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电磁场与电磁波
第15次开课
开课时间: 2025年02月10日 ~ 2025年06月30日
学时安排: 3-5小时每周
进行至第9周,共21周 已有 1434 人参加
认证学习
认证成绩和证书
智能问答和解析
视频学习辅助
立即参加
课程详情
课程评价(121)
spContent=我们正处在信息时代,在日常生活和社会活动中已经离不开电磁场与电磁波了,例如无线网络、广播电视、卫星通信、导航定位等高科技产品均是电磁理论的产物。欢迎您走进“电磁场与电磁波”MOOC课堂,探索神秘而有趣的电磁世界!该课程由丁君教授主讲,深入浅出、娓娓道来、清晰亲切,让您享受学习的乐趣。
我们正处在信息时代,在日常生活和社会活动中已经离不开电磁场与电磁波了,例如无线网络、广播电视、卫星通信、导航定位等高科技产品均是电磁理论的产物。欢迎您走进“电磁场与电磁波”MOOC课堂,探索神秘而有趣的电磁世界!该课程由丁君教授主讲,深入浅出、娓娓道来、清晰亲切,让您享受学习的乐趣。
—— 课程团队
课程概述

“电磁场与电磁波”课程是电子信息类专业本科生必修的专业核心课程,其目的是使学生理解和掌握电磁场与电磁波的基本理论、及典型电磁问题的分析方法,为后续深入学习及应用打下良好的基础。该“电磁场与电磁波”MOOC课程,是国家级本科一流线上课程,由省级优秀教学团队“电磁场与电磁波”课程组全体教师精心打造,由西北工业大学“本科教学最满意教师”丁君教授主讲。课程主要讲述矢量分析、麦克斯韦方程组、媒质的电磁特性及边界条件、静态场特性与分析、平面电磁波特性及传播规律、电磁波辐射原理五个方面的内容。

该“电磁场与电磁波”MOOC课程就像一部视频教材,体系完整、内容齐全,全部内容约72学时,学习者可以根据自己的需求,或学时的限制选择适当的学习内容。该课程在线考核部分约为48-56学时内容,适合大部分高校教学辅助使用。

课程特色:讲授简明清晰、自然亲切、引人入胜,显示如板书呈现、条理清楚,讲述透彻,内容符合大纲、例题丰富、动画适当,课后测验、作业及期末考试齐全。


授课目标

通过该课程的学习,使学生对宏观电磁场与电磁波的基本概念和规律有深入完整的理解,重点掌握麦克斯韦方程组的物理意义及其应用,理解媒质的电磁特性及电磁场边界条件,学会对电磁场分布和电磁波的传播特性进行计算的基本方法,培养学生对简单工程电磁问题的分析和计算能力,为后续深入学习及应用打下良好的基础。

