關(guān)系和基本方程。難點(diǎn)是形象的理解極化現(xiàn)象。要求掌握介質(zhì)中的本構(gòu)關(guān)系和基本方程，會(huì)利用基本方程求解電磁場(chǎng)。P電介質(zhì)的本構(gòu)關(guān)系：D編e(1+X)E=eeE0e0rSVC作業(yè)布置主要參考資料《電磁場(chǎng)與電磁波》李錦屏編著蘭州大學(xué)出版社蘭州交通大學(xué)教案(理論教學(xué)用)第第7次課學(xué)時(shí)：2授課對(duì)象教學(xué)目的和要求講授主要重點(diǎn)難點(diǎn)分析方法等求解靜電場(chǎng)問(wèn)題實(shí)質(zhì)上求解特定邊界條件下E，D條件要求掌握介質(zhì)中的本構(gòu)關(guān)系和基本方程，會(huì)利用基本方程求解電磁場(chǎng)。P電介質(zhì)的本構(gòu)關(guān)系：D編e(1+X)E=eeE0e0rSVC作業(yè)布置主要參考資料《電磁場(chǎng)與電磁波》李錦屏編著蘭州大學(xué)出版社第8章節(jié)教學(xué)目的和要求蘭州交通大學(xué)教案(理論教學(xué)用)授課對(duì)象在靜態(tài)場(chǎng)的基礎(chǔ)上講授時(shí)變場(chǎng)的基本方程。麥克斯韋方程組是由法拉第電磁感應(yīng)定律和位移電流假說(shuō)推導(dǎo)出來(lái)。求解電磁場(chǎng)問(wèn)題實(shí)質(zhì)上求解特定邊界條件下的麥重重難講授主要點(diǎn)點(diǎn)分析方法等重點(diǎn)是麥克斯韋方程組和邊界條件。難點(diǎn)是邊界條件的理解和掌握。掌握麥克斯韋方程組和邊界條件。.5電磁感應(yīng)定律和位移電流indtdtSCdtS?tCdtS?td?t?tCs?t?tCs?t12S12212s2.16,2.25,2.272.29《電磁場(chǎng)與電磁波》李錦屏編著蘭州大學(xué)出版社作業(yè)布置主要參考資料蘭州交通大學(xué)教案(理論教學(xué)用)第9次課章節(jié)教學(xué)目的和要求講授主要重點(diǎn)難點(diǎn)分析方法等授課對(duì)象授課對(duì)象重點(diǎn)是電位函數(shù)，難點(diǎn)是電能密度的推導(dǎo)。3.2導(dǎo)電媒質(zhì)中的恒定電場(chǎng)分析3.1.1靜電場(chǎng)的基本方程和邊界條件點(diǎn)電荷：Q()=+CPP2?n1?nS3.1.4靜電場(chǎng)的能量1e2e2V3.2導(dǎo)電媒質(zhì)中的恒定電場(chǎng)分析本構(gòu)關(guān)系：J=(E1n2n1t2t121?n2?n121?n2?n作業(yè)布置主要參考資料3.2,3.3《電磁場(chǎng)與電磁波》李錦屏編著蘭州大學(xué)出版社重重難蘭州交通大學(xué)教案(理論教學(xué)用)第10章節(jié)教學(xué)目的和要求講授主要授課對(duì)象介紹恒定磁場(chǎng)的分析方法，磁場(chǎng)能量密度，靜態(tài)場(chǎng)的邊值問(wèn)題，唯一性定理和法點(diǎn)點(diǎn)分析方法點(diǎn)鏡像法，磁場(chǎng)能量。理解惟一性定理，掌握鏡像法。3.3恒定磁場(chǎng)分析n12n12S等4πVR1磁場(chǎng)能量密度：w=B?Hm2磁場(chǎng)的總能量：W=1j?dVm2V3.4靜態(tài)場(chǎng)的邊值問(wèn)題及解的惟一性定理第一類(lèi)邊值問(wèn)題(或狄里赫利問(wèn)題)：Q|=f(S)S2S2第三類(lèi)邊值問(wèn)題(或混合邊值問(wèn)題)：Q|=f(S)，S111惟一性定理S2|=S2作業(yè)布置主要參考資料3.7,3.11《電磁場(chǎng)與電磁波》李錦屏編著蘭州大學(xué)出版社蘭州交通大學(xué)教案(理論教學(xué)用)第11章節(jié)教學(xué)目的和要求講授主要重點(diǎn)難點(diǎn)分析方法授課對(duì)象無(wú)源區(qū)域的電磁場(chǎng)經(jīng)常通過(guò)波動(dòng)方程來(lái)求解；有源區(qū)域的求解通過(guò)位函數(shù)求解。