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电磁场与电磁波 Electromagnetic Field and Electromagnetic Wave

电磁场与电磁波 Electromagnetic Field and Electromagnetic Wave. 肖　峻 光电信息学院. 联系方式 电话： 83206687 E-mail: junxiao@uestc.edu.cn 办公室： 沙河校区逸夫楼 503 室 课程中心. 课程简介. 课程类别： 学科基础必修课 　　　　　　(学校“3＋6”课程) 学时学分： 4 8 学时、 3 学分 ( 授课 38 、习题 4 、实验 6) 成绩构成： 平时 10 % 、实验 10% 、

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电磁场与电磁波 Electromagnetic Field and Electromagnetic Wave

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Presentation Transcript

  1. 电磁场与电磁波Electromagnetic Field and Electromagnetic Wave 肖　峻 光电信息学院

  2. 联系方式 • 电话：83206687 • E-mail: junxiao@uestc.edu.cn • 办公室： 沙河校区逸夫楼 503室 • 课程中心

  3. 课程简介 • 课程类别：学科基础必修课 　　　　　　(学校“3＋6”课程) • 学时学分：48学时、3学分 (授课38、习题4 、实验6) • 成绩构成：平时10 %、实验10% 、 阶段考试10%、中期考试10%、 期末考试60%

  4. 课程简介 • 授课： 周1第7、8节，周3第1、2节（单周） 1-14周 A106 • 实验：电工学院杨德强老师安排 (028-88016045 dqyang@ee.uestc.edu.cn) • 答疑：周3上午3、4节， A区一楼教师休息室

  5. 课程简介 • 教学内容： • 课堂教学 宏观电磁场与电磁波的基本特性、 基本规律、基本分析方法以及电磁理论的基本应用。 • 实验教学 实验课内容以验证电磁波特性为主。

  6. 课程简介 教学目的： • 积累知识 掌握电磁场的基本属性、运动规律、基本求解方法，了解其的主要应用及原理。为相关专业课学习奠定必要的基础。 • 培养能力 逻辑推理能力、抽象思维能力、分析和解决问题的能力、自学能力、在实验课中培养动手能力。

  7. 课程简介 • 课程的性质和地位： • 是必修的专业基础课(电子信息类专业人才必备的知识结构的重要组成部分之一) • 是连接基础课和专业课的桥梁 • 也是相关交叉学科和新兴边缘学科的基础

  8. 课程简介 • 先修课程： 大学物理、高等数学 、 数学物理方程、特殊函数 • 后续课程： 通信原理、微波技术、天线、微电子学、物理光学、光通信原理、以及其他高频电子设备课程

  9. 课程简介 • 课程的特点： • 物理概念抽象，数学推导繁杂。 • 逻辑性强，体系完整。 • 课程主线： • 亥姆霍兹定理， • 麦克斯韦方程组。

  10. 课程简介 • 课程的重点 时变电磁场(电磁波的数学描述、传播特性、以及辐射特性)。 静态电磁场作为理解和掌握时电磁变场的基础。

  11. 课程简介 • 课程的难点 数学方法和物理概念的结合， 静态场和时变场的关系 ， 经典电磁理论和现代电磁工程 应用的结合。

  12. 课程简介 • 电磁场理论的发展简史 • 19世纪以前 定性观察电现象、磁现象，为电磁理论的建立奠定基础。 电、磁现象作为两个独立的物理现象，没有发现电与磁的联系。来顿、富兰克林、伏打等科学家（特别是伏打1799年发明了电池）的早期研究为电磁学理论的建立奠定了基础。

  13. 课程简介 • 19世纪 定量研究电磁现象，逐渐形成经典电磁场理论。 1806　库仑定律(电荷相互作用力规律) 1820：电流磁效应（奥斯特） 安培力定律（安培） 1831：电磁感应定律（法拉第） 1864：感应电场和位移电流假说，麦克斯韦方程组（经典电磁场理论的核心） 1888：电磁波存在的验证（赫兹）

