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《电磁场与电磁波》课程教学大纲
《电磁场与电磁波》课程教学大纲一、课程基本信息课程编码：07S2117B中文名称：电磁场与电磁波英文名称：E1ectromagneticFie1dandE1ectromagneticWave课程类别：专业核心课总学时：48总学分：3适用专业：电子科学与技术专业先修课程：高等数学、大学物理、场论、数学物理方程二、课程性质及目标教学性质：电磁场与电磁波是电子科学与技术专业学生的一门专业核心课程。
通过本课程的学习，要求学生系统地理解电磁场与电磁波的基本概念、基本性质和基本规律，掌握求解电磁场问题的基本方法，为进一步学习其他课程特别是专业课打下基础。
课程目标：1.通过本课程知识的学习，使学生了解电磁场论的发展历程，掌握电磁场论的基本概念、基本性质和基本规律，掌握求解电磁场问题的基本方法，为后续专业课程奠定基础。
引导学生学习科技发展史，树立科技强国意识，感受中国在电子领域的先进成果，激励学生自觉融入到实现中华民族伟大复兴的中国梦进程中。
2.通过本课程知识的学习，使学生掌握电磁场论计算理论的基本方法，并能在具体电子科学与技术专业的具体问题中加以应用。
培养学生解决问题方法的多样性，提高学生数学分析的能力。
3.通过本课程知识的学习，使学生掌握电磁场论分析问题的基本方法，并能在复杂的实际情况中加以应用。
培养学生逻辑思维和创新能力，提高学生设计、开发系统的能力。
不同介质和边界条件对应的场方程形式不同，引导学生用发展的眼光看问题，终身学习，与时俱进，始终拥有先进的理念和较高的职业素养。
I.采用启发式、案例式教学，激发学生主动学习的兴趣，培养学生独立思考、分析问题和解决问题的能力。
2.结合科研生产中的实际例子对课程进行讲解，通过课堂讲解，加强学生对基础知识及基本理论的理解。
3.教学以课堂讲授为主，多媒体辅助教学，提高课堂教学信息量，增强教学的直观性、形象性。
4.通过课内讨论与课外答疑、线下辅导与线上交流相结合的方式，调动学生学习的主观能动性，培养学生的自学能力。
《电磁场与电磁波课程》教学大纲
《电磁场与电磁波课程》教学大纲课程编号：一、课程性质、目的及开课对象（一）课程性质：专业课（二）目的：通过本课程的学习，全面地，系统地掌握宏观电磁场的基本性质和基本规律，及其应用方面的基本知识及技能。
使学生对工程中的电磁现象与电磁过程，能应用场的观点进行初步分析；对一些简单的问题能进行计算；为学习专业或进一步研究电磁场问题，准备必要的理论基础。
（三）开课对象：物理学院电子信息工程专业本科生二、教学方法与考核方式（一）教学方法：以讲授为主，多媒体课件为辅。
（二）考核方式：考试三、学时数分配总学时：54学时，大纲中带*号的内容不是必讲的，未计入学时之内。
四、教学内容与学时第一章矢量分析(7学时)【主要内容】：1.1 矢量代数1.2 三种常用的正交坐标系1.3标量场的梯度1.4矢量场的通量与散度1.5矢量场的环流与旋度1.6无旋场与无散场1.7拉普拉斯运算与格林定理1.8亥姆霍兹定理重点难点：矢量场的散度和旋度、标量场的梯度；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；拉普拉斯运算与格林定理及亥姆霍兹定理。
第二章电磁场的基本规律(11学时)【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2.3真空中恒定磁场的基本规律2.4媒质的电磁特性2.5电磁感应定律和位移电流2.6麦克斯韦方程组2.7电磁场的边界条件重点难点：电流连续性方程；库仑定律，磁感应强度，安培力定律；麦克斯韦方程组，电磁场的边界条件。
第三章静态电磁场及其边值问题的求解(11学时)【主要内容】：3.1静电场分析3.2导电媒质中的恒定电场分析3.3恒定磁场分析3.4静态场的边值问题及解的唯一性定理3.5镜像法3.6分离变量法*3.7有限差分法重点难点：电位移的定义以及它和电场强度，极化强度之间的关系，高斯定律应用；静电场的基本方程，电位所满足的微分方程(泊松方程和拉普拉斯方程)，电位移和电位在不同媒质分界面上的衔接条件，一维边值问题的求解方法；镜像法，分离变量法。
