电磁场与电磁场教学大纲.docx
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电磁场与电磁场教学大纲.docx
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电磁场与电磁场教学大纲
《电磁场与电磁波》课程教学大纲
课程编号:
210522
课程性质:
学科专业基础课
课程组长:
申勇/教授
总学分值:
总学分:
4学分,其中理论4学分,实验实践0学分。
总学时数:
总学时:
64学时,其中理论学时64,实验实践0学时。
适用专业:
电子信息工程
先修课程:
高等数学,大学物理
后续课程:
电磁场与微波技术、天线理论与设计等
一、课程简介
1、课程性质与定位:
(字数原则上控制在260字左右)
《电磁场与电磁波》是通信工程、电子信息工程等专业的专业基础课,是多个学科的理论基础,如微波、天线、电磁兼容等。
课程理论性、系统性很强,逻辑严谨,学习它不仅可以获得场和波的理论,而且有助于培养正确的思维方法和分析问题的能力。
各种现代通信方式,如光纤通信、移动通信、卫星通信,以及电视、雷达等各种专门学科,都是以电磁波携带信息的方式来实现的。
广泛应用的超小超薄的大规模集成电路更是充满了电磁场的问题。
因此,《电磁场与电磁波》是相关专业课程建设一个非常重要的环节。
2、教学目的与要求:
(字数原则上控制在260字左右)
内容方面,学生应牢固掌握矢量运算,梯度、散度和旋度概念,高斯公式和斯托克司公式;掌握恒定和时变电磁场的麦克斯韦方程组、泊松方程、电磁波的波动方程等;掌握分离变量法、镜像法、有界空间中电磁波的求解方法等;理解电磁场的矢势¦和标势、规范变换、规范不变性、库仑规范、洛仑兹规范、时谐平面电磁波、推迟势、电磁辐射、截止频率和谐振频率等概念。
通过本课程的学习,使学生牢固掌握电磁场与电磁波方面的基本概念、基本理论及主要分析方法,具有基本的电磁问题解题能力,对天线理论也要有一定的了解。
为以后现代通信技术的学习与应用打下良好的基础。
3、教学重点与难点:
(字数原则上控制在260字左右)
电磁场与电磁波的最大特点数学要求高、公式多、物理概念抽象、理论难以掌握、学习易畏难。
重难点如下:
矢量运算,梯度、散度和旋度概念,高斯公式和斯托克司公式;恒定和时变电磁场的麦克斯韦方程组、泊松方程、电磁波的波动方程;分离变量法、镜像法;时谐平面电磁波、推迟势、电磁辐射、截止频率和谐振频率。
二、课程教学内容、要求与学时分配
(一)理论教学内容:
第一章矢量分析(12学时)
教学要求:
了解:
矢量、标量和场的概念,三种常用正交坐标系之间的转化关系以及矢量的旋度和散度的区别与联系。
理解:
方向导数和梯度、通量和散度、环量和旋度的概念及其运算公式。
掌握:
矢量的加、减、标量积、矢量积运算。
教学内容:
1.1矢量代数
1.1.1标量和矢量
1.1.2矢量的加法和减法
1.1.3矢量的乘法
1.2三种常用的正交坐标系
1.2.1直角坐标系
1.2.2圆柱坐标系
1.2.3球坐标系
1.2.4矢量积(叉积)
1.3标量场的梯度
1.3.1标量场的等值面
1.3.2方向导数
1.3.3梯度
1.4矢量场的通量与散度
1.4.1矢量场的矢量线
1.4.2通量
1.4.3散度
1.4.4散度定理
1.5矢量场的环流与旋度
1.5.1环流
1.5.2旋度
1.5.3斯托克斯定理
1.6无旋场与无散场
1.6.1无旋场
1.6.2无散场
1.7拉普拉斯运算与格林定理
1.7.1拉普拉斯运算
1.7.2格林定理
1.8亥姆霍兹定理
重点:
矢量的加、减、标量积、矢量积运算。
难点:
