9-0 第九章时变电磁场和电磁波教学基本要求
电磁场课程教学基本要求本课程的地位作用与任务电磁场课程
“电磁场”课程教学基本要求一、本课程的地位、作用与任务“电磁场课程教学基本要求”是各高等学校制订教学计划和教学大纲的依据，也是编写教材和评估课程教学质量的依据。
本教学基本要求是电气信息类专业合格本科学生应该达到的最低要求。
电磁场课程是电气信息类本科各专业学生必修的一门重要技术基础课，它所涉及的内容是合格的电气信息类本科学生知识结构的必要组成部分。
电气信息类本科各专业主要课程的核心内容都是宏观电磁现象与电磁过程在特定范围和特定条件下的具体表现。
同时，电磁场理论也是一些交叉学科和新兴边缘学科发展的基础之一。
本课程的主要任务是：在大学物理（电磁学）的基础上，进一步论述宏观电磁场的基本规律和基本分析方法，使学生能分析电气工程中基本的电磁现象与电磁过程，增强学生的适应能力和创造能力。
二、本课程的基本内容与要求（一）理论教学部分1. 静电场1)掌握静电场的基本方程，理解电场强度与电位之间的关系，了解电偶极子的概念。
2)了解导体和电介质在静电场中的基本特性。
熟练应用高斯定理。
3)理解电位满足的偏微分方程（泊松方程和拉普拉斯方程）。
掌握场量在不同媒质分界面上的边界条件。
4)能列出典型的静电场边值问题，并了解分离变量法在求解静电场边值问题中的应用。
5)理解静电场的惟一性定理，掌握镜像法，能计算典型的静电场问题。
了解静电场分布的等位面（线）和电场线表示法。
6)了解电容和部分电容的概念，掌握典型的电容器的电容计算方法。
7)理解电场能量及能量密度的概念。
了解计算电场力的虚位移方法。
2. 恒定电流场1)了解恒定电流场的形成与特点。
了解欧姆定律的微分形式以及功率密度的概念。
2)掌握恒定电流场的基本方程，掌握场量在不同媒质分界面上的边界条件。
3)理解静电比拟的概念和方法。
掌握求解电导的方法。
4)了解接地电阻与跨步电压的概念。
3. 恒定磁场1)掌握恒定磁场的基本方程。
理解磁通连续性原理。
了解磁偶极子的概念。
2)了解媒质在恒定磁场中的基本特性。
《电磁学》教学大纲
《电磁学》教学大纲英文名称：electromagnetics授课专业：物理学学时：72学分：4开课学期：二年级上学期适用对象：物理学专业一、课程性质与任务电磁学是物理学专业的一门专业基础课。
电磁学已渗透到物理学的各个领域，成为研究物质过程必不可少的基础。
通过本门课程的教学，要求：使学生能全面地认识和理解电磁运动的基本现象和基本概念，系统地掌握电磁运动的基本规律，具有一定的分析和解决电磁学问题的能力，并为学习后继课程打下必要的基础。
通过对电磁学发展史上某些重大的发现和发明的介绍，使学生了解物理学思想和实验方法，培养学生的辩证唯物主义世界观，使学生获得科学方法论上的教益。
二、课程教学的基本要求1 、正确理解以下基本概念和术语：基本粒子、静电场、库仑力、电场强度、电通量、电位、电位差、电功、静电平衡、静电屏蔽、电容、加速器、静电能、极化强度、电位移向量、电流密度、超导、电功率、经典金属电子论、电动势、非静电力、温差电动势、静磁场、磁感应强度、安培力、磁通量、磁矩、电磁感应、感生电场、自感、互感、涡电流、趋肤效应、磁能、磁化强度、磁化电流、磁场强度、顺磁性、抗磁性、铁磁性、磁畴、铁磁屏蔽、位移电流、电磁场、能流密度、电磁波谱。
2 、掌握以下基本规律及分析计算方法（1）静电场基本定律和定理：库仑定律、电荷守恒定律、高斯定理、环路积分定理、叠加原理。
（2）稳恒电流和电路：欧姆定律、焦耳定律、基尔霍夫定律（节点方程、回路电压方程）（3）稳恒磁场的基本定律和定理：毕——伐定律，安培定律、高斯定理、环路积分定理。
（4）交变电磁场的基本定律和定理：楞次定律、法拉第电磁感应定律、麦克斯韦方程组。
（5）掌握以下物理量的分析计算方法：电场强度、电位、电位差、电通量、电容、磁感应强度、磁通量、安培力、磁矩、电动势、电磁能量等。
