课程名称： 电磁学

英文名称：Electromagnetics

一、课程简介（必备项）

电磁学是研究电、磁和电磁的相互作用现象及其规律和应用的物理学分支学科。整个电磁学的课程可分为以“基本概念与基本定理”、“电路和电工学基础”和“电、磁材料”三个部分。由于电磁学课程处于学生从中学考试性思维到大学研究性思维的转型期，使学生更快的完成这个转型具有重要意义。

二、课程目标（必备项）

1. 系统掌握电磁运动的基本概念、基本规律，了解电磁场与带电粒子之间的相互作用规律。

2. 深刻理解“场”的概念及描述方法。

3. 学会以高等数学为工具解决电磁学问题的方法。

4. 了解电磁学的发展史，能够解决一些与电磁现象有关的实际问题。

培养学生的科学探究能力、科学态度、与科学精神。

三、教学内容和学时分配（必备项）

（一）总论（或绪论、概论等） 1学时（课堂讲授学时+课程实验学时）

主要内容：（必备项）

1、 电磁学的主要内容

2、 学习电磁学的意义

3、 电磁学课程的特点

4、 电磁学的教学方法和考试形式

教学要求：（必备项）

了解电磁学的主要内容和特点，清楚学习电磁学的意义

重点、难点（可选项）

其它教学环节（如实验、习题课、讨论课、其它实践活动）：

（二）第一章……静电场的基本规律 11学时（课堂讲授学时+课程实验学时）

主要内容：（必备项）

l、电荷

（1）电荷电性

（2）电荷守恒定律

（3）电荷的量子性

2、库仑定律

（l）点电荷

（2）库仑定律

（3）带电体之间的相互作用

3、电场和电场强度

（1）电场

（2）电场强度

（3）电场强度的计算

4、静电场的高斯定理

（1）电场线

（2）电场强度通量

（3）高斯定理

（4）用高斯定理求静电场

5、电势

（1）静电场的环路定理

（2）静电场力的功

（3）电势与电势差

（4）等势面

（5）电势和场强的微分关系

（6）电势的计算

教学要求：（必备项）

l、掌握静电场的基本概念，基本规律

2、明确电荷的基本属性，阐明电荷的量子性和守恒定律：掌握电荷之间的相互作用规律

3、掌握电场强度、电势这两个重要概念

4、能熟练地计算有关静电场的问题

重点、难点：（可选项）

1、什么是电场

2、利用高斯定理求解静电场的电场强度和电势

（三）第二章……有导体时的静电场 8学时（课堂讲授学时+课程实验学时）

主要内容：（必备项）

1、 导体的静电平衡条件

（1）导体的电结构和导体的分类

（2）导体静电平衡条件

（3）静电感应

2、 导体静电平衡的性质

（1）导体静电平衡时为等位体，其表面为等势面

（2）导体静电平衡时电荷的分布

（3）导体静电平衡时电场的分布

（4）孤立导体形状对电荷分布的影响（尖端放电）

3、封闭金属腔内外的静电场

（1〕腔内无电荷时腔内外电场的分布

（2）腔内有电荷时腔内外电场的分布

（3）静电屏蔽

4、电容器及其电容

（1）电容

（2）电容器

（3）电容器的分类：平行板、球形、圆柱形电容器及其电容

（4）电容器的联接

5、带电体系的静电量

（1）带电体的静电能

（2）静电场的能量密度

（3）电容器内的静电场能

教学要求：（必备项）

1、正确理解并掌握导体静电平衡的条件

2、掌握导体静电平衡的性质:静电感应和静电屏蔽：初步掌握求解导体静电平衡问题的方法

3、理解电容及电容器的概念：掌握平衡板电容器、球形电容器、圆柱形电容器计算公式以及电容器串、并联的计算方法

4、理解电场能的概念并会计算真空中的静电场能

重点、难点：（可选项）

利用导体静电平衡条件和导体的静电平衡性质求解导体静电平衡的具体问题，尤其是空腔导体的各种问题。

其它教学环节：（如实验、习题课、讨论课、其它实践活动）：

静电现象演示：静电跳球、静电摆球、摩擦起电、尖端放电等。

（四）第三章……静电场中的电介质 5 学时（课堂讲授学时+课程实验学时）

主要内容：（必备项）

1、电介质的极化

（1）电介质的定义

（2）电介质的微观结构：电偶极子模型

（3）电偶极子在均匀外电场中所受的力矩

2、电介质的极化

（1）电介质的分类

（2）电介质的极化：位移极化和取向极化

3、极化强度矢量

（1）极化强度矢量定义

（2）极化强度与场强的关系

4、极化电荷

（1）极化电荷

（2）极化电荷体密度与极化强度的关系

（3）极化电荷体密度与极化强度的关系

5、有介质时的静电场方程

（1）介质中的高斯定理

（2）电位移矢量

（3）有介质时的静电场方程

（4）电位移和电场在介质分界面上的变化

6、电场能量和能量密度

