1、电磁学教学大纲英文名称：electromagnetics授课专业：应用物理学 学时：68 学分：4 开课学期：二年级上学期适用对象：应用物理学专业一、课程性质与任务电磁学是应用物理学专业的一门专业基础课。电磁学已渗透到物理学的各个领域，成为研究物质过程必不可少的基础。通过本门课程的教学，要求：使学生能全面地认识和理解电磁运动的基本现象和基本概念，系统地掌握电磁运动的基本规律，具有一定的分析和解决电磁学问题的能力，并为学习后继课程打下必要的基础。通过对电磁学发展史上某些重大的发现和发明的介绍，使学生了解物理学思想和实验方法，培养学生的辩证唯物主义世界观， 使学生获得科学方法论上的教益 。二、课程
2、教学的基本要求在教学中，通过课堂讲授、实验（另计学时） 、演示实验、习题课和课程讨论等教学方式，阐明电磁学的基本概念、规律和研究方法，并结合科学研究和生产实际穿插介绍电磁学的最新研究成果及应用实例，以达到预期的教学目的。在教学过程中重视理论联系实际，加强演示实验和注意与实验课的配合，从而处理好：定性与定量、理论体系与实验方法、基础理论与近代科学成就等之间的关系。在教学中要注重培养学生运用微分、积分、矢量场论等数学工具解决物理问题的能力。进一步提高科学知识、科学方法、科学态度和科学精神等科学素质。三、课程教学内容第一章 静电场的基本规律（10 课时） 第二章 有导体时的静电场（6 课时）第三章
3、静电场中的电介质（6 课时）第四章 恒定电流和电路（6 课时）第五章 恒定电流的磁场（10 课时）第六章 电磁感应与暂态过程（10 课时）第七章 磁介质 (6 课时)第八章 交流电路（8 课时）第九章 时变电磁场和电磁波（4 课时）四、教学重点、难点静电场的高斯定理，静电场的环路定理，电位，静电平衡时导体的性质，用电力线工具讨论静电平衡的若干电现象，电介质存在时场的讨论方法及场强计算，电介质存在时高斯定理的应用，电动势的物理意义及数学表示方法，基尔霍夫方程组求解电路，磁感应强度矢量的概念，毕奥萨伐尔定律，磁场的高斯定理，磁场的安培环路定理，法拉第电磁感应定律，动生电动势、感生电动势，自感、互感
4、，RL 及 RC 串联电路的暂态过程，磁介质存在时场的讨论方法及场强的计算，有磁介质时的环路定理，B、M、H 三个矢量的区别与联系，铁磁性与铁磁质，交流电路的矢量求解法和复数求法，功率因数，位移电流，麦克斯韦方程组，能流密度。五、教学时数分配教学时数 68 学时，其中理论讲授 68 学时。 （具体安排见附表）六、教学方式1、电磁学内容主要有两方面，即场和路，考虑到学生在中学阶段对路接触较多，且比较熟悉，而对场相对来说接触较少，所以从教学内容上，适当压缩路的内容，扩大场的内容的课时比例，重点讲授电磁运动的基本现象、基本概念和基本规律，包括：稳恒电场、稳恒磁场、似稳电磁场和迅变电磁场；对直流电路、
5、交流电路和磁路少讲。 2、在教好基础理论的前提下，适当介绍一些与电磁学有关的近代科学技术的新成就，以扩大学生的知识面。对电磁场与物质的相互作用的内容只作一般讲授，不作过高要求。 3、习题是学好基础理论的必要手段，在教学中，布置一些对基本概念和基本定律理解上有帮助的思考题、习题，并根据具体情况，讲授一些习题课，培养学生分析问题和解决问题的能力，指导他们的学习方法。 4、根据教学内容，适当做些演示实验，并尽可能采用现代化教学手段。 七、本课程与其它课程的关系1.本课程必要的先修课程：力学、高等数学。2.本课程的后续课程：电动力学、电工学、数字电路。八、考核方式本课程考核方式为考试，成绩评定采用百分
