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電磁場與電磁波
（北京交通大學建設的慕課）
鎖定
- 中文名
- 電磁場與電磁波
- 外文名
- Electromagnetic Fields and Waves
- 類 別
- 慕課、國家精品在線開放課程、國家級一流本科課程
- 提供院校
- 北京交通大學
- 授課平台
- 中國大學MOOC
- 開課時間
- 2018年2月27日（首次）
- 授課教師
- 邵小桃、李一玫、王國棟、張波、郭勇、崔勇、衞延、王鑫、王子瀟、李海粟、高青鶴
電磁場與電磁波課程性質
電磁場與電磁波課程背景
電磁場與電磁波課程定位
電磁場與電磁波適應專業
電磁場與電磁波開課信息
開課次數 | 開課時間 | 授課教師 | 學時安排 | 參與人數 |
|---|---|---|---|---|
第1次開課 | 2018年02月27日~2018年07月02日 | 邵小桃、李一玫、王國棟、張波、郭勇、崔勇、衞延、王鑫 | 3~5小時/周 | 13032人 |
第2次開課 | 2018年08月27日~2019年01月07日 | 13290人 | ||
第3次開課 | 2019年02月18日~2019年06月30日 | 12747人 | ||
第4次開課 | 2019年08月26日~2019年12月30日 | 12712人 | ||
第5次開課 | 2020年02月17日~2020年06月29日 | 21539人 | ||
第6次開課 | 2020年08月24日~2021年01月05日 | 邵小桃、李一玫、郭勇、王國棟、衞延、崔勇、王鑫、王子瀟、李海粟、張波 | 8500人 | |
第7次開課 | 2021年02月22日~2021年06月21日 | 邵小桃、郭勇、李一玫、衞延、王鑫、王子瀟、李海粟、高青鶴、王國棟、張波、崔勇 | 待定 | |
電磁場與電磁波課程簡介
電磁場與電磁波課程介紹了矢量分析、靜電場、恆定電場、恆定磁場、時變電磁場和平面電磁波等內容，通過視頻講授、單元測驗、單元作業、隨堂測驗、討論、答疑、階段測驗及期末考試等環節進行教學；安排了靜態場演示實驗和時變電磁場演示實驗，還補充了10個“知識拓展與應用”的內容。
[2]
電磁場與電磁波課程大綱
電磁場與電磁波課程第1、2、4次開課課程大綱相同，以“章-節”的結構列出，共6章內容；第3次開課課程大綱以“課時-知識點”的結構列出，並增加了討論題、單元測驗和演示實驗等內容，第5~7次開課較第3次開課在課程末尾增加了“知識拓展與應用”部分的內容。課程大綱具體安排如下：
章內容 | 節內容 | 章內容 | 節內容 |
|---|---|---|---|
第1章 矢量分析 | 1.1 矢量運算 | 第4章 恆定磁場 | 4.1 安培力定律與磁感應強度 |
1.2 標量場和矢量場 | 4.2 恆定磁場基本方程和邊界條件 | ||
1.3 正交座標系與微分元 | 4.3 矢量磁位的性質以及計算 | ||
1.4 標量場的方向導數和梯度 | 4.4 標量磁位的意義 | ||
1.5 矢量場的通量和散度 | 4.5 介質的磁化現象 | ||
1.6 矢量場的環量和旋度 | 4.6 自感和互感的求解方法 | ||
1.7 亥姆霍茲定理 | 4.7 恆定磁場的能量 磁場力 | ||
第2章 靜電場 | 2.1 庫侖定律 電場強度 | 第5章 時變電磁場 | 5.1 法拉第電磁感應定律 |
2.2 靜電場的基本方程和邊界條件 | 5.2 位移電流 | ||
2.3 電位的性質以及計算 | 5.3 麥克斯韋方程組和邊界條件 | ||
2.4 介質中的高斯定理和邊界條件 | 5.4 正弦電磁場的複數表示法 | ||
2.5 泊松方程、拉普拉斯方程 | 5.5 坡印廷矢量和坡印廷定理 | ||
2.6 分離變量法 | 5.6 時變場的動態位 | ||
2.7 鏡像法 | 第6章 平面電磁波 | 6.1 理想介質中的均勻平面波 | |
