18电磁场与电磁波+电子信息工程和通信工程

北京工业大学“电磁场与电磁波”课程教学大纲

英文名称：Electromagnetism Field and Electromagnetism Wave 课程编号：0000517 课程类型：学科基础必修课 学时：48 学分：3

面向对象：电子信息工程和通信工程专业本科生 先修课程：大学物理（电磁学） 使用教材及参考书：

1．谢处方 饶克谨编，《电磁场与电磁波》，高等教育出版社(第四版)，2006-1 2．林志瑗 杨铨让 沙玉钧编，《电磁场工程基础》， 高等教育出版社，1983-6 3．周建华 游佰强译，《工程电磁学基础》，机械工业出版社，2006-9

一、 课程性质、目的和任务

本课程是工科电子信息工程和通信工程专业本科生必修的一门专业基础课。本课程在大学物理（电磁学）的基础上，着重阐述电磁场与电磁波的基本概念、原理、规律和基本分析方法，及其在工程实际中的应用。通过本课程的学习，使学生进一步认识并掌握电磁场与电磁波的物理本质、基本规律和基本分析方法，培养学生对电磁问题的分析与求解能力，并为学习相关的后续课程（如《微波技术》、《通信电路原理》、《射频电路设计》等课程）或深入研究电磁理论打下必要的基础。

二、课程教学内容及要求

按“掌握”“理解”“了解”三个层次注明了各章节的主要内容和应达到的要求，并分别用符号[1] ：掌握、[2] ：理解、[3] ：了解、△：自学或粗讲标记在相应内容的右上角处。

第一章 矢量分析 （一）目的与要求

理解标量场与矢量场的概念，了解标量场的等值面和矢量场的矢量线的概念。矢量场的散度和旋度、标量场的梯度是矢量分析中最基本的重要概念，应深刻理解，掌握散度、旋度和梯度的计算公式和方法。散度定理和斯托克斯定理是矢量分析中的两个重要定理，应熟练掌握

和应用。理解亥姆霍兹定理的重要意义。 （二）教学内容 1.1 矢量代数

1.1.1标量和矢量 1.1.2矢量的加法和减法 1.1.3矢量的乘法 1.2 三种常用的正交坐标系[1]

1.2.1直角坐标系 1.2.2圆柱坐标系 1.2.3球坐标系 1.3 标量场和梯度[1]

1.3.1标量场的等直面 1.3.2方向导数 1.3.3梯度

1.4 矢量场的通量与散度[1]

1.4.1矢量场的矢量线 1.4.2通量 1.4.3散度 1.4.4散度定理 1.5 矢量场的环流与旋度[1]

1.5.1环流 1.5.2旋度 1.5.3斯托克斯定理 1.6 无旋场与无散场[2]

1.6.1无旋场 1.6.2无散场

1.7 拉普拉斯运算与格林定理[3]

1.7.1拉普拉斯运算 1.7.2格林定理 1.8 亥姆霍兹定理[2]

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（三）课后练习

课本习题1.1、1.4、1.11、1.12、1.16、1.18、1.22、1.24、1.25 （四）教学方法与手段

理论讲解与习题讲解相结合。

第二章 电磁场的基本规律 （一）目的与要求

1．本章介绍了电磁场的基本规律，主要内容有：电荷与电荷分布，电流与电流密度，电流连续性方程；电场强度，库仑定律，磁感应强度，安培力定律；

电场强度的矢量积分公式，磁感应强度的矢量积分公式。通过本章的学习，要求学生理解电荷与电荷密度、电流与电流密度的概念，理解并掌握电流连续性方程。理解并掌握、安培力定律。会计算一些典型电荷分布的电场强度与一些典型电流分布的磁感应强度。 2.重点与难点：电荷分布与电流分布，库仑定律，，磁感应强度，电场强度安培力定律。 （二）教学内容 2.1 电荷守恒定律型[2] 2.1.1电荷及电荷密度 2.1.2电流及电流密度

