电磁场与电磁波( 绪论2016)电磁场与电磁波教案姚毅老师版
电磁场与电磁波教案
电磁场与电磁波教案目录第1章矢量分析8第2章电磁场基本规律6第3章静电场边值问题分析12+8第4章稳恒磁场分析10第5章时变电磁场6第6章平面电磁波8第9章导行电磁波8第7章电磁波的辐射6第1章矢量分析[教学目的]通过本章的自学，并使学生介绍本课程的自学目的、内容、方法和建议。
掌控矢量分析、散度、旋度和梯度的基本概念；?波函数运算公式；散度、旋度和梯度在曲线拓扑坐标系中的则表示。
[教学内容]第一节矢量代数运算一、矢量代数二、矢量函数的偏导数第二节场论一、标量场的梯度（gradient）二、矢量场的散度（divergence）三、矢量场的旋度（rotation）第三节矢量微分算子一、微分算子?的定义二、所含?算子算式的定义与性质三、二重?算子四、包含?算子的恒等式第四节矢量分数定理一、高斯散度定理二、斯托克斯定理三、平面格林定理四、标量格林定理五、矢量格林定理六、其他积分公式七、亥姆霍兹定理[重难点分析]1.电磁场通常采用具有确定物理意义的量来表征，除开有限个点或表面上外，这些量在一定的区域按一定规律原产，就是空间坐标的连续函数。
如果场在空间任一点都存有一定的方向，则它就是一个矢量场。
2.矢量a沿闭合面的通量定义为dsadsanss矢量a的散度定义为diva?lim??sa?ds?v?v?0它则表示由该点单位体积由内向外散发出的通量。
在直角坐标系中，diva??ax?x?ayyazz3.矢量a沿滑动路径的线分数a?dlc称为a的环流。
a的旋度是这样一个矢量，s。
limadls0c它在该点的一个面元上的投影为在直角坐标系则中，az?ay?ay?ax?ax?az?rota?xyz?y?z?z?x?x?y4.在标量场u中，相同u值的点形成等值面。
在等值面的法线方向上，u值变化最快。
，则?u?ln是u的最大增加率。
梯度gradu定在u增加的方向取单位法线矢量n义为 u?lngradu?n平行，大小等于u的最大增加率的矢量。
电磁场与电磁波教案
电磁场与电磁波教案第一章：电磁场的基本概念1.1 电荷与电场介绍电荷的性质和分类解释电场的概念和电场线电场的叠加原理1.2 磁场与磁力介绍磁铁和磁性的概念解释磁场的概念和磁场线磁场的叠加原理和磁力计算1.3 电磁感应介绍法拉第电磁感应定律解释电磁感应现象的应用第二章：电磁波的基本性质2.1 电磁波的产生与传播介绍麦克斯韦方程组解释电磁波的产生和传播过程电磁波的波动方程和相位2.2 电磁波的波动性质介绍电磁波的波长、频率和波速波动方程的解和电磁波的波动性质2.3 电磁波的能量与辐射解释电磁波的能量和辐射机制介绍电磁波的辐射压和光电效应第三章：电磁波的传播与应用3.1 电磁波在自由空间的传播自由空间中电磁波的传播方程电磁波的传播速度和天线原理3.2 电磁波在介质中的传播介绍电磁波在介质中的传播方程介质的折射率和反射、透射现象3.3 电磁波的应用介绍电磁波在通信、雷达和医学等领域的应用第四章：电磁波的辐射与接收4.1 电磁波的辐射介绍电磁波的辐射机制和天线理论电磁波的辐射强度和辐射功率4.2 电磁波的接收介绍电磁波接收原理和接收器设计调制和解调技术在电磁波接收中的应用4.3 电磁波的辐射与接收实验设计实验来观察和测量电磁波的辐射和接收现象第五章：电磁波的传播特性与调控5.1 电磁波的传播特性介绍电磁波的传播损耗和传播距离电磁波的多径传播和散射现象5.2 电磁波的调控技术介绍电磁波的调制技术和幅度、频率和相位的调控方法5.3 电磁波的传播调控应用介绍电磁波在无线通信和雷达系统中的应用和调控技术第六章：电磁波的波动方程与电磁波谱6.1 电磁波的波动方程推导电磁波在均匀介质中的波动方程讨论电磁波的横向和纵向波动特性6.2 电磁波谱介绍电磁波谱的分类和各频段的特征讨论电磁波谱中常见的波段，如射频、微波、红外、可见光、紫外、X射线和γ射线等6.3 电磁波谱的应用分析电磁波谱在不同领域的应用，如通信、医学、材料科学等第七章：电磁波的传播环境与传播效应7.1 