波動(dòng)方程都是通過(guò)麥克斯韋方程組推導(dǎo)。麥克斯韋方程tt等作業(yè)布置主要參考資料無(wú)源區(qū)的波動(dòng)方程2E2H2E2Ht2t2EEt2A位函數(shù)的波動(dòng)方程：2AJ2At222t24．1，4.2,4.3,4.4《電磁場(chǎng)與電磁波》李錦屏編著蘭州大學(xué)出版社蘭州交通大學(xué)教案(理論教學(xué)用)第第12次課學(xué)時(shí)：2授課對(duì)象教學(xué)目的和要求講授主要重點(diǎn)難點(diǎn)分析方法等作業(yè)布置主要參考資料講授電磁能守恒定律和惟一性定理，時(shí)諧電磁場(chǎng)的復(fù)數(shù)表示。重點(diǎn)是電磁能守恒定律和坡印廷矢量，難點(diǎn)是對(duì)坡印廷定理的理解和惟一性定掌握電磁能守恒定律和坡印廷矢量的計(jì)算，掌握時(shí)諧電磁場(chǎng)的復(fù)數(shù)表示。電場(chǎng)能量密度：w=Ee2坡印廷定理的積分形式SdtV22VSdtV22Vxxmxyymyzzmz一xxmyymzzmxmxmymymzmzmxxmxmxmxmxmjyyymymymymymzzmzmzmymym4.8,4.9《電磁場(chǎng)與電磁波》李錦屏編著蘭州大學(xué)出版社蘭州交通大學(xué)教案(理論教學(xué)用)第13章節(jié)教學(xué)目的和要求講授主要重點(diǎn)難點(diǎn)分析方法授課對(duì)象mmmmm等作業(yè)布置主要參考資料mmm率cHA,EjAk4.5.6平均能量密度和平均能流密度矢量ewReav2eav4mav44．10，4．11，4．12，4．14《電磁場(chǎng)與電磁波》李錦屏編著蘭州大學(xué)出版社重重難蘭州交通大學(xué)教案(理論教學(xué)用)第14章節(jié)教學(xué)目的和要求講授主要授課對(duì)象講授理想介質(zhì)中的均勻平面波。特點(diǎn)分析方法等作業(yè)布置主要參考資料重點(diǎn)是理想介質(zhì)中的均勻平面波的傳播特點(diǎn)。掌握理想介質(zhì)中的均勻平面波的傳播特點(diǎn)，能夠推導(dǎo)電場(chǎng)與磁場(chǎng)的關(guān)系，能夠求解傳播常數(shù)、波長(zhǎng)、波阻抗、波速等參數(shù)。面波函數(shù)x125.1.2理想介質(zhì)中的均勻平面波的傳播特點(diǎn)1zz波數(shù)k=，波速v=1S=|E|2n5.1,5.2,5.3,5.4,5.5《電磁場(chǎng)與電磁波》李錦屏編著蘭州大學(xué)出版社蘭州交通大學(xué)教案(理論教學(xué)用)第15章節(jié)教學(xué)目的和要求講授主要重點(diǎn)難點(diǎn)分析方法授課對(duì)象講授沿任意方向傳播的均勻平面波和電磁波的極化。重點(diǎn)是沿任意方向傳播的均勻平面波以及電磁波的極化。要求掌握沿任意方向傳播的均勻平面波的傳播特性，能夠確定波大傳播方向，確定電場(chǎng)與磁場(chǎng)之間的關(guān)系，能夠確定電磁波的極化方式。HEEHHEEH，E0，H0SS等1S|E|22EEyymE2EEyymxxm1線極化：若0,，對(duì)于一個(gè)給定點(diǎn)上12EEEcos(tkz)(EE)xxyy1xmxymy電場(chǎng)矢量的方向隨著時(shí)間變化不變，軌跡是直線。