  14. 课程简介 • 1888年后，开始了电磁场理论应用与发展时代，成为当代最引人注目的学科之一。 • 有线电话 1876年,美国A. G. 贝尔在美国建国100周年博览会上展示了他所发明的有线电话。此后,有线电话便迅速普及开来。

  15. 课程简介 • 无线电报 1895年，意大利马可尼成功地进行了2.5公里距离的无线电报传送实验。无线电报的发明，开始了利用电磁波时代。 • 广播 1906年，美国费森登用50千赫频率发电机作发射机，用微音器接入天线实现调制，使大西洋航船上的报务员听到了他从波士顿播出的音乐。

  16. 课程简介 • 电视 1927年，英国贝尔德成功地用电话线路把图像从伦敦传至大西 洋中的船上。 • 雷达 1936年，英国的瓦特设计的警戒雷达最先投入了运行，有效地警戒了来自德国的轰炸机。在整个第二次世界大战期间，雷达成了电磁场理论最活跃的应用。

  17. 课程简介 • 卫星通信技术 1958年, 美国发射低轨的“斯科尔”卫星成功,这是第一颗用于通信的试验卫星。 • 卫星定位技术（GPS） 1958年底，美国开始研究以卫星为基地对地球表面及近地空间目标的定位和导航，于1964年研究成功子午仪卫星导航系统。

  18. 课程简介 • 电子战 1991年的海湾战争以来，美军参加的局部战争都是以电子技术为核心的高科技 “电子战争”。电子战的主要手段包括电子侦察与精确定位(包括全球定位系统(GPS)和辐射源定位)、电子干扰、精密制导、隐身飞机、C3I(通信，管制，指挥和情报)系统等等。

  19. 课程简介 • 电磁波广泛应用在环境监测、天气与灾害预报等领域。 • 静电复印、静电除尘以及静电喷漆等技术都是基于静电场对于带电粒子具有力的作用。

  20. 课程简介 • 电磁铁、磁悬浮轴承以及磁悬浮列车等，都是利用磁场力的作用。

  21. 课程简介 • 电磁场与电磁波的三大类应用 • 作为能量的一种形式，是当今世界最重要的能源，其研究领域涉及电磁能量的产生、储存、变换、传输和综合利用。

  22. 课程简介 • 作为信息传输的载体，已成为当今人类社会发布和获取信息的主要手段，涉及的主要研究领域为信息的产生、获取、交换、传输、储存、处理、再现和综合利用。

  23. 课程简介 • 作为探测未知世界的一种重要手段，主要研究领域为电磁波与目标的相互作用特性、目标特征的获取与重建、探测新技术等。

  24. 课程简介 • 电磁理论的发展还带动了一系列新兴学科的发展 • 生物电磁学　是与电磁场相关联的一门新学科，它研究电磁场与生物系统的相互作用、相互影响的关系，电磁场与电磁波理论无疑是其讨论的依据。

  25. 课程简介 • 电磁兼容 随着电子、电气系统获得越来越广泛的应用，人们面临的一个新问题就是如何提高电子系统在复杂电磁环境下正常运行的能力，如何改善人类生存环境。电磁兼容学科是电磁场学科和其他相关学科相结合而形成的一门新学科。

  26. 课程简介 • 计算电磁学随着大容量的高性能及高速度计算机出现，不但解决了很多电磁理论的计算问题，同时也萌生了计算电磁场与电磁波的新方法，从而形成计算电磁学的新学科，它是当今电磁学的重要分支。

