《电磁场与电磁波》教案1

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》学历案（第一课时）一、学习主题本次学习的主题为《电磁场与电磁波》。

这一主题作为高中物理课程的核心内容，是理解现代电磁学基础的关键。

在第一课时中，我们将着重学习电磁场的基本概念和性质，为后续的电磁波及其应用奠定坚实的基础。

二、学习目标1. 掌握电荷周围存在电场的观点，了解电场强度的基本概念及其表示方法。

2. 理解电流产生磁场的基本原理，掌握安培环路定律及其应用。

3. 了解电磁波的产生、传播及基本特性，初步建立电磁波的物理模型。

4. 培养学生的观察能力、实验能力和理论分析能力，增强学生对物理现象的探究兴趣。

三、评价任务1. 课堂表现：通过学生在课堂上的表现，评价其对电场和磁场基本概念的掌握情况，以及在讨论环节的参与度和表达能力。

2. 作业完成情况：通过布置相关的课后作业，如绘制电场图、解释电磁波产生与传播等，评价学生对知识点的理解和应用能力。

3. 测验或小测验：通过定期的测验或小测验，评估学生对电磁场与电磁波知识点的掌握程度，并针对问题进行及时的教学调整。

四、学习过程1. 导入新课：通过回顾之前学习的静电现象，引出电场的概念，并简要介绍磁场的相关知识。

2. 讲解电场：通过图示和实例，详细讲解电场的概念、电场强度的定义及表示方法。

让学生理解电荷周围存在电场的观点。

3. 学习磁场：讲解电流产生磁场的基本原理，通过实验演示安培环路定律的应用，并让学生动手操作简单的电磁铁实验。

4. 探究电磁波：介绍电磁波的产生、传播及基本特性，通过动画或实验视频展示电磁波的传播过程。

5. 课堂讨论：组织学生进行小组讨论，就电磁场的性质、电磁波的应用等话题展开讨论，培养学生的合作能力和表达能力。

6. 课堂总结：总结本课学习的重点内容，强调电场和磁场的概念及其在现实生活中的应用。

五、检测与作业1. 课堂检测：通过课堂小测验，检测学生对电场和磁场基本概念的掌握情况。

2. 课后作业：布置相关的课后作业，如绘制电场图、解释电磁波的产生与传播等，以巩固学生对知识点的理解和应用能力。

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。

电磁场与电磁波教案电磁场与电磁波教案学院：电子与信息工程学院教研室：电信基础教研室课程名称：电磁场与电磁波任课教师：封志宏学期：授课班级：电子与信息工程学院制兰州交通大学教案第1 次课学时：2 章节教学目的和要求讲授主要内容重点难点要求掌握知识点和分析方法第1章，回顾并进一步学习矢量代数的概念和运算，学习三种常用的正交坐标系。

于电磁场的计算经常采用圆柱坐标系和球坐标系，所以这两种坐标系在本课程中非常基础和重要的知识点。

矢量代数三种常用的正交坐标系授课对象重点是直角坐标系、圆柱坐标系和球坐标系，以及三种坐标系之间的换算关系。

要求掌握三种坐标系之下的微积分运算，以及三种坐标系之间的换算关系矢量代数?????????A?(B?C)?B?(C?A)?C?(A?B) ?????????A?(B?C)?(A?C)B?(A?B)C三种常用的正交坐标系 1. 直角坐标系教授思路，采用的教学方法和辅助手段，板书设计，重点如何突出，难点如何解决，师生互动等位置矢量：r?exx?eyy?ezz ????????线元矢量：dl?exdx?eydy?ezdz ??????面元矢量：dSx?exdlydlz?exdydz，dSy?eydlxdlz?eydxdz ???dSz?ezdlxdly?ez dxdy 体积元：dV?dxdydz 2. 圆柱坐标系x??cos?,y??sin?,z?z，0????,0???2?,???z?? 位置矢量：r?e???ezz ???????线元矢量：dl?e?d??e??d??ezdz 面元矢量：???dS??e?dl?dlz?e??d?dz ??? dS??e?dl?dlz?e?d?dz ???dSz?ezdl?dl??ez? d?d? 体积元：dV??d?d?dz 3. 球坐标系x?rsin?cos?,y?rsin?sin?,z?rsin?0?r??,0????,0???2? 作业布置主要参考资料备注位置矢量：r??e?rr 线元矢量：dl??e???rdr?e?rd??e?rsin?d? 面元矢量：dS??e??e?2rrdl?dl?rrsin?d?d? dS?????e?dlrdl??ezrsin?drd?dS??l???e?dlrd??e?rdrd? 体积元：dV?r2sin?drd?d? ,, 编著兰州大学出版社《电磁场与电磁波》李锦屏兰州交通大学教案第 2 次课学时：2 章节教学目的和要求讲授主要内容重点难点要求掌握知识点和分析方法第1章，梯度、散度和旋度是构成麦克斯韦方程组的基本算子，也是计算电磁场的基本算子，所以从方向导数、通量、环流的基础上，把三个算子的物理意义和计算公式介绍并推导出来。

