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1、电磁场与电磁波课程教学大纲一、课程基本信息课程编码：07S2117B中文名称：电磁场与电磁波英文名称：ElectromagneticFieldandElectromagneticWave课程类别：专业核心课总学时：48总学分：3适用专业：电子科学与技术专业先修课程：高等数学、大学物理、场论、数学物理方程二、课程性质及目标教学性质：电磁场与电磁波是电子科学与技术专业学生的一门专业核心课程。通过本课程的学习，要求学生系统地理解电磁场与电磁波的基本概念、基本性质和基本规律，掌握求解电磁场问题的基本方法，为进一步学习其他课程特别是专业课打下基础。课程目标：1.通过本课程知识的学习，使学生了解电磁场论的
2、发展历程，掌握电磁场论的基本概念、基本性质和基本规律，掌握求解电磁场问题的基本方法，为后续专业课程奠定基础。引导学生学习科技发展史，树立科技强国意识，感受中国在电子领域的先进成果，激励学生自觉融入到实现中华民族伟大复兴的中国梦进程中。2.通过本课程知识的学习，使学生掌握电磁场论计算理论的基本方法，并能在具体电子科学与技术专业的具体问题中加以应用。培养学生解决问题方法的多样性，提高学生数学分析的能力。3.通过本课程知识的学习，使学生掌握电磁场论分析问题的基本方法，并能在复杂的实际情况中加以应用。培养学生逻辑思维和创新能力，提高学生设计、开发系统的能力。不同介质和边界条件对应的场方程形式不同，引导
3、学生用发展的眼光看问题，终身学习，与时俱进，始终拥有先进的理念和较高的职业素养。表1课程目标对毕业要求的支撑关系毕业要求指标点课程目标1.工程知识1.2掌握电子电路工程领域的专业基础知识，具备解决基本电子电路工程问题的能力。课程目标12.问题分析2.1能够将数学、自然科学和工程科学的基本概念运用到复杂工程问题的适当表述之中。2.3能从数学和自然科学的角度，对解决电子电路方面的实验、设计及生产途径中遇到的问题进行分析和改进。课程目标2课程目标34.研究4.2能够基于科学原理并采用科学方法设计指标，选择合适方法与手段实现并达到指标要求。课程目标3三、课程教学方法1.采用启发式、案例式教学，激发学生
4、主动学习的兴趣，培养学生独立思考、分析问题和解决问题的能力。2.结合科研生产中的实际例子对课程进行讲解，通过课堂讲解，加强学生对基础知识及基本理论的理解。3.教学以课堂讲授为主，多媒体辅助教学，提高课堂教学信息量，增强教学的直观性、形象性。4.通过课内讨论与课外答疑、线下辅导与线上交流相结合的方式，调动学生学习的主观能动性，培养学生的自学能力。四、课程教学内容及要求第一章矢量分析（6学时）【教学目标与要求】1.教学目标通常本章的学习，使学生掌握矢量概念以及矢量微分运算，掌握理解标量函数与矢量函数的概念，了解一般正交坐标系的互换表达式。2.教学要求（1）掌握矢量概念；（2）掌握单位矢量的微分运算
5、。（3）理解标量函数与矢量函数的概念，了解一般正交坐标系的互换表达式。【教学重点与难点】1.教学重点：厘清矢量函数与标量函数的概念。2.教学难点：各坐标系间的转换。【教学内容】1.1标量与矢量1.2矢量代数1.3常用正交坐标系1.4矢量分析【思政元素】矢量分析告诉同学们人类通过概括和总结的方式来理解世界，借助抽象符号来表示。从而学会分析问题时，抓主要矛盾，抓矛盾的主要方面的哲学思想。这在科学研究中是非常重要的能力。第二章场论基础(6学时)【教学目标与要求】1.教学目标通常本章的学习，使学生理解场的概念。掌握方向导数与梯度、通量与散度、环量与旋度的概念。理解高斯定理、斯托克斯定理、格林定理和亥姆