教学要求：（必备项）

1、了解电介质极化的微观机制，掌握极化强度矢量的物理意义

2、理解极化电荷的含义，掌握极化电荷、极化电荷面密度与极化强度矢量 P 之间的关系

3、掌握有介质时场的讨论方法，会用介质中的高斯定理来计算静电场；明确 E 、P 、 D 的联系和区别

4、了解电场的能量及能量密度

重点、难点：（可选项）

1、重点是求解介质中静电场的具体问题，如极化电荷的分布，介质中电场的分布等

2、难点：

（1）极化电荷的概念，尤其是极化体电荷密度的概念

（2）电位移矢量物理性质及相关计算

（五）第四章……恒定电流和电路 6学时（课堂讲授学时+课程实验学时）

主要内容：（必备项）

1、恒定电流

（1）电路与电流

（2）恒定电流

（3）电流密度矢量

（4）电流的连续性方程，恒定电流条件

2、欧姆定律及其微分形式

（1）欧姆定律

（2）欧姆定律的微分形式

（3）金属导电的经典电子论

3、焦耳定律 电功率

（1）焦耳定律

（2）电功及电功率

4、电源和电动势

（1）电源

（2）电动势

5、闭合回路及含源支路的欧姆定律

（1）一段含源电路的欧姆定律

（2）全电路欧姆定律

6、基尔霍夫定律

（1）基尔霍夫第一定律

（2）基尔霍夫第二定律

教学要求：（必备项）

1、理解恒定电流的概念

2、掌握电流密度矢量的物理意义

3、掌握欧姆定律（不含源电路、一段含源电路和全电路的欧姆定律）和焦耳定律；会计算电功及电功率

4、掌握用基尔霍夫定律计算一些典型的复杂电路的方法

重点、难点：（可选项）

l、 电动势的概念和非静电力的作用

2、用基尔霍夫定律求解复杂的电路

其它教学环节：（如实验、习题课、讨论课、其它实践活动）：

（六）第五章……稳恒电流的磁场 12学时（课堂讲授学时+课程实验学时）

主要内容：（必备项）

l、基本磁现象

（1）磁学的历史

（2）奥斯特实验及其意义

2、磁感应强度、磁感应线

（1）磁感应强度

（2）磁感应线

3、毕奥—萨伐尔定律

（1）毕奥—萨伐尔定律的内容

（2）毕奥—萨伐尔定律的应用

（3）运动电荷的磁场

4、磁通量、磁场的高斯定理

（1）磁通量

（2）磁场高斯定理

5、安培环路定理

（1）安培环路定理

（2）安培环路定理的应用

6、磁场对平行载流导线及带电粒子的作用

（1）运动电荷在磁场中的力：洛仑兹力

（2）带电粒子在非均匀磁场中的运动

（3）带电粒子在电场和磁场中的运动举例

（4）霍尔效应

7、磁场对载流导线的作用

（1）安培力公式

（2）平行载流导线的相互作用

教学要求：（必备项）

l、理解掌握磁感应强度的物理意义

2、在理解毕奥—萨伐尔定理物理意义的基础上能熟练地计算载流导体的磁感应强度的分布

3、掌握磁场中的高斯定理和安培环路定理；会用安培环路定理计算具有轴对称的电流所产生的磁场

4、掌握洛仑兹力公式，并会用它进行有关的计算

重点、难点：（可选项）

1、求解磁感应强度分布的具体问题

2、安培力和牛顿第三定律

其它教学环节：（如实验、习题课、讨论课、其它实践活动）：

（七）第六章……电磁感应和暂态过程 6学时（课堂讲授学时+课程实验学时）

主要内容：（必备项）

l、电磁感应

（1） 电磁感应现象

（2） 法拉第电磁感应定律

3、 楞次定律

（1）楞次定律

（2）考虑了楞次定律的法拉第电磁感应定律

（3）楞次定律和能量守恒定律

3、动生电动势

（1）洛仑兹力和动生电动势

（2）动生电动势的计算

4、感生电动势

（1）感生电场和感生电动势

（2）感生电动势的计算

（3）电子感应加速器

5、自感、互感和涡电流

（1）自感现象

（2）自感系数的计算

（3）互感现象

（4）互感系数的计算

（5）涡电流

（6）趋肤效应

6、暂态过程

（1）暂态过程的现象

（2）RL电路的暂态过程

（3）RC电路暂态过程

（4）RLC 电路的暂态过程

7、磁能

（1）线圈中的磁场能量

（2）磁场的能量密度

教学要求：（必备项）

1、理解电磁感应现象的物理意义；掌握电磁感应的法拉第—楞次定律

2、了解感生电场的物理意义

3、熟练地掌握计算动生电动势和感生电动势的方法，并能正确判断它们的方向

4、了解自感现象和互感现象及其应用，掌握自感系数L和互感系数M的物理意义和计算方法

5、了解磁场的能量

6、能正确写出RL、RC 串并联电路暂态过程的微分方程，掌握其解的形式和物理意义。

重点、难点：（可选项）

1、 感生电场的物理意义

2、 感生电动势和动生电动势的关系

3、 动生电动势的功