《电磁场与电磁波》课程教学大纲
《电磁场与电磁波》课程教学大纲Electronic Field and Wave课程负责人：执笔人：编写日期：一、课程基本信息1.课程编号：L080092.学分：3学分3.学时：48 （理论40,实验8）4.适用专业：电子信息工程、通信工程专业二、课程教学目标及学生应到达的能力本课程是电子信息工程与通信工程专业的一门基础课，其教学内容是后续微波通信类课程及日后微波通信相关工作的基础。
本课程的教学任务是学习电磁场与电磁波的基本属性、描述方法、运动规律、与物质的相互作用及其应用。
本课程的教学目标是通过本课程的学习，使学生能够系统地掌握电磁场与电磁波的基本概念，基本性质，基本规律以及求解电磁场问题的基本方法，为解决有关实际问题打下坚实基础。
三、课程教学内容与基本要求（一）矢量分析（6课时）主要内容：矢量分析基础，包括三种坐标系及其相互变换、标量场和矢量场概念、矢量场的通量和散度、矢量场的环流和旋度、标量场的梯度以及亥姆霍兹定理。
5.基本要求（1）掌握矢量代数的基本规那么；（2）掌握矢量在笛卡尔坐标系、柱面坐标系、和球面坐标系的表示方法，以及在该三种坐标系之间的变换；（3）掌握标量场的梯度，矢量场的散度，矢量场的旋度的概念，以及在笛卡尔坐标系中梯度、散度、旋度的运算。
了解在柱面和球面坐标系中梯度、散度、旋度的运算；（4）理解矢量场的核母霍兹定理。
6.学时分配课堂教学6学时。
其中，标量场和矢量场概念（1学时）；三种坐标系及其相互变换（2 学时）；矢量场的通量和散度（1学时）；矢量场的环流和旋度（1学时）；标量场的梯度以及亥姆霍兹定理（1学时）。
（二）电磁场的基本规律（10课时）主要内容：电磁场的基本规律，内容包括电磁场中的基本实验定律，讨论两个基本实验定律：库仑定律和安培力定理的矢量表达形式，以及真空中和介质中静电场和恒定磁场的基本性质，时变场的基本方程（麦克斯韦方程组）和基本性质，及边界条件。
1.基本要求了解电介质的极化现象及极化电荷分布、磁介质的磁化现象及磁化电流分布。
电磁场与电磁波实验教学大纲
《电磁场与电磁波》实验教学大纲一、课程基本信息（5号黑体）（具体内容为5号宋体，1.5倍行距，首行缩进2字符）中文名称：电磁场与电磁波英文名称：Electromagnetic field and electromagnetic wave 课程代码：1104144授课专业：（电科/电信）开课单位：理学院开课学期：第三学年第二学期学分/学时：1/16考核方式：考查二、课程简介：教学目的:“电磁场与电磁波”是理工科院校电子信息类专业一门重要的专业基础课。
由于该课程核心的基本概念、基本理论和分析方法都很重要，而且系统性、理论性很强，因此在学习本课程时，开始必要的实验课，使抽象的概念和理论能形象化，具体化，对学生加深理解和深刻地掌握基本理论和分析方法，培养学生分析问题和解决问题的能力都是十分有益的。
做好本课程的实验，是学好本课程的必要的教学辅助环节。
教学要求：（1）仔细阅读教材和实验指导书。
（2）了解和熟悉实验设备、弄懂实验原理和实验目的、明确实验方法和实验步骤、并牢记相关注意事项。
（3）认真观察实验现象，详细、规范的记录实验数据。
（4）实验完成后，认真分析实验数据，详细地写出实验报告专业培养目标与要求培养具备电子信息科学与技术的基础理论和基本知识，受到严格的科学实验训练和科学研究初步训练，能在电子信息科学与技术、电子科学与技术、信息与通信工程、控制科学与工程等无线通信技术相关领域和行政部门从事科学研究、教学、科技开发、产品设计、生产技术或管理工作的适应我国科学和经济发展需要、面向未来、掌握电子信息高科技知识、德智体全面发展的卓越工程师人才。
验证型实验。
学生根据实验指导书的要求，在教师指导下，按照既定方法、既定的仪器条件，完成全部实验过程。
借以深化对相关理论教学内容的认识和理解，培养学生的基本实验能力。
操作型实验。
学生按课程内容要求，动手拆装和调试实验设备、装置或上机操作，掌握其基本原理和方法，培养基本的维护与维修技巧。
《电磁场与电磁波》课程教学大纲
