《电磁场数值计算》课程教学大纲.
电磁场工程数学基础教学大纲
电磁场工程数学基础教学大纲《电磁场工程数学基础》课程教学大纲课程代码：030732035课程英文名称：Electromagnetic Field Engineering Mathematics Foundation课程总学时：32 讲课：32 实验：0 上机：0适用专业：电类各专业大纲编写（修订）时间：2017.5一、大纲使用说明（一）课程的地位及教学目标本课程是电类专业的一门重要的技术基础课。
电类各专业主要课程的核心内容都是电磁现象在特定范围和条件下的体现,分析电磁现象的定性过程和定量计算方法是电类各专业学生掌握专业知识和技能的基础之一,因而电磁场课程所涉及的内容，是合格的电类专业本科生所应具备的知识结构的必要组成部分。
不仅如此，电磁场理论又是一些交叉领域的学科生长点和新兴边缘学科发展的基础。
因此，学习这一课程不仅为学习专业课程准备了必要的基础知识，而且将对培养学生严谨的科学学风、科学方法以及抽象的思维能力、创新精神等，都起着十分重要的作用。
通过本课程的学习，学生应从整体上掌握电磁场的基本概念、基本属性、基本理论和基本分析方法，了解电磁场边值问题的表述以及数值计算方法，了解电磁场的主要应用领域及其原理，训练分析问题、归纳问题的科学方法，培养用数学工具分析问题，解决问题的能力。
为后续课程的学习和解决工程电磁场问题打下良好的基础。
（二）知识、能力及技能方面的基本要求本课程在普通物理和工程数学的基础上，主要研究电磁场与电磁波的基本属性，运动规律，与物质的相互作用及其应用等，包括电磁场的数学物理基础、电磁场中的基本物理量和基本实验定律、静电场分析、静电场边值问题的解析法、稳恒磁场等部分。
每个部分根据教学内容要求再分若干章节，循序渐进，便于学生学习掌握。
通过本课程教学，培养学生具有运用场的观点定性分析和定量计算工程电磁场问题的初步能力，具体应达到下列要求：1. 使学生对电磁场的基本概念、基本理论、基本分析方法和电磁场的能量和力效应等内容能够有比较全面的认识和正确的理解与掌握, 并了解物质的基本电磁性质和电磁场理论的一些应用，具有初步的应用能力；能对工程中一些基本交变电磁现象进行解释。
电磁场教学大纲
电磁场教学大纲电磁场教学大纲电磁场是物理学中的重要分支，涵盖了电学和磁学的内容。
电磁场教学大纲是为了指导教师在教学中能够有条不紊地传授这一知识领域的内容，使学生能够全面理解电磁场的基本原理和应用。
本文将探讨电磁场教学大纲的重要性、内容设置以及教学方法等方面的问题。
一、电磁场教学大纲的重要性电磁场是物理学中的基础知识，对于学生的物理素养和科学思维的培养具有重要的作用。
电磁场教学大纲的制定可以帮助教师合理安排教学内容，确保学生在学习过程中能够逐步深入理解电磁场的概念和原理。
同时，电磁场教学大纲还可以为学生提供学习的指导，帮助他们更好地掌握知识点，提高学习效果。
二、电磁场教学大纲的内容设置1. 电场电场是电荷周围的一种物理场，它的存在使得电荷之间产生相互作用。
电磁场教学大纲中应包括电场的产生和性质，电场强度的计算以及电势能的概念等内容。
通过学习电场的基本概念，学生可以理解电荷之间的相互作用规律，为后续学习提供基础。
2. 磁场磁场是磁荷周围的一种物理场，它的存在使得磁荷之间产生相互作用。
电磁场教学大纲中应包括磁场的产生和性质，磁场强度的计算以及磁感应强度的概念等内容。
学生通过学习磁场的基本概念，可以理解磁荷之间的相互作用规律，为后续学习提供基础。
3. 电磁感应电磁感应是指磁场的变化可以引起感应电流的产生。
电磁场教学大纲中应包括法拉第电磁感应定律的内容，学生通过学习电磁感应的基本原理，可以理解电磁感应现象的产生机制，为后续学习提供基础。
4. 麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组是描述电磁场的基本方程，它包括了电场和磁场的基本规律。
电磁场教学大纲中应包括麦克斯韦方程组的内容，学生通过学习麦克斯韦方程组，可以深入了解电磁场的本质和相互关系。