3 、注意培养学生以下几方面能力（1）分析电磁运动规律及物理实验构思方法，重视对实验现象的总结，培养科学分析问题的能力。
电磁场基本要求
基本要求：1. 物理量：每种场的源物理量、基本物理量、辅助物理量和其它物理量的基本概念；（理解电场强度、电位移矢量、电位、电流密度、磁感应强度、磁场强度、标量磁位和矢量磁位等基本概念）2. 理解并掌握静电场的环路定理和高斯通量定理、恒定电场的电流连续性定理、恒定磁场的安培环路定理和磁通连续性定理；3. 掌握每种场的基本方程的微分形式和积分形式、介质的物性方程；（特别是要全面理解麦克斯韦方程组的积分形式和微分形式，及其物理内涵）；4. 每种场位函数的引入过程，位函数满足的微分方程，位函数适用的求解区域，规范条件；（电位、标量磁位和矢量磁位、推迟位等基本概念。
）5. 掌握每种场的衔接条件和各类电磁场边值问题的表述方法；6. 掌握静电场中的镜像法和电轴法、静电比拟；7. 关于求解，掌握静电场、恒定电场、恒定磁场简单的直接积分方法和利用定理方法（高斯定理和安培环路定律），掌握正弦电磁场的计算方法。
8. 掌握电磁场能量的分布和转换规律；（电场能量分布、磁场能量分布、透彻理解坡印亭矢量和坡印亭定理的数学物理含义，能够解释二传输线能量传输的物理实质；）9. 电路参数的定义和计算原则（重点是电容、部分电容、电导和电阻；一般了解电感和互感）。
9. 了解电磁波的基本传播规律。
10. 了解求解电磁场边值问题的有限元法。
11. 了解电气工程中典型电磁场问题的表述、求解步骤以及电磁场分布规律。
特别提醒：电磁场是物理概念与数学工具有机的结合体，掌握必要的推导过程便于理解基本方程和相关物理概念的由来和内涵，切忌死记硬背！！！公式推导约占期末卷面成绩的15%左右。
例如：试利用静电场的旋度方程，散度方程和物性方程，引入静电位函数ϕ，并说明在均匀介质()ε中位函数ϕ满足泊松方程()2f =ϕρε∇—（2009考题）。
例如：在某一区域中有1r r με==和0γ=，给定推迟位函数为(c )V x z t ϕ=-和()Wb/m c z z A x t e =-，其中为常数。
“电磁场”课程总体要求 章基本要求 重点 难点
“电磁场”课程总体要求1．掌握麦克斯韦方程组与波动方程，了解位函数的定义与方程，掌握电磁场边界条件与坡印廷定理；2．熟练掌握高斯定理和安培环路定理的应用；3．掌握用镜像法和直角坐标系下分离变量法计算静电场问题；4．掌握平面波的场分布与传播特点；5．掌握平面波对平面边界垂直入射与斜入射时的场分布与特点，全折射和全反射的条件；各章基本要求、重点及难点第1章矢量分析基本要求1．掌握散度和散度定理的定义和计算2．掌握旋度和斯托克斯定理的定义和计算3．掌握梯度的定义和计算4．掌握亥姆霍兹定理5．掌握直角坐标系、柱坐标系和球坐标系的长度元和哈密顿算符的表示及坐标的相互转换重点：散度定理，斯托克斯定理，亥姆霍兹定理；难点：散度，旋度，梯度，哈密顿算符，三个坐标系的相互转换第2章电磁场基本方程基本要求1．掌握麦克斯韦方程组的微分形式和积分形式，名称及意义2．掌握本构关系和限定形式麦克斯韦方程组及波动方程等导出3．掌握电磁场位函数的定义及其方程的导出4．掌握四项电磁场边界条件的代数式和矢量式5．掌握坡印廷矢量和坡印廷定理的定义和意义6．了解唯一性定理重点：麦克斯韦方程组的微分形式和积分形式，波动方程，电磁场边界条件的代数式和矢量式；难点：位移电流，电磁场位函数，坡印廷定理及其意义第3章静态场及其边值问题的解法基本要求：掌握镜像法和直角坐标系分离变量法重点：直角坐标下的分离变量法、平面及不接地带电球的镜像法；难点：分离变量法解式的选择第5章时变电磁场和平面电磁波基本要求1．掌握时谐电磁场的复数表示，能写出其瞬时式及反之2．理解复麦克斯韦方程组和复坡印廷矢量的含义3．掌握理想介质中平面波的表示式和特点4．掌握导电媒质中平面波的表示式和特点5．掌握三种极化方式的表示式和特点重点：时谐电磁场的复数表示，能写出其瞬时式及反之，复麦克斯韦方程组，理想介质和导电媒质中平面波的表示式和特点，电磁波的极化；难点：复坡印廷矢量的定义与意义，导电媒质中平面波的表示式和特点，三种极化方式的表示式。