6、霍兹定理等基本定理。2.教学要求(1)理解场的概念。(2)掌握方向导数与梯度、通量与散度、环量与旋度。(3)理解高斯定理、斯托克斯定理、格林定理和亥姆霍兹定理，了解一般正交坐标系的互换表达式。【教学重点与难点】1.教学重点：梯度、散度、旋度的物理意义。2.教学难点：高斯定理、斯托克斯定理、格林定理和亥姆霍兹定理。【教学内容】1.标量场与矢量场2.哈密顿算子与拉普拉斯算子3.标量场的方向导数与梯度4.矢量场的通量与散度5.矢量场的环量与旋度6.若干常用定理与场的分类【思政元素】场的概念告诉同学们，借助具象的物理模型对事物进行思考，培养同学们思维的具象化方法和习惯。这种具象的物理模型其实本身又是对
7、于物质世界的抽象概括,在抽象的基础上利用具象的方式有助于我们理解和探索事物的本质。第三章静电场及其特性（6学时）【教学目标与要求】1教学目标通常本章的学习，使学生理解电场中的基本物理量、电场基本规律。掌握高斯定理的适用范围和利用它求解电场的方法。2.教学要求（1）理解电场中的基本物理量（包括电荷、电场强度、电极化强度、电位移矢量、电流密度）。（2）理解电场基本规律。掌握高斯定理的适用范围和利用它求解电场的方法。（3）理解各种条件下的电场边值条件。【教学重点与难点】1.教学重点：（I）电场强度与库仑定律；（2）高斯定理。2.教学难点：（1）静电场的旋度和静电场的电位；（2）静电场的边界条件。【教
8、学内容】1.电荷与电荷密度2.库仑定律与电场强度3.真空中的静电场方程4.电介质中的静电场方程5.电位与电位差6.静电场的边界条件7.导体系统的电容8.静电场的能量与力【思政元素】电荷作为物质带电属性的概念告诉同学们，反映物质属性的概念又是并不是一个具体的事物，而是一类事物的总体表现。从而帮助同学们理解抽象与具体的本质关系问题。第四章恒定电场及其特性（6学时）【教学目标与要求】1.教学目标通常本章的学习，使学生理解电流及电流密度概念和定义，掌握电流连续性原理。理解恒定电场的基本方程和边界条件。2.教学要求（1）理解电流及电流密度概念和定义，掌握电流连续性原理。（2）理解恒定电场的基本方程和边界
9、条件。（3）了解电流场的能量损耗。【教学重点与难点】1.教学重点：（1）电动势，电流的连续性原理；（2）恒定电流场的边界条件。2.教学难点：（1）电动势的定义：（2）恒定电流场的边界条件。【教学内容】1.电流与电流密度2.导电媒质中的欧姆定律和焦耳定律3.恒定电场方程4.恒定电场的边界条件5.恒定电场与静电场的比拟6.电导与接地电阻【思政元素】稳态的概念告诉同学们，动态平衡和静态概念的区别，同时，告诉同学们运动与静止的相对性问题。第五章静磁场及其特性（6学时）【教学目标与要求】1.教学目标通常本章的学习，使学生理解磁感应强度的定义。理解恒定磁场的基本方程,理解磁场强度,标量磁位及矢屋磁位在不同
10、分界面上的衔接条件。标量磁位及矢量磁位引入的依据及其性质。2.教学要求（1）理解磁感应强度的定义。（2）理解恒定磁场的基本方程,理解磁场强度，标量磁位及矢量磁位在不同分界面上的衔接条件。标量磁位及矢量磁位引入的依据及其性质。（3）了解媒质磁化的概念，掌握两种位函数满足的方程。会写出位函数的边值问题,并能求出一维边值问题的解。（4）理解磁场的边界条件。【教学重点与难点】1.教学重点：（1）磁感应强度:（2）恒定磁场的基本方程。2.教学难点：（1）矢量磁位：（2）恒定磁场的边界条件。【教学内容】1.安培定律与磁感应强度2.真空中的静磁场方程3.磁介质中的静磁场方程4.矢量磁位与标量磁位5.静磁场的