三、电磁场教学的方法电磁场教学应注重理论与实践相结合，注重培养学生的实验能力和解决问题的能力。
在教学过程中，可以采用多媒体辅助教学的方式，通过图像、动画等形式展示电磁场的现象和原理，提高学生的学习兴趣和理解能力。
电磁场数值分析基础
A 4 r 2
折叠微带天线 建立计算模型时，忽略损耗，考虑金属贴 片为理想金属导体（PEC）。
35
36
6
1.5.1 误差的来源与分类
观测误差 在数学模型中往往还有一些根据观测得到的物理量， 如温度、长度、电压等等，而观测不可避免会带来误 差。这种由观测产生的误差称为观测误差. 例.求解电阻的阻值。
1.5.2 绝对误差与相对误差
例：用毫米刻度的直尺测量一长度为 x 的物体，其长度近似值 x 30mm 。 对于毫米刻度尺，最小刻度是1mm，则最大误 差为0.5mm,即其绝对误差限为0.5mm
*
则称
e( x ) x x
*
为近似值x的绝对误差，简称误差。
通常准确值x*是未知的，因此误差e(x)也未知。 若能根据测量工具或计算情况估计出误差绝对 值的一个上界，即
1
0
11 11 sin x x3 x2 dx x dx x 0 0 x x 3! x 6
17 dx 18
截断误差为： 0
1
sin x 17 dx 18 x
1.5.2 绝对误差与相对误差
* 定义1 设 x 是准确值，其近似值为x ,
无线通信
19 20
1.2 数值分析的用途
1.2 数值分析的用途
数码相机
美国F117隐身飞机
21 22
1.2 数值分析的用途
数值计算方法能够极大地覆盖所能解决 的问题类型 数值计算方法可以让用户更加智慧地使 用“封装”的软件 用 封装 的软件 数值计算方法是学习使用计算机的有效 载体 数值计算方法提供了加强对数学知识理 解的平台
2 2 2 kc 2 EZ 0 , 在波导内 2 x y
《电磁场》课程教学大纲
电磁场课程教学大纲Electromagnetic Field课程编号:10312004 适用专业:电气工程与自动化学时数:48 学分数:3执笔人:连存虎编写日期:2006年8月一、课程的性质和目的本门课程属于电气工程与自动化专业的专业基础课程，通过本门课程的学习，使学生在大学物理电磁学的基础上，进一步掌握电磁场基本概念；培养学生用场的观点对电气工程中的电磁现象和电磁过程进行定性分析与判断的初步能力；了解进行定量分析的基本途径，为进一步学习和应用各种较复杂的电磁场计算方法打下基础；通过电磁场理论的逻辑推理，培养学生正确思维和严谨的科学态度。
二、课程教学环节的基本要求课堂讲授：①教学方法采用启发式教学、鼓励学生自学、培养学生自学能力。
贯彻少而精的原则,精选教学内容,精讲多练。
②教学手段部分采用多媒体教学。
作业方面：习题课的类型一般应包括计算题、概念题和应用题等。
课外习题内容以设计计算为主，也可以布置有利于培养的分析能力和加强重要概念理解的思考题。
考试环节：考试形式采用笔试，考试题型可为：选择、填空、简答、论述、判断、分析、证明、计算等题。
三、课程的教学内容和学时分配第一章矢量分析(10学时)教学内容：矢量代数；正交坐标系；标量场的等值面及等值面方程，标量场的梯度；矢量线的微分方程；矢量场的不变特性，矢量线的特性；矢量场的散度和旋度；哈密顿算子▽和拉普拉斯算子▽2，格林定理；高斯散度公式和斯托克斯公式；两个零恒等式；无旋场与无散场；亥姆霍兹定理。
教学要求：掌握标量场的等值面及等值面方程，标量场的梯度；矢量线的微分方程，矢量场的散度和旋度；哈密顿算子▽和拉普拉斯算子▽2；高斯散度公式和斯托克斯公式，两个零恒等式；亥姆霍兹定理。
理解圆柱坐标系、球坐标系；方向导数、通量、环量；无旋场与无散场；格林定理。
了解矢量场的不变特性，矢量线的特性。
重点：掌握标量场的梯度、矢量场的散度、旋度的概念和运算，及其对场的性质的描述。
《电磁场数学方法》教学大纲(大专业)改