2.8 多導體的電容 | 6.2 電磁波的極化特性 | ||
2.9 靜電場的能量 靜電力 | 6.3 平面電磁波在導電媒質中的傳播特性 | ||
第3章 恆定電場 | 3.1 電流密度的概念 | 6.4 均勻平面電磁波垂直入射 | |
3.2 恆定電場基本方程和邊界條件 | 6.5 均勻平面電磁波的斜入射 | ||
3.3 靜電比擬的分析方法 | 6.6 羣速 | ||
第1講 緒論 & 第1章 矢量分析 | 3.2 恆定電場的基本方程 | 5.17 頻域坡印廷定理 |
0.1 緒論 | 3.3 恆定電場的邊界條件 | 5.18 平行雙線應用分析 |
1.0 矢量分析導論 | 第10講 第3章 恆定電場 續 | 5.19 同軸線應用分析 |
1.1 矢量運算 | 3.4 恆定電場與靜電場的比擬應用 | 5.20 動態位方程 |
1.2 標量場與矢量場 | 3.5 電阻和電導的計算 | 5.21 動態位方程的解 |
1.3 正交座標系與微分元 | 3.6 接地電阻 小結 | 5.22 小結 |
1.4 圓柱座標系 | 第3章 討論題 | 第5章 討論題 |
1.5 圓柱座標系的微分元 | 第5周 單元測驗 | 第10周 單元測驗 |
1.6 球座標系與微分元 | 第11講 第4章 恆定磁場 | 第10周 單元作業 |
第2講 第1章 矢量分析 續 | 4.0 恆定磁場導論 | 第19講 平面電磁波 |
1.7 標量場的方向導數和梯度 | 4.1 安培力定律 | 6.0 平面波導論 |
1.8 梯度的性質和物理意義 | 4.2 磁感應強度 | 6.1 均勻平面波的方程和解式 |
1.9 矢量場的通量 | 4.3 磁感應強度計算 | 6.2 描述均勻平面波的參數 |
1.10 矢量場的散度 | 4.4 洛倫茲力 | 6.3 均勻平面波的傳播特性 |
1.11 散度的物理意義 | 4.5 真空中恆定磁場的基本方程 | 6.4 均勻平面波的一般表達式 |
1.12 散度定理 | 4.6 真空中恆定磁場的基本方程應用舉例 | 第20講 平面電磁波 續1 |
1.13 環量和渦旋源 旋度的定義 | 第12講 恆定磁場 續1 | 6.5 電磁波的極化 線極化 |
1.14 旋度的數學計算式 | 4.7 矢量磁位 | 6.6 圓極化和橢圓極化 |
1.15 旋度的性質 | 4.8 磁偶極子 | 6.7 線圓極化波的合成和分解 |
1.16 斯托克斯定理 | 4.9 介質的磁化 | 6.8 復矢量判定波的極化 |
1.17 三度小結 | 4.10 磁介質中的安培環路定理 | 6.9 波極化應用舉例 |
1.18 亥姆霍茲定理 | 4.11 磁介質中的安培環路定理應用舉例 | 第11周 單元測驗 |
第1周 單元測驗 | 第6周 單元測驗 | 第21講 平面電磁波 續2 |
第3講 第2章 靜電場 | 第6周 單元作業 | 6.10 有耗媒質中的均勻平面波 |
2.0 靜電場導論 | 第13講 恆定磁場 續2 | 6.11 半導電媒質中的均勻平面波 |
2.1 電場強度 庫侖定律 | 4.12 兩種磁介質分界面上的邊界條件 | 6.12 良導體中的均勻平面波 |
2.2 電場強度計算 | 4.13 理想導磁體表面的邊界條件 | 6.13 良介質和色散介質中的均勻平面波 |
2.3 靜電場的通量和散度 | 4.14 矢量磁位的邊界條件 應用舉例 | 第22講 平面電磁波 續3 |
2.4 靜電場的環量和旋度 靜電場的基本方程 | 4.15 標量磁位 | 6.14 理想介質分界面的垂直入射 |
2.5 真空中靜電場的基本方程的應用 | 第14講 恆定磁場 續3 | 6.15 理想導體表面的垂直入射 |
第4講 第2章 靜電場 續1 | 4.16 自感和互感 | 6.16 良導體表面的垂直入射 |
2.6 電位的定義 | 4.17 自感和互感的計算 1 | 6.17 平行極化波的斜入射 |
