《电磁场与电磁波》课程教学大纲
Electronic Field and Wave
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一、课程基本信息
1．课程编号：L08009
2．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达到的能力
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。
1. 基本要求
（1）掌握矢量代数的基本规则；
（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。
2. 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
（1）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。
（2）理解电荷、电荷密度、电流、电流密度、电场强度、电位移矢量、介电常数、极
化强度、磁感应强度、磁场强度、磁化强度、磁导率、电导率、位移电流等基本概念。
（3）掌握电流守恒定律、库仑定律、静电场的基本方程、安培力定律、恒定磁场的基本方程、媒质的极化、磁化、传导特性、法拉第电磁感应定律、全电流定律、麦克斯韦方程组、电磁场的边界条件。
2. 学时分配
课堂教学10学时。其中库仑定律和安培力定理（2课时），以及真空中和介质中静电场和恒定磁场的基本性质（2课时），时变场的基本方程（麦克斯韦方程组）和基本性质（4课时），及边界条件（2课时）。
（三）静态电磁场及其边值问题的解（8课时）
主要内容：静态电磁场及其边值问题的解，内容包括静电场分析、恒定电场分析及恒定磁场分析，静态场边值问题的解法，静态场边值问题的解析解法—镜像法。
1. 基本要求
（1）了解静电比拟法；
（2）理解电位函数、电容、电场能量、电场能量密度、静电力、矢量磁位、标量磁位、电感、磁场能量、能量密度、磁场力等基本概念；
（3）掌握静电场的基本方程和边界条件、恒定电场的基本方程和边界条件、恒定磁场的基本方程和边界条件；
（4）掌握静电场中的电位函数及其微分方程、恒定磁场的矢量磁位及其微分方程；
（5）掌握电位的边界条件、矢量磁位的边界条件、标量磁位的边界条件；
（6）掌握静电场能量、恒定磁场能量的计算公式；
（7）掌握镜像法的基本原理，会用镜像法求解一些典型问题。
（8）掌握分离变量法的基本原理，会用分离变量法求解一些典型问题。
2. 学时分配
课堂教学8学时。其中，静电场分析、恒定电场分析及恒定磁场分析（4学时）；分离变量法（2学时）；静态场边值问题的解析解法—镜像法（2学时）。
（四）时变电磁场（6课时）
主要内容：时变电磁场，内容包括时变场的波动方程，时变场的辅助位函数及能量守恒定理，重点讨论了一种典型的时变场—时谐电磁场。
1. 基本要求
（1）了解有耗媒质的特性参数；
（2）理解矢量位、标量位、坡印廷矢量的概念，理解坡印廷定理的物理意义，理解唯一性定理及其意义；
（3）掌握电磁场的波动方程、掌握时变场的矢量位和标量位函数及达朗贝尔方程，掌握玻印亭定理，掌握时谐电磁场的复数表示方法，掌握复数形式的麦克斯韦方程和波动方程，掌握平均坡印廷矢量。
2. 学时分配
课堂教学8学时。其中，时变场的波动方程（2学时）；时变场的辅助位函数及能量守恒定理（4学时）。
（五）均匀平面波在无界空间中的传播（10课时）
主要内容：均匀平面波在无界空间中的传播，内容包括均匀平面波的概念、均匀平面波在无界理想介质中传播特性、均匀平面波导电媒质中中传播特性、群速与相速的关系。
1. 基本要求
（1）理解均匀平面波的概念及研究均匀平面波的重要意义，理解描述传播特性参数的物理意义，理解波的极化概念，理解表面电阻、趋肤深度、色散、群速等概念；
（2）掌握波的概念和表示方法，掌握均匀平面波在无界理想介质中的传播特性，掌握波的三种极化方式并能正确判断波的极化状态，掌握均匀平面波在导电媒质中的传播特性、掌握群速与相速的关系。
2. 学时分配
课堂教学10课时。其中包括均匀平面波在无界理想介质中传播特性（4学时）；波的三种极化方式（2学时）；均匀平面波导电媒质中中传播特性（2学时）；群速与相速的关系（2学时）。
四、实验内容和要求
五、课程的考核
课程考核为期末闭卷考试，考试范围和要求应符合本教学大纲对各章教学内容的基本要求。
六、本课程与其它课程的联系与分工
本课程是在已学课程《高等数学》和《大学物理》的基础上，系统介绍电磁场与电磁波的基本特性和规律，重点为时变电磁场，以保证为《通信原理》、《微波技术》、《天线》、《电波传播》、《电磁兼容》、《微电子学》等其他相关后续课程奠定必要的电磁理论基础。
