大学物理《电磁场与电磁波》公开课优秀教学设计

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。

大学物理教案：电磁场和电磁波
引言
在本节课中，我们将学习关于电磁场和电磁波的基本知识。

电磁场和电磁波是
物理学中重要的概念，对我们理解和应用现代科技都非常关键。

通过本次课程，我们将深入了解电磁场的性质、几个重要定律以及电磁波的特性。

一. 电磁场
1. 定义和基本概念
•什么是电磁场？
•为什么我们需要引入电磁场这个概念？
2. 麦克斯韦方程组
•麦克斯韦方程组的含义和形式
•各个方程的物理意义
3. 电荷、电流与电势能
•如何计算由带有静止或运动的点电荷产生的静电力？
•描述根据库仑定律计算点外处于两个点正、负点之间带正或负点所受力大小与方向？
•如何描述一个导线（包括绝缘体）中传输或存储的自由载流子所呈现出来的因与场的关系？
•介绍电势能、静电能与耗散功率的概念。

二. 电磁波
1. 基本概念和性质
•什么是电磁波？
•电磁波具有哪些特性？
2. 麦克斯韦方程组的解
•推导出电磁波的麦克斯韦方程组解，即菲涅尔积分和傅里叶变换。

•介绍定态过程、行波、群速度等概念。

3. 典型的电磁波
•高频天线计算及应用。

•平面旅行通道（空）、同轴双线传输系统成相比较等。

总结
在这堂课中，我们了解了电磁场和电磁波的基本知识。

通过学习各种定律和方程，我们可以更好地理解物理学中最为重要且普遍适用的知识。

了解这些内容对于我们理解现代科学技术以及应用它们来解决实际问题非常重要。

希望通过这门课程，你可以深入了解并掌握这些概念，并将它们应用于实际生活和工作中。

电磁场与电磁波电子教案第一章：电磁场的基本概念1.1 电荷和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强度的定义和计算电场的叠加原理1.2 磁场和磁力介绍磁铁和磁性的概念解释磁场的概念和磁感线磁感应强度的定义和计算磁场的叠加原理1.3 电磁感应介绍法拉第电磁感应定律解释感应电动势和感应电流的产生电磁感应的实验现象和应用第二章：电磁波的基本性质2.1 电磁波的产生和传播介绍麦克斯韦方程组和电磁波的理论基础解释电磁波的产生和传播过程电磁波的波动方程和波长、频率、速度的关系2.2 电磁波的能量和动量介绍电磁波的能量密度和能量传递解释电磁波的动量和动量传递电磁波的辐射压和辐射阻力的概念2.3 电磁波的偏振和反射、折射介绍电磁波的偏振现象和偏振光的性质解释电磁波在介质中的反射和折射现象反射定律和折射定律的原理及应用第三章：电磁波的传播和辐射3.1 电磁波在自由空间中的传播介绍自由空间中电磁波的传播特性解释电磁波的辐射和天线原理电磁波的辐射强度和辐射功率的概念3.2 电磁波在介质中的传播介绍电磁波在介质中的传播规律解释介质的折射率和介电常数的概念电磁波在介质中的衰减和色散现象3.3 电磁波的辐射和天线原理介绍天线的分类和基本原理解释天线的辐射特性和发展电磁波的辐射模式和天线的设计方法第四章：电磁波的应用4.1 电磁波在通信技术中的应用介绍电磁波在无线通信中的应用解释无线电波的传播和传播损耗电磁波在移动通信和卫星通信中的应用4.2 电磁波在雷达技术中的应用介绍雷达技术的基本原理和组成解释雷达方程和雷达的探测距离电磁波在雷达系统和雷达导航中的应用4.3 