电磁波的传播环境分析不同传播环境对电磁波传播的影响，如自由空间、大气层、陆地、海洋等讨论传播环境中的衰减、延迟和散射等效应7.2 电磁波的传播效应介绍电磁波的折射、反射、透射、绕射和干涉等传播效应分析这些效应在实际应用中的影响和应对措施7.3 电磁波的传播环境与效应应用探讨电磁波传播环境与效应在通信、雷达、遥感等领域的应用和解决方案第八章：电磁波的辐射与天线技术8.1 电磁波的辐射原理分析电磁波辐射的物理机制，如开放电极、偶极子、天线阵列等讨论电磁波辐射的方向性和极化特性8.2 天线的基本理论介绍天线的基本参数，如阻抗、辐射效率、增益等分析天线的设计方法和性能优化策略8.3 电磁波的辐射与天线技术应用探讨天线技术在无线通信、广播、雷达等领域的应用和实例第九章：电磁波的接收与信号处理9.1 电磁波的接收原理介绍电磁波接收的基本过程，如放大、滤波、解调等分析接收机的性能指标，如灵敏度、选择性、稳定性等9.2 信号处理技术介绍信号处理的基本方法，如采样、量化、编码、调制等讨论数字信号处理技术在电磁波接收中的应用9.3 电磁波的接收与信号处理应用探讨电磁波接收与信号处理技术在通信、雷达、遥感等领域的应用和实例第十章：电磁波的测量与实验技术10.1 电磁波的测量原理分析电磁波测量的基本方法，如直接测量、间接测量、网络分析等讨论测量仪器和设备的选择与使用10.2 实验技术介绍电磁波实验的基本步骤和方法，如实验设计、数据采集、结果分析等分析实验中可能遇到的问题和解决策略10.3 电磁波的测量与实验技术应用探讨电磁波测量与实验技术在科研、工程、教学等领域的应用和实例重点解析第一章：电磁场的基本概念重点：电荷与电场的性质，电场的概念和电场线，电场的叠加原理。
电磁场与电磁波教学设计
电磁场与电磁波教学设计引言电磁场与电磁波是物理学中的重要概念之一，对科学技术的发展具有重要的影响。
在高中物理教学中，电磁场与电磁波是非常重要的部分，本文将结合高中物理国家课程标准和实际教学情况，设计一套电磁场与电磁波的教学方案，以期提高学生的学习效果和实际应用水平。
教学目标1. 掌握电磁场和电磁波的基本物理量和计算方法。
2. 理解电磁场和电磁波的基本特性和相互关系。
3. 熟悉电磁波的实际应用，了解电磁辐射对人体的危害和防护方法。
教学内容本教学设计将电磁场和电磁波的内容分为三个部分，包括：电磁场的基本概念和电场的性质、电磁波的概念和基本特性、电磁辐射的危害和防护。
第一部分：电磁场的基本概念和电场的性质1. 电磁场的概念和基本物理量。
2. 电场的性质和特性。
3. 电场的叠加和电势能的计算。
4. 感应电场和法拉第电磁感应规律。
教学重点：电场的性质和特性，感应电场和法拉第电磁感应规律的应用。
第二部分：电磁波的概念和基本特性1. 电磁波的概念和基本特性。
2. 电磁波的传播和干涉。
3. 电磁波的频率和波长，以及它们之间的关系。
4. 电磁波的谱系和应用。
教学重点：电磁波的传播和干涉，电磁波的频率和波长，以及它们之间的关系。
第三部分：电磁辐射的危害和防护1. 电磁辐射的性质和分类。
2. 电磁辐射的危害和防护。
3. 电磁辐射的实际应用和安全问题。
教学重点：电磁辐射的分类和安全防护措施。
教学方法与手段1. 结合实验进行教学。
利用电场实验箱和磁场实验箱，展示电场和磁场的性质和特性，并进行实验验证。
2. 采用多媒体课件，辅以PPT和视频资料，让学生更直观地理解电磁场和电磁波的特性。
3. 学生讨论和小组合作学习。
通过小组讨论和合作学习的形式，鼓励学生自主学习和思维创新。
4. 课堂作业和实验报告。
通过课堂作业和实验报告的形式，加深学生对教学内容的理解和应用。
评价方法1. 测验：针对某一章节或知识点进行小测验，以确保学生掌握相应的知识点。
电磁场与电磁波教案
电磁场与电磁波教案电磁场与电磁波教案一、文章类型与目标本文将为读者提供一份全面的电磁场与电磁波教案，旨在帮助读者了解和掌握电磁场与电磁波的基本概念、理论和应用。