11、边界条件6.电感7.静磁场的能量与力【思政元素】磁场作为电想象在光速情况下的表现，告诉同学们绝对和相对的关系问题，让同学们理解到通过不同视角看同一事物的相对性，以及物质本质的相对稳定性。第六章静态场的计算（6学时）【教学目标与要求】1.教学目标通常本章的学习，使学生理解静态场的定义与静态场的边值问题与唯一性定理。掌握镜像法并理解分离变量法和有限差分法。2.教学要求（1）理解静态场的定义。（2）理解静态场的边值问题与唯一性定理。（3）掌握镜像法。（4）理解分离变量法和有限差分法。【教学重点与难点】1.教学重点：镜像法计算。2.教学难点：镜像法在不同情况下的计算问题。【教学内容】1.静态场的边值与
12、唯一性定理2.镜像法3.分离变量法4.有限差分法【思政元素】静态场的计算方法，告诉同学们在解决问题时，可以通过分析和综合的思维方式。通过将静态模型来模拟缓慢动态问题，从而实现许多问题的解决。第七章时变电磁场及其特性（6学时）【教学目标与要求】1.教学目标通常本章的学习，使学生理解时变场的主要关系,麦克斯韦方程组的深刻内涵，理解时谐场的基本方程和边界条件。理解坡印廷矢量的定义，会求解平均坡印廷矢量。2.教学要求（1）理解时变场的主要关系,麦克斯韦方程组的深刻内涵，理解时谐场的基本方程和边界条件。（2）理解标量位和矢量位的基本概念，掌握位函数方程求解。（3）理解坡印廷矢量的定义，会求解平均坡印廷矢
13、量。（4）了解正弦电磁场，理解麦克斯韦方程组的复数形式。【教学重点与难点】1.教学重点：位移电流，麦克斯位方程组及其复数形式。标量位和矢量位。2.教学难点：位函数方程的求解。【教学内容】1.法拉第电磁感应定律2.位移电流3.麦克斯韦方程组与辅助方程4.时变电磁场的边界条件5.场量与位函数的波动方程6.时变电磁场的能量与能流7.时谐电磁场【思政元素】麦克斯韦方程组的发现，告诉同学们：实践和认识的辩证关系问题。实践创造认识，认识又反作用与实践。人类通过实践掌握的大量知识，可以通过整理和挖掘创造出更深层的认识，从而更好地指导人类的实践。第八章均匀平面波在无界媒质中传播（6学时）【教学目标与要求】1.
14、教学目标通常本章的学习，使学生掌握均匀平面波在无界空间的波表达式及其不同形式，理解各种极化方式的电磁波及其表达式，理解平面波在各类均匀线性介质中的传播结果。2.教学要求（1）掌握均匀平面波在无界空间的波表达式及其不同形式，理解各种极化方式的电磁波及其表达式，理解平面波在各类均匀线性介质中的传播结果。（2）理解平面电磁波对理想介质和理想导体平面的垂直入射和斜入射的过程和结果。（3）了解平面电磁波在等离子体和铁氧体中的传播。【教学重点与难点】1.教学重点：理想介质中平面电磁波的传播特性与极化特性。2.教学难点：波动方程，介质表面的反射条件。【教学内容】1.均匀平面电磁波2.理想介质中的均匀平面波传播3.导电媒质中的均匀平面波传播4.电磁波的特性【思政元素】电磁波传播问题的解决过程，告诉同学们在解决实际问题时要学会抓住问题的本质，由表及里，由内而外地思考问题，不被表象所迷惑，透过现象看本质。表2课程目标与教学内容、教学方法的对应关系章教学内容学时分配（课时）课程目标教学方法目标13标2目标3目标4方法1方法2方法3方法4矢量分析6J二场论基础6三静电场及其特性6JJJJJ四恒定电场及其特性6
