电磁场与电磁波教案2.docx

《电磁场与电磁波教案2.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电磁场与电磁波教案2.docx（41页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、电磁场与电磁波教案学 院： 电子与信息工程学院 教 研 室： 电信根底教研室 课程名称： 电磁场与电磁波 任课老师： 封志宏 学 期： 授课班级： 电子与信息工程学院 制 兰州交通高校教案（理论教学用） 第 1 次课 学时：2授课对象章 节第1章 1.1， 1.2教学目的与要求回忆并进一步学习矢量代数的概念与运算，学习三种常用的正交坐标系（包括直角坐标系、圆柱坐标系、球坐标系）。由于电磁场的计算常常采纳圆柱坐标系与球坐标系，所以这两种坐标系在本课程中特别根底与重要的学问点。讲授主要内 容1.1 矢量代数1.2 三种常用的正交坐标系重 点难 点重点是直角坐标系、圆柱坐标系与球坐标系，以及三种坐标

2、系之间的换算关系。要求驾驭学问点与分析方法要求驾驭三种坐标系之下的微积分运算，以及三种坐标系之间的换算关系教授思路，采纳的教学方法与协助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等1.1 矢量代数1.2 三种常用的正交坐标系1. 直角坐标系 位置矢量：线元矢量：面元矢量：，体积元：2. 圆柱坐标系， ,位置矢量：线元矢量：面元矢量： 体积元：3. 球坐标系,位置矢量：线元矢量：面元矢量：体积元：作业布置 1.8,1.9,1.10主 要参考资料电磁场与电磁波李锦屏 编著 兰州高校出版社备注兰州交通高校教案（理论教学用） 第 2 次课 学时：2授课对象章 节第1章 1.3， 1.4 教学

3、目的与要求梯度、散度与旋度是构成麦克斯韦方程组的根本算子，也是计算电磁场的根本算子，所以从方向导数、通量、环流的根底上，把三个算子的物理意义与计算公式介绍并推导出来。讲授主要内 容1.3标量场的梯度1.4 矢量场的通量与散度。重 点难 点重点是标量场的梯度，矢量场的通量与散度以及散度定理。难点是圆柱坐标系与球坐标系下梯度、通量与与散度的计算。要求驾驭学问点与分析方法驾驭标量场的梯度，矢量场的通量与散度的物理意义与计算以及散度定理。教授思路，采纳的教学方法与协助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等1.3标量场的梯度直角坐标系：圆柱坐标系：球坐标系：1.4 矢量场的通量与散度；通

4、量直角坐标系散度散度定理直角坐标系：圆柱坐标系：球坐标系：作业布置 1.12,1.14,1.16,1.12,1.18主 要参考资料电磁场与电磁波李锦屏 编著 兰州高校出版社备注兰州交通高校教案（理论教学用） 第 3 次课 学时：2授课对象章 节第1章1.5，1.6教学目的与要求梯度、散度与旋度是构成麦克斯韦方程组的根本算子，也是计算电磁场的根本算子，所以从方向导数、通量、环流的根底上，把三个算子的物理意义与计算公式介绍并推导出来。讲授主要内 容1.5 矢量场的环流与旋度1.6 无旋场与无散场重 点难 点重点是矢量场的环流与旋度，无旋场与无散场，以及斯托克斯公式。难点是圆柱坐标系与球坐标系下环流

5、与旋度的计算。要求驾驭学问点与分析方法驾驭矢量场的环流与旋度的计算公式以及斯托克斯公式。教授思路，采纳的教学方法与协助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等1.5矢量场的环流与旋度环流 直角坐标系下旋度 斯托克斯定理 直角坐标系： 圆柱坐标系：球坐标系：1.6 无旋场与无散场无旋场：。 ， ，无散场：充要条件。作业布置 1.15,1.27,1.29主 要参考资料电磁场与电磁波李锦屏 编著 兰州高校出版社兰州交通高校教案（理论教学用） 第 4 次课 学时：2授课对象章 节第1章 1.7， 1.8教学目的与要求 拉普拉斯运算是电磁场波动方程中的主要运算，亥姆霍兹定理总结了矢量场的根