本文将按照教学要求进行组织，并注重讲解与实践相结合，适合用于大学本科或研究生阶段的教学。
二、关键词收集电磁场、电磁波、波动、电磁辐射、麦克斯韦方程组、电磁波的传播、介质、导电、导磁、频谱、波长、电磁感应、电场、磁场、能量传输、应用等。
三、教案设计1、教学目标(1) 掌握电磁场与电磁波的基本概念和性质； (2) 理解电磁场与电磁波的传播规律； (3) 熟悉电磁场与电磁波在各种介质中的性质和行为； (4) 了解电磁场与电磁波在通信、能源、材料等领域的应用。
2、教学大纲第一章绪论第二章电磁场的性质和行为第三章电磁波的传播第四章电磁场与电磁波在介质中的行为第五章电磁场与电磁波的应用3、教学计划第一周：绪论，电磁场的性质和行为；第二周：电磁波的传播，介质对电磁波的影响；第三周：电磁场与电磁波在介质中的行为，能量传输；第四周：电磁场与电磁波的应用，实验操作。
四、编写教案碎片1、第一章绪论(1) 了解电磁场与电磁波的基本概念和发展历程； (2) 掌握麦克斯韦方程组的形式和物理意义； (3) 了解电磁波谱及其应用。
2、第二周电磁波的传播(1) 掌握电磁波在真空中的传播特性，包括频率、波长、相位、偏振等； (2) 了解电磁波在介质中的传播特性，包括速度、折射率、反射、透射等； (3) 理解色散现象及其物理意义。
3、第三周介质对电磁波的影响(1) 了解介质的基本性质，包括电导率、磁导率等； (2) 掌握介质在电磁场中的作用和行为，包括极化、磁化、电导等； (3) 了解不同介质对电磁波的反射、透射和吸收等行为。
4、第四周实验操作与应用(1) 通过实验操作，进一步理解电磁场与电磁波的基本概念和性质；(2) 了解电磁场与电磁波在通信、能源、材料等领域的应用； (3) 培养学生的实践能力和创新思维。
电磁场与电磁波(1)电磁场与电磁波教案姚毅老师版
第5章时变电磁场
第6章正弦平面电磁波在无界空间中的传播
第7章电磁波的反射和折射 第8章导行电磁波(微波技术）
第9章电磁波辐射（天线）
前五章的内容为电磁场理论部分，后四章为电磁波理论部分
四、课程特点
1、理论性强：电磁场理论或电磁场与电磁波是 在电磁学的基础上,按归纳法，从一系列实验定 律开始，逐步将其一般化，归纳成有普遍意义 的麦克斯韦方程组，进一步讨论时变电磁场与 波的传播。
麦克斯韦方程奠定了宏观电磁理论的基础，预言了电磁波 的存在。这个预言于1888年被德国物理学家赫兹的实验结果所 证实波应 用的广阔前景。
电磁波的应用领域：通信、雷达、广播、电视、导航、遥控遥 测和电子对抗
无线电通信系统
发射天线
接收天线
馈 线
发射机
导行波
问
题
现代通信系统用什么工具来传送信号？
二、课程的性质和任务
“电磁场理论”是讲述电磁场激励与电磁波传播规律的课程， 是电子信息类及电气信息类专业本科生必修的一门技术基础课
课程内容是电子、电气信息类专业本科学生应具备知识结 构的重要组成部分
电磁场理论与电磁波基本理论又是一些交叉学科的生长点和 新兴边缘学科发展的基础
要掌握电磁波传输的机理和性能，了解构成 导波系统的元件和器件的性能，就必须掌握电磁 场与电磁波的基本理论和技术。
要了解在地面站和卫星之间信号如何传播，就 必须掌握电磁场与电磁波的基本理论和技术。
……
六、电磁场理论与电路理论之间的关系
1、集总假设与集总电路
集总电路的定义：
满足条件
d
集总电路的特点：
绪论
一、关于通信（信号与信息传送）
通信的定义： 发展历史：
电磁场与电磁波教案全案
Ａ
（eｘ eｙ eｚ ） （eｘ Ａ ＋eｙ Ａ ＋eｚ Ａ） ＝ ｘ ｙ ｚ ｘ＋ ｙ＋ ｚ
4、斯托克斯定理 一个矢量函数的环量等于该矢量函数的旋度对该闭合曲线所包围的任意曲面的积分。该定 理用数学表达式可描述为
A d l rot A d s ( A )d s
d i vＡ ＝ ｓ l i m Ａｄ l i m Ａｎｄｓ ＝ ｖ v 0 ｖ v 0
称为矢量 Ａ 穿过 d s 的通量(flux)。
A d s 又表示了什么物理意义?
