电磁场教案.pdf

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1、青岛大学教案学 院：自动化工程学院教 研 室：电子工程系课程名称：电磁场与电磁波任课教师：宗卫华_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _学 期：2010-2011秋季授课班级：2008级电子工程通信工程青岛大学教务处制青岛大学教案（理论教学用）第 1次课 学时：2 授 课 对 象2008级电子工程通信工程专业本科生-4-P早 下第 1 章 1.1,1.2教学目的和要求回顾并进一步学习矢量代数的概念和运算，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）。由于电磁场的计算经常采用圆柱坐标系和球坐标系，所以这两种坐标系在本课程中非常基础和重要的知识点。讲授主要内容1.1 矢量代数

2、1.2 三种常用的正交坐标系重 点难点重点是直角坐标系、圆柱坐标系和球坐标系，以及三种坐标系之间的换算关系。要 求 掌 握知 识 点 和分析方法要求掌握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 用 的 教学 方 法 和辅助手段，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A(BxC)=B-(CxA)=C-(AxB)Ax(BxC)=(A C)B-(A B)C1.2三种常用的正交坐标系1.直角坐标系位置矢量：r exx+eyy+ezz线元矢量：dF=eAdx+2Vdy+e.dz面元矢量：dSx=?vd/vd/:=exdydz,dSv=eyd

3、lxdlz=eydxdzdS.=ezdlxdly=e,dxdy体积元：dV=dxdydz2.圆柱坐标系x=pcos(/),y=P sin。,z=z，0poo,02-,-oo2oo位置矢量：r=ep P+ezz线元矢量：d7=弓,(12+马/d。+三dz面元矢量：=epdldl:=5 次 她=引出，,此=d0dzd r =。二/叫=ezpdpd体积元：dV=pdpd机3.球坐标系x=rsin 6 c o s,y =rsinO sin。,z=r sin（/）0 r o o,0 ,0 2,r位置矢量：r=err线元矢量：dl=erdr+00rde+?”sin闵。面元矢量：dSr=erdl3dl=.r

4、2sin6d6tidS0=eodlrdl=Ojsin 闵 rd,d S,=e,d lrdlo=e,rdrd0体积元：d V=r2sin6tird6ti作业布置1.8,1.9,1.10主 要参考资料1 工程数学.矢量分析与场论，谢树艺，北京：高等教育出版社，1996,年。O183.1/XS(2)备注青岛大学教案（理论教学用）第 2次课 学时：2 授 课 对 象2008级电子工程通信工程专业本科生-4-P早 下第 1 章 1.3,1.4教学目的和要求梯度、散度和旋度是构成麦克斯韦方程组的基本算子，也是计算电磁场的基本算子，所以从方向导数、通量、环流的基础上，把三个算子的物理意义和计算公式介绍并推导

5、出来。讲授主要内容1.3 标量场的梯度1.4 矢量场的通量和散度。重 点难 点重点是标量场的梯度，矢量场的通量和散度以及散度定理。难点是圆柱坐标系和球坐标系下梯度、通量和和散度的计算。要 求 掌 握知 识 点 和分析方法掌握标量场的梯度，矢量场的通量和散度的物理意义和计算以及散度定理。教授思路，采 用 的 教学 方 法 和辅助手段，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：7uex +ev +e,dx dy z&iw l 4,/1 z J-TT 一 1圆柱坐标系：VM=eo +e）-+e.p dp a p 汕 z dzv-7 _ du _ I d

6、u _ 1 du球坐标系：Vw=er一 +-+Q-dr r 30 rsinO d（j）1.4矢量场的通量和散度；通量=鼠 痴直角坐标系=1 A-dS=Axdydz+Aydxdz+A.dxdy产（产）散度力血（7）A lim-散度定理Jv.MdTS T击u 7%朋-直角坐标系：V-A=-+-+-dx dy dz圆柱坐标系：户=更 竺 2+力+/pdp pd dz 4 -i a,2广、i a,“、i a”、球坐标系：V-F=一（厂F）+-（sin吗）+-（F/）r2 dr r rsinOdO e rsin O S。0作业布置1.12,1.14,1.16,1.12,1.18主 要参考资料1 工程数学

7、.矢量分析与场论，谢树艺，北京：高等教育出版社，1996,年。O183.1/XS(2)备注青岛大学教案（理论教学用）第 3次课 学时：2 授 课 对 象2008级电子工程通信工程专业本科生-44-早 下第 1 章 1.5,1.6教学目的和要求梯度、散度和旋度是构成麦克斯韦方程组的基本算子，也是计算电磁场的基本算子，所以从方向导数、通量、环流的基础匕把三个算子的物理意义和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。难点是圆柱坐标系和球坐标系下环流和旋度的计算。要 求 掌 握知 识 点