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基本性质电磁场的产生和变化1.2 电磁波的产生和传播电磁波的种类和特点电磁波的产生机制电磁波的传播特性1.3 电磁场与电磁波的应用电磁场在通信技术中的应用电磁波在医疗诊断中的应用第二章：静电场2.1 静电场的基本性质静电力和库仑定律电场强度和电势差2.2 静电场的能量和能量密度静电场的能量静电场的能量密度2.3 静电场的边界条件静电场的边界条件电场的连续性和跳跃性第三章：稳恒磁场3.1 稳恒磁场的基本性质磁场强度和磁感应强度安培环路定律3.2 磁场对电流的作用洛伦兹力和安培力磁场对电流的作用规律3.3 磁场的能量和能量密度磁场的能量磁场的能量密度第四章：电磁波的产生和传播4.1 电磁波的产生机制麦克斯韦方程组电磁波的产生过程4.2 电磁波的传播特性电磁波的波动方程电磁波的传播速度4.3 电磁波的能量和能量密度电磁波的能量电磁波的能量密度第五章：电磁波的应用5.1 电磁波在通信技术中的应用无线电通信和微波通信电磁波的天线原理5.2 电磁波在医疗诊断中的应用磁共振成像（MRI）微波热疗和电磁波治疗5.3 电磁波在其他领域的应用电磁波在能源传输中的应用电磁波在环境监测中的应用第六章：电磁波的波动方程与传播特性6.1 电磁波的波动方程电磁波的数学描述电磁波的波长、频率和波速6.2 电磁波的传播特性电磁波的直线传播电磁波的衍射和干涉6.3 电磁波的极化电磁波的偏振现象电磁波的圆极化和线极化第七章：电磁波的辐射与接收7.1 电磁波的辐射电磁波的发射过程天线辐射原理7.2 电磁波的接收电磁波的接收原理接收天线和放大器的设计7.3 电磁波的辐射和接收的应用无线电广播和电视传输卫星通信和导航系统第八章：电磁波的传播环境与衰减8.1 电磁波的传播环境自由空间中的电磁波传播导引波和波导传播8.2 电磁波的衰减电磁波在介质中的衰减电磁波的散射和反射8.3 电磁波的传播环境与衰减的影响因素天气和气候对电磁波传播的影响障碍物和遮挡对电磁波传播的影响第九章：电磁波的调制与解调9.1 电磁波的调制调幅和调频调相和复合调制9.2 电磁波的解调解调原理和方法解调电路的设计9.3 电磁波的调制与解调的应用无线通信和广播传输数据传输和网络通信第十章：电磁波的测量与监测10.1 电磁波的测量原理与方法电磁波的测量仪器和设备电磁波的测量技术和方法10.2 电磁波的监测与分析电磁波的监测原理和设备电磁波的频谱分析和信号处理10.3 电磁波的测量与监测的应用电磁兼容性分析和测试电磁环境监测和保护第十一章：电磁波在特定介质中的传播11.1 电磁波在均匀介质中的传播介质的电磁特性电磁波在介质中的传播方程11.2 电磁波在非均匀介质中的传播非均匀介质的特点电磁波在非均匀介质中的传播规律11.3 电磁波在特定介质中传播的应用电磁波在地球物理勘探中的应用电磁波在生物医学成像中的应用第十二章：电磁波的辐射与天线技术12.1 电磁波的辐射机制开放电荷和辐射场电磁波的辐射功率和辐射强度12.2 天线的基本原理与设计天线的作用和分类天线的辐射特性与设计方法12.3 电磁波的辐射与天线技术的应用无线通信和卫星通信的天线设计天线在雷达和导航系统中的应用第十三章：电磁波与物质的相互作用13.1 电磁波与物质的相互作用原理电磁波的吸收、反射和散射电磁波在物质中的传播过程13.2 电磁波在生物组织中的传播生物组织的电磁特性电磁波在医学成像中的应用13.3 电磁波与物质相互作用的应用电磁波在材料科学中的应用电磁波在环境监测中的应用第十四章：电磁波的安全与防护14.1 电磁波的安全性分析电磁波的生物效应电磁波的安全标准与规范14.2 电磁波的防护技术电磁屏蔽和吸波材料电磁波的防护设计与实施14.3 电磁波的安全与防护的应用电磁兼容性设计电磁环境保护和电磁辐射控制第十五章：电磁波的前沿领域与展望15.1 电磁波的前沿研究课题量子电动力学与高能电磁波极端条件下的电磁波传播15.2 电磁波技术的创新与发展新型天线技术与阵列处理智能材料与电磁波调控15.3 电磁波的应用前景与挑战未来通信系统的展望电磁波在可持续能源中的应用重点和难点解析重点：电磁场与电磁波的基本概念、原理、应用和发展前景。

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。