1、div Ａ 表示在场中任意一点处，通量对体积的变化率，也可看作在该点处一个单位体积通过 的通量，它表示了场中各点的场与通量源的关系。 2、当 div Ａ ＞0 时，表明该点存在正源，是发出能量线的；当 divＡ ＜0 时，表明该点存在负源， 是吸收通量线的；当 divＡ ＝0 时，表明该点无源；另外，divＡ 与所取的体积形状无关。因为 当ΔＶ→0 时，所有的尺寸都趋于 0。 3、引入一个矢性微分算子 ，称为哈密顿算子(W.R.Hamilton operator)，即
第1章
矢量分析
教学目的与要求:
知识目标： １、理解矢量与标量的定义，矢量的代数运算关系 ２、理解标量场与矢量场的概念。 ３、复习直角坐标系、圆柱坐标系和球面坐标系这三个最常用的正交坐标系，以及 三种坐标系中单位矢量之间的关系。 ４、理解矢量函数的通量与散度。 5、定义高斯散度定理，了解其应用。 6、理解矢量函数的环量与旋度。 7、定义斯托克斯定理，了解其应用。 8、理解标量函数的方向导数与梯度 9、格林公式及其应用 10、亥姆霍兹定理及其意义 能力目标： 根据学生已具备的关于矢量和坐标系等方面数学知识，进一步引导学生对数学 知识的应用和拓展，培养学生的想象力及利用所学知识分析、总结问题的能力。
4-2 电磁场与电磁波 教案
4.2电磁场与电磁波〖教材分析〗本节课内容主要有麦克斯韦的电磁理论和赫兹的火花实验。
通过理论分析和推导使学生对麦克斯韦的电磁理论有一定的了解，不需要计算。
赫兹实验是验证电磁波是否存在的实验，它是检验麦克斯韦理论是否正确的试金石。
最后通过地电磁波和机械波的对比，加深理解和学习研究问题的科学方法。
〖教学目标与核心素养〗物理观念∶理解电磁理论的内容，体会物理观念产生的过程。
科学思维∶结合前面学习过的知识，理解变化的磁场产生电场。
科学探究：培养学生实验探求知识的意识，增强求知欲望。
科学态度与责任∶通过结合生活中各种相应现象及常识，理解电磁波在人们生活中的地位。
〖教学重难点〗教学重点：麦克斯韦电磁场理论的基本内容。
教学难点：电磁波的特点以及赫兹实验原理。
〖教学准备〗多媒体课件。
〖教学过程〗一、新课引入电磁振荡电路中的能量有一部分要以电磁波的形式辐射到周围空间中去，那么，这些电磁波是怎样产生的?动图展示：振荡电路电磁场的变化。
分析：上节课我们讲过振荡电路中的能量消耗主要有俩个，一是电路有电阻，产生的内能，也就是焦耳热。
另外就是一电磁波的形式辐射出去。
这些电磁波是怎样产生的?二、新课教学（一）电磁场1.变化的磁场产生电场在变化的磁场中放一个闭合电路，由于穿过电路的磁通量发生变化，电路里会产生感应电流。
电子的定向移动形成电流，但是电子的定向移动需要电场。
所以麦克斯韦从场认为电路里能产生感应电流，是因为变化的磁场产生了电场，正是这个电场促使导体中的自由电荷做定向运动，产生感应电流。
即：变化的磁场能产生电场。
既然变化的磁场能产生电场，那变换的电场能否产生磁场呢？2.变化的电场产生磁场变化的电场驱动→运动的电荷→产生变化的电流→产生磁场。
麦克斯韦假设∶变化的电场就像运动的电荷，也会在空间产生磁场，即变化的电场产生磁场。
例如，在电容器充、放电的过程中，不仅导体中的电流产生磁场，而且在电容器两极板间周期性变化的电场也产生磁场。
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。