8、和分析方法掌握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 用 的 教学 方 法 和辅助手段，板书设计，重 点 如 何突出，难点如何解决，师 生 互 动等1.5矢量场的环流和旋度环流=A-dl 直角坐标系下=JX M =Axdx+Aydy+Azdz11.jA(r)-dl旋度 lim-=rotA-nASIO AS斯托克斯定理J=rotA-dSr&直角坐标系：rotA=Vx A=/3口_a _a_ _a_dx dy dzA,A,&至P西&圆柱坐标系：VxF=-p dp 8。&F p明一 1球小斑率 Vy F er re0 r sin 组d d d singdr dO d。F,rF0

9、rsin 附1.6无旋场与无散场无旋场：V x F =0oV x Vn=0,F-VM,无散场：V/三0 充要条件尸4 户曲=0V-(V xA)=Ou(P)=-j Vw-dl+C=Vx A o作业布置1.1 5,1.2 7,1.2 9,1.3 01:要：参考资料1 工程数学.矢量分析与场论,年。O183.1/XS(2)谢树艺，北京：高等教育出版社，1996,青岛大学教案（理论教学用）第4 次课 学时：2授 课 对 象 2 0 0 8 级电子工程通信工程专业本科生父-七早 F第 2 章 2.1,2 教学目的和要求回顾 普通物理中所学的电荷守恒定律和真空中静电场的基本规律，从梯度、散度、旋度的角度深

10、入理解并掌握静电场的基本规律，为时变场打下基础。讲授主要内 容2.1 电荷守恒定律2.2 真空中静电场的基本规律重 点难 点重点是电荷守恒定律和静电场的基本方程，难点是高斯定理的推导。要 求 掌 握知 识 点 和分析方法要求掌握电荷守恒定律，真空中静电场的基本规律，能够根据电荷分布计算空间的电场分布。教授思路，采 用 的 教学 方 法 和辅助手段，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：p（不）=l i m A迤=幽9 2Af A V d V+升/-、1-广）d （r）电面面密度：Ps（r）=h m =5 0一。A 5 d S，开 心 心 v

11、 A q（7）d 7（r）电荷线密度：p,（r）=l i m,-0 A/d/点电荷的电荷密度：P（广）=优（尸-产）电流密度矢量：J =en h m =en 但 o AS d Si=7dS7_ A/_ d i=en l i m =en S 4/f O&n d l电荷守恒定律：./=次，d/.d M=闵 vd t%由 d r 恒定电流的电流连续性方程：V-J =O,7-d 5 =02.2 真空中静电场的基本规律点电荷：M）=R =r-r4 兀体电荷：瓦尸）=一（dS4 兀。卜R3面电荷：M)=/(：)%，线电荷：后(了)=!叫 应 出 4兀o k 产静电场的基本方程 =2，c f E(F)d S

12、=p(r)d Vc0 p J 5 C Jvc0V x E =O,E(r)d f =0作业布置2.1,2.2,2.7,2.9,2.1 5主 要参考资料备注青岛大学教案（理论教学用）第 5 次课 学时：2授课对象2 0 0 8 级电子工程通信工程专业本科生TM.-4-P早 下第 2章 2.3教学目的和要求回 顾 普通物理中所学的真空中恒磁场的基本规律，从梯度、散度、旋度的角度深入理解并掌握恒磁场的基本规律，为时变场打下基础。讲授主要内容2.3 真空中恒定磁场的基本规律重 点难 点重点是真空中恒定磁场的基本方程，难点是安培环路定律的推导。要 求 掌 握知识点和分析方法要求掌握真空中恒定磁场的基本规律

13、，能够根据电流分布计算空间的磁场分布。教授思路，采 用 的 教学 方 法 和辅助手段，板书设计，重 点 如 何突出，难点如何解决，师 生 互 动等2.3 真空中恒定磁场的基本规律防）=丛 庙&任 ，）=4 兀头,一尸 4 兀】而 =及咸 安（不丁）4 兀|r-r f夙及（依空.4 7 1 卜 R3夙尸）=M f 4 s O?xd s，43 R3磁通连续性原理：V.反尸）=0,/模式传输，f fa m模式截止采 用 的 教学 方 法 和辅助手段，板书设计，传播常数a =一（酊 了 一 的“产=一年）相渍”一巴一-重 点 如 何突出，难点如何解决，师 生 互 动r-中2V2波导波长X-2等主模式：