2.1.3电荷守恒定律与电流连续性方程 2.2 真空中静电场的基本规律[1] 2.2.1库仑定律 电场强度 2.2.2静电场的散度与旋度 2.3 真空中恒定磁场的基本定律[1] 2.3.1安培力定律 磁感应强度 2.3.2恒定磁场的散度与旋度 2.4 媒质的电磁特性[1]

2.4.1电介质的极化 电位移矢量 2.4.2磁介质的磁化 磁场强度 2.4.3媒质的传导特性[1] 2.5 电磁感应定律和位移电流[1] 2.5.1法拉第电磁感应定律

2.5.2位移电流 2.6 麦克斯韦方程组[1]

2.6.1麦克斯韦方程组的积分形式 2.6.2麦克斯韦方程组的微分形式 2.6.3媒质的本构关系 2.7 电磁场的边界条件[1] 2.7.1边界条件的一般形式 2.7.2两种特殊情况下的边界条件 （三）课后练习

课本习题2.1、2.3、2.5、2.6、、2.10、2.11、2.14、2.15、2.16、2.21、2.26 （四）教学方法与手段

理论讲解、例题讲解和自学相结合。着重把数学表达式中的含义讲解清楚，

使学生更容易掌握和记忆公式。通过公式的推导让学生掌握公式表达的含义，以及概念之间的相互关系。

第三章 静态电磁场及其边值问题的解 （一）目的与要求

1. 理解电场强度与电位的定义，理解电场强度的线积分与路径无关的性质以及电场强度与电位之间的关系。了解媒质的线性,均匀和各向同性的含义，了解电偶极子，电偶极距的概念，了解极化电荷，极化强度的定义。理解电位移的定义以及它和电场强度，极化强度之间的关系，理解并能熟练应用高斯定律。

掌握静电场的基本方程，掌握电位所满足的微分方程(泊松方程和拉普拉斯方程)，以及电场强度，电位移和电位在不同媒质分界面上的衔接条件，能列出简单场的边值问题,并能掌握一维边值问题的求解方法。

理解边值问题解答的唯一性。掌握镜像法,能计算简单的场问题。了解电容的计算原则,了解多导体系统的部分电容的概念。了解电场能量及能量密度的概念,掌握电场能量及能量密度的计算方法。了解广义力和广义坐标的概念,会应用虚位移法求电场力。了解分离变量法.能初步应用差分法来解决简单的平行平面电场问题。

2．重点与难点：电位移矢量，自由空间静电场的基本方程；标量电位函数，泊松方程，拉普拉斯方程；点电荷的?函数表示，格林函数，格林定理，唯一性定理；电介质的极化，极

化强度；介质中的高斯定律，边界条件；恒定电场的基本方程及边界条件，导体系统的电容，电场能量，静电力。 （二）教学内容 3.1 静电场问题[1]

3.1.1静电场的基本方程和边界条件 3.1.2电位函数 3.1.3导体系统的电容 3.1.4静电场的能量 3.1.5静电力

3.2 导电媒质中的恒定电场分析[1]

3.2.1恒定电场的基本方程和边界条件 3.2.2恒定电场与静电场的比拟[3] 3.3 恒定磁场分析[1]

3.3.1恒定磁场的基本方程和边界条件 3.3.2矢量磁位和标量磁位 3.3.3电感

3.3.4恒定磁场的能量 3.3.5磁场力[3]

3.4 静态场的边值问题及解的唯一性定理[1] 3.4.1边值问题的类型[2] 3.4.2唯一性定理 3.5 镜像法[1]

3.5.1接地导体平面的镜像 3.5.2导体球面的镜像 3.5.3导体圆柱面的镜像 3.5.4介质平面的镜像 3.6 分离变量法[1]

3.6.1直角坐标系中的分离变量法 3.6.2圆柱坐标系中的分离变量法 3.6.3球坐标系中的分离变量法

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