2.7 電位的計算 | 4.18 自感和互感的計算 2 | 6.18 垂直極化波的斜入射 |
2.8 電偶極子 | 4.19 磁場能量 磁場力 舉例 小結 | 第12周 單元測驗 |
2.9 介質的極化 | 第4章 討論題 | 第12周 單元作業 |
2.10 極化介質的電位 | 第7周 單元測驗 | 第23講 平面電磁波 續4 |
2.11 介質中的高斯定律 | 第15講 時變電磁場 | 6.19 波的全反射 |
2.12 介質中的高斯定律應用舉例 | 5.0 時變電磁場導論 | 6.20 波的全折射 |
第2周 單元測驗 | 5.1 法拉第電磁感應定律現象 | 6.21 理想導體表面的斜入射 |
第2周 單元作業 | 5.2 法拉第電磁感應定律 | 6.22 羣速 |
第5講 第2章 靜電場 續2 | 5.3 法拉第電磁感應定律應用 | 6.23 小結 |
2.13 靜電場的邊界條件 | 5.4 位移電流的概念 | 第6章 討論題 |
2.14 邊界條件分析舉例 1 | 5.5 似穩電磁場 | 時變電磁場演示實驗 |
2.15 邊界條件分析舉例 2 | 第16講 時變電磁場 續1 | 電磁感應實驗1 |
2.16 泊松方程與拉普拉斯方程 | 5.6 麥克斯韋方程組 | 電磁感應實驗2 |
2.17 一維邊值問題分析舉例 | 5.7 無源區的麥克斯韋方程組 | 電磁波發射接收——八木天線 |
第6講 第2章 靜電場 續3 | 5.8 麥克斯韋方程組的應用 | 電磁波發射接收——趨膚效應 |
2.18 格林定理 唯一性定理 | 5.9 無源區的波動方程 | 微波分光儀介紹 |
2.19 直角座標系的分離變量法 | 5.10 電磁波的一般概念 | 微波分光儀反射實驗 |
2.20 圓柱座標系的分離變量法 | 5.11 時變電磁場的邊界條件 | 邁克爾遜干涉實驗 |
2.21 球座標系的分離變量法 | 5.12 時變電磁場的邊界條件應用 | 介電常數測量實驗 |
第3周 單元測驗 | 第9周 單元測驗 | 全折射實驗 |
第3周 單元作業 | 第9周 單元作業 | 圓極化波的產生1 |
第7講 第2章 靜電場 續4 | 靜態場演示實驗 | 圓極化波的產生2 |
2.22 平面鏡像法 | 靜電起電機 | 圓極化波的反射與折射 |
2.23 球面鏡像法 | 靜電除塵實驗 | 知識拓展與應用（第5~7次開課增設內容） |
第8講 第2章 靜電場 續5 | 靜電電動機實驗 | 5G技術通俗易懂的講解 |
2.24 多導體系統間的部分電容定義 | 靜電風車實驗 | FAST - 500米口徑球面射電望遠鏡 |
2.25 多導體部分電容的應用舉例 | 靜電單擺實驗 | 電磁場對健康的影響 |
2.26 靜電場能量 | 磁懸浮實驗 | 靜電力 |
2.27 靜電力 小結 | 第17講 時變電磁場 續2 | 超導技術 |
第2章 討論題 | 5.13 正弦電磁場的複數表示法 | 電磁感應 |
第4周 單元測驗 | 5.14 麥克斯韋方程組的複數形式 | 吸波、透波及縮波效應 |
第9講 第3章 恆定電場 | 5.15 波動方程的複數形式 | 高功率微波 |
3.0 恆定電場導論 | 第18講 時變電磁場 續3 | 閃電 |
3.1 電流密度 | 5.16 時域坡印廷定理 | 雷電及防護 |
電磁場與電磁波課前預備
電磁場與電磁波預備知識
學習電磁場與電磁波課程需要先修以下課程，掌握相關知識點：
- 高等數學課程相關知識點，如矢量分析、場論、線積分、面積分、體積分等內容；
- 大學物理課程相關知識點，如電學和磁學部分的內容；
電磁場與電磁波學習資料
書名 | 作者 | ISBN | 出版時間 | 出版社 |
|---|---|---|---|---|
《電磁場與電磁波（M+Book）》 | 邵小桃 | 9787512133129 | 2018年 | 清華大學出版社，北京交通大學出版社 |
《電磁場與電磁波》 | 邵小桃 | 9787512116719 | 2014年 | |