电磁波在医疗技术中的应用介绍电磁波在医学影像诊断中的应用解释磁共振成像（MRI）的原理和应用电磁波在放射治疗和电磁热疗中的应用第五章：电磁波的防护和辐射安全5.1 电磁波的辐射和防护原理介绍电磁波的辐射对人体健康的影响解释电磁波的防护原理和防护措施电磁屏蔽和电磁兼容的概念5.2 电磁波的辐射标准和法规介绍国际和国内电磁波辐射的标准和法规解释电磁波辐射的限制和测量方法电磁波辐射管理的政策和监管措施5.3 电磁波的辐射安全和防护措施介绍电磁波辐射的安全距离和防护措施解释电磁波辐射的个人防护和公共场所的防护措施电磁波辐射的环保意识和公众宣传的重要性第六章：电磁波在电力系统中的应用6.1 电磁波在电力传输中的应用介绍高压输电线路中的电磁干扰问题解释输电线路的屏蔽和接地措施电磁波在特高压输电技术中的应用6.2 电磁波在电力系统监测与控制中的应用介绍电力系统中的电磁场监测和测量技术解释电磁波在电力系统状态监测和故障诊断中的应用电磁波在智能电网和分布式发电系统中的应用6.3 电磁波在电力设备中的影响及防护分析电磁波对电力设备的干扰和影响解释电磁兼容性设计在电力设备中的应用电磁波防护措施在电力设备中的实施方法第七章：电磁波在交通领域的应用7.1 电磁波在铁路交通中的应用介绍铁路信号系统和电磁波在信号传输中的应用解释铁路通信和列车无线通信系统中电磁波的应用电磁波在铁路自动控制系统中的应用7.2 电磁波在汽车交通中的应用介绍汽车电子设备和电磁波的应用解释车载通信系统和电磁波在车辆导航中的应用电磁波在智能交通系统中的应用7.3 电磁波在航空和航天领域的应用介绍电磁波在航空通信和导航中的应用解释电磁波在卫星通信和航天器通信中的应用电磁波在航空航天器中的其他应用，如雷达和遥感技术第八章：电磁波在工科领域的应用8.1 电磁波在电子工程中的应用介绍电磁波在无线电发射和接收中的应用解释电磁波在微波器件和天线技术中的应用电磁波在射频识别（RFID）技术中的应用8.2 电磁波在光电子学中的应用介绍电磁波在光纤通信中的应用解释电磁波在激光器和光电器件中的应用电磁波在光电探测和成像技术中的应用8.3 电磁波在生物医学领域的应用介绍电磁波在医学诊断和治疗中的应用解释电磁波在磁共振成像（MRI）和微波热疗中的应用电磁波在其他生物医学技术中的应用，如电疗和电磁屏蔽第九章：电磁波的环境影响和政策法规9.1 电磁波的环境影响分析电磁波对环境和生物的影响，如电磁辐射污染解释电磁波的环境监测和评估方法电磁波环境保护措施和可持续发展策略9.2 电磁波的政策法规介绍国际和国内关于电磁波辐射的政策法规解释电磁波辐射的标准和限制条件电磁波辐射管理的政策和监管措施9.3 电磁波的公众宣传和教育分析电磁波辐射的公众认知和误解解释电磁波辐射的安全性和健康影响电磁波辐射的公众宣传和教育方法第十章：电磁波的未来发展趋势10.1 新型电磁波技术和材料的研究介绍新型电磁波发射和接收技术的研究解释新型电磁波传输材料和超材料的研究进展电磁波技术在未来的应用前景10.2 电磁波在新型能源领域的应用介绍电磁波在太阳能和风能等新型能源领域的应用解释电磁波在智能电网和能源互联网中的应用电磁波在未来能源系统中的作用和挑战10.3 电磁波与物联网和大数据的结合分析电磁波在物联网通信中的应用解释电磁波在大数据传输和处理中的作用电磁波在未来物联网和大数据技术中的挑战和发展趋势重点和难点解析一、电磁场的基本概念：理解电荷、电场、磁场和磁力的基本性质，以及电磁感应的原理。