6、本性质，指出探讨矢量场要从场的散度与旋度着手，探讨电磁场也要从电场与磁场的散度与旋度着手。讲授主要内 容1.7 拉普拉斯运算与格林公式1.8 亥姆霍兹定理重 点难 点 重点是拉普拉斯运算与亥姆霍兹定理，难点是圆柱座标系与球坐标系下的拉普拉斯运算。要求驾驭学问点与分析方法 要求驾驭拉普拉斯运算。教授思路，采纳的教学方法与协助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等1.7 拉普拉斯运算与格林公式直角坐标系：圆柱坐标系：球坐标系：1.8 亥姆霍兹定理作业布置主 要参考资料电磁场与电磁波李锦屏 编著 兰州高校出版社兰州交通高校教案（理论教学用） 第 5 次课 学时：2授课对象章 节第2章

7、 2.1, 2.1教学目的与要求回忆一般物理中所学的电荷守恒定律与真空中静电场的根本规律，从梯度、散度、旋度的角度深化理解并驾驭静电场的根本规律，为时变场打下根底。讲授主要内 容2.1 电荷守恒定律2.2 真空中静电场的根本规律重 点难 点 重点是电荷守恒定律与静电场的根本方程，难点是高斯定理的推导。要求驾驭学问点与分析方法 要求驾驭电荷守恒定律，真空中静电场的根本规律，可以依据电荷分布计算空间的电场分布。教授思路，采纳的教学方法与协助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等2.1 电荷守恒定律电荷体密度：电荷面密度：电荷线密度：点电荷的电荷密度：电流密度矢量：电荷守恒定律： ，

8、恒定电流的电流连续性方程：，2.2 真空中静电场的根本规律点电荷：，体电荷：面电荷：线电荷：静电场的根本方程，作业布置 2.1,2.2,2.3主 要参考资料电磁场与电磁波李锦屏 编著 兰州高校出版社备注 兰州交通高校教案（理论教学用） 第 7 次课 学时：2授课对象章 节 第2章2.3教学目的与要求 讲授电介质的极化性质，包括极化电荷的面密度、体密度、电介质的本构关系、电介质的根本方程。讲授主要内 容2.4 电介质的电特性重 点难 点重点是介质的本构关系与根本方程。难点是形象的理解极化现象。要求驾驭学问点与分析方法要求驾驭介质中的本构关系与根本方程，会利用根本方程求解电磁场。教授思路，采纳的教

9、学方法与协助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等2.4 媒质的电磁特性 2.4.1 电介质的极化电介质外表的极化电荷面密度：极化电荷体密度：电介质的本构关系：电介质中的根本方程：，作业布置 2.9主 要参考资料电磁场与电磁波李锦屏 编著 兰州高校出版社兰州交通高校教案（理论教学用）第 7 次课 学时：2授课对象章 节 第2章2.4教学目的与要求 求解静电场问题本质上求解特定边界条件下，讲授主要内 容2.4静电场的边界条件重 点难 点难点是边界条件的理解与驾驭。要求驾驭学问点与分析方法要求驾驭介质中的本构关系与根本方程，会利用根本方程求解电磁场。教授思路，采纳的教学方法与协助手

10、段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等2.4 媒质的电磁特性 2.4.1 电介质的极化电介质外表的极化电荷面密度：极化电荷体密度：电介质的本构关系：电介质中的根本方程：，作业布置 2.9主 要参考资料电磁场与电磁波李锦屏 编著 兰州高校出版社兰州交通高校教案（理论教学用） 第 8 次课 学时：2授课对象章 节第2章2.5, 2.6, 2.7教学目的与要求 在静态场的根底上讲授时变场的根本方程。麦克斯韦方程组是由法拉第电磁感应定律与位移电流假说推导出来。求解电磁场问题本质上求解特定边界条件下的麦克斯韦方程组。讲授主要内 容2.5 电磁感应定律与位移电流；2.6 麦克斯韦方程组；2.