方向导数和梯度、通量和散度、环量和旋度的概念及其运算公式。
第二章电磁场的基本规律(12学时)
教学要求:
了解:
电荷及其分布、电流及其分布以及电流连续性方程。
理解:
电磁和磁场的概念,掌握电磁强度和磁感应强度的积分形式,会计算一些简单源分布产生的场。
掌握:
电磁场基本方程、牢固掌握麦克斯韦方程组并深刻理解其物理意义,掌握电磁场的边界条件。
教学内容:
2.1电荷守恒定律
2.1.1电荷及电荷密度
2.1.2电流及电流密度
2.1.3电荷守恒定律与电流连续性方程
2.2真空中的静电场基本规律
2.2.1库仑定律电场强度
2.2.2静电场的散度与旋度
2.3真空中恒定磁场的基本规律
2.3.1安培力定律磁感应强度
2.3.2恒定磁场的散度与旋度
2.4煤质的电磁特性
2.4.1电介质的极化电位移矢量
2.4.2磁介质的磁化磁场强度
2.4.3煤质的传导特性
2.5电磁感应定律和位移电流
2.5.1法拉第电磁感应定律
2.5.2位移电流
2.6麦克斯韦方程组
2.6.1麦克斯韦方程组的积分形式
2.6.2麦克斯韦方程组的微分形式
2.6.3煤质的本构关系
2.7电磁场的边界条件
2.7.1边界条件的一般形式
2.7.2两种特殊情况下的边界条件
重点:
真空中和介质中静电场的积分和微分方程,麦克斯韦方程组的积分和微分形式,电磁场的边界条件。
难点:
电磁场边界条件的证明。
第三章静态电磁场及其边值问题的解(10学时)
教学要求:
了解:
静电比拟法,标量磁位的概念,分离变量法的基本思想和解题步骤,能够用分离变量法求解直角坐标系中的一些简单二维问题。
理解:
电场能量和能量密度的概念,会计算一些典型场的能量,会计算典型双导体的电容,矢量磁位及其微分方程,磁场能量和能量密度,静电场的惟一性定理及其重要意义。
。
掌握:
静电场的基本方程和边界条件,静电场中的电位函数及其微分方程,电位的边界条件,恒定电场的基本方程和边界条件,恒定磁场的基本方程和边界条件,镜像法的基本原理。
教学内容:
3.1静电场分析
3.1.1静电场的基本方程和边界条件
3.1.2电位函数
3.1.3导体系统的电容
3.1.4静电场的能量
3.1.5静电力
3.2导电煤质中的恒定电场分析
3.2.1恒定电场的基本方程和边界条件
3.2.2恒定电场与静电场的比拟
3.3恒定磁场分析
3.3.1恒定磁场的基本方程和边界条件
3.3.2矢量磁位和标量磁位
3.3.3电感
3.3.4恒定磁场的能量
3.3.5磁场力
3.4静态场的边值问题及解的惟一性定理
3.4.1边值问题的类型
3.4.2惟一性定理
3.5镜像法
3.5.1接地导体平面的镜像
3.5.2导体球面的镜像
3.5.3导体圆柱面的镜像
3.5.4介质平面的镜像
3.6分离变量法
3.6.1直角坐标系中的分离变量法
3.6.2圆柱坐标系中的分离变量法
3.6.3球坐标系中的分离变量法
3.7有限差分法
3.7.1有限差分方程
3.7.2差分方程的求解方法
重点:
真空中和介质中静磁场的基本方程的积分和微分形式。
难点:
静态场边值问题的几种解法(镜像法、分离变量法和有限差分法)
第四章时变电磁场(8学时)
教学要求:
了解:
坡印廷定理和坡印廷矢量的意义,以及时谐变电磁场的形成过程,波动方程的应用。
理解:
动态矢量位和标量位的概念以及其满足的微分方程,惟一性定理及其重要意义。
掌握:
坡印廷定理的意义并应用其分析计算电磁能量的传输,正弦电磁场的复数表示方法及其意义,复数形式的麦克斯韦方程和波动方程。
教学内容:
4.1波动方程
4.2电磁场的位函数
4.2.1矢量位和标量位
4.2.2达朗贝尔方程
4.3电磁能量守恒定律
4.4惟一性定理
4.5时谐电磁场
4.5.1时谐电磁场的复数表示