电磁场与电磁波电子教案第一章：电磁场与电磁波概述1.1 电磁场的概念电场和磁场的定义电磁场的性质和特点1.2 电磁波的产生和传播电磁波的定义和特点麦克斯韦方程组与电磁波的产生电磁波的传播特性1.3 电磁波的分类和应用无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线的特点和应用电磁波谱的概述第二章：电磁场的基本方程2.1 电场和磁场的基本方程高斯定律、法拉第电磁感应定律和安培定律的表述边界条件和解的存在性2.2 波动方程和传播特性电磁波的波动方程波的传播方向、波速和波长之间的关系横波和纵波的特性2.3 电磁场的能量和辐射电磁场的能量密度和能量流密度辐射阻力和辐射功率天线辐射和接收的原理第三章：电磁波的传播和散射3.1 均匀介质中的电磁波传播均匀介质中电磁波的传播方程电磁波的传播速度和相位常数电磁波的极化特性3.2 非均匀介质中的电磁波传播非均匀介质中电磁波的传播方程非均匀介质对电磁波传播的影响波的折射、反射和透射3.3 电磁波的散射散射现象的定义和分类散射方程和散射矩阵散射cross section 和散射截面第四章：电磁波的辐射和接收4.1 电磁波的辐射辐射现象的定义和分类天线辐射的原理和特性辐射阻力和辐射功率的计算4.2 电磁波的接收接收天线和接收电路的设计与分析噪声和信号的接收与处理接收灵敏度和信噪比的计算4.3 电磁波的应用无线通信和广播技术雷达和声纳技术医学成像和治疗技术第五章：电磁波的数值方法和计算5.1 电磁波的数值方法概述数值方法的定义和特点常见数值方法的原理和应用5.2 有限差分时域法（FDTD）FDTD方法的原理和算法FDTD模型的建立和求解过程FDTD法的应用实例5.3 有限元法（FEM）FEM方法的原理和算法FEM模型的建立和求解过程FEM法的应用实例第六章：电磁波的测量与实验技术6.1 电磁波测量概述电磁波测量的目的和意义电磁波测量方法和技术6.2 电磁波的发射与接收实验实验设备的组成和功能发射与接收实验的步骤和注意事项实验数据的处理与分析6.3 电磁波的反射与折射实验实验设备的组成和功能反射与折射实验的步骤和注意事项实验数据的处理与分析第七章：电磁波在特定介质中的传播7.1 电磁波在均匀介质中的传播均匀介质中电磁波的传播特性电磁波在导体和绝缘体中的传播7.2 电磁波在非均匀介质中的传播非均匀介质中电磁波的传播特性电磁波在多层介质中的传播7.3 电磁波在复杂介质中的传播复杂介质中电磁波的传播特性电磁波在生物组织、大气等介质中的传播第八章：电磁波的应用技术8.1 无线通信与广播技术无线通信与广播系统的工作原理调制与解调技术信号传输与接收技术8.2 雷达与声纳技术雷达与声纳系统的工作原理脉冲信号处理与距离测量目标识别与跟踪技术8.3 医学成像与治疗技术医学成像技术的工作原理与应用磁共振成像（MRI）与X射线成像电磁波在医学治疗中的应用第九章：电磁波的防护与安全9.1 电磁波的防护原理电磁波防护的方法与技术电磁屏蔽与吸收材料的应用电磁防护材料的研发与评价9.2 电磁波的安全标准与规范电磁波辐射的安全限值与标准电磁兼容性与电磁干扰控制电磁波辐射的环境影响与监管9.3 电磁波防护与安全的实际应用电磁波防护在电子设备与通信系统中的应用电磁波防护在医疗与生物领域的应用电磁波防护在日常生活与工作中的应用第十章：电磁波的展望与未来发展趋势10.1 电磁波技术在通信领域的展望5G与6G通信技术的发展趋势量子通信与卫星通信技术的应用无线充电与智能物联网技术的发展10.2 电磁波技术在科研领域的展望电磁波在暗物质探测与宇宙观测中的应用电磁波技术在材料科学与环境工程中的应用电磁波技术在生物医学与基因工程中的应用10.3 电磁波技术在社会生活中的影响电磁波技术对人类生活的影响与改变电磁波技术在教育与娱乐领域的应用电磁波技术在智能家居与交通工具中的应用重点和难点解析第一章中电磁场的概念和电磁波的产生传播是基础，需要重点关注电磁场的性质和特点，以及麦克斯韦方程组与电磁波产生的关系。

