工程电磁场讲义绪论

Ｑ　Ｑ：　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　ＴｅｃｈｎＯ　Ｊ０ｇｙ　Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　Ｈｅｒａｌｄ　

电磁场理论　教学研究①　

袁明辉　（上海理工大学光电信息与计算机工程学院　上海　２０００　９３）　创新教育　

摘要：本文分析总结了目前《电磁场理论》课程教学中普遍存在的一些问题，并探讨了改进措施：包括运用多种手段，提高学生对《电　磁场理论》课程的学习兴趣；加强多媒体教学手段在教学上的应用；采用“启发式”教学，提高学生的创造性思维能力；改革《电磁场理论》教　学内容；综合多种手段，改革考核模式等。　关键词：电磁场理论　教学　中图分类号：Ｇ４２　文献标识码：Ａ　文章编号：１　６７４—０９８Ｘ（２０１　ｏ）ｏ２（ｂ）一０１８４—０１　

随着信息时代的到来，作为通信传输　

技术基础的电磁场理论得到越来越广泛和　深入的研究与应用。《电磁场理论》这门课　

程是在大学《普通物理》课程中经典电磁场　

相关理论的基础上，进一步阐述宏观电磁　

场的基本性质、规律和分析计算方法，以及　

培养学生运用“场”的观点初步分析各种电　磁相关问题。“电磁场理论”课程不但要求　

学生有较好的数学和物理基础，而且对学　生的空间想象力、抽象思维和逻辑推理能　

力也有较高的要求。本文就作者的教学实　

践经验，对目前普遍存在的问题以及改进　

措施进行了探讨。　

１目前（（电磁场理论》教学中存在的问题　

根据作者的教学实践，发现目前　电磁　

场理论　课程教学中普遍存在以下一些问　

题：　（１）由于《电磁场理论》课程本身过于抽　

象，学生普遍反映难学难懂，表现为抽象的　

纯理论和概念多、复杂的偏微分公式多、计　

算求解难度大，而对老师来说教好这门课　也具有相当的难度。　

（２）目前绝大多数教材都只强调经典的　

理论知识，缺乏有应用背景和紧密跟踪最　

新前沿发展的内容，这样不但导致理论与　实际应用脱节，也很难激发学生的学习热　

忱。　

（３）由于相关实验设备的匮乏，导致大　

部分高校缺乏开展电磁场实验的条件，致　使学生的理论与实际脱节，成为　电磁场理　

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提高“工程电磁场”课程教学效果的方法研究

作者：熊炜 粟世玮

来源：《中国电力教育》2013年第26期

摘要：“工程电磁场”是高校电气工程专业一门重要的专业基础课程。在学习其他高校教学理论的基础上，结合“工程电磁场”课堂教学的实践经验和体会，针对“工程电磁场”课程的理论性强、抽象、数学推导较多等特点，研究传统课堂教学的方法。以实际讲例为导向进行分析讲授，从而激发学生的学习兴趣，提高课堂教学的教学效果，并且为了“工程电磁场”课程后期的进一步发展。

关键词：工程电磁场；课程；特点；教学

作者简介：熊炜（1980-），男，湖北宜昌人，三峡大学电气与新能源学院，讲师；粟世玮（1979-），女，湖北宜昌人，三峡大学电气与新能源学院，讲师。（湖北 宜昌 443002）

中图分类号：642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）26-0042-01

“工程电磁场”课程是高校电气工程专业的一门基础专业课程，很多高校都是作为必修课之一。这门课程对于学生来说，无论是其他后续专业课程的学习，如“电机学”、“电机控制”、“电力系统分析”、“电力系统继电保护”、“直流调速控制系统”等，还是毕业后的深造和工作都十分重要，为他们将来从事工程设计、设备安装及维修、系统调试等方面的工作打下坚实的基础。因此，“工程电磁场”课程在电气工程及其自动化专业教学中具有举足轻重的作用。高校和讲授这门课程的教师都十分重视这门课程的教学效果，许多教师都针对“工程电磁场”这门课程的改革和教学方法做了许多研究，通过教学方法的研究提高教学效果，[1]通过仿真工具建立实验辅助学生理解，[2，3]还有从教学内容上入手探讨课程的教学。[4]本文针对“工程电磁场”这门课程内容上的特点，结合实际应用探讨在教学中如何提高学生的兴趣，从而提高教学效果的方法。

