电磁学教学大纲

《电磁学》教学大纲

课程编号： 课程名称：

SC2121102 电磁学

英文名称：

Electromagnetism

学 时： 54 课程类型： 适用专业： 开课学期：

一、课程的教学目标与任务

必修

应用物理学、电子信息科学与技术 3

学 分： 3.5 课程性质： 先修课程： 开课院系：

学科基础课

高等数学、力学、热学 理学院

电磁学是应用物理学专业的基础课程，通过电磁学的教学，应该使学生全面系统地掌握电磁运动的基本现象、基本概念和基本规律，具有一定的分析和解决电磁学问题的能力，为后续课程的学习奠定较为扎实的基础。

电磁学的任务是使学生牢固掌握有关静电场、静电场中的导体和电介质、稳恒磁场、电磁感应的基本原理和规律，使学生了解麦克斯韦电磁学理论的基本内容和电磁波的基本概念。通过对电磁学内容和研究方法的学习，培养学生分析问题解决问题的能力，建立科学的世界观和方法论。

二、本课程与其它课程的联系和分工 前期课程：高等数学、力学、热学

后期课程：光学、电动力学、热力学与统计物理等

三、课程内容及基本要求

（一）静电场 恒定电流场 （23学时）

内容包括： 静电现象、电荷，库仑定律；电场与电场强度、场强迭加原理，电偶极子；高斯定理；电势及其梯度；静电场中的导体；静电能；电容和电容器；静电场边值问题的唯一性定理；恒定电流场。 1.基本要求

（1）掌握应用高斯定理计算电场分布的条件和方法，用电势定义求空间电势分布的方法；掌握电势与场强的积分关系，理解场强与电势的微分关系。能熟练运用迭加原理计算简单、典型带电体及其组合体的电场、电势分布。

（2）理解库仑定律及其适用条件、场的概念、场强迭加原理及其物理意义，理解电通量的概念，理解静电场的环路定律和高斯定理，了解电势梯度的物理意义，了解带电体、带电体组的静电能及其计算方法。 （3）掌握并能够熟练运用导体的静电平衡条件；掌握电容的物理意义，并会计算电容器的电容 （4）理解静电平衡状态下导体上电荷分布的特点，理解电容器储能的概念，并会计算电容器的储能； （5）理解静电场边值问题的唯一性定理。

（6）掌握电流的稳恒条件，电流的连续性方程，欧姆定律及其微分形式、电阻和电阻率，电功与电功率、焦耳定律及其微分形式，电源及电动势；理解电流强度、电流密度矢量，稳恒电场，电阻和电阻率，金属导电的经典电子论，非静电力与非静电场强。 2.重点、难点

重点：（1）电场强度和电势的概念，静电场方程以及场强和电势的计算。 （2）研究静电平衡状态下导体和电介质上电荷的分布规律及电场的分布规律。 （3）静电能的计算

（3）电流的连续性方程，电源及电动势。

（3）难点：梯度的概念；静电场的导体；欧姆定律的微分形式，金属导电的经典电子论。

3.说明：本章是整个《电磁学》的开始篇，学好本章内容对整个电磁学的学习具有重要的意义，通过本章教学使学生掌握研究场的基本方法。

（二）恒磁场（12学时）

基本磁现象，电流的磁效应，安培分子电流假说，磁感应强度，毕奥—萨伐尔定律，安培环路定理，运动电荷的磁场，磁场的高斯定理，带电粒子在磁场中的受力和运动，磁场对载流导线的作用。 1.基本要求

（1）掌握磁感应强度的物理意义、毕—萨定律，并会求解载流导线规则分布时的磁感应强度；掌握应用安培环路定理计算磁感应强度的条件和方法，并能熟练求解具有一定对称性的电流的磁场分布问题；会计算非均匀磁场中通过规则曲面的磁通量；掌握并能熟练运用洛仑兹力和安培力的计算公式；会计算平面载流线圈在均匀磁场中所受的磁力矩。 （2）理解磁通量的概念，理解稳恒磁场的高斯定理和安培环路定理，理解磁矩的概念。 2.重点、难点

重点：电流激发磁场和磁场对电流及运动电荷的作用。 难点：磁感应强度的概念以及磁场的计算。

3.说明：本章研究问题的方法与第一章类似，因此在教学中应注意比较。

（三）电磁感应 电磁场的相对论变换（8学时）

电磁感应现象，法拉第电磁感应定律，楞次定律，电源及电动势，动生电动势，感生电动势与涡旋电场（感生电场），互感现象、互感系数、互感电动势，自感现象、自感系数、自感电动势，自感磁能，磁场能量，电磁场的相对论变换（略）. 1.基本要求

