《电磁学与电动力学》教学大纲

《电磁学与电动力学》教学大纲

Electromagnetics and Electrodynamics
 
课程编号：071C4050  适用专业：电子科学与技术、应用物理学、材料物理、光信息科学与技术   学时：96   学分： 6
一、内容简介
    内容包括：真空中的静电场、静电场中的导体和电介质、稳恒电流、稳恒电流的磁场、磁介质、电磁感应、电磁现象的普遍规律、求解静电场的方法、求解静磁场的方法、电磁波传播、电磁波辐射、狭义相对论等。
二、本课程的目的和任务
       电磁学与电动力学是电子科学与技术、光信息科学与技术、应用物理学和材料物理专业的一门重要的技术基础课程。本课程的目的和任务是：1.掌握电磁现象的基本概念、实验定律及电磁场的运动规律。2.在掌握电磁学、电动力学各部分内容的内在联系中，培养学生分析问题和解决问题的能力。3.了解狭义相对论的基本概念、基本思想，加深对电磁场物质性和时空概念的理解。
三、本课程与其它课程的关系
       学生在进入本课程学习之前，应学过以下课程：高等数学、场论、数学物理方法。这些课程的学习，为本课程奠定了良好的数学基础。
本课程学习结束后，可进入下列课程的学习：固体物理、电子材料、电子器件、微电子工艺学、半导体物理、信号与系统、光纤通讯系统、集成电路原理与设计、微电子器件可靠性、普通物理实验、近代物理实验等。
四、本科程的基本要求
       电磁理论和实验规律为分析和应用电磁现象，提供了理论依据与实验方法。通过本课程的学习，要求学生熟练地掌握电磁定律和经典电磁理论的各类分析方法的原理，能熟练地运用基本原理指导实际系统。
五、课程内容
第一章     真空中的静电场（10学时）
了解静电的基本现象和基本规律，掌握利用迭加原理和高斯定理求电场强度的方法，会计算电位。
第二章     静电场中的导体和电介质（8学时）
了解静电场中的导体的特性，掌握电容器的分类；会计算典型电容器的电容；掌握电介质的特点和介质的高斯定理，理解电位移矢量的物理意义，会求介质中电场强度。
第三章  稳恒电流（4学时）
了解电流稳恒条件和导电规律，了解电源及其电动势的定义；掌握简单电路的分析和求解方法；了解温差电现象。
第四章  稳恒磁场（12学时）
掌握磁的基本现象和基本规律，掌握求解不同载流回路磁场的方法，会使用磁场的高斯定理和安培环路定理求解磁感应强度；了解磁场对载流导线的作用，掌握求解方法；了解带电粒子在磁场中的运动规律。
第五章       电磁感应和暂态过程（8学时）
了解电磁感应现象及实验规律，掌握动生电动势和感生电动势的定义，掌握求解感应电动势的方法并会判断方向；了解互感和自感现象，会求解互感和自感系数；了解暂态过程。
第六章       磁介质（4学时）
了解分子电流观点，了解磁介质的磁化现象；理解磁场强度矢量的物理意义，掌握介质的磁化规律及求解介质中磁感应强度的方法。
第七章       电磁现象的普遍规律（10学时）
了解电荷和电场、电流和磁场的实验定律，理解真空麦克斯韦方程组建立过程；掌握介质的电磁性质和介质麦克斯韦方程组；掌握电磁场边值关系和各种场量与相应电荷的关系；理解电磁场能流密度矢量概念及电磁场能量转换与守恒定律。
第八章       静电场和稳恒电流磁场（16学时）
了解唯一性定理的物理意义，理解在静电场中引入静电势的方法及静电势满足的微分方程，了解求解静电势的方法，掌握分离变量法、电像法、电势多极展开等求解电势的方法。了解静磁场中引入磁矢势的意义，掌握磁标势求解磁场的方法。
第九章       电磁波的传播（8学时）
理解电磁波波动方程的物理意义，掌握平面电磁波的特点及电磁波在介质界面上的反射和折射规律；理解电磁波在导体中传播的特点，掌握电磁波在谐振腔和波导管中传播的规律。
第十章       电磁波的辐射（6学时）
理解电磁场的矢势和标势的物理意义及达朗伯方程的建立，理解推迟势的物理意义，掌握电偶极矩辐射规律和计算方法；掌握电磁波衍射强度计算方法，了解电磁场的动量守恒定律及相应量的物理意义。
第十一章  狭义相对论（10学时）
了解相对论建立的背景和实验基础，理解相对论的两条基本原理，掌握洛仑兹时空变换关系；理解相对论的同时性和时间延缓、尺度缩短等相对论效应；理解相对论理论的四维形式，掌握力学量和电磁场物理量的四维形式。
六、教材与参考书
1、教材
《电磁学》（上下册），赵凯华、陈熙谋，高等教育出版社  1986年
《电动力学》郭硕鸿，高等教育出版社  1997年 第二版
2、主要参考书
《电磁学》（上下册）  贾起民  郭永玲  复旦大学出版社  1987年
《电磁学》  李铿，国防工业出版社  1996年
《电磁学及其应用》第五版 (Electromagnetics with Applications）Kraus Fleisch著，清华大学出版社，2001年
《工程电磁学》(Engineering Electromagnetics) Kenneth R.Demarest著，科学出版社，2003年
《电动力学教程》 阚仲元，人民教育出版社  1979年
七、本课程的教学方式
       本课程的特点是实验性、理论性强，与专业课及基础课联系较多。在教学中重视物理思想和方法论的介绍，以启发和培养学生独立思考能力和创造能力。
       章节间内容的衔接应注意循序渐进，由浅入深，着重基本概念和基本理论的简述，注意科学性、系统性、思想性和教学适用性。
       配合理论教学需要，加强与普通物理实验和近代物理实验中相关实验的衔接，使学生通过实验既加深对课堂讲授内容的理解，又增加了动手能力，掌握运用电磁理论对实际问题分析综合的基本技能。
八、各教学环节学时分配
 
章节 课堂讲授 实验 上机 习题课 小计 第一章 8     2 10 第二章 6     2 8 第三章 4       4 第四章 10     2 12 第五章 6     2 8 第六章 4       4 第七章 8     2 10 第八章 12     4 16 第九章 8       8 第十章 6       6 第十一章 10       10 总计 82     14 96  
九、执行大纲时应注意的问题
    《电磁学与电动力学》是电子科学与技术、应用物理学、材料物理专业的技术基础课。电磁场的特性、规律及应用为重点内容，课堂讲授，作业习题的等各教学环节应协调配合，反复予以强调，突出，使学生印象深刻，概念牢固。讲授中思路开阔，不局限于教材内容，从各个角度加强重点内容教学。