《电磁场与电磁波》课程教学⼤纲《电磁场与电磁波》课程教学⼤纲Electromagnetic fields and waves课程编号：学分： 4学时： 64 （其中：讲课学时：56 实验学时2：上机学时：6 ）先修课程：⾼等数学、普通物理、数学物理⽅法后续课程：适⽤专业：光信息科学与技术、应⽤物理、电⼦信息、电⼦对抗开课部门：理学院⼀、课程教学⽬的和课程性质电磁场与电磁波是⾼等学校理⼯科电⼦类或信息类专业必修的⼀门专业基础理论课，其任务是介绍宏观电磁现象的基础理论和平⾯电磁波动的基本规律，使学⽣能完整地理解和掌握宏观电磁场的基本性质和基本规律，对电⼦信息⼯程中的电磁现象和电磁场问题能⽤场的观点进⾏分析和计算。
同时，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，它对于学⽣后续专业课程的学习和增强学⽣的适应能⼒与创造能⼒，具有重要的作⽤。
⼆、课程的主要内容及基本要求第⼀章⽮量分析（6学时）[知识点]⽮量代数、三种常⽤的正交坐标系、标量场的梯度、⽮量场的通量与散度、⽮量场的环流与旋度、⽆旋场与⽆散场、亥姆霍兹定理。
[重点]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概念，应深刻理解，掌握散度、旋度和梯度的计算公式和⽅法。
[难点]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。
[基本要求]1、理解标量场与⽮量场的概念；2、掌握散度、旋度和梯度的计算公式和⽅法；3、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概念。
[考核要求]1、理解标量场与⽮量场的概念；2、掌握散度、旋度和梯度的计算公式和⽅法；3、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概念。
第⼆章电磁场的基本规律 (10学时)[知识点]电荷守恒定律、真空中静电场的基本规律、真空中恒定磁场的基本规律、媒质的电磁特性、电磁感应定律和位移电流。
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《电磁场与电磁波》课程教学大纲Electromagnetic fields and waves课程编号：学分： 4学时：64（其中：讲课学时： 56实验学时2：上机学时：6 ）先修课程：高等数学、普通物理、数学物理方法后续课程：适用专业：光信息科学与技术、应用物理、电子信息、电子对抗开课部门：理学院一、课程教学目的和课程性质电磁场与电磁波是高等学校理工科电子类或信息类专业必修的一门专业基础理论课，其任务是介绍宏观电磁现象的基础理论和平面电磁波动的基本规律，使学生能完整地理解和掌握宏观电磁场的基本性质和基本规律，对电子信息工程中的电磁现象和电磁场问题能用场的观点进行分析和计算。
同时，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，它对于学生后续专业课程的学习和增强学生的适应能力与创造能力，具有重要的作用。
二、课程的主要内容及基本要求第一章矢量分析（ 6 学时）[ 知识点]矢量代数、三种常用的正交坐标系、标量场的梯度、矢量场的通量与散度、矢量场的环流与旋度、无旋场与无散场、亥姆霍兹定理。
[ 重点]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概念，应深刻理解，掌握散度、旋度和梯度的计算公式和方法。
[ 难点]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。
[ 基本要求 ]1、理解标量场与矢量场的概念；2、掌握散度、旋度和梯度的计算公式和方法；3、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概念。
[ 考核要求 ]1、理解标量场与矢量场的概念；2、掌握散度、旋度和梯度的计算公式和方法；3、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概念。
第二章电磁场的基本规律(10 学时 )[ 知识点]电荷守恒定律、真空中静电场的基本规律、真空中恒定磁场的基本规律、媒质的电磁特性、电磁感应定律和位移电流。
[ 重点]真空中静电场的基本规律、真空中恒定磁场的基本规律、电磁感应定律和位移电流。