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。

目录1.课程设计的目的与作用 (2)1.1设计目的 (2)1.2设计作用 (2)2.设计任务及所用Maxwell软件环境介绍 (2)2.1设计任务 (2)2.2 Maxwell软件环境介绍 (3)3.电磁模型的建立 (3)4.电磁模型计算及仿真结果后处理分析 (9)4.1电磁模型计算 (10)4.2 仿真结果后处理分析 (10)5.设计总结及体会 (18)6.参考文献 (18)♦ 1.课程设计的目的与作用♦ 1.1设计目的电磁场与电磁波课程理论抽象、数学计算繁杂，将Maxwell 软件引入教学中，通过对典型电磁产品的仿真设计，并模拟电磁场的特性，将理论与实践有效结合，强化学生对电磁场与电磁波的理解和应用，提高教学质量 。

♦ 1.2设计作用电磁场与电磁波主要介绍电磁场与电磁波的发展历史、基本理论、基本概念、基本方法以及在现实生活中的应用，内容包括电磁场与电磁波理论建立的历史意义、静电场与恒流电场、电磁场的边值问题、静磁场、时变场和麦克斯韦方程组、准静态场、平面电磁波的传播、导行电磁波以及谐振器原理等。

全书沿着电磁场与电磁波理论和实践发展的历史脉络，将历史发展的趣味性与理论叙述和推导有机结合，同时介绍了电磁场与电磁波在日常生活、经济社会以及科学研究中的广泛应用。

书中的大量例题强调了基本概念并说明分析和解决典型问题的方法；每章末的思考题用于测验学生对本章内容的记忆和理解程度；每章的习题可增强学生对于公式中不同物理量的相互关系的理解，同时也可培养学生应用公式分析和解决问题的能力。

♦ 2.设计任务及所用Maxwell 软件环境介绍♦ 2.1设计任务如图1所示，两长直导线相距400mm ，导线半径20mm ，其材料(material)是铁（iron ），场域中介质是空气（air ）(006.1=ε,0=γ)。

其中:一导线电势为10000V ，另一支导线电势为0V.求：计算平行双线周围的电场分布，并计算单位长电容图一♦2.2 Maxwell软件环境介绍Ansoft Maxwell 是低频电磁场有限元仿真软件，在工程电磁领域有广泛的应用。

大学物理课教案：电磁场与电磁波概述本节课将介绍电磁场和电磁波的基本概念和特性。

我们会探索电荷、电场、磁场和电磁波之间的关系，以及它们在实际应用中的重要性。

通过这堂课，学生将深入了解电磁现象的本质，并学习如何应用所学知识解决相关问题。

学习目标•了解电荷和带电粒子对周围空间产生的影响•掌握计算静态电场和磁场的基本公式•理解电荷在运动时产生的电流和磁场•学会描述平面波、球面波等不同类型的电磁波•理解电磁波传播速度和频率与波长之间的关系教学内容1. 电荷和带电粒子•正(负)点电荷概念及其特性•兹曼效应：带有自旋角动量的粒子产生出外加稳恒强 (匀) 系外部正(负) 唯一空间点或静(镜) 恒场电荷2. 静态电场•电荷分布与电场强度的关系•库仑定律：点电荷之间的相互作用力与距离的关系•流入(出)一物体特定表面单位面积上对静止不动呆无穷大小扭曲区间微小侧倾柱状轴向柱型流流密度成比（反）例 (证实伟尼尔、奥斯特里哥姆和卡斯培考次数)3. 静态磁场•计算磁场所需考虑的重要因素•磁感应强度和磁场中带有电流的导线之间的关系•安培定律：通过闭合回路的总磁通量等于通过该回路绕过的电流总量4. 运动中的电荷和磁场•带有速度运动(伴随永久比非球形速率变化时间足常) 的粒子在其周围产生旋转奥法定行最易引起配比(驱起世低压)对称轴, 分泌适宜而行星体相同但方位朝向内容同守恒聚能圆桌至轨9919.8902一段同性的自标陪边(加速康)电流和相应的磁场•洛伦兹力和洛伦兹定律: 运动带电粒子在外部磁场中受到的力和加速度与磁场强度、电荷和速度之间的关系5. 电磁波•描述电磁波的基本性质和特点•波长、频率和传播速度之间的关系•平面波、球面波等不同类型的电磁波实验活动为了增强学生对电磁场与电磁波的理解，可以进行以下实验活动：1.静态电场测量：通过使用静态电荷分布或带有点电荷的导体板，利用静态电场仪器测量不同位置处的电场强度，并绘制等势线图。