  27. 课程简介 • 求解电磁工程问题的两条途径 • “场”的方法　 　普遍性、繁杂 • “路”的方法　 　局限性、简捷

  28. 课程简介 • 教材：　 • 《电磁场与电磁波》（第四版） 　谢处方 饶克谨 编 杨显清 王园 赵家升 修订 高等教育出版社 2006

  29. 课程简介 • 传统的电磁理论体系 • 归纳法 由三大实验定律(库仑定律、毕奥-沙伐定律及法拉第电磁感应定律)出发，逐一介绍静电场、恒定磁场和时变电磁场，其推理方向是由特殊到一般。这种传统体系起点较低，比较容易接受。但与大学物理中电磁学部分重复太多，学生甚感厌烦。

  30. 课程简介 • 演绎法 它从麦克斯韦方程组出发，先论述时变电磁场，然后把静态场归结为时变场的一种特殊情况介绍，其推理方向是由一般到特殊。这种体系虽然压缩了静态场，充实了时变场内容，但起点过高，学生不易接受。

  31. 课程简介 • 本教材采用的体系 以三大实验定律(库仑定律、毕奥-沙伐定律及法拉第电磁感应定律)和两个基本假设(有旋电场和位移电流)为基础，总结出麦克斯韦方程组，然后应用到静态电磁场和时变电磁场。

  32. 学时分配（讲课42学时） • 0 绪论(1学时) • 1 矢量分析(6学时) • 2 电磁场的基本规律(4学时) • 3 静态电磁场及其边值问题的解(8学时) • 4 时变电磁场(5学时) • 5 均匀平面波在无界空间的传播(6学时) • 6 均匀平面波的反射与透射(8学时) • 7 导行电磁波(2学时) • 8 电磁辐射(2学时)

  33. 学习内容 • 数学基础—矢量分析(1) • 物理基础—电磁场的基本规律(2) • 静态电磁场(3) 静电场、恒定电场、恒定磁场及其边值问题 • 时变电磁场 时谐电磁波的数学描述和基本特性(4)、 传播(无界空间5、半无界空间6、导波装置7)、辐射(8)

  34. 课程简介 • 辅助教材： • 《大学物理》（下） 孙云卿 电子工业出版社，2005年8月 • 《电磁场与电磁波教学指导》(第4版) 　杨显清等编 高等教育出版社 • 《电磁场理论》，全泽松编，电子科技大学出版社，1995年12月 　助学网站http://202.115.21.138/jingpin/

  35. 课程简介 • 《电磁场与波 》 冯恩信 西安交通大学出版社 • 《电磁场与电磁波》 B.S.Guru et.著, 周克定等译 　机械工业出版社 • 《Eloctromagnetics with Applications》(Fifth Edition) J.D.Krous,D.A.Fleisch 　清华大学出版社 • 《数学物理方程》

  36. 课程简介 • 网络教学资源 • 电子科大 电磁场与电磁波 http://202.115.21.138/wlxt/ncourse/DCCYDCB/web/index/index.aspx • 西南交通大学 电磁场与电磁波http://jpkc.swjtu.edu.cn/C16/Course/Index.htm • 西安电子科技大学 电磁场与电磁波http://see.xidian.edu.cn/faculty/hmlu/index.html

  37. 课程简介 • 厦门大学 电磁场理论 http://59.77.21.66/emft/EMB.htm • 武汉大学　电磁场理论　http://eis.wtusm.edu.cn/jpkc/diancichang/zhujiangjiaoshi-3.htm • 北京邮电大学　电磁场与电磁波 http://kj.bicea.edu.cn:9090/diancichang/index.htm

  38. 参考资料 • 电磁场与电磁波课程拓展 • 电磁场与电磁波的工程应用实例 • 高新技术与电磁场理论

  39. 课程简介 • 学习要求 • 教学双方相互合作 （尽心尽力地教、主动积极地学、 　多提建议、多沟通、有互动） • 抓好几个重要的学习环节 （课前预习、课堂认真听讲、课后及时复习、注重基本概念的理解、认真完成作业、重视看参考书、多问多讨论、善于归纳总结）

  40. 课程简介 • 预祝： • 合作愉快！ • 教学相长！

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