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《電磁學與電動力學》教學大綱

Electromagnetics and Electrodynamics
 
課程編號：071C4050  適用專業：電子科學與技術、應用物理學、材料物理、光信息科學與技術   學時：96   學分： 6
一、內容簡介
    內容包括：真空中的靜電場、靜電場中的導體和電介質、穩恒電流、穩恒電流的磁場、磁介質、電磁感應、電磁現象的普遍規律、求解靜電場的方法、求解靜磁場的方法、電磁波傳播、電磁波輻射、狹義相對論等。
二、本課程的目的和任務
       電磁學與電動力學是電子科學與技術、光信息科學與技術、應用物理學和材料物理專業的一門重要的技術基礎課程。本課程的目的和任務是：1.掌握電磁現象的基本概念、實驗定律及電磁場的運動規律。2.在掌握電磁學、電動力學各部分內容的內在聯系中，培養學生分析問題和解決問題的能力。3.了解狹義相對論的基本概念、基本思想，加深對電磁場物質性和時空概念的理解。
三、本課程與其它課程的關系
       學生在進入本課程學習之前，應學過以下課程：高等數學、場論、數學物理方法。這些課程的學習，為本課程奠定了良好的數學基礎。
本課程學習結束后，可進入下列課程的學習：固體物理、電子材料、電子器件、微電子工藝學、半導體物理、信號與系統、光纖通訊系統、集成電路原理與設計、微電子器件可靠性、普通物理實驗、近代物理實驗等。
四、本科程的基本要求
       電磁理論和實驗規律為分析和應用電磁現象，提供了理論依據與實驗方法。通過本課程的學習，要求學生熟練地掌握電磁定律和經典電磁理論的各類分析方法的原理，能熟練地運用基本原理指導實際系統。
五、課程內容
第一章     真空中的靜電場（10學時）
了解靜電的基本現象和基本規律，掌握利用迭加原理和高斯定理求電場強度的方法，會計算電位。
第二章     靜電場中的導體和電介質（8學時）
了解靜電場中的導體的特性，掌握電容器的分類；會計算典型電容器的電容；掌握電介質的特點和介質的高斯定理，理解電位移矢量的物理意義，會求介質中電場強度。
第三章  穩恒電流（4學時）
了解電流穩恒條件和導電規律，了解電源及其電動勢的定義；掌握簡單電路的分析和求解方法；了解溫差電現象。
第四章  穩恒磁場（12學時）
掌握磁的基本現象和基本規律，掌握求解不同載流回路磁場的方法，會使用磁場的高斯定理和安培環路定理求解磁感應強度；了解磁場對載流導線的作用，掌握求解方法；了解帶電粒子在磁場中的運動規律。
第五章       電磁感應和暫態過程（8學時）
了解電磁感應現象及實驗規律，掌握動生電動勢和感生電動勢的定義，掌握求解感應電動勢的方法并會判斷方向；了解互感和自感現象，會求解互感和自感系數；了解暫態過程。
第六章       磁介質（4學時）
了解分子電流觀點，了解磁介質的磁化現象；理解磁場強度矢量的物理意義，掌握介質的磁化規律及求解介質中磁感應強度的方法。
第七章       電磁現象的普遍規律（10學時）
了解電荷和電場、電流和磁場的實驗定律，理解真空麥克斯韋方程組建立過程；掌握介質的電磁性質和介質麥克斯韋方程組；掌握電磁場邊值關系和各種場量與相應電荷的關系；理解電磁場能流密度矢量概念及電磁場能量轉換與守恒定律。
第八章       靜電場和穩恒電流磁場（16學時）
了解唯一性定理的物理意義，理解在靜電場中引入靜電勢的方法及靜電勢滿足的微分方程，了解求解靜電勢的方法，掌握分離變量法、電像法、電勢多極展開等求解電勢的方法。了解靜磁場中引入磁矢勢的意義，掌握磁標勢求解磁場的方法。
第九章       電磁波的傳播（8學時）
理解電磁波波動方程的物理意義，掌握平面電磁波的特點及電磁波在介質界面上的反射和折射規律；理解電磁波在導體中傳播的特點，掌握電磁波在諧振腔和波導管中傳播的規律。
第十章       電磁波的輻射（6學時）
理解電磁場的矢勢和標勢的物理意義及達朗伯方程的建立，理解推遲勢的物理意義，掌握電偶極矩輻射規律和計算方法；掌握電磁波衍射強度計算方法，了解電磁場的動量守恒定律及相應量的物理意義。
第十一章  狹義相對論（10學時）
了解相對論建立的背景和實驗基礎，理解相對論的兩條基本原理，掌握洛侖茲時空變換關系；理解相對論的同時性和時間延緩、尺度縮短等相對論效應；理解相對論理論的四維形式，掌握力學量和電磁場物理量的四維形式。
六、教材與參考書
1、教材
《電磁學》（上下冊），趙凱華、陳熙謀，高等教育出版社  1986年
《電動力學》郭碩鴻，高等教育出版社  1997年 第二版
2、主要參考書
《電磁學》（上下冊）  賈起民  郭永玲  復旦大學出版社  1987年
《電磁學》  李鏗，國防工業出版社  1996年
《電磁學及其應用》第五版 (Electromagnetics with Applications）Kraus Fleisch著，清華大學出版社，2001年
《工程電磁學》(Engineering Electromagnetics) Kenneth R.Demarest著，科學出版社，2003年
《電動力學教程》 闞仲元，人民教育出版社  1979年
七、本課程的教學方式
       本課程的特點是實驗性、理論性強，與專業課及基礎課聯系較多。在教學中重視物理思想和方法論的介紹，以啟發和培養學生獨立思考能力和創造能力。
       章節間內容的銜接應注意循序漸進，由淺入深，著重基本概念和基本理論的簡述，注意科學性、系統性、思想性和教學適用性。
       配合理論教學需要，加強與普通物理實驗和近代物理實驗中相關實驗的銜接，使學生通過實驗既加深對課堂講授內容的理解，又增加了動手能力，掌握運用電磁理論對實際問題分析綜合的基本技能。
八、各教學環節學時分配
 

章節	課堂講授	實驗	上機	習題課	小計
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
總計	82			14	96

 
九、執行大綱時應注意的問題
    《電磁學與電動力學》是電子科學與技術、應用物理學、材料物理專業的技術基礎課。電磁場的特性、規律及應用為重點內容，課堂講授，作業習題的等各教學環節應協調配合，反復予以強調，突出，使學生印象深刻，概念牢固。講授中思路開闊，不局限于教材內容，從各個角度加強重點內容教學。 學習文檔  http://xjuit.com/wenku/