理论课程教学大纲

一、课程的性质和任务

“电磁场与波”是电子信息类专业本科生必修的一门学科基础课程，所涉及的内容是电子信息类学生必备知识结构的重要组成部份。本课程在大学物理（电磁学）的基础上，着重论述电磁场与电磁波的大体概念、原理、规律和大体分析方式，及其在工程实际中的应用。通过对本课程的学习，使学生进一步熟悉电磁场与电磁波的物理本质和大体规律、把握大体的分析方式，培育学生对电磁问题的分析与求解能力，为学习相关的专业课程或深切研究电磁理论打下必要的基础。

二、教学内容和要求

1．课堂理论教学（48学时）

① 矢量分析（6学时）

绪论、矢量场的通量、散度（2），矢量场的环流、旋度（），标量场的梯度（），亥姆霍兹定理（1）

② 电磁场的大体物理量和大体实验定律 （5学时）

电荷、电流、持续性方程（1），库仑定律、电场强度、积分公式（2），安培力定律、磁感应强度、积分公式（2）

③ 静电场分析（11学时）

真空中静电场方程（2），电位及泊松方程（2），唯一性定理、（1）介质极化、介质中的高斯定律（2），边界条件、电场能量（2），恒定电场（2）

④ 静态场边值问题（5学时）

直角坐标中的分量变量法（2），镜像法（3）

⑤ 恒定磁场分析（7学时）

真空中磁场的大体方程（2），矢位（1），磁介质中的场方程、边界条件（2），电感、磁能（2）

⑥ 时变电磁场（5学时）

电磁感应、位移电流（），麦克斯韦方程、边界条件（），坡印廷定理、波动方程定律动态位（2）

⑦ 正弦平面电磁波（9学时）

亥姆霍兹方程、平均坡印廷矢量（1），理想介质中的平面波（2），波的极化、导电媒质中的平面波（3），对分界面的垂直入射（3），斜入射（3）

2．习题课（4学时）

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3．教学大体要求

① 明白得梯度、散度和旋度的概念，把握其运算方式与规律。

② 明白得电荷、电流及电流持续性方程的概念，明白得电场和磁场的概念，把握电场强度与磁感应强度的积分公式，会计算一些简单源散布所产生的场。

第1章 绪论

1.1 概述

近年来，随着纳米技术的迅猛发展，在光学工程、微电子制造、航空航天技

术、超精密机械制造、微机器人操作、地震测量、生物、医学及遗传工程等技术

领域的研究都迫切需要亚微米级、微／纳米级的超精密驱动。传统的驱动器技术

功率\质量比低，必须远离驱动点安装，而且驱动器高速运转后需要减速装置变

速，致使传动系统复杂、结构累赘。显然，传统技术已不能满足工业领域发展的

需求。

近年来国际上开始了压电精密驱动技术的研究。压电材料在驱动时具有纳米

级的稳定输出位移精度。并且压电驱动线性好、控制方便、分辨率高、频率响应

好、不发热、无磁干扰、无噪声等[1]。同时，压电驱动器能实现体积小、质量

轻、大功率密度的特点。因此压电型精密微驱动技术已成为国内外的重点研究方

向。

因此采用全新的驱动器——超声波电机来驱动位移机构。超声波电机原理和

结构完全不同于传统电磁式电机，没有绕阻和磁场部件，不是通过电磁相互作用

来传递能量，而是直接由压电陶瓷材料实现机电能量转换的新型电机，其结构简

单，具有单位体积出力大、响应性能优良等特点。磁式电机已经存在100多年了。

在这种电机在工业上占据支配地位的同时，它的改革需要新的材料和设计的出

现。一个毫米级转子的电磁电动机用在手表上，可能需要一个直经为1cm的永磁

铁。这种压电超声电动机尺寸独立，因此在微小电动机的应用上得到了更多关注

[2]。

1.2 超声波电机

20世纪40年代，人们就知道了超声波电机的工作原理，但直到80年代，

随着具有高转换效率的压电陶瓷材料的出现，以及电力电子技术的发展，才逐步

研制出各种类型的超声波电机。1961年，Bulova钟表公司首次尝试利用弹性振动获得动力，利用电磁力激振音叉，利用其往复运动拨动钟表齿轮。这种钟表走

时准确，每月只有一分钟的误差，打破了当时的纪录，引起了轰动。 1964年，苏联基辅理工学院(Kiev Politechnical Institute)的vrinenko设计