11、7 电磁场的边界条件重 点难 点 重点是麦克斯韦方程组与边界条件。难点是边界条件的理解与驾驭。要求驾驭学问点与分析方法 驾驭麦克斯韦方程组与边界条件。教授思路，采纳的教学方法与协助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等2.5 电磁感应定律与位移电流法拉第电磁感应定律：推广的电磁感应定律：，位移电流密度：全电流定律：，2.6 麦克斯韦方程组，本构关系：，2.7 电磁场的边界条件边界条件：， ， 作业布置2.16,2.25,2.272.29主 要参考资料电磁场与电磁波李锦屏 编著 兰州高校出版社备注兰州交通高校教案（理论教学用） 第 9 次课 学时：2授课对象章 节第3章 3.1,

12、 3.2教学目的与要求讲授静电场的分析方法，电位函数，推导出电能密度与电场总能量的计算公式。讲授主要内 容3.1 静电场分析；3.2 导电媒质中的恒定电场分析重 点难 点重点是电位函数，难点是电能密度的推导。要求驾驭学问点与分析方法3.1 静电场分析3.2 导电媒质中的恒定电场分析教授思路，采纳的教学方法与协助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等3.1 静电场分析3.1.1 静电场的根本方程与边界条件根本方程：本构关系：边界条件：，3.1.2 电位函数点电荷：体电荷：面电荷：线电荷： 静电位的微分方程： 边界条件：，3.1.4 静电场的能量电能密度：电场的总能量： 3.2 导

13、电媒质中的恒定电场分析恒定电场的根本方程：本构关系：恒定电场的边界条件：，电位方程：，边界条件：作业布置 3.2,3.3主 要参考资料电磁场与电磁波李锦屏 编著 兰州高校出版社备注兰州交通高校教案（理论教学用） 第 10 次课 学时：2授课对象章 节第3章 3.3, 3.4, 3.5教学目的与要求 介绍恒定磁场的分析方法，磁场能量密度，静态场的边值问题，唯一性定理与镜像法。讲授主要内 容3.3 恒定磁场分析；3.4 静态场的边值问题及解的惟一性定理；3.5 镜像法重 点难 点重点镜像法，磁场能量。要求驾驭学问点与分析方法理解惟一性定理，驾驭镜像法。教授思路，采纳的教学方法与协助手段，板书设计，

14、重点如何突出，难点如何解决，师生互动等3.3 恒定磁场分析根本方程：，边界条件：， ，磁场能量密度：磁场的总能量：3.4 静态场的边值问题及解的惟一性定理第一类边值问题（或狄里赫利问题）：第二类边值问题（或纽曼问题）：第三类边值问题（或混合边值问题）：， 惟一性定理3.5 镜像法作业布置 3.7,3.11主 要参考资料电磁场与电磁波李锦屏 编著 兰州高校出版社备注兰州交通高校教案（理论教学用） 第 11 次课 学时：2授课对象章 节第4 章 4.1, 4.2教学目的与要求无源区域的电磁场常常通过波动方程来求解；有源区域的求解通过位函数求解。波动方程都是通过麦克斯韦方程组推导。讲授主要内 容4.

15、1 波动方程；4.2 电磁场的位函数重 点难 点 重点是波动方程。要求驾驭学问点与分析方法 驾驭波动方程。教授思路，采纳的教学方法与协助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等4.1 波动方程麦克斯韦方程， ， 无源区的波动方程，4.2 电磁场的位函数，位函数的波动方程：作业布置 41，4.2,4.3,4.4主 要参考资料电磁场与电磁波李锦屏 编著 兰州高校出版社备注兰州交通高校教案（理论教学用） 第 12 次课 学时：2授课对象章 节第4章 4.3, 4.4,4.5.1教学目的与要求 讲授电磁能守恒定律与惟一性定理，时谐电磁场的复数表示。讲授主要内 容4.3 电磁能量守恒定律；

16、4.4 惟一性定理；4.5.1重 点难 点 重点是电磁能守恒定律与坡印廷矢量，难点是对坡印廷定理的理解与惟一性定理的推导。要求驾驭学问点与分析方法驾驭电磁能守恒定律与坡印廷矢量的计算，驾驭时谐电磁场的复数表示。教授思路，采纳的教学方法与协助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等4.3 电磁能量守恒定律；电场能量密度：磁场能量密度：坡印廷定理的积分形式坡印廷矢量：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, ，作业布置 4.8,4.9主 要参考资料电磁场与电磁波李锦屏 编著 兰州高校出版社兰州交通高校教案（理论教学用） 第 13 次课 学时：2授课对象章

