电磁场理论课程教学大纲

一、课程说明

（一）课程名称、所属专业、课程性质、学分；

课程名称：电磁场理论

所属专业：微电子科学与工程

课程性质：专业基础课

学分：4

（二）课程简介、目标与任务；

电磁场理论是宏观电磁现象的经典理论，是研究电磁场的基本属性、运动规律以及它与带电物质之间相互作用的一门重要基础理论课。电磁场理论是解决一切信息处理的物质基础。课程目标与任务：掌握静电场、恒磁场以及时变电磁场的基本理论，理解麦克斯韦方程组的来源以及电磁统一，会利用基本的电磁理论分析一些具体的工程问题，如电磁波传播、天线、微波等。

（三）先修课程要求，与先修课与后续相关课程之间的逻辑关系和内容衔接；

先修课程：高等数学、数学物理方法、电磁学

关系：其中高等数学和数学物理方法是电磁场理论的数学基础，电磁学是电磁场理论的物理基础，电磁场理论在电磁学的基础上系统阐述电磁场的基本理论，并进一步阐述电磁场理论在解决实际问题方面的应用。

（四）教材与主要参考书。

选用教材：William H.Hayt,Jr.,John A. Buck编，赵彦珍等译，工程电磁场，西安交通大学出版社（第版）。

主要参考书：

1.《电动力学》，汪映海编著，兰州大学出版社，1995年

2.《电磁场理论基础》(第二版),陈重,崔正勤,胡冰编著，北京理工大学出版社，2010年

3.《工程电磁场导论》，冯慈章、马西奎编著,高等教育出版社,2000年

4.《电磁场与电磁波》，李书芳、李莉、张阳安、高泽华编著，科学出版社，2004年

二、课程内容与安排

第一章数学准备知识

第一节标量和矢量

第二节矢量代数

第三节直角坐标系

第四节矢量分量和单位矢量

第五节矢量场

第六节点乘和叉乘

第七节其他坐标系：圆柱坐标系、球坐标系

第二章库仑定律和电场强度

第一节库仑定律

第二节电场强度

第三节连续分布体电荷的电场

第四节线电荷的电场

第五节面电荷的电场

第六节电力线和电场分布图

第三章电通量密度、高斯定律和散度

第一节电通量密度

第二节高斯定律

第三节高斯定律的应用：一些对称电荷的电场第四节高斯定律的应用：体积元电荷的电场

第五节散度和麦克斯韦第一方程

第六节矢量算子和散度定理

第四章能量和电位

第一节点电荷在电场中运动时消耗的能量

第二节线积分

第三节电位差和电位的定义

第四节点电荷的电位

第五节点电荷系统的单位：保守性

第六节电位梯度

第七节电偶极子

第八节静电场中的能量密度

第五章导体和电介质

第一节电流和电流密度

第二节电流连续性

第三节金属导体

第四节导体性质和边界条件

第五节镜像法

第六节半导体

第七节电介质材料的性质

第八节理想电介质的边界条件

第六章电容

第一节电容的定义

第二节平行板电容器

第三节几个电容例子

第四节两导体传输线的电容

第五节采用场分布图估算二维问题中的电容第六节泊松方程和拉普拉斯方程

第七节拉普拉斯方程解的例子

第八节泊松方程解的例子：P-N结的电容第七章恒定磁场

第一节毕奥-沙伐定律

第二节安培环路定律

第三节旋度

第四节斯托克斯定理

第五节磁通量和磁感应强度

第六节磁位和磁矢位

第七节恒定磁场定律的推导

第八章磁场力、材料和电感

第一节运动电荷所受的力

第二节元电流所受到的力

第三节元电流之间的作用力

第四节闭合回路所受到的力和力矩

第五节磁性材料的性质

第六节磁化和磁导率

第七节磁场边界条件

第八节磁路

第九节势能和磁性材料受到的力

第十节自感和互感

第九章时变电磁场和麦克斯韦方程第一节法拉第定律

第二节位移电流

第三节微分形式的麦克斯韦方程组

第四节积分形式的麦克斯韦方程组

第五节推迟位

第十章传输线

第一节传输线中波传播的物理描述

第二节传输线方程

第三节无损耗传输

第四节正弦电压的无损耗传输

第五节正弦波的复数形式

第六节传输线方程组及其向量形式解

第七节无损耗传输和低损耗传输

第八节传输功率和损耗特性

第九节波在不连续处的反射

第十节电压驻波比

第十一节有限长传输线

第十二节几个传输线的例子

第十三节图解法：史密斯圆图

第十四节暂态分析

第十一章均匀平面电磁波

第一节自由空间中波的传播

第二节电介质中波的传播

第三节坡印亭定理和波的功率

第四节良导体中波的传播：集肤效应

第五节波的极化

第六节磁化和磁导率

第十二章平面电磁波的反射和散射

第一节正入射时均匀平面电磁波的反射

第二节驻波比

第三节多层媒质分界面上波的反射

第四节任意入射方向下平面电磁波的反射

第五节斜入射时平面电磁波的反射

第六节斜入射时波的全反射和全折射

第七节色散媒质中波的传播

第八节色散媒质中的脉冲展宽

第十三章导行电磁波

第一节传输线场及其基本参数

第二节波导基本工作原理

第三节平行平板波导中的平面波

第四节利用波方程分析平板波导

第五节矩形波导

第六节平板介质波导

第七节光纤纤维

（一）教学方法与学时分配

教学方法：教学中始终突出以学生为本的教育理念，重视课程的规划和建设，按照

课程体系制定规范的教学大纲和教学进度表；因材施教使学生掌握物理学的发展脉络和做科研的方法，使学生变被动学习为主动学习，真正达到从会学到好学；通过启发式教学培养学生较强的主动思考习惯，注重对大学生创新思维和解决实际问题能力的培养；及时与学生进行有效沟通，布置课后作业，必要时进行习题讲解；将实际工程问题引入课堂，使学生理解电磁场理论在实际问题中的应用，加深理解电磁场理论的本质，培养学生具有一定的抽象思维能力；开发并实施多媒体教学手段，使得课程的教学实施建立在现代教育技术平台之上。

学时分配：第一章（4学时），第二章（4学时），第三章（4学时），第四章（4学时），第五章（6学时），第六章（4学时），第七章（8学时），第八章（6学时），第九章（4学时），第十章（6学时），第十一章（6学时），第十二章（6学时），第十三章（6学时）。

（二）内容及基本要求

主要内容：静电场和恒磁场的特性及其求解问题，静电场中的导体及电介质的特性分析及其边界条件，恒磁场中介质的边界条件；在此基础上引入时变电磁场、推导出麦克斯韦方程组的微分形式和积分形式，利用麦克斯韦方程组分析实际工程问题如传输线、平面波传输及波导问题。

【重点掌握】：麦克斯韦方程组的推导及其物理意义，利用麦克斯韦方程组分析实际工程问题。

【掌握】：静电场、恒磁场及时变电磁场的特性。

【难点】：利用电磁场理论分析实际工程问题。

制定人：

审定人：

批准人：

日期：