2.磁感应强度测量：在一个闭合回路中通过不同大小和方向的电流，并使用霍尔效应传感器测量不同位置处的磁感应强度。

“五位一体”能力导向的线上线下混合式教学设计——以《电磁场与电磁波》课程为例《电磁场与电磁波》是面向电子类、电子信息类专业本科二年级的必修基础课，其教学内容抽象、涉及的数学运算复杂，大部分学生对其望而生畏。

为了克服这些问题，课程组采用线上线下混合教学模式，系统优化课前、课中及课后的教学设计，将线上资源有机融入到线下课堂，教学中充分发挥教师主导学生主体作用，增强实践意识，借助引入引出策略，形成“五位一体”能力导向的教学特色，有效解决了教学痛点，并拓展了课堂内涵，实现了知识的传承和专业核心素养和关键能力的提升。

一、课程概况《电磁场与电磁波》课程是电子类、电子信息类专业的一门重要的、必需的专业基础课，课程内容是从“场”的角度，描述静态（电、磁）场和时变场的空间分布、变化规律及其数学模型求解。

授课对象是本科二年级的学生，3个学分，计划学时为48学时。

课程组于2020年完成了《电磁场与电磁波》慕课建设，并投放到学银在线慕课平台，2021年投放到中国慕课大学平台，该慕课是混合式教学的线上资源部分，随着教学迭代更新，线上资源新增有习题库、试卷库和问卷库。

2022年3月开展第四轮线上线下混合式教学。

电磁场是一种特殊且抽象的物质，它不是由分子、原子组成，虽然看不见、摸不着，但它也有质量和能量。

研究电磁场的方法（场论）将涉及大量的、复杂的数学公式计算和推导算，不仅让学生感觉课程学习难度大，还抓不住学习重点，因而怵学。

反馈到课堂教学上，《电磁场与电磁波》课程教学亟需解决的问题有：（1）课程内容抽象，难度高，亟需习题训练和巩固，但学时有限；（2）学生习惯于教师的知识灌输，缺乏主动学习意识；（3）师生互动少，无法满足发现教学、引导教学的需要，更无法激发学生深层次的思考；（4）课堂容纳度有限，缺乏发散性、挑战性和创新性的内容与引导。

二、课程教学特色为了有效解决上述问题，借助于MOOC平台（爱课程、学银在线）和雨课堂，采用线上线下混合式教学模式，聚焦学生自主学习，将教学活动拓展至课前、课中及课后三个阶段，逐步凝练出了“五位一体”能力导向的课程特色及教学改革创新点。

4.2 电磁场与电磁波教学目标1．了解麦克斯韦电磁波理论的主要观点，知道电磁波的概念及通过电磁波体会电磁场的物质性。

2．体验赫兹证明电磁波存在的实验过程及实验方法，领会物理实验对物理学发展的基础意义。

教学重、难点电磁场理论的主要观点及赫兹证明电磁波存在的实验赫兹证明电磁波存在的实验过程及实验方法教学过程一、新课引入牛顿盖了一座房子，人类可以遮风避雨了，麦克斯韦看了看，觉得生活不太方便，顺手就把电线接进来了，于是“楼上楼下，电灯电话”，我们的小日子就过起来了。