《电磁场数学方法》课程教学大纲课程编号：02082040适用专业：电子信息学时数：80 学分数：5 开课学期：第3学期先修课程：高等数学执笔者：王园编写日期：2012－05 审核人：一、课程性质和任务授课对象：课程类别：学科基础课教学目标：本课程是一门专业基础课。
其任务是在高等数学的基础上学习电磁场与电磁波、微波技术及天线中涉及到的复变函数、特殊函数、偏微分方程及其求解方法。
通过本课程的学习使学生了解定解问题的分类。
理解和掌握复变函数理的基本概念、性质和应用，理解和掌握波动方程、拉氏方程、传导方程的分离变量法、掌握行波方法和格林函数法。
理解和掌握各类贝塞尔函数、各类勒让德函数的性质和应用。
二、课程内容安排和要求教学内容、要求及教学方法第一部分复变函数（21学时）第1章复变函数（6）复数及其运算（1）；复变函数及导数（1）；解析函数与调和函数的关系（2）；单值函数与多值函数（2）。
熟练掌握复数的运算；理解复变函数的极限、连续和导数的概念；掌握解析函数的概念和柯西-黎曼条件，了解解析函数与调和函数的关系；理解多值函数的单值分支、支点和支割线的概念，了解黎曼面的概念；熟悉一些常见的单值函数和多值函数的基本性质。
第2章复变函数的积分（3）柯西定理（1）；柯西公式（2）。
了解复变函数积分的基本性质；熟练掌握柯西定理和柯西公式。
第3章解析函数的幂级数表示（7）函数项级数的基本性质（1）；幂级数与解析函数（2）；罗朗级数（2）；单值函数的孤立奇点（2）。
了解级数收敛、绝对收敛、一致收敛和绝对一致收敛的概念；掌握幂级数的收敛性和解析函数的泰勒展开；掌握解析函数的罗朗展开；掌握单值函数孤立奇点的分类。
第4章留数及其应用（5）留数及留数的计算（1）；留数的应用（4）。
掌握留数的定义和留数定理；掌握留数的求法；会应用留数定理计算三种类型实积分；会处理实轴上有单级点的简单无穷积分。
第二部分数学物理方程（59学时）第1章典型方程与定解问题（4学时）常见坐标系（2）典型方程与定解问题（2）掌握三种常见坐标系的建立，坐标轴、坐标面、坐标变量、长度微元、体积元和面积元。
《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。
电磁场数值计算教学大纲
«电磁场数值计算»课程教学大纲
课程编号: 00200090
课程名称：电磁场数值计算
英文名称：Nnumerical computation of electromagnetic fields
总学时：16
总学分：1
适用对象: 电气工程及相关专业本科
先修课程：工程电磁场、电磁场与电磁波、高等数学
一、课程性质、目的和任务
«本课程是电气工程及相关专业的一门专业选修课。
课程系统介绍电磁场边值问题的表述方法、电磁场数值计算的数学基础。
主要讲述有限元法和边界元法的基本原理和计算步骤。
通过使用电磁场数值分析通用软件，加深对电磁场原理和数值计算方法的理解，培养学生利用电磁场知识解决工程问题的能力。
»
二、教学的基本要求
«掌握电磁场边值问题的表述方法；理解变分原理和加权余量概念；理解有限元法和边界元法的基本原理；掌握有限元法的实施方法；学会使用ANSYS-EMG软件计算简单的电磁场问题。
»
三、教学的基本内容
«1、电磁场边值问题；
2、变分原理；
3、加权余量；
4、有限元法；
5、边界元法；
6、ANSYS软件»
五、推荐教材和教学参考书
教材：《电磁场数值计算》，倪光正，钱秀英编，高等教育出版社，1996年。
参考书：《工程电磁场数值分析》，盛剑霓编著，西安交通大学出版社，1991年。
六、补充说明
无
大纲执笔者：王泽忠
大纲校对者：卢斌先
大纲审核者：屠幼萍。
《电磁场论》课程教学大纲
电磁场论Electromagnetic Field Theory【开课单位】地球探测与信息技术系【课程模块】学科基础【课程编号】081502201291 【课程类别】必修【学时数】48 （理论48 实践0 ）【学分数】 3备注：课程模块为公共基础、通识教育、学科基础、专业知识或工作技能；课程类别为必修或选修。