17、 节第4章 4.5.24.5.6教学目的与要求 讲授复矢量的麦克斯韦方程、亥姆霍兹方程、平均能量密度与平均能流密度矢量。讲授主要内 容4.5.2 复矢量的麦克斯韦方程；4.5.3 复电容率与复磁导率；4.5.4 亥姆霍兹方程；4.5.5 时谐场的位函数；4.5.6 平均能量密度与平均能流密度矢量重 点难 点重点是复矢量的麦克斯韦方程、亥姆霍兹方程、平均能量密度与平均能流密度矢量。要求驾驭学问点与分析方法要求驾驭复矢量的麦克斯韦方程、亥姆霍兹方程、平均能量密度与平均能流密度矢量。教授思路，采纳的教学方法与协助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等4.5.2 复矢量的麦克斯韦方程，

18、 4.5.3 复电容率与复磁导率复介电常数：复磁导率：4.5.4 亥姆霍兹方程， ， 4.5.5 时谐场的位函数,4.5.6 平均能量密度与平均能流密度矢量,作业布置 410，411，412，414主 要参考资料电磁场与电磁波李锦屏 编著 兰州高校出版社兰州交通高校教案（理论教学用） 第 14 次课 学时：2授课对象章 节第5 章 平面波5.1，5.1.1，5.1.2 教学目的与要求 讲授志向介质中的匀称平面波。讲授主要内 容5.1.1 志向介质中的匀称平面波函数；5.1.2 志向介质中的匀称平面波的传播特点重 点难 点 重点是志向介质中的匀称平面波的传播特点。要求驾驭学问点与分析方法驾驭志向

19、介质中的匀称平面波的传播特点，可以推导电场与磁场的关系，可以求解传播常数、波长、波阻抗、波速等参数。教授思路，采纳的教学方法与协助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等5.1.1 志向介质中的匀称平面波函数波动方程：，5.1.2 志向介质中的匀称平面波的传播特点，波数，波速，波阻抗作业布置 5.1,5.2,5.3,5.4,5.5主 要参考资料电磁场与电磁波李锦屏 编著 兰州高校出版社备注兰州交通高校教案（理论教学用） 第 15 次课 学时：2授课对象章 节第5 章 5.1.3，5.2教学目的与要求讲授沿随意方向传播的匀称平面波与电磁波的极化。讲授主要内 容5.1.3 沿随意方向

20、传播的匀称平面波；5.2 电磁波的极化重 点难 点 重点是沿随意方向传播的匀称平面波以及电磁波的极化。要求驾驭学问点与分析方法 要求驾驭沿随意方向传播的匀称平面波的传播特性，可以确定波大传播方向，确定电场与磁场之间的关系，可以确定电磁波的极化方式。教授思路，采纳的教学方法与协助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等5.1.3 沿随意方向传播的平面波，5.2 电磁波的极化 ， 线极化：若，对于一个给定点上电场矢量的方向随着时间改变不变，轨迹是直线。2 圆极化：若， 。电场矢量随着时间改变的轨迹是圆。3椭圆极化 ， 作业布置 5.6,5.7,5.8,5.11,5.12,5.14主

21、要参考资料电磁场与电磁波李锦屏 编著 兰州高校出版社备注兰州交通高校教案（理论教学用） 第 16 次课 学时：2授课对象章 节第5章5.3 , 5.4教学目的与要求 讲授匀称平面波在导电媒质中的传播以及色散与群速。讲授主要内 容5.3 匀称平面波在导电媒质中的传播；5.4 色散与群速重 点难 点 重点与难点是匀称平面波在导电媒质中的传播特性。要求驾驭学问点与分析方法 要求驾驭匀称平面波在导电媒质中的传播特性，会计算传播常数、衰减常数、波速、波长、波阻抗等参数。理解色散与群速的概念。教授思路，采纳的教学方法与协助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等5.3 匀称平面波在导电媒质中