[ 难点]电磁感应定律和位移电流、麦克斯韦方程组、电磁场的边界条件[ 基本要求 ]1、理解电荷及其分布、电流及其分布以及电流连续性方程。
理解电场和磁场的概念，掌握电场强度和磁场强度的积分公式，会计算一些简单源分布（电荷、电流密度）产生的场。
2、掌握电场基本方程，了解电介质的极化现象及极化电荷分布。
掌握静磁场的基本方程，了解磁介质的磁化现象及磁化电流分布。
3、掌握电磁感应定律及位移电流的概念，牢固掌握麦克斯韦方程组并深刻理解其物理意义，掌握电磁场的边界条件。
[ 实践与练习 ]上机实习， 2 个学时，上机内容电磁软件 CST 的安装和基本操作，对电磁软件模拟 CST 由有个初步认识，增强学生的学习兴趣。
[ 考核要求 ]1、掌握电场基本方程2、掌握静磁场的基本方程，了解磁介质的磁化现象及磁化电流分布。
3、掌握电磁感应定律及位移电流的概念，4、掌握麦克斯韦方程组并深刻理解其物理意义，5、掌握电磁场的边界条件。
第三章静态电磁场及其边值问题的解(14 学时 )[ 知识点]静电场分析、导电媒质中的恒定电场分析、恒定磁场分析、静态场的边值问题及解得唯一性定理、镜像法、分离变量法。
[ 重点]着重掌握静电场、恒定电场和恒定磁场的基本方程及电位所满足的微分方程，掌握镜像法和分离变量法解题的思路及典型问题的求解。
[ 难点]静态场的边值问题及解得唯一性定理、镜像法、分离变量法。
[ 基本要求 ]1、掌握静电场的基本方程和边界条件，掌握静电场中的电位函数及其微分方程，掌握电位的边界条件；理解电场能量和能量密度的概念，会计算一些典型场的能量，会计算典型双导体的电容。
2、掌握恒定电场的基本方程和边界条件，了解静电比拟法，会计算典型导体的电阻。
3、掌握恒定磁场的基本方程和边界条件，理解矢量磁位及其微分方程，了解标量磁位的概念。
理解磁场能量和能流密度，会计算一些典型场的磁场能量，会计算典型回路的电感。
4、理解静电场的惟一性定理及其重要意义。
5、掌握镜像法的基本原理，会用镜像法求解一些典型问题。
5、了解分离变量法的基本思想和解题步骤，能够用分离变量法求解直角坐标系中的一些简单的二维问题。
[ 实践与练习 ]上机实习， 2 个学时，上机内容电磁软件CST 的基本操作，增强学生对电磁软件模拟 CST 的认识。
[ 考核要求 ]1、掌握静电场的基本方程和边界条件，2、掌握静电场中的电位函数及其微分方程，3、掌握电位的边界条件；理解电场能量和能量密度的概念，。
4、掌握恒定电场的基本方程和边界条件，5、掌握恒定磁场的基本方程和边界条件，6、掌握镜像法的基本原理，会用镜像法求解一些典型问题。
7、分离变量法的基本思想和解题步骤，能够用分离变量法求解直角坐标系中的一些简单的二维问题。
第四章时变电磁场（6学时）[ 知识点]波动方程、电磁场的位函数、电磁能量守恒定律、时谐电磁场[ 重点]掌握坡印廷矢量和平均坡印廷矢量的物理意义及如何计算。
[ 难点]坡印廷定理和电磁能量守恒定律。
[ 基本要求 ]1、掌握电磁场的波动方程，理解动态矢量位和标量位的概念以及其满足的微分方程。
2、坡印廷定理是电磁场的能量转换与守恒定律，应深刻理解其物理意义。
坡印廷矢量描述了电磁能量的传输，是电磁场中的一个重要概念，必须深刻理解其物理意义并应用它分析计算电磁能量的传输。
3、惟一性定理是电磁场的重要定理之一，它揭示了电磁场具有惟一确定分布的条件，应很好地理解惟一性定理及其重要意义。
4、掌握正旋电磁场的复数表示方法及其意义，掌握复数形式的麦克斯韦方程和波动方程，掌握有耗媒质特性参数的描述，掌握平均坡印廷矢量。
[ 考核要求 ]1、掌握电磁场的波动方程，2、坡印廷定理是电磁场的能量转换与守恒定律，及其物理意义并应用它分析计算电磁能量的传输。
3、复数形式的麦克斯韦方程和波动方程，4、掌握有耗媒质特性参数的描述，5、平均坡印廷矢量。
8 学时）第五章均匀平面波在无界空间中的传播（[ 知识点]理想介质中的均匀平面波、电磁波的极化、均匀平面波在导电媒质中的传播。
[ 重点]1、波的概念和表示方法，理解均匀平面波的概念以及研究均匀平面波的重要意义2、均匀平面波在无界有损耗媒质中的传播特性，3、描述传播特性的参数的物理意义。
4、均匀平面波在理想介质和导电媒质中的传播。
[ 难点]均匀平面波在导电媒质中的传播。
