《工程电磁场》课程教学大纲（本科）.docx

工程电磁场(Engineering Electromagnetic Fields)课程代码：05410034学 分：2.0学 时：32 （其中：课程教学学时：32实验学时：0上机学时：。课程实践学:0）先修课程：微积分、复变函数、大学物理适用专业：电气工程及其自动化教 材：工程电磁场导论，冯慈璋，马西奎，高等教育出版社，2000.06 （2015年重印）一、课程性质与课程目标（一）课程性质电磁场理论是高等学校工科电类专业的一门技术基础课。电气工程及其自动化专业主要课程的 核心内容都是宏观电磁现象在特定范围和特定条件下的具体表现，了解电磁现象的发生规律、掌握 基本的定性和定量分析方法是电气工程及其自动化专业学生所应具备的基础知识之一。电磁场课程 中所涉及的内容是电气工程及其自动化专业本科生所应具备的知识结构的必要组成局部。同时，电 磁场理论还是一些交叉学科和新兴边缘学科的基础之一，学好电磁场理论将增强学生的适应能力和 创造能力。（二）课程目标工程电磁场课程的主要任务是：在大学物理的基础上，进一步掌握宏观电磁场的基本规律和基 本分析方法；能对电气工程中的电磁现象进行初步的定性分析，并局部了解定量分析的基本方法； 通过对电磁场课程的学习，培养学生的逻辑推理能力和掌握基本的科学研究方法。通过工程电磁 场课程学习，应掌握的知识点概括起来为各种场的属性和源的特点，以及场、源和媒质之间关系、 运动规律和主要计算方法，还有各种场的工程应用问题，各种场的能量计算等，课程的具体知识目 标和能力目标如下：课程目标1:掌握各种场基本物理量定义、性质，相关物理量的含义和相关计算公式；掌握各 种场的基本方程及物理量在媒质分界面上的衔接条件；掌握各种场边值问题的基本计算方法；掌握 利用电磁场理论计算电路等效元件参数的方法；掌握电磁场能量计算方法；掌握电磁力计算方法。课程目标2：能够利用电磁场理论知识解释电气工程的电磁现象；能够利用电磁场理论知识分 析电气工程的电磁环境；能够应用电磁场理论知识和计算方法处理电气工程的绝缘、储能、新能源 等电磁问题；能够根据电磁场理论知识和计算方法描述和处理电气工程中的电磁力、电磁能量、电 磁转换效能、电磁兼容、电磁污染等电磁应用问题。（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系本课程支撑专业培养计划中的毕业要求指标点1.2o毕业要求指标点12掌握电路、电子技术等工程基础知识，具有分析和解决电气工程基础问 题的能力。呈目标 毕业要求盛标点课程目标1课程目标2毕业要求1.2二、课程内容及教学要求第一章绪论（一）教学内容（列出主要知识点、能力点）.课程的学科地位及课程特点。1 .课程的基本知识及结构。2 .电磁场理论开展、应用和最新研究热点问题。（二）教学要求（将相关内容按照掌握、理解、了解等不同教学要求进行分类）1. 了解课程的学科地位及课程特点。2. 了解课程的基本知识内容及结构。3. 了解电磁场理论开展、应用和最新研究热点问题。（三）重点与难点.重点电磁场的基本知识及结构。1 .难点无。第二章矢量分析（一）教学内容1 .正交坐标系、标量场和矢量场。2 .标量场的梯度。3 .矢量场的通量和散度。4 .矢量场的环量和旋度。5 .微分算子与矢量运算。（二）教学要求. 了解各种坐标系下线元、面元、体积元的表示方法。1 .具有正确计算不同坐标系下标量梯度的能力。2 .具有正确计算不同坐标系下矢量通量和散旋度的能力。3 .具有正确计算不同坐标系下矢量环量与旋度的能力。4 .掌握不同坐标系下矢量算子的展开，并具有进行矢量运算的能力。（三）重点与难点L重点各种坐标系下线元、面元、体积元的表示方法；各种坐标系下标量梯度的计算；各种坐标系下 矢量通量和散度的计算；各种坐标系下矢量环量和旋度的计算；矢量运算。2 .难点各种坐标系下标量梯度的计算；各种坐标系下矢量通量和散度的计算；各种坐标系下矢量环量和 旋度的计算；矢量运算。