22、的传播波动方程：， ， ， ，5.4电磁波的色散与群速波速（相速）群速 作业布置 5.16,5.23,5.25,5.26主 要参考资料电磁场与电磁波李锦屏 编著 兰州高校出版社兰州交通高校教案（理论教学用） 第 17 次课 学时：2授课对象章 节第6章 6.1 教学目的与要求通过分析多层介质中的平面波，驾驭麦克斯韦方程中的电场与磁场间的关系，运用边界条件，理解波的传播与反射。讲授主要内 容 6.1 匀称平面波对分界平面的垂直入射重 点难 点重点与难点是入射波、反射波的表示，以及运用边界条件确定入射波与反射波的振幅与相位关系。要求驾驭学问点与分析方法驾驭麦克斯韦方程中的电场与磁场间的关系，运用边

23、界条件确定场幅系数。教授思路，采纳的教学方法与协助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等6.1 匀称平面波对分界平面的垂直入射，运用边界条件确定：，作业布置6.2，6.3，6.5主 要参考资料兰州交通高校教案（理论教学用） 第 18 次课 学时：2授课对象章 节第7章 导行电磁波7.1教学目的与要求要求学生驾驭用与表示与得便其它重量，理解TEM、TE与TM形式的定义。讲授主要内 容7.1 导行电磁波概论重 点难 点用与表示与得便其它重量。要求驾驭学问点与分析方法用与表示与得便其它重量，TEM、TE与TM形式。教授思路，采纳的教学方法与协助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解

24、决，师生互动等7.1 导行电磁波概论 三种形式（矢量波动方程的三种解）（1） TEM模（2） TE模，（3） TM模，作业布置 主 要参考资料备注兰州交通高校教案（理论教学用） 第 19 次课 学时：2授课对象章 节第7章 7.2教学目的与要求要求学生驾驭矩形波导中的传输形式，传输特性，主形式。讲授主要内 容7.2 矩形波导重 点难 点矩形波导中的TE波、TM波、传输特性、TE10波。要求驾驭学问点与分析方法计算波导中的场分布，形式的截止与传输，传输模的特性。教授思路，采纳的教学方法与协助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等7.2 矩形波导 形式传输，形式截止传播常数 相速波

25、导波长主形式：截止频率最低的形式为TE10模。波导中某个行波的传输功率为矩形波导TE10模的传输功率为作业布置7.2,7.5,7.6主 要参考资料兰州交通高校教案（理论教学用） 第 20 次课 学时：2授课对象章 节第7章 7.5教学目的与要求 随着频率的增高，电磁波的波长接近元件尺寸，由集中参数元件组成的振荡回路简单产生辐射，损耗增大。故采纳空腔谐振器。 讲授主要内 容 7.5 谐振腔重 点难 点谐振腔的主要参量：谐振频率与品质因素。要求驾驭学问点与分析方法 驾驭谐振腔的谐振频率与品质因素。教授思路，采纳的教学方法与协助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等7.5 谐振腔TE

26、模：TM模：谐振频率：谐振腔的品质因素Q 定义为：作业布置 7.10,7.11主 要参考资料备注兰州交通高校教案（理论教学用） 第 21 次课 学时：2授课对象章 节第7章 7.6教学目的与要求 传输TEM波的双导体传输线，例如平行双线、同轴线等；采纳“路”的分析方法，把传输线作为分布参数电路处理；由基尔霍夫定律导出传输线方程，进而探讨波沿线的传播特性。讲授主要内 容 7.6 传输线重 点难 点重点是传输线方程、传输线特性参数与传输线的工作状态。要求驾驭学问点与分析方法 驾驭传输线的特性参数与工作状态。教授思路，采纳的教学方法与协助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等7.6.1 传输线方程及其解传输线方程：，传输线方程的通解：，1 已知终端电压与终端电流：，2 已知始端电压与电流：，7.6.2 传输线的特性参数1 特性阻抗：2 传播常数：无耗传输线，3 相速度：，对于无耗线：4 波长7.6.3 传输线的工作参数输入阻抗：无耗线：，（1）终端短路途：（2）终端开路途：（3）匹配：7.6.4 传输线的工作状态1 行波状态2 驻波状态作业布置 7.16,7.7.17,7.18,7.19主 要参考资料备注