[ 基本要求 ]1、掌握波的概念和表示方法，理解均匀平面波的概念以及研究均匀平面波的重要意义；2、理解和掌握均匀平面波在无界理想介质中的传播特性；3、理解和掌握均匀平面波在无界有损耗媒质中的传播特性，理解描述传播特性的参数的物理意义。
4、了解电磁波在各向异性媒质中的传播问题的分析方法及其传播特性。
[ 考核要求 ]1、波的概念和表示方法。
2、均匀平面波在无界有损耗媒质中的传播特性，3、描述传播特性的参数的物理意义。
第六章均匀平面波的反射与透射(8 学时 )[ 知识点]均匀平面波对分界平面的垂直入射、均匀平面波对多层介质分界平面的垂直入射、均匀平面波对理想介质分界平面的斜入射、均匀平面波对理想导体平面的斜入射。
[ 重点]均匀平面波对导电媒质分界面、理想导体平面和理想介质分界面的垂直入射，掌握反射系数、透射系数的概念与计算。
[ 难点]1、匀平面波对多层媒质分界面垂直入射的分析方法，掌握四分之一波长匹配层和半波长介质窗的意义及其应用。
2、均匀平面波对分界面的斜入射问题的分析方法，理解斯耐尔反射定律和折射定律以及反射系数、透射系数的意义；理解全反射现象和无反射现象的概念，掌握其产生的条件，了解其应用。
[ 基本要求 ]均匀平面波对理想导体平面和理想介质平面的垂直入射，是讨论反射和透射问题的最基本、也是最简单的情形，应掌握其分析方法和过程，理解所得结果表征的物理意义。
[ 实践与练习 ]上机实习， 2 个学时，上机内容：利用电磁软件CST 的进行简单微波元件仿真设计。
[ 考核要求 ]1、均匀平面波对导电媒质分界面、理想导体平面和理想介质分界面的垂直入射。
2、反射系数、透射系数的概念与计算。
第七章导行电磁波(8 学时 )[ 知识点]导行电磁波概论、矩形波导、同轴波导、谐振腔、传输线理论[ 重点]纵向场分析法求解波导中的场分布，掌握传播常数、截止波数、传播模式、截止频率、相位常数、波导波长、相速度、波阻抗的计算公式。
[ 难点]波导中的纵向场分析法是求解波导中场分布的重要方法，要求理解该方法的思路。
对于该方法中涉及到得有关物理量，如传播常数、截止波数等是讨论波导中波传播特性的关键，[ 基本要求 ]1、波导涉及到的有关物理量，如传播常数、截止波数等的物理意义和计算公式。
2、波导中三种模式的传播条件和传播特性。
3、TEM 波传输线的特性参数、波的传播特点及工作状态分析也是这一章的重点。
4、要求掌握特性阻抗、输入阻抗、反射系数、终端反射系数、驻波系数的定义、计算公式和物理意义。
掌握传输线三种不同工作状态的条件和特点。
5、关于谐振腔，要求了解振荡模式的特点，掌握谐振频率的计算公式，理解品质因素的物理意义，了解其计算方法。
[ 实践与练习 ]实践实习， 2 个学时，内容：认识网络分析仪的基本操作和功能，并对简单的微波器件进行测试，初步认识微波器件的功能和结构。
[ 考核要求 ]1、波导涉及到得有关物理量，如传播常数、截止波数等的物理意义和计算公式。
2、波导中三种模式的传播条件和传播特性是这一章的重点，必须牢固掌握三种模式的分类方法和传播特性参数，如截止频率、相位常数、波导波长、相速度、波阻抗的计算公式，并应用它们分析具体给定波导中不同模式的传播特性。
第八章电磁辐射(4 学时 )[ 知识点]滞后位、电偶极子的辐射、电与磁的对偶性、磁偶极子的辐射、天线的基本参数。
[ 重点]电偶极子的辐射、天线的基本参数。
[ 难点]1、辐射问题，即电磁波与激发它们的源之间的关系。
2、掌握滞后位的物理意义。
3、掌握电偶极子的近区场和远区场的性质。
[ 基本要求 ]1、辐射场的研究方法。
2、滞后位的物理意义3、电偶极子辐射是一种最简单也是最重要的辐射形式。
要求掌握电偶极子的近区场和远区场的性质。
4、天线的基本参数。
[ 考核要求 ]1、滞后位的物理意义2、电偶极子的近区场和远区场的性质。
3、天线的基本参数。
三、学时分配知识单元讲课实验上机合计第一章矢量分析 6 0 0 6 第二章电磁场的基本规律8 0 2 10 第三章静态电磁场及其边值问题的解12 0 2 14 第四章时变电磁场 6 0 0 6 第五章均匀平面波在无界空间中的传播8 0 0 8 第六章均匀平面波的反射与透射 6 0 2 8 第七章导行电磁波 6 2 0 8 第八章电磁辐射 4 4合计56 0 0 56四、教学方法建议运用多媒体教学手段，理论与案例相结合的手段进行教学。