第三章静电场（一）教学内容1 .电场强度、电位的概念与计算。2 .静电场中的导体和电介质。3 .高斯通量定理。4 .静电场的基本方程。5 .泊松方程和拉普拉斯方程。6 .别离变量法和有限差分法。7 .电轴法和镜像法。8 .局部电容。9 .静电能量和力。（二）教学要求1 .掌握电场强度、电位的含义及简单的计算方法。2 .掌握静电场中的导体和电介质的特性，具有分析介质极化的能力。3 .掌握静电场基本方程的属性和规律，具有分析介质分界面衔接条件的能力。4 .掌握静电场边值问题的建立方法，具有利用静电场边值问题的求解方法分析计算工程静电问 题能力。5 .具有利用镜像法和电轴法分析计算特殊结构静电场的能力。6 .能够根据静电场理论知识分析储能系统等效电容，具有分析计算多导体系统局部电容的能 力。7 .能够计算不同结构场域的能量与静电力。（三）重点与难点1 .重点（1）利用电场强度、电位定义式直接积分计算场强和电位；（2）利用高斯通量定理计算具有 特殊结构静电场的方法；（3）理解和掌握静电场的基本方程积分和微分形式，并用积分形式推导分 别面上电场物理量的衔接条件；（4）利用静电场基本方程微分形式导出电位函数的泊松方程和拉普 拉斯方程，根据边界和参考电位写出静电场的边值问题；（5）理解电轴法和镜像法的实质，掌握 几种常用镜像问题求解方法；（6）通过静电场理论计算局部电容的过程掌握反映材料特征电容量的 计算方法，主要是几种特种结构电气材料电容量计算公式；（7）掌握利用静电场物理量计算静电能 量和静电力的方法，进一步理解静电场物质概念。2 ,难点理解和掌握静电场的基本方程积分和微分形式，并用积分形式推导分别面上电场强度和电通密度 的衔接条件；利用静电场基本方程微分形式导出电位函数的泊松方程和拉普拉斯方程，根据场域边 界和条件参考电位写出静电场的边值问题。第四章恒定电场（-）教学内容1 .电流与电流密度。2 .导电媒质中的恒定电场基本方程与分界面上的衔接条件。3 .导电媒质中恒定电场与介质中的静电场的比拟。4 .电导与接地电阻。（二）教学要求1 .理解导电媒质中（元）电流和电流密度，电源电动势与局外场强。2 .掌握导电媒质中的恒定电场基本方程及其分界面上的衔接条件，尤其是导体与介质分界面的 衔接条件。3 .理解导电媒质中恒定电场与静电场的比拟。4 .能够理解电导与接地电阻，掌握简单接地的接地电阻计算方法，并能分析计算导电媒质的电 导。（三）重点与难点1 .重点导电媒质中的恒定电场基本方程及其分界面上的衔接条件；电导与接地电阻。2 .难点分界面上的衔接条件。第五章恒定磁场（一）教学内容1 .磁感应强度的概念与毕奥沙伐定律。2 .安培环路定律。3 .恒定磁场基本方程及分界面上衔接条件。4 .恒定磁场的边值问题。5 .磁矢位的泊松方程和拉普拉斯方程。6 .磁位及磁位拉普拉斯方程。7 .镜像法。8 .电感。9 .磁场能量和力。10 .磁路。（二）教学要求1 .掌握磁感应强度及毕奥沙伐定律。2 .掌握真空中和磁媒质中的安培环路定律，能分析媒质磁化及其效应。3 .掌握恒定磁场基本方程的属性和运动规律，具有分析媒质分界面衔接条件的能力。4 .掌握恒定磁场边值问题的建立方法，具有利用恒定磁场边值问题的求解并分析计算工程磁场 问题能力。5 .具有利用镜像法分析计算特殊结构恒定磁场的能力。6 .能够根据恒定磁场理论知识分析电感线圈电感，具有利用聂以曼公式分析计算电感的能力。7 .能够计算不同结构场域的能量与磁场力。8 .能够利用磁路定律计算设计不同结构铁心的磁路线圈等应用方案。（三）重点与难点L重点（1）利用毕奥沙伐定律直接积分计算磁场；（2）利用安培环路定律计算具有对称结构恒定磁场 的方法；（3）理解和掌握恒定磁场的基本方程积分和微分形式，并用积分形式推导分别面上磁场物 理量的衔接条件；（4）利用恒定磁场基本方程微分形式导出磁矢位的泊松方程和拉普拉斯方程，磁 矢位解的形式及其应用；（5）理解恒定电场镜像法，掌握恒定磁场常用的镜像问题求解方法；（6） 掌握电感的计算方法；（7）掌握利用恒定电场理论计算磁场能量和磁场力的方法。