课程大纲
绪论
课时目标:绪论部分,以讲故事的形式,介绍了人们从古至今对电和磁的认识、以及电磁学的发展历程,其中介绍了在电磁学的发展史上非常重要的人物和事件。掌握课程特点及学习内容,培养对电磁场学习和探索的兴趣。
0.1 为什么要学该课程及主要学习内容
0.2 人类早期对电和磁的认识
0.3 电和磁的关系
0.4 麦克斯韦与电磁理论的建立
第1章 矢量分析
课时目标:理解矢量的概念及表示方法,掌握矢量基本运算,及矢量微分元的表示;掌握梯度、散度和旋度的定义、含义和计算。
1.1 矢量的定义和加减法运算法则
1.2 矢量的乘法运算法则
1.3 矢量微分元
1.4 矢量的坐标变换
1.5 标量场梯度的定义与计算
1.6 矢量场散度的定义与计算
1.7 矢量场旋度的含定义与计算
第1章 矢量分析【单元测验】
第1章 矢量分析【单元作业】
第2章 电磁学理论基础
课时目标:理解电场和磁场的基本概念,掌握电场强度和磁感应强度的定义和基本计算;理解位移电流的概念,深刻领会麦克斯韦方程组的物理含义和数学表示,并熟练掌握应用麦克斯韦方程求解简单电磁场问题的方法。
2.1 电场的概念及点电荷电场强度的计算
2.2 连续分布的电荷源电场强度的计算
2.3 电位的概念与计算
2.4 磁场的概念及线电流磁感应强度的计算
2.5 面电流和体电流磁感应强度的计算
2.6 矢量磁位的引入与计算
2.7 安培环路定律与位移电流
2.8 电磁感应定律
2.9 电磁场高斯定律及电流连续性方程
2.10 麦克斯韦方程的积分形式及其应用
2.11 麦克斯韦方程的微分形式及其应用
第2章 电磁学理论基础【单元测验】
第2章 电磁学理论基础【单元作业】
第3章 媒质的电磁特性和边界条件
课时目标:明确导体、电介质和磁介质的定义及特性,理解导体的传导现象、电介质的极化现象和磁介质的磁化现象;掌握媒质的物态方程及电磁场的边界条件。
3.1 微波炉的工作原理
3.2 导体的特性
3.3 电介质的特性
3.4 磁介质的特性
3.5 电磁场的边界条件(一)
3.6 电磁场的边界条件(二)
第3章 媒质的电磁特性和边界条件【单元测验】
第3章 媒质的电磁特性和边界条件【单元作业】
第4章 静态场分析
课时目标:理解静态场特性,及泊松方程和拉普拉斯方程;理解静态场的重要原理和定理;熟练掌握求解静态电磁场问题的镜像法和分离变量法。
4.1 静态电磁场的应用
4.2 静态场的特性及方程
4.3 静态场的重要原理
4.4 无限大导体平面的镜像
4.5 无限大电介质平面的镜像
4.6 半无限大导体平面角域的镜像
4.7 导体球面的镜像
4.8 导体圆柱面的镜像
4.9 分离变量法:直角坐标系下的分离变量法
4.10 分离变量法:圆柱坐标系下的分离变量法
4.11 分离变量法:球坐标系下的分离变量法
4.12 复变函数的概念和性质
4.13 复变函数法和保角变换法
第4章 静态场分析【单元测验】
第4章 静态场分析【单元作业】
第5章 场论和路论的关系
课时目标:理解电磁场理论和电路理论的统一关系,掌握电阻、电容、电感的计算方法。
5.1 场论和路论的统一关系
5.2 电阻的计算
5.3 电容的计算
5.4 电感的计算:自感的计算
5.5 电感的计算:互感的计算
第5章 场论和路论的关系【单元测验】
第5章 场论和路论的关系【单元作业】
第6章 平面波传播特性
课时目标:理解平面波的定义和特性,及电磁场波动方程;掌握均匀平面波在无耗介质中的传播特性;理解电磁波极化的概念和类型;熟练掌握平面波垂直入射的反射和透射规律,及反射波和透射波的计算;了解多层介质中的反射与透射规律;及平面波斜入射的反射和折射规律,理解波的全反射与全折射现象。
6.1 电磁隐身技术
6.2 均匀平面电磁波的概念和特性
6.3 均匀平面波在无耗介质中的传播规律
6.4 平面电磁波的能量传递
6.5 平面波在有耗媒质中的传播规律
6.6 均匀平面波的极化特性
6.7 平面波对理想导体平面的垂直入射
6.8 平面波对理想介质平面的垂直入射
6.9 平面波对有耗媒质平面的垂直入射
6.10 平面波对多层介质平面的垂直入射
6.11 垂直极化波对平面边界的斜入射
6.12 平行极化波对平面边界的斜入射
6.13 平面波的全反射和全透射现象
第6章 平面波传播特性【单元测验】
第6章 平面波传播特性【单元作业】
第7章 规则波导和空腔谐振器
课时目标:本章是了解和扩展内容,不在教学和考核范围内,有兴趣可以自学。
7.1 规则波导中的电磁波特性
7.2 矩形波导的传输特性
7.3 矩形波导的主模特性
7.4 圆柱形波导的传输特性
7.5 空腔谐振器
第8章 电磁波的辐射
课时目标:理解电磁辐射的概念,及滞后位的概念;掌握电偶极子和半波振子的辐射场及辐射特性;了解磁偶极子的辐射特性;理解天线阵辐射的概念,掌握二元阵辐射场的计算方法,了解均匀直线阵的辐射场计算。
8.1 电磁波辐射的概念及滞后位
8.2 电偶极子的辐射场
8.3 电偶极子的辐射特性
8.4 磁偶极子的辐射特性
8.5 对称振子的辐射特性
8.6 二元阵的辐射场
8.7 均与直线阵的辐射场
第8章 电磁波的辐射【单元测验】
第8章 电磁波的辐射【单元作业】
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预备知识

  高等数学(12)、大学物理(12)、数理方程与特殊函数、电路基础

参考资料


[1] 丁君、郭陈江编著,《工程电磁场与电磁波》(第2版),高等教育出版社,2019年。

[2] 丁君、郭陈江、庞晓炎 译,《应用电磁学基础》(第8版),机械工业出版社,2024年。

[3] 谢处方、饶克谨、杨显清、王园、赵家升修订,《电磁场与电磁波》(第 4 版),

  高等教育出版社,2006年。

[4] 杨儒贵,《电磁场与电磁波》(第 1 版),高等教育出版社,2003年。

[5] 王家礼、朱满座、路宏敏,《电磁场与电磁波》(第 1 版),西安电子科技大学出

  版社,2000年。


西北工业大学
4 位授课老师
丁君

丁君

教授

郭陈江

郭陈江

教授

李建周

李建周

副教授

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