（1）掌握法拉第电磁感应定律和楞次定律，并能熟练运用；掌握感生电动势、动生电动势的计算；会计算自感系数和互感系数、自感磁能和互感磁能。

（2）理解动生电动势的产生原理，掌握感生电场的性质，理解感生电场与静电场的区别；理解自感、互感的物理意义，自感磁能和互感磁能的物理意义。 2.重点、难点

重点：本章重点介绍电磁感应现象、规律及其应用。 难点：涡旋电场的概念及性质。

3.说明：通过本章的学习让学生会分析电子感应加速器、交流发电机的基本原理。

（四）电磁介质（7学时）

电介质及其极化，介质中的静电场，电场能量和能量密度。 分子电流与分子磁矩，磁化强度矢量，磁化电流及其与磁化强度的关系，磁场强度、有介质时的安培环路定理，磁介质的磁化规律，磁场的边界条件和磁路定理，磁场能量与能量密度。 1.基本要求

（1）掌握有介质时的高斯定理，电位移矢量，极化强度，电场强度和极化率之间的关系；掌握电场的边界条件。理解极化强度与极化电荷面密度的关系。能求解有介质存在时具有一定对称性电场的分布问题，能计算有对称性非均匀电场的能量。理解电场的能量，电场能量密度的概念，理解极化强度矢量的物理意义，电介质极化的微观解释。了解静电屏蔽现象及应用。

（2）掌握有介质时的安培环路定律，磁化强度及其与磁化电流的关系，会求解具有一定对称性的磁场分布，会计算简单的磁路问题。理解磁场能量，磁场能量密度的概念，会计算具有对称性的磁场的能量。

（3）理解磁场强度矢量的概念，掌握磁场的边界条件。了解磁介质磁化的微观解释，了解铁磁质的特性、磁滞效应、磁滞曲线、磁畴的概念；了解磁路的有关概念和定律。 2.重点、难点

重点：（1）有介质时的高斯定理，电场强度和极化率之间的关系；磁介质的磁化和有介质时的场方程 （2）场能量的计算

难点：极化强度与极化电荷面密度的关系，介质极化的微观解释;介质的磁化。 3.说明：通过本章的学习使学生掌握电介质和磁介质的特性

（五）电路（非大纲内容，略） （六）麦克斯韦电磁理论和电磁波（4学时） 位移电流、全电流、麦克斯韦方程组（积分形式），麦克斯韦方程组（微分形式），电磁场的能量、能量密度、能流密度。 1.基本要求 （1）掌握麦克斯韦两个基本假设、麦克斯韦方程组应用和其中各物理量的意义，掌握平面电磁波的基本性质、能流密度、坡印亭矢量。 （2）了解偶极振子发射电磁波的物理过程和物理图像，了解电磁波谱。 2.重点、难点 重点：本章重点介绍麦克斯韦电磁理论产生的历史背景以及它的两个假设，麦克斯韦方程组以及电磁波的基本概念。 难点：位移电流的概念和本质。 3.说明：通过本章教学使学生全面系统地掌握电磁学的知识体系，并为后续课程的学习打下基础。 四、教学安排及方式 总学时 54学时，讲课 52学时，实验（或上机或多种形式教学） 2学时。 讲 课 21学时 10学时 6学时 7学时 4学时 实 验 习 题 课 2 2 2 讨 论 课 上 机 参观或看录像 小 计 23 12 8 7 4 静电场 恒定电流场 恒磁场 电磁感应 电磁场的相对论变换 电磁介质 麦克斯韦电磁理论和电磁波 五、考核方式 笔试闭卷 各教学环节占总分的比例:平时测验及作业：20%，期末考试：80% 六、推荐教材与参考资料 推荐教材：赵凯华主编《电磁学》，北京：高等教育出版社，2006。 参考资料： 1）梁灿彬主编《电磁学》（第二版），北京：高等教育出版社，2004。 2）贾起民主编《电磁学》（第二版），上海：复旦大学出版社，2002。 3）陈秉乾、王稼军编著《电磁学》，北京大学出版社，2003年5月。 4）（美）Gerald Pollack, Daniel Stump 《Electromagnetism 》，Addison Wesley。 5）美Gerald L.Pollack，美Daniel R.Stump著 《电磁学》英文版，高教出版社,2005-5-1。

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