22圓極化：若EEE，xmymm122作業(yè)布置主要參考資料E2E2E2E2xymxxm1EEyym2E2E22EExyxycos()sin2()E2E2EE2121xmymxmmy5.6,5.7,5.8,5.11,5.12,5.14《電磁場(chǎng)與電磁波》李錦屏編著蘭州大學(xué)出版社cc蘭州交通大學(xué)教案(理論教學(xué)用)第16章節(jié)教學(xué)目的和要求講授主要重點(diǎn)難點(diǎn)分析方法授課對(duì)象講授均勻平面波在導(dǎo)電媒質(zhì)中的傳播以及色散與群速。重點(diǎn)和難點(diǎn)是均勻平面波在導(dǎo)電媒質(zhì)中的傳播特性。要求掌握均勻平面波在導(dǎo)電媒質(zhì)中的傳播特性，會(huì)計(jì)算傳播常數(shù)、衰減常數(shù)、波速、波長(zhǎng)、波阻抗等參數(shù)。理解色散和群速的概念。5.3均勻平面波在導(dǎo)電媒質(zhì)中的傳播等作業(yè)布置主要參考資料cc完cOcOc2Oc1O1OpbccccOcOcc電磁波的色散和群速dzO波速(相速)v==dtbdOv群速v==pgdbvdOp5.16,5.23,5.25,5.26《電磁場(chǎng)與電磁波》李錦屏編著蘭州大學(xué)出版社重重難蘭州交通大學(xué)教案(理論教學(xué)用)第17章節(jié)教學(xué)目的和要求講授主要授課對(duì)象通過(guò)分析多層介質(zhì)中的平面波，掌握麥克斯韋方程中的電場(chǎng)和磁場(chǎng)間的關(guān)系，運(yùn)用邊界條件，理解波的傳播和反射。6.1均勻平面波對(duì)分界平面的垂直入射分析方法等作業(yè)布置主要參考資料重點(diǎn)和難點(diǎn)是入射波、反射波的表示，以及運(yùn)用邊界條件確定入射波和反射波掌握麥克斯韋方程中的電場(chǎng)和磁場(chǎng)間的關(guān)系，運(yùn)用邊界條件確定場(chǎng)幅系數(shù)。6.1均勻平面波對(duì)分界平面的垂直入射Eixi0iyn1kk=1c，n=1rxr0EH=er0ejk1zryn1E=E+E=e(Eejk1z+Eejk1z)，1irxi0r01H=H+H=e(Eejk1zEejk1z)1iryni0r01i0r0i0r01xi011yni0116.2，6.3，6.5蘭州交通大學(xué)教案(理論教學(xué)用)第18教學(xué)目的和要求講授主要重點(diǎn)難點(diǎn)分析方法等授課對(duì)象zzzzzzE=1(?Ez+j?Hz)x2+k2?x?yE=1(?Ezj?Hz)y2+k2?y?xH=1(?Hzje?Ez)x2+k2?x?yH=1(?Hz+je?Hz)y2+k2?y?x三種模式(矢量波動(dòng)方程的三種解)(1)TEM模E=H=0zz(2)TE模E=0，H0zz(3)TM模H=0，E0zz作業(yè)布置主要參考資料蘭州交通大學(xué)教案(理論教學(xué)用)第19教學(xué)目的和要求授課對(duì)象要求學(xué)生掌握矩形波導(dǎo)中的傳輸模式，傳輸特性，主模式。EE講授主講授主要重點(diǎn)難點(diǎn)分析方法等計(jì)算波導(dǎo)中的場(chǎng)分布，模式的截止與傳輸，傳輸模的特性。vabf>fcmn模式傳輸，f>f模式截止zxmynfOv相速v==pkzfc)2fv入波導(dǎo)波長(zhǎng)入=p==gff主模式：截止頻率最低的模式為入入c波導(dǎo)中某個(gè)行波的傳輸功率為22Zt2tSSSab矩形波導(dǎo)TE10模的傳輸功率為P=2fcfc作作業(yè)布置主要參考資料7.2,7.5,7.6重重難蘭州交通大學(xué)教案(理論教學(xué)用)第20章節(jié)教學(xué)目的和要求講授主要授課對(duì)象隨著頻率的增高，電磁波的波長(zhǎng)接近元件尺寸，由集中參數(shù)元件組成的振蕩回路容易產(chǎn)生輻射，損耗增大。故采用空腔諧振器。7.5諧振腔點(diǎn)點(diǎn)分析方法等作業(yè)布置諧振腔的主要參量：諧振頻率和品質(zhì)因素。掌握諧振腔的諧振頻率和品質(zhì)因素。zmablzmab