后来爱因斯坦、普朗克、玻尔等发现地基不牢固，就把地基给挖了，不过电线还留着呢啊。

这个比方打完，是不是觉得麦克斯韦很伟大了啊。

但是麦克斯韦伟大在何处呢？二、新课学习1.电磁场（1）变化的磁场产生电场①在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里会产生感应电流，如图所示。

这是法拉第发现的电磁感应现象。

②麦克斯韦进一步想到，既然产生了感应电流，一定是有了电场，它促使导体中的自由电荷做定向运动。

因此，麦克斯韦认为：这个现象的实质是变化的磁场在空间产生了电场。

电路中的自由电荷就是在这个电场的作用下做定向运动，产生了感应电流。

即使在变化的磁场中没有闭合电路，同样要产生电场，如图所示。

变化的磁场产生电场，这是一个普遍规律。

③非均匀变化的磁场产生变化的电场，均匀变化的磁场产生稳定的电场，稳定的磁场不产生电场。

（2）变化的电场产生磁场①麦克斯韦大胆地假设：变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场，如图所示。

即变化的电场产生磁场。

②非均匀变化的电场产生变化的磁场，均匀变化的电场产生稳定的磁场，稳定的电场不产生磁场。

（3）电磁场麦克斯韦认为在周期性变化的磁场周围产生周期性变化的电场，周期性变化的电场周围产生周期性变化的磁场，变化的电场和变化的磁场总是相互联系的，形成一个不可分离的统一的场，这就是电磁场。

周期性变化的电场和周期性变化的磁场交替产生，由近及远地向周围传播。

大学物理教案：电磁场与电磁波引言大学物理是一门涵盖广泛的学科，其中一个重要领域是电磁学。

在这个教案中，我们将聚焦于电磁场和电磁波这个主题。

电磁场和电磁波是电磁学的基础，它们在我们日常生活中起着至关重要的作用。

通过深入研究这些概念，我们可以更好地理解电磁现象的本质，并应用于实际问题的解决。

电磁场概述什么是电磁场？电磁场是一种由电荷和电流产生的物理场。

它由电场和磁场组成，可以相互作用并互相转化。

电荷和电流是产生电磁场的源，它们对周围的空间产生影响，并通过场的相互作用影响彼此。

电场的性质和特点电场是由电荷产生的一种物理现象。

电荷可以是正电荷或负电荷，通过它们周围的空间产生电场。

电场具有以下性质和特点：1.静电力：电场能够产生引力或斥力的力，这被称为静电力。

正电荷和负电荷之间的静电力是相互吸引或相互排斥的，根据它们的电荷符号的不同。

2.电场强度：电场强度是描述电场的强弱的物理量。

它可以用矢量表示，单位是牛顿/库仑（N/C）。

3.高斯定理：高斯定理描述了电场通过一个封闭曲面的总通量与该曲面内的电荷量之间的关系。

这个定理对于计算复杂电场的总通量非常有用。

磁场的性质和特点磁场是由电流产生的一种物理现象。

电流会产生磁场，并对周围的空间产生影响。

磁场具有以下性质和特点：1.磁感应强度：磁感应强度是描述磁场的强弱的物理量。

它可以用矢量表示，单位是特斯拉（T）。

2.洛伦兹力：电流在磁场中会受到洛伦兹力的作用。

洛伦兹力的方向垂直于电流的方向和磁场的方向。

3.安培环路定理：安培环路定理描述了电流穿过一个闭合回路时，在该回路上的磁场积分与回路内电流之间的关系。

这个定理对于计算复杂电流产生的磁场非常有用。

电磁波概述什么是电磁波？电磁波是一种由电磁场产生的波动现象。

当电磁场的能量以波的形式传播时，就形成了电磁波。

电磁波由电场和磁场相互振荡而成，沿着垂直于振动方向的方向传播。

电磁波的性质和特点电磁波具有以下性质和特点：1.波长和频率：电磁波的波长是指波动中一个完整波形的长度。