14、截止频率最低的模式为TE波导中某个行波的传输功率为P=Re f-（x H*）JS=/22 Z s矩形波导TE】。模的传输功率为P三模。E,2 dS=-fl H,I2 dSi o J 14 S-a b 2-4 Z 10Si。作业布置7.2,7.5,7.6主 要参考资料青岛大学教案（理论教学用）第 20 次课 学时：2 授 课 对 象2008级电子工程通信工程专业本科生-4-P早 下第7章7.5教学目的和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容易产生辐射，损耗增大。故采用空腔谐振器。讲授主要内容7.5谐振腔重 点难 点谐振腔的主要参量：谐振频率和品质因素。要 求

15、 掌 握知识点和分析方法掌握谐振腔的谐振频率和品质因素。教授思路，采 用 的 教学 方 法 和辅助手段，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模：E.(x,y,z)=Em sin(x)s in g ly)c o s(?z)a b ImTC nTT D 7TTM 模：/.(x,y,z)=Hm cos(x)cos(y)sin(-z)a b I等)(,+牛 尸谐振频率：fmnp=z&A =-7 j(-)2+(-)2+()22乃/Li v m n 21w谐振腔的品质因素。定义为：。=2作业布置7.10,7.11主 要参考资料备注青岛大学教案(理论教学用)第21 次

16、课 学时：2 授 课 对 象2008级电子工程通信工程专业本科生-4-P早 下第7章7.6教学目的和要求传输TEM波的双导体传输线，例如平行双线、同轴线等；采用“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，进而讨论波沿线的传播特性。讲授主要内容7.6传输线重 点难 点重点是传输线方程、传输线特性参数和传输线的工作状态。要 求 掌 握知 识 点 和分析方法掌握传输线的特性参数和工作状态。教授思路，采 用 的 教学 方 法 和辅助手段，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：筋“，)=L u(z),坐2 =/

17、(z)d z d z传输线方程的通解：U(z)=A e+a力，/(z)=(Ae”B e),z()1已知终端电压和终端电流：。(0)=。2，(0)=，2u 二七+小才+%-1亿。e飞2 2I(z)=1(4+4工。关衣 U2:I2ZQ _ 左度)Zo 2 22已知始端电压和电流：U(l)=U1,/(/)=/。=%+/Z 0 g-ya-z)U、-/Z /-z)2 2z)=-!-(a +，|Z()/(-)-(Z o/一)2/Q 2 27.6.2 传输线的特性参数】特性阻抗：z 0=乒叵 r r 忖+/*2 传播常数：/=J ZJ =J（R 1+j叫）+jc oCl）=a +jpa =+0 2 记）（6

18、；+t y 2 G 2）_（024G _ R Q J P =+S）（G；+0 2 G2）+（。2 乙 6 g）无耗传输线为=0,G|=0,a=0,(3=C D4 Co 加 G 市 户.v 口 如*干牙枉续.】，一0 一 1J 4 1 坯/乂：V n ，入 J J 兀 札 士 戈：V -B B 2 7r4 波长4=B7.6.3 传输线的工作参数输入阻抗：Z 加（z）=Zo ZL+Z t a nh）/Z0+Z t a nh（）无耗线：a=0,y =j/3,Z,“（z）=Z。尹拜霭Zo+Z J a n（仪）(1)终端短路线：Z*(z)=jZ0 t a n f3 z(2)终端开路线:Zin o(z)=

19、-J Z0 c ot(3 z(3)匹配：Zin=Z07.6.4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 要参考资料备注青岛大学教案(理论教学用)第 2 2 次课 学时：2 授 课 对 象2 0 0 8级电子工程通信工程专业本科生-4-P早 下第 8章 8.1,8.2,8.5教学目的和要求介绍电磁辐射问题的求解方法、电偶极子辐射场的计算、天线的基本参数讲授主要内容电偶极子的辐射，天线的基本参数重 点难 点电偶极子的远区场、天线的方向图。要 求 掌 握知识点和分析方法掌握天线方向图的概念。教授思路，采 用 的 教学 方法和辅助手段，板书设计，重 点 如 何突出，难点如何解决，师 生 互 动等8.1 滞后位_ r u J(re ikWrA(r)=f 国)-d V两)=一(3。J 4-l r-r l8.2 电偶极子的辐射电偶极子的运区场“3 =/冬 si n*E9=/妗m s i n&M，2 ArEr=E.=O8.5 天线的基本参数1.方向性函数和方向性图2 .方向性系数3.效率4.增益系数5.输入阻抗作业布置主 要参考资料备注