一、课程描述本课程教学大纲根据2016年本科人才培养方案进行修订或制定。
（一）教学对象本课程是勘查技术与工程（应用地球物理方向）专业和地球信息科学与技术专业的学科基础课程，是该专业本科生的必修课之一。
（二）教学目标及选修要求1、教学目标（学生课程结束后达到的知识目标、技能目标和态度目标三个层面）通过本课程教学，学生能够掌握电场基本理论、磁场基本理论及电磁场基本理论，能够对电磁波在地下介质中传播的理论有系统、深入的理解，为后续的“电法勘探”、“磁法勘探”和“重磁数据处理与解释”等专业课奠定理论基础，也为从事地球物理方向的研究工作打下良好基础。
通过本课程的教学，学生应具有严谨的治学态度，善于逻辑推理、善于思考，善于用学过的知识解决实际问题，用理论联系实际的方法学习后续课程。
2、选修要求（简要说明课程的性质，与其他专业课程群的关系，选修学生应具备的基本专业素质和技能等）电磁场论主要讲授电场、磁场及电磁场的相关知识，涉及到微积分、普通物理学中的电磁学内容以及求解偏微分方程的问题，是电法勘探、磁法勘探的先修课程，是将来从事地球物理勘探行业必备的基础理论。
选修学生应具备高等微积分知识、普通物理学知识及求解偏微分方程定解问题的能力。
（三）先修课程（参照2016版人才培养方案中的课程名称，课程名称要准确）高等数学、大学物理III、数学物理方法二、教学内容（一）绪论1、主要内容：0.1地球物理场论II主要涉及的研究领域0.2 场论的应用与发展0.3学习目的、方法及要求0.4考核要求0.5矢量分析与场论（1）场的概念（2）标量场的方向导数和梯度（3）矢量场的通量和散度（4）矢量场的环量和旋度（5）圆柱坐标系和球坐标系（6）亥姆霍兹定理2、教学要求：（按照掌握、理解、了解三个层次对学生学习提出要求）（1）了解什么场（2）掌握标量场的方向导数和梯度的概念及计算方法（3）掌握矢量场的通量和散度概念及计算方法（4）掌握矢量场的环量和旋度概念及计算方法（5）了解圆柱坐标系和球坐标系（6）了解亥姆霍兹定理3、重点、难点：本章重点：标量场的方向导数和梯度的计算方法，矢量场的通量和散度概念的计算方法，矢量场的环量和旋度的计算方法本章难点：矢量场的通量和散度概念，矢量场的环量和旋度的概念4、其它教学环节（如实验、习题课、讨论课、其它实践活动）：无（二）第一章静电场1、主要内容：1.1电荷分布库仑定律电场强度（1）电荷分布：点电荷、线电荷、面电荷、体电荷（2）库仑定律（3）电场强度，点电荷电场强度公式（4）场强举例：电偶极子的场强、均匀带电细圆环轴线上的电场1.2 静电场第一、第二基本定律高斯定理 E的环流（1）立体角（2）高斯定理及其应用（3）E的环流，E的旋度，静电场第二基本定律1.3电位电位梯度（1）电位（2）电位梯度，场强与电位梯度的关系（3）电位的计算1.4电偶极子和偶电层的场（1）电偶极子的场（2）偶电层的场（3）通过偶电层时电位的突变1.5电介质极化极化电荷（1）静电平衡时导体的特性（2）电介质极化，极化强度（3）极化体电荷与极化强度的关系（4）极化面电荷与极化强度的关系1.6电介质存在时静电场基本规律电位移D（1）电介质存在时场量的直接计算（2）电介质存在时的高斯定理（3）电介质存在时静电场的计算1.7介质交界处场量变化规律（1）交界面法向场分量的交界条件（2）交界面切向场分量的交界条件（3）交界处电位U的连续性1.8静电位的微分方程唯一性定理（1）静电位的微分方程（2）唯一性定理1.9静电场能量2、教学要求：（按照掌握、理解、了解三个层次对学生学习提出要求）（1）了解什么是点电荷、线电荷、面电荷、体电荷（2）掌握库仑定律、电场强度的概念（3）了解立体角的概念（4）掌握静电场第一、第二基本定律（5）了解电位和电位梯度的概念（6）掌握场强与电位的计算方法（7）理解场强与电位梯度的关系（8）了解极化强度的概念，掌握极化体电荷与极化强度的关系，掌握极化面电荷与极化强度的关系（9）掌握电介质存在时的高斯定理表达式（10）理解介质交界处的场量交界条件（11）掌握静电位的微分方