《电磁场与电磁波》课程教学大纲（本科）.docx

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1、电磁场与电磁波(Electromagnetic Field and Electromagnetic Waves)课程代码：05410057学 分：2.0学 时：32 （其中：课堂教学学时：26实验学时：6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：电子信息工程教 材：工程电磁场导论，冯慈璋，马西奎，高等教育出版社，2000.06一、课程性质与课程目标（-）课程性质电磁理论一直是高等学校电子信息类专业的基础课程。电磁场与电磁波课程中所涉及的内容是 电气电子信息专业本科生所应具备的知识结构的重要组成局部。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

2、电磁场理论将增强学生的适应能力和创造能力。（二）课程目标课程的具体目标如下：课程目标1:通过电磁场与电磁波课程学习，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，包括：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：能够利用电磁场与电磁波知识解释电子信息工程的电磁现象；能够利用电磁场与

3、 电磁波知识分析电子信息工程中的电磁环境；能够根据电磁场与电磁波理论知识和计算方法描述和 处理电子信息工程中的电磁兼容、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，具有分析和解决电子信息工程基础问题 的能力。呈目标 毕业要求看粽点课程目标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）1 .课程的学科地位及课程特点。2 .课程的基本知识及结构。3 .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、

4、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（-）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

5、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

6、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

7、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

8、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（一）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

9、与难点L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。5 ,难点分界面上的衔接条件。第五章恒定磁场（-）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.掌握磁感应强度及毕奥沙伐定律。1 .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。2 .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。3 .掌握恒定磁场边

10、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。4 .具有利用镜像法分析计算特殊结构恒定磁场的能力。5 .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。6 .能够计算不同结构场域的能量与磁场力。7 .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

11、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。8 .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。三、本课程开设的实验工程实验1：接地金属槽的静电场分析编号实验工程名称学时类型要求支撑的课程目标1接地金属槽的静电场分析3验证性必做课程目标1、22金属板电容器电场分析3综合

12、性必做课程目标1、21.实验目的及要求学习电磁场有限元法数值计算原理；学会建立有限元数值计算模型；了解有限元离散过程；了 解常用有限元单元。掌握用ANSYS软件进行静电场分析的方法和步骤，掌握二维场建模方法，掌 握施加边界条件的命令，掌握二维电场场图的绘制命令，了解金属接地槽中电位、场强分布及自有 电容、局部电容的计算方法。9 实验主要内容利用ANSYS软件对接地金属槽中的静电场进行分析（槽宽20cm,槽高10cm,顶盖电压100V, 其它三边接地），计算出槽中电位分布，并由此计算出槽中的分布，并计算出接地槽单位长度 的电容。10 重难点掌握二维电场场图的绘制命令。掌握有限元进行静电场分析的方

13、法和步骤。实验2.金属板电容器电场分析.实验目的及要求掌握用ANSYS软件进行三维建模和三维静电场分析方法，掌握施加载荷、边界条件的命令， 掌握三维电场场图的绘制命令。1 .实验主要内容学习电磁场有限元法数值计算原理；了解二维平行平面场、轴对称场边值问题；了解有限元离 散过程；了解常用有限元单元。学习ANSYS软件的使用，掌握ANSYS电磁场分析步骤。2 .重难点学习电磁场有限元法数值计算原理；了解二维平行平面场、轴对称场边值问题；了解有限元离散 过程；了解常用有限元单元。学习ANSYS软件的使用，掌握ANSYS电磁场分析步骤。四、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

14、 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22讲授、案例、自学、 实验课程目标1、2第三章静电场10616讲授、讨论、比照、 自学课程目标1、2第四章恒定电场55讲授、演示、讨论、 自学课程目标1、2第五章恒定磁场88讲授、自学课程目标 1、2合计26632五、课程考核1.课程考核方式包括期末考试、平时作业及阶段测试情况考核（其中包括笔记、大作业等）和 实验情况考核。考核形式考核要求考核权重备注平口寸作业 及听课情 况课后完成3040个习题，主耍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

15、。15%实验完成2个实验，主要训练学生应用新技术工具验证所学 知，加深对知识的理解，最后按15%计入课程总成绩。15%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%六、参考书目及学习资料.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，2010o1 .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七、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30道习题作业，以评价学生对所学内容的理解和应用情况。建议利用网络 教学平台

16、自学相关内容。2017年07月02日附录1:实验考核方式及评分细那么本实验以考查为主，考核的内容包括实验过程的表现（其中包含分析与解决问题的能力）、实验 报告的质量等。分析与解决问题的能力采用提问和现场操作的方式进行。实验成绩中出勤、预习占 10%,实验过程表现占60%、实验报告及思考题占30%。成绩组成考核/评价环节分值考核/评价细那么对应的毕业 要求指标点出勤、预 习10%出勤状况， 预习评价10能按时到勤，遵守实验规定，不损坏实验设备（占 5%）；能够预习，并理解实验原理及目的（占5%）o1-2实验过程 60%实验中的表现60按照预设方案操作实验设备、仪表，正确完成实 验（占25%）；实验结果的准确性（占20%）；利 用所学知识分析解决问题的能力（占15%）o各 个实验在总分中所占权重系数以课时数为标准。1-2实验报告 30%实验报告评价30主要考察学生对实验结果进行分析和实验数据 进行处理的能力。要求报告字迹工整、格式规范 （占10%）；数据准确（占10%）；并按要求完成 相应思考题（10%）。1-2