4.5.2复矢量的麦克斯韦方程
重点:
坡印廷定理的意义,复数形式的麦克斯韦方程和波动方程。
难点:
时谐变电磁场的形成过程,波动方程的应用。
第五章均匀平面波在无界空间中的传播(4学时)
教学要点:
了解:
电磁波在各向异性煤质中传播问题的分析方法及其传播特性。
理解:
均匀平面波的概念以及研究均匀平面波的重要意义,描述传播特性的参数的物理意义,群速的概念以及群速与相速的关系。
掌握:
波的概念和表示方法,波的极化的概念以及研究波的极化的重要意义,三种极化方式的条件并能正确判别波的极化状态。
教学内容:
5.1理想介质中的均匀平面波
5.2电磁波的极化
5.3均匀平面波在导电煤质中的传播
5.4色散与群速
重点:
波的概念和表示方法,波的极化的概念以及研究波的极化的重要意义。
难点:
三种极化方式的条件并能正确判别波的极化状态。
第六章均匀平面波的反射与透射(6学时)
教学要点:
了解:
均匀平面波对多层煤质分界面垂直入射的分析方法,均匀平面波对分界面的斜入射问题的分析方法。
理解:
反射定律和折射定律以及反射系数、透射系数的意义,全反射现象和无反射现象的概念。
掌握:
四分之一波长匹配层和半波长介质窗的意义及其应用,全反射现象和无反射现象产生的条件及其应用。
教学内容:
6.1均匀平面波对分界面的垂直入射
6.1.1对导电煤质分界面的垂直入射
6.1.2对理想导体平面的垂直入射
6.1.3对理想介质分界面的垂直入射
6.2均匀平面波对多层介质分界平面的垂直入射
6.2.1多层煤质的场量关系与等效波阻抗
6.2.2四分之一波长匹配层
6.2.3半波长介质窗
6.3均匀平面波对理想介质分界平面的斜入射
6.3.1反射定律与折射定律
6.3.2反射系数与透射系数
6.3.3全反射与全透射
6.4均匀平面波对理想导体平面的斜入射
6.4.1垂直极化波对理想导体表面的斜入射
6.4.2平行极化波对理想导体表面的斜入射
重点:
四分之一波长匹配层和半波长介质窗的意义及其应用,全反射现象和无反射现象产生的条件及其应用。
难点:
反射定律和折射定律以及反射系数、透射系数的意义。
第七章导行电磁波(8学时)
教学要点:
了解:
圆波导和同轴波导中的场方程及谐振腔的基本性质。
理解:
矩形波导中的场方程的推导过程。
掌握:
导行波系统中的场分析及规则波导的传输特性参量和矩形波导中的场方程。
教学内容:
7.1导行电磁波概论
7.1.1TEM波
7.1.2TM波和TE波
7.2矩形波导
7.2.1矩形波导中的场分布
7.2.2矩形波导中波的传输特性
7.2.3矩形波导中的主模
7.2.4矩形波导中的传输功率
7.3圆柱行波导
7.3.1圆波导中的场分布
7.3.2圆波导的传输特性
7.3.3圆柱形波导中的三种典型模式
7.4同轴波导
7.4.1同轴波导中的TEM波
7.4.2同轴波导中的高次模
7.5谐振腔
7.6传输线
重点:
导行波系统中的场分析及规则波导的传输特性参量和矩形波导中的场方程。
。
难点:
矩形波导中的场方程的推导过程。
第八章电磁辐射(4学时)
教学要点:
了解:
天线的定义,天线的分类及研究方法。
理解:
天线的电参数。
掌握:
电磁辐射的基本理论。
教学内容:
8.1滞后位
8.2电偶极子的辐射
8.5天线的基本参数
8.6对称天线
8.7天线阵
重点:
天线的定义,天线的分类及研究方法,电磁辐射的基本理论。
难点:
电磁辐射的基本理论。
(二)课程内实验教学内容(无)
(三)学时分配表
学时分配表
章目
教学内容
理论与实验教学学时
理论学时
实验学时
一
矢量分析
12
0
二
电磁场的基本规律
12
0
三
静态电磁场及其边值问题的解
10
0
四
时变电磁场
8
0
五