程，了解唯一性定理的意义3、重点、难点：本章重点：静电场第一、第二基本定律，场强和电位的计算方法，电介质的极化方式，极化强度与极化电荷的关系，静电位的微分方程本章难点：电介质的极化，高斯定理（静电场第一基本定律）的应用，场强的计算4、其它教学环节（如实验、习题课、讨论课、其它实践活动）：习题1-7、1-9、1-13、1-16、1-21、1-24（三）第二章电像法1、主要内容：2.1平面界面的电像法（1）无限大接地平面导体外一点电荷的静电场（2）两均匀电介质交界面为无限大平面、一介质内有一点电荷的场（3）角域内一点电荷的电像法（4）两平行平面界面内一点电荷的电像法2.2球面界面的电像法（1）接地导体球面外一点电荷的电场（2）无限大接地平面导体外一电位为U的导体球的电场2.3柱面界面的电像法（1）无限长介质柱外一无限长线电荷的电场（2）两带等量异号电荷的无限长导体柱的电场2.4场分布的电像定性分析（1）两均匀电介质一点电荷场分布的定性分析（2）接地导体球外一点电荷场分布的定性分析2、教学要求：（按照掌握、理解、了解三个层次对课程内容提出要求）掌握平面界面电像法、球面界面电像法、柱面界面电像法3、重点、难点：重点：求解无限大接地平面导体外一点电荷的电场的电像法，求解两均匀电介质交界面为平面、其中一介质中有一点电荷的电场的电像法，求导体球（分接地和不接地两种情况）外一点电荷的电场的电像法。
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《电磁场数值计算》课程教学大纲
一、课程基本信息
1、课程代码：EE422
2、课程名称（中/英文）：电磁场数值计算/Numerical Computation of Electromagnetic Field
3、学时/学分：36学时/2学分
4、先修课程：《高等数学》《线性代数》《普通物理学》、《电磁场》
5、面向对象：电气工程与自动化
6、开课院（系）、教研室：电气工程系电机教研室
7、教材、教学参考书：
教材名称、作者、译者、出版社、出版时间
《工程电磁场数值计算》，倪光正，机械工业出版社，2004
《电磁场数值计算法与MATLAB实现》何红雨华中科技大学出版社
参考教材：
《电机电磁场分析与计算》胡之光上海工业大学
《电机运行性能数值计算方法》胡敏强等著东南大学出版社2003.11
二、课程性质和任务
本课程是电气工程与自动化专业的重要课程之一，是电气工程系学生的选修课程之一。
在掌握电磁场的基本理论之后，学习用现代计算机技术和数值分析的方法解决电磁场问题，培养解决工程电磁场问题的能力。
三、教学内容和基本要求
1.电磁场数值计算概述
①.数学模型
②.电磁场正问题数值分析的任务和内容
③.电磁场逆问题数值分析的任务和内容
④.定解条件
⑤.物理场的相似性
2.数值积分法和MATLAB
3.有限差分法
4.有限元法
①.等参数单元
②.泛函思想介绍
③.有限元方法离散过程
5.有限元电磁场计算通用软件介绍
①.MATLAB PDE TOOLBOX
②.ANSOFT MAXWELL
③.ANSYS
6.数值计算的实践
①.静电场数值计算
②.悬浮电磁铁的电磁场数值计算
③.交流的电机的电磁场数值计算
附：学时分配表
四、实验（上机）内容和基本要求
（12学时）作业内容：在教师指导下，利用电磁场通用软件MAXWELL计算静电场、恒定磁场，并分析计算结果。
具体内容如下：
1.计算多介质的静电场。
得到电位分布，电场强度等结果。
2.计算悬浮电磁铁的电磁场，并计算电压、电流、电磁力等相关工程参数，
给出设计报告。
3.计算交流电机的电磁场，根据电磁场计算结果计算电磁转矩，电流，电
压等工程参数，给出设计报告。
五、对学生能力培养的要求
1．通过本课程的学习，了解电磁场数值计算的方法以及在电气工程中的广泛应用；
2．以课堂教学、讨论和计算实验相结合的方式，采用提问式、启发式的教学。
3．通过对实际计算例题的数值计算，培养解决实际工程问题的能力。
六、其它说明
无。