4、 互感现象

其它教学环节：（如实验、习题课、讨论课、其它实践活动）：

（八）第七章…磁介质 5学时（课堂讲授学时+课程实验学时）

主要内容：（必备项）

1、磁化和磁化强度

（1）磁介质及其磁化

（2）磁化强度矢量

（3）磁化电流

2、磁介质存在时的安培环路定理

（1）磁场强度H

（2）介质中的安培环路定理

（3）介质中安培环路定理的应用

3、磁性物理

（1）磁介质的分类

（2）顺磁质及其微观机制

（2）抗磁性及其微观机制

4、铁磁质

（1）铁磁质的磁化和磁滞回线

（2）磁畴：铁磁质的起因

（3）其它磁性材料

5、磁路及其计算

（1）磁路的概念

（2）磁路定理

6、磁场的能量和能量密度

教学要求：（必备项）

1、理解磁化的概念和描述磁化的宏观量M 的定义式；掌握磁化电流与磁化强度矢量M 之间的关系

2、了解磁介质呈现顺磁性和抗磁性的原因；掌握铁磁质的特点

3、掌握介质中的安培环路定理及其应用；了解 H 、M 、B 三者之间的联系和区别

4、了解磁路概念及相应的计算

重点、难点：（可选项）

1、 磁化强度矢量的物理意义以及求解磁化电流的具体问题

2、 磁化电流密度的物理含义

3、 磁场强度和磁感应强度的关系

其它教学环节：（如实验、习题课、讨论课、其它实践活动）：

（九）第八章…… 交流电路 3学时（课堂讲授学时+课程实验学时）

主要内容：（必备项）

1、简谐交流电的产生和描述

（1）简谐交流电

（2）简谐交流电的三要素

（3）简谐交流电的基本参数

2、三种理想元件的电压与电流的关系

（1）纯电阻R 的电压与电流的关系

（2）纯电感L 的电压与电流的关系

（3）纯电容C 的电压与电流的关系

3、交流电路的矢量图解法

4、交流电路的复数解法

5、 交流电桥

6、 交流电路的功率

（1）瞬时功率、平均功率

（2）功率因数

7、谐振现象

（1）谐振电路

（2）串联谐振

（3）并联谐振

（4）Q值

教学要求：（必备项）

1、掌握交流电的三要素和交流电的瞬时值、有效值、最大值等基本概念

2、熟练掌握三种理想元件R、L、C 电路中电压与电流的关系

3、掌握交流电路的矢量图解法和复数解法

重点、难点：（可选项）

1、交流电路中电压、电流的相位关系

2 、利用复数解法求解交流电路的具体问题

其它教学环节：（如实验、习题课、讨论课、其它实践活动）：

（十）第九章……电磁场和电磁波 3学时（课堂讲授学时+课程实验学时）

主要内容：（必备项）

1、 位移电流

2、 麦克斯韦方程组

3、 电磁波

（1） 电磁波的产生

（2） 电磁波的性质

（3） 电磁波的能量和动量

4、讨论课

教学要求：（必备项）

1、理解位移电流的概念及其与传导电流的区别

2、熟悉麦克斯韦方程组

3、了解电磁波的基本性质

重点、难点：（可选项）

位移电流的概念

其它教学环节：（如实验、习题课、讨论课、其它实践活动）：

四、教材与学习资源（必备项）

教材：

教材及参考书：“电磁学”，梁灿彬、秦光戎、梁竹键，北京：高等教育出版社,.

参考书：

赵凯华，陈熙谋,《电磁学》， 高等教育出版社

贾起民，郑永令,《电磁学》（上册、下册），复旦大学出版社

“费曼物理学讲义 ” 第二卷 费曼等

五、教学策略与方法建议（可选项）

先修课的要求：矢量及微积分,会解简单微分方程;掌握力学基本知识和技能。

教学策略与方法建议：教学方式上强调学习的自主性、社会性、情景性。鼓励探究学习和合作学习。学生在学习中会遇到更多有意义、可以深入研究的课题，鼓励学生深入钻研问题、领悟物理学研究的乐趣，同解决一些电磁学教学方面的新问题。教学采用PPT和黑板板书相结合，物理概念使用ＰＰＴ，数学计算采用黑板板书。具体的，本课程的教学应注意如下几个问题：

1、重视系统性原则，应注意知识的纵向、横向联系。如电磁学课程大致可分为静电学、静磁学、时变场及电路几个部分，每一个部分自成一系统，但它们之间又有着内在的，深刻的联系，授课时应注意它们之间的联系和区别，并用类比的方法以达到事半功倍的目的。

2、突出重点，讲清难点。

3、“场”这个概念比较抽象但又贯穿整个课程，讲课时务必让学生对它有很深刻的理解。

4、注意安排一些讨论课和习题课。

5、重视演示实验。

6、注意理论联系实际：注意结合教学内容介绍一些与电磁学发展有关的重大历史发现，重要的实验和科学前沿。

六、考核方式（必备项）

平时:20%-40% 期末:80%-60%

平时成绩有课堂考勤、课后作业、小论文组成。

【编写日期】：2014/11/27