电磁场与电磁波时变电磁场基础知识讲解
例 已知电场强度复矢量
Em (z) ex jExm cos(kz z)
其中kz和Exm为实常数。写出电场强度的瞬时矢量
解： E(z, t) Re[ex jExm cos(kz z)e jt ]
j(t π )
Re[ex Exm cos(kz z)e 2 ]
ex
Exm
cos(kz
z)
cos(t
π 2
麦克斯韦方程组微分形式
H
(r,t)
J
(r,
t)
D(r, t
t
)
E
(r,
t)
B(r , t ) t
B(r,t) 0
D(r,t) (r,t)
J (r,t) (r,t)
t
H (r) J (r) j D(r)
E(r) j B(r)
D(r) (r)
B(r) 0
面对的问题！ 分析方法！ 关联的一般性物理问题： 坡印廷定理 坡印廷矢量 典型问题的应用？
面对的问题！ 分析方法！ 关联的一般性物理问题！ 典型问题的应用： 时谐电磁场问题
4. 5 时谐电磁场
时谐电磁场的复数表示 复矢量的麦克斯韦方程 复电容率和复磁导率 亥姆霍兹方程 时谐场的位函数 平均能流密度矢量
推导
t
不利点： 磁矢位与电位函数不能分离！
洛仑兹规范条件
必须引入规范条件的原因：未规定 A的散度。
库仑规范： A 0（静态场）
对时变场问题：
A
t
洛伦兹规范条件
引入洛伦兹规范条件，电位方程为达朗贝尔方程
2
2
2t
2 A
2 A t 2
J
磁矢位与电位函数分离 磁矢位只依赖于电流 电位函数只依赖于电荷
电磁场与电磁波教案
电磁场与电磁波教案教案：电磁场与电磁波一、教学目标1.理解电磁场和电磁波的基本概念和特性；2.能够运用电磁场和电磁波的知识，解释常见现象和应用；3.发展科学探究能力和实验设计能力；4.培养学生的分析和解决问题的能力。
二、教学内容1.电磁场的概念和基本特性；2.麦克斯韦方程组；3.电磁波的概念和基本特性；4.电磁波的应用。
三、教学过程第一课时：电磁场1.引入（5分钟）通过展示图片或视频，引发学生对电磁现象的思考，了解学生对电磁现象的了解程度。
2.知识讲解（20分钟）-介绍电磁场的概念和基本特性；-通过实例解释电磁场的产生、传播和作用机制；-分析电磁场与电磁感应的关系。
3.实验演示（20分钟）进行实验，用螺线管和直流电流源组成的实验装置，演示电磁场的感应现象。
要求学生记录实验现象和结果，并进行分析和解释。
4.课堂练习（15分钟）出示相关练习题，让学生自主解答，然后进行讲解和讨论。
5.总结归纳（10分钟）总结本节课的重点内容，强调电磁场的重要性和应用价值。
第二课时：电磁波1.引入（5分钟）回顾上节课的内容，通过复习提问，检查学生对电磁场的掌握程度。
2.知识讲解（20分钟）-介绍电磁波的概念和基本特性；-解释电磁波的传播原理和性质；-探讨电磁波与电磁场的关系。
3.实验设计（25分钟）带领学生进行实验设计，验证电磁波的传播特性。
学生自主设计实验方案、记录实验数据、观察实验现象，并进行分析和解释。
4.课堂练习（15分钟）出示相关练习题，让学生自主解答，然后进行讲解和讨论。
5.应用拓展（10分钟）介绍电磁波在通讯、医学等领域的应用，引发学生对电磁波应用的思考和探索。
四、教学评价1.合作实验报告（20分）要求学生根据自己设计的实验方案，填写实验记录、分析实验数据、总结实验结果，并进行合作评价。
2.知识测试（30分）出题形式多样，包括选择题、判断题、应用题等，以考察学生对电磁场和电磁波的掌握程度。
3.课堂表现（20分）评价学生在课堂上的主动参与程度、回答问题的准确性和深度等。
初中物理教学中电磁波的教学要点与方法
初中物理教学中电磁波的教学要点与方法电磁波知识是初中物理教学的重点内容，同时也是初中物理教学难点之一。