均匀平面波在无界空间中的传播
4
0
六
均匀平面波的反射与透射
6
0
七
导行电磁波
8
0
八
电磁辐射
4
0
三、课程教学的基本要求:
1、教学方式:
根据学生的知识基础特点和课时分配,以“应用型本科”学生为主要授课对象,以培养应用型人才为基本目的,以“实用、适用、够用”为基本原则,重在基本概念、基本方法的表述。
注重基本概念,追求过程简明、清晰和准确,重在原理,压缩繁琐的理论推导。
做到重点突出、叙述简洁、易教易学。
从教材选择到课堂教学以及如何强化学生实践能力的实践教学分别进行了分析,提出将课堂教学和实践环节融合的教学思路。
在讲具体内容矢量分析与场论、静态电场与恒定电场、恒定电流的磁场、时变电磁场与电磁波、均匀传输线理论、波导与谐振腔、微波网络基础、天线辐射与接收基本原理、电磁波的应用等的基础上,为了加强基础性教学,每节以电磁场和微波的基本原理的阐述为主线,配以大量的例题。
根据通信、信息以及电子等专业发展的要求,力求知识的基础性和体系的完整性,并注重理论和实际结合。
用启发式和讲解式相结合的方法,通过电脑演示、黑板板书、问题讨论等多种方式进行授课。
2、考核方式:
考试
3、成绩评定:
考试(30%)+平时成绩(70%)=100分
本课程的考核是平时成绩和期终考试成绩相结合,平时成绩的评定包括出勤、作业、课堂提问三部分,平时成绩占课程考核成绩的30%,期末考试成绩占课程考核成绩的70%。
四、课程教材及参考资料:
教材:
《电磁场与电磁波》、谢处方、饶克谨、高等教育出版社、2006年
参考资料:
《电磁场与电磁波》学习指导、郭辉萍、西安电子科技大学出版社、2010年
《电磁场与电磁波》、杨儒贵、高等教育出版社、2003年
五、说明:
执笔人:
孙利民审核人:
编写日期:
2017年2月23日
四川工业科技学院
xxxxxx实验课程教学大纲
(全篇:
行距为固定值1.5倍,标题(宋体5号粗体):
内容(宋体5号)
课程名称
课程编号:
课程组长:
xxx
总学分值:
总学分:
xx分。
总学时数:
总学时:
xx学时。
适用专业:
一、实验教学课程性质和目的:
二、实验教学目的和要求
三、实验配套的主要仪器设备及台(套)数
四、实验项目内容和要求
序号
学校实验
项目编号
实验项目名称
时数
每套仪
器人数
实验目的要求
实验类型
1
2
3
4
五、考核形式
七、实验开出率
八、主要教材及参考书
执笔人:
审核人:
201年月日
附件5:
四川工业科技学院本科课程教学大纲审批表
所在单位:
_______________教研室:
____________________
课程名称
课程代码
适用专业
总学分
总学时
理论学时
实践学时
执笔人
讨论参加人
审核人
大纲开始使用时间
编制类别
□新开课教学大纲制订□已有教学大纲修订(注:
打勾选择)
课程平台
课程性质
教学目的
主要内容
制(修)订
大纲理由
编写小组签字:
年月日
学院审定专家组
意见
专家组签字:
年月日
学院
领导意见
负责人签字:
年月日
教务处领导意见
负责人签字:
年月日
附件6
四川工业科技学院本科课程教学大纲编写与审定人员名单信息表
填报时间:
年月日教学单位主管教学领导签字:
所在单位
各教学单位教学大纲
审定专家组名单
教研室
课程代码
课程名称
编写小组成员名单(执笔人排在第一位)
注:
表格可加行、加页。
- 配套讲稿:
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- 特殊限制:
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- 关 键 词:
- 电磁场 教学大纲