9 .难点利用毕奥沙伐定律直接积分计算磁场；利用安培环路定律计算具有对称结构恒定磁场的方法； 用积分形式推导分别面上磁场物理量的衔接条件；利用恒定磁场基本方程微分形式导出磁矢位的泊 松方程和拉普拉斯方程，磁矢位解的形式及其应用；掌握电感的计算方法。第六章时变电磁场（一）教学内容1 .电磁感应定律。2 .全电流定律。3 .电磁场基本方程组及分界面上衔接条件。4 .动态位与达朗贝尔方程。5 .坡印亭矢量与坡印亭定理。6 .正弦电磁场。7 .电磁辐射。（二）教学要求.理解和掌握电磁感应定律。1 .理解和掌握全电流定律。2 .理解和掌握时变电磁场基本方程积分形式和微分形式，掌握时变场分界面上的衔接条件。3 .理解和掌握坡印廷定理和坡印廷向量。4 .理解和掌握电磁场基本方程的复数形式，理解坡印亭定理和坡印亭矢量复数形式的物理含 义。5 .理解动态位概念，掌握动态位与时变场物理量的关系，能用基本方程微分形式导出动态位微 分方程-达朗贝尔方程。6 .理解达朗贝尔方程的解的物理意义，了解时变场的波动性。7 理解电磁辐射产生的条件，表述静态场与辐射场的不同及案例。（三）重点与难点.重点电磁感应定律；全电流定律；时变电磁场基本方程积分形式和微分形式；时变场分界面上的衔 接条件；坡印廷定理和坡印廷矢量；电磁场基本方程的复数形式，坡印亭定理和坡印亭矢量复数形 式；动态位概念，动态位与时变场物理量的关系，达朗贝尔方程；电磁辐射产生的条件。1 .难点时变电磁场基本方程积分形式和微分形式；时变场分界面上的衔接条件；坡印廷定理和坡印廷 矢量；动态位概念，动态位与时变场物理量的关系，达朗贝尔方程。第七章准静态场（一）教学内容.电准静态场和磁准静态场。1 .磁准静态场和电路。2 .电准静态场和电荷弛豫。3 .集肤效应，涡流。4 .邻近效应和电磁屏蔽。（二）教学要求.掌握电准静态场和磁准静态场的划分和定义。1 .理解磁准静态场和电路的关系。2 .理解电准静态场和电荷弛豫之间联系。3 .能利用准静态场分析导体的集肤效应。4 .能利用准静态场涡流方程分析导体的涡流及其损耗。5 .能利用准静态场涡流方程分析导体的交流内损耗。6 .能利用准静态场涡流方程分析临近效应和电磁屏蔽。（三）重点与难点1.重点电准静态场和磁准静态场；磁准静态场与电路；电准静态场与电荷弛豫。2滩点磁准静态场与电路；电准静态场与电荷弛豫；涡流与导体交流内损耗。三、学时分配及教学方法章教学形式及学时分配主要教学方法支撑的课程目 标课堂 教学实验上机课程 实践小计第一章绪论11讲授、案例、演示、 讨论课程目标1、2第二章矢量分析11讲授、案例、自学课程目标1、2第三章静电场99讲授、讨论、比照、 自学课程目标1、2第四章恒定电场44讲授、演示、讨论、 自学课程目标1、2第五章恒定磁场77讲授、自学课程目标1、2第六章时变电磁场66讲授、自学课程目标1、2第七章准静态场44讲授、自学课程目标1、2合计3232四、课程考核1.课程考核方式包括期末考试、平时作业、学习态度及听课情况情况考核（其中包括笔记、大 作业等）考核形式考核要求考核权重备注平时作 业、学习 态度及听 课情况课后完成4050个习题，主要考核学生对每节课知识点 的复习、理解和掌握度，计算全部作业的平均成绩再按 15%计入总成绩；学习态度和听课情况以考勤和课堂记 录为评分依据，占总成绩的15%o30%期末考试试卷题型包括填空题、选择题、判断改错题、简答题、 分析题和计算题6大类，以卷面成绩的70%计入课程总 成绩。70%五、参考书目及学习资料1.冯慈璋，马西奎主编.工程电磁场导论，高等教育出版社出版社，2010o2.王仲奕，刘补生，邱杰，工程电磁场导论习题详解，西安交通大学出版社，2010o六、大纲说明.主要采用多媒体教学手段，主要知识点板书与多媒体相结合，多种教学手段综合运用。1 .课后共需完成近20道习题作业，以评价学生对所学内容的理解和应用情况。2017 年 09 月 09 2