电磁场与电磁波
电磁场与电磁波
5000+ 人选课
更新日期:2025/06/23
开课时间2025/02/16 - 2025/07/10
课程周期21 周
开课状态开课中
每周学时-
课程简介

电磁现象是大自然最重要的现象,也是最早被科学家关心和研究的物理现象。爱因斯坦说:“自从牛顿奠定了理论物理学的基础以来,物理学的基础的最伟大变革,是由法拉第、麦克斯韦在电磁现象方面的工作所引起的。”电磁场和电磁波理论有着丰富的科学内涵和应用领域,其诞生也标志着一个崭新的时代:信息时代的到来。无线电报、广播、电视、雷达、卫星通信导航定位等高科技产品由此而生。我们不难发现,电磁场与电磁波正在改变着我们的世界,改变着我们的生活。

本课程将通过数学语言揭示电磁场和电磁波的物理存在,带领学生探索神秘而有趣的电磁世界。课程将遵循学生的学习和认知规律,通过“由表及里、由浅入深”的方式讲解电磁场理论,通过工程案例分析将理论与实践结合,通过数值模拟动画培养形象思维能力,通过线上资源拓展课堂空间,并适时介绍电磁科学领域的新进展,激发学习兴趣、启迪创新思想。

随着科学技术的进步和信息社会的高速发展,电磁理论不断地有新的重要的应用出现,进入到我们生活的方方面面。我们希望,通过本门课程的学习,学生不仅可以体会到电磁场本身的优美和自洽,而且能在未来的很多应用领域见微知著、大显身手。


课程大纲

矢量分析

  • 1.1 矢量代数
  • 1.2 正交坐标系
  • 1.3 标量场的方向导数与梯度
  • 1.4 矢量场的通量与散度
  • 1.5 矢量场的环量与旋度
  • 1.6 无旋场与无散场
  • 1.7 拉普拉斯运算 格林定理
  • 1.8 亥姆霍兹定律
  • 1.9 本章复习

电磁场的基本规律

  • 2.1 电荷与电场
  • 2.2 电流与磁场
  • 2.3 电磁感应定律
  • 2.4 麦克斯韦方程组
  • 2.5 物质的电磁性质
  • 2.6 电磁场边值关系

静电场

  • 3.1 电位
  • 3.2 静电场的能量
  • 3.3 唯一性定理
  • 3.4 镜像法
  • 3.5 分离变量法
  • 3.6 本章复习

静磁场

  • 4.1 磁位
  • 4.2 恒定磁场的能量
  • 4.3 唯一性定理
  • 4.4 本章复习

时变电磁场

  • 5.1 位函数
  • 5.2 电磁能量守恒定律
  • 5.3 时谐电磁场
  • 5.4 本章复习

平面电磁波的传播

  • 6.1 波动方程
  • 6.2 理想介质中的平面电磁波
  • 6.3 电磁波的极化
  • 6.4 导电媒介中的平面电磁波
  • 6.5 色散与群速
  • 6.6 本章复习

平面电磁波的反射与折射

  • 7.1 平面电磁波对分界平面的垂直入射
  • 7.2 平面电磁波对分界平面的斜入射
  • 7.3 本章复习
  • 7.4 平面电磁波对理想导体平面的斜入射
  • 7.5 平面电磁波对多层介质分界面的垂直入射

导行电磁波

  • 8.1 导行电磁波概论
  • 8.2 矩形波导
  • 8.3 谐振腔
  • 8.4 本章复习
  • 8.5 圆柱形波导
  • 8.6 同轴波导

电磁波的辐射

  • 9.1 滞后位
  • 9.2 电偶极子的辐射
  • 9.3 磁偶极子的辐射
  • 9.4 期末复习

实验

  • 10.1 双线摆碰撞打靶实验
  • 10.2 霍尔效应实验
  • 10.3 单臂电桥实验
  • 10.4 RLC串联电路谐振特性实验
  • 10.5 电表的改装与定标
  • 10.6 电子束在电磁场中运动规律的研究