《電磁場與電磁波習題解答》 | 李一玫 | 9787512120440 | 2014年 | |
《電磁場與電磁波（第4版）》 | 謝處方、饒克謹 | 9787040182583 | 2006年 | 高等教育出版社 |
《電磁場與電磁波（第1版）》 | 楊儒貴 | 7040118939 | 2003年 | |
《電磁場與電磁波（第3版）》 | 謝處方、饒克謹 | - | 1999年 | |
《電磁場與電磁波（第1版）》 | 王家禮、朱滿座、路宏敏 | 7560609406 | 2000年 | 西安電子科技大學出版社 |
《應用電磁學基礎（第6版）》 | 邵小桃等譯 | 9787302388722 | 2016年 | 清華大學出版社 |
《電磁場基礎》 | 邵小桃等譯 | 9787121308444 | 2017年 | 電子工業出版社 |
《Electromagnetic Wave Theory（影印版）》 | JIN AU KONG | - | 2002年 | 高等教育出版社 |
電磁場與電磁波授課目標
通過電磁場與電磁波課程的學習，掌握電磁場與電磁波系統分析與設計所需要的數學基礎，使學生全面理解和掌握電磁場和電磁波的理論體系，掌握靜態場和時變場的基本方程及邊界條件，對基本的電磁場分佈和電磁波的傳播特性進行計算和分析；重點掌握麥克斯韋方程組的物理意義及其應用，並對均勻平面波在不同媒質中的傳播特性有正確的理解和認識；培養學生分析問題和解決實際問題的能力，提高學生自主學習與探究的能力，為今後深入學習及應用打下良好的基礎。
[1]
電磁場與電磁波課程特色
電磁場與電磁波課程在授課視頻中添加了許多動畫、Matlab仿真，圖文並茂。課程還安排了包括靜電場、磁懸浮、電磁感應和平面電磁波的部分演示實驗，通過觀察實驗結果，分析實驗現象，使學生進一步加深對電磁場理論的理解和掌握。課程最後添加了10個“知識拓展與應用”，理論聯繫實際，啓發探究，不斷創新。另外，為了方便學習，課程全部視頻都配有字幕可供選擇。
[2]
電磁場與電磁波課程考核
電磁場與電磁波課程成績滿分100分，各教學環節成績分佈為：單元測驗佔總成績的20%、單元作業佔總成績的10%、階段測驗佔總成績的35%、期末考試佔總成績的35%。另外，隨堂測驗不計成績，討論題根據參與活躍度，可得到1~3分額外加分。
電磁場與電磁波所獲榮譽
電磁場與電磁波教師簡介
- 參考資料
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- 1. 電磁場與電磁波 （第1次開課） ．中國大學MOOC[引用日期2021-05-28]
- 2. 電磁場與電磁波 （第7次開課） ．中國大學MOOC[引用日期2021-05-28]
- 3. 2019年認定線上一流課程 ．國家級一流本科課程建設工作網[引用日期2021-05-28]
- 4. 教育部關於公佈首批國家級一流本科課程認定結果的通知 ．中華人民共和國教育部政府門户網站[引用日期2021-05-28]
- 5. 北京交通大學電子信息工程學院教師名錄 ．北京交通大學電子信息工程學院[引用日期2021-05-28]
- 6. 電磁場與電磁波（M+Book） ．清華大學出版社[引用日期2021-05-28]
- 7. 電磁場與電磁波 ．清華大學出版社[引用日期2021-05-28]
- 8. 電磁場與電磁波習題解答 ．清華大學出版社[引用日期2021-05-28]
- 9. 電磁場與電磁波（第4版） ．高等教育出版社門户網站[引用日期2021-05-28]
- 10. 楊儒貴編著. 電磁場與電磁波[M]. 北京：高等教育出版社, 2003.08.
- 11. 王家禮等編著. 電磁場與電磁波[M]. 西安：西安電子科技大學出版社, 2000.12.
- 12. 應用電磁學基礎（第6版） ．清華大學出版社[引用日期2021-05-28]
- 13. 電磁場基礎 ．電子工業出版社[引用日期2021-05-28]
- 收起