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通信的定义： 发展历史： 1、烽火台 2、消息树 （简单信号）
论
一、关于通信（信号与信息传送）
3、传统的信件传送（复杂信息传送）
（1）用确定的文字写信；
（2）装入信封写明地址；
（3）信件传送
骑马 汽车
火车
飞机
（4）读信
4、广播
5、电视 节目制作
发射
接收（观看）
6、移动电话
7、有线电话
无线电通信系统
发射天线
接收天线
馈 线
馈 线
导行波 发射机
导行波 接收机
中、短波发射天线
微波接力天线
Hale Waihona Puke 卡塞格仑天线MMDS-A型微波天线
MMDS-C型微波天线
对数周期天线
平行双线 矩形波导
微带线
圆波导
同轴线
B2 隐形轰炸机
我国研制的隐形—J-20重型歼击机
威力强大的电磁炮
电磁炮弹穿过装甲的图片
问
题
现代通信系统用什么工具来传送信号？
什么是电磁波？
电磁波是怎样传递信息的？ 电磁波还有什么用？
三、课程内容和教材体系
课程主要介绍经典宏观电磁运动规律,即电磁场理论和电磁 波理论 教材共9章 第1章矢量分析 第3章静电场解法 第2章静电场与恒定电场 第4章恒定磁场
第5章时变电磁场
第6章正弦平面电磁波在无界空间中的传播 第7章电磁波的反射和折射 第9章电磁波辐射（天线工程） 前五章的内容为电磁场理论部分，后四章为电磁波理论部分 第8章导行电磁波(微波技术）
舰载激光炮
要掌握天线发射和接收电磁波的机理和性能， 必须掌握电磁场与电磁波的基本理论和技术。 要掌握电磁波传输的机理和性能，了解构成 导波系统的元件和器件的性能，就必须掌握电磁 场与电磁波的基本理论和技术。
要了解在地面站和卫星之间信号如何传播，就 必须掌握电磁场与电磁波的基本理论和技术。
……
五、电磁场、电磁波与工程应用
进一步说明为什么要学习电磁场理论
从库伦测量电荷相互作用力，到 1831年，英国物理学家法 拉第发现了电磁感应现象并提出电磁感应定律，制造出了世界 上第一台发电机、电动机；以后出现：摩尔电报、贝尔电话、 电视、雷达、手机......
麦克斯韦方程奠定了宏观电磁理论的基础，预言了电磁波 的存在。这个预言于1888年被德国物理学家赫兹的实验结果所 证实，从而导致无线电通信的发明，展现了电磁场与电磁波应 用的广阔前景。 电磁波的应用领域：通信、雷达、广播、电视、导航、遥控遥 测和电子对抗
四、课程特点
1、理论性强：电磁场理论或电磁场与电磁波是 在电磁学的基础上,按归纳法，从一系列实验定 律开始，逐步将其一般化，归纳成有普遍意义 的麦克斯韦方程组，进一步讨论时变电磁场与 波的传播。 2、对数学工具要求高：所需的数学知识有高等 数学和工程数学，特别是矢量分析与场论 3、物理概念多 4、四维空间物理过程
8、互联网
二、课程的性质和任务
“电磁场理论”是讲述电磁场激励与电磁波传播规律的课程， 是电子信息类及电气信息类专业本科生必修的一门技术基础课 课程内容是电子、电气信息类专业本科学生应具备知识结 构的重要组成部分 电磁场理论与电磁波基本理论又是一些交叉学科的生长点和 新兴边缘学科发展的基础 前修课程：“高等数学” 、“工程数学”和“大学物理” （电磁学） “电磁场与电磁波”是学习“微波技术与天线”、“光通信 技术”、“微波与卫星通信”等课程的基础