随着新课程改革的不断深入，初中物理教学越来越重视学生实践能力和创新能力的培养，因此，电磁波知识的教学也成为了初中物理教学的重要内容之一。
本文将从教学要点与方法两个方面来探讨初中物理教学中电磁波的教学。
一、教学要点1.电磁波的基本概念电磁波是电磁场在空间中的传播，是一种以波的形式传播的能量，包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线等。
不同的电磁波具有不同的特性，如波长、频率、能量等。
2.电磁波的应用电磁波在现代社会中有着广泛的应用，如无线电通信、电视广播、光纤通信、激光通信、医学成像等。
在电磁波教学中，需要让学生了解电磁波在现代社会中的应用，以及电磁波对人类生活的影响。
3.电磁波的传播方式电磁波的传播方式包括自由传播和介质传播。
在自由传播中，电磁波可以在真空中传播；在介质传播中，电磁波需要依赖于某种介质才能传播，如空气、水等。
在介质中传播时，电磁波的传播速度会受到介质的影响。
4.电磁波的性质电磁波的性质包括干涉、衍射、多普勒效应等。
这些性质在现实生活中有着广泛的应用，如在声纳探测、无线电通信、光纤通信等领域的应用。
在教学中，需要让学生了解这些性质的基本原理，并能够在实际应用中进行解释和应用。
二、教学方法1.多媒体教学随着现代科技的发展，多媒体教学已经成为了初中物理教学的重要手段之一。
通过多媒体教学，可以生动形象地展示电磁波的传播过程和基本性质，提高学生的学习兴趣和参与度。
例如，可以利用动画模拟电磁波在介质中的传播过程，让学生更加直观地了解电磁波的性质。
2.实验教学实验是物理教学中必不可少的一部分，电磁波知识的教学也不例外。
在教学中，可以通过实验来帮助学生更好地理解电磁波的基本概念和性质。
例如，可以让学生通过实验来观察不同频率的可见光在三棱镜中的折射现象，从而了解光的色散原理。
3.探究式教学探究式教学是一种以学生为主体、教师为引导的教学方法。
《电磁场》教学大纲
《电磁场理论》教学大纲课程英文名称：Theory of Electromagnetic Fields课程编码：0806033002总学时数：64 其中讲课学时：64 实验学时：0 总学分数：4授课对象：电子信息工程专业、通信工程专业课程性质：必修课一、课程任务与目的通过本课程教学内容的学习，获取电磁场理论最必要的基本知识和基本分析技能。
通过学习可以提高学生的理论基础，增强抽象理念，电磁场理论是电子信息类专业学生必须具备的知识结构的重要组成部分之一．二、课程教学的总体要求通过本大纲所规定的电磁场理论课程的全部教学内容的学习，获得电磁场理论最必要的基本理论、基本知识和基本技能，为以后从事电子工程技术管理工作和科研工作打下基础．三、课程教学内容及基本要求第一章矢量分析（4学时）教学目的和要求：掌握矢量的运算规则，及高斯和斯托克斯定律教学重点：矢量运算教学难点：散度旋度梯度和无散场和无旋场教学方法：教师讲课为主、课堂讨论为辅教学主要内容：第一节标量与矢量第二节散度旋度第三节格林定理第四节亥姆霍兹定理第二章静电场（4学时）教学目的和要求：了解掌握真空中的静电场方程与介质中的静电场方程。
教学重点：电场强度介质极化边界条件。
教学难点：介质极化两种介质的边界条件。
教学方法：教师讲课为主、课堂讨论为辅教学主要内容：第一节电场强度、电通及电场线第二节介质极化第三节两种介质的边界条件第四节电场力第三章静电场的边值问题（4学时）教学目的和要求：了解掌握镜像法及分离变量法教学重点：镜像法分离变量法教学难点：分离变量法教学方法：教师讲课为主、课堂讨论为辅教学主要内容：第一节电位微分方程；第二节镜像法第三节分离变量法第四章恒定电流场（4学时）教学目的和要求：了解掌握电流密度电流连续性原理教学重点：电流连续性原理。
教学难点：电动势。
教学方法：教师讲课为主、课堂讨论为辅教学主要内容：第一节电流及电流密度；第二节电动势第三节电流连续性原理第五章恒定磁场（4学时）教学目的和要求：了解掌握恒定磁场的特点和边界条件。