6、制。本课程成绩采用期末考试与平时成绩相结合的方式进行综合评定，最终成绩由以下二个部分组成：第一部分：期末考试成绩占总成绩的 70；第二部分：作业成绩及平时检测占总成绩的 30。九、教材及教学参考书主教材：梁灿彬等.电磁学（第二版）.北京：高等教育出版社，2004. 参考书：1、梁绍荣等.普通物理学电磁学（第三版）. 北京：高等教育出版社，2007. 2、赵凯华等.新概念物理教程电磁学.北京：高等教育出版社， 2003.第一章 静电场的基本规律（10 学时）一、教学要求明确电荷、电场的物质属性，明确高斯定理的物理意义，并结合实例加深理解，明确高斯定理和静电场的环路定理充分表达了静电场的特性，要求
7、学生牢固掌握电场强度矢量概念及其基本计算方法，牢固掌握电位差和电位的意义及计算方法。二、教学要点：1. 电荷2. 库仑定律21 库仑定律22 电荷的单位23 库仑定律的矢量形式24 叠加原理3.静电场31 电场强度32 场强的计算4.高斯定理41 E 通量42 高斯定理43 用高斯定理求场强5.电场线51 电场线52 电场线的性质6.电势61 静电场的环路定理62 电势和电势差63 电势的计算64 等势面65 电势与场强的微分关系三、重点、难点重点：场强和电势的计算、高斯定理、环路定理及它们的应用。难点：高斯定理的证明 电位梯度。四、思考题1.3.6 1.4.8 1.4.10 1.6.4 1.
8、6.5 第二章 有导体时的静电场（6 学时）一、教学要求了解静电平衡时导体的性质，加深对高斯定理与环路定理的理解，掌握用电力线这一工具讨论静电平衡现象这一方法，了解电容器的电容和静电能。二、教学要点：1. 静电场中的导体11 静电平衡12 带电导体所受的静电力13 孤立导体形状对电荷分布的影响14 导体静电平衡问题的讨论方法15 平行板导体组例题2. 封闭金属壳内外的静电场21 壳内空间的场22 壳外空间的场23 范德格拉夫起电机3. 电容器及其电容31 孤立导体的电容32 电容器及其电容33 电容器的联接4. 静电演示仪器41 感应起电机42 静电计5. 带电体系的静电能51 带电体系的静电
9、能53 电容器的静电能三、重点、难点重点：静电平衡时导体的性质，用电力线工具讨论静电平衡的若干电现象，电容器及其电容。难点：带电体系的静电能。四、思考题2.1.3 2.2.2 2.3.2 2.3.6 2.5.1第三章 静电场中的电介质 （6 学时）一、教学要求要求学生了解极化机制及讨论极化时所采用的“极化模型” ，掌握极化强度矢量的意义；在束缚电荷概念的基础上，了解有介质存在时场的讨论方法；掌握 E、P、D 的联系和区别；引入 D 的意义；会用介质存在时的高斯定理计算电场。 二、教学要点：1. 概述2. 偶极子21 电介质与偶极子22 偶极子在外电场中所受的力矩23 偶极子激发的静电场3 .电
10、介质的极化31 位移极化和取向极化32 极化强度33 极化强度与场强的关系4.极化电荷41 极化电荷42 极化电荷体密度与极化强度的关系43 极化电荷面密度与极化强度的关系5.有电介质时的高斯定理51 电位移有电介质时的高斯定理6.有电介质时的静电场方程61 静电场方程7.电场的能量三、重点、难点重点：电介质存在时场的讨论方法及场强计算，电介质存在时高斯定理的应用。难点：电介质的极化和极化电荷。四、思考题3.4.5 3.5.3 3.5.5 3.5.9 3.7.1第四章 恒定电流和电路 （6 学时）一、教学要求：要求学生了解稳恒电场概念及与静电场的异同，了解经典金属电子论及其缺陷，深入理解电动势
11、的物理意义和电动势的数学表示方法，掌握用基尔霍夫方程求解复杂电路问题的方法。 二、教学要点：1.恒定电流2.直流电路21 电路22 直流电路3.欧姆定律和焦耳定律31 欧姆定律，电阻32 电阻率33 欧姆定律的微分形式34 焦耳定律4 .电源和电动势41 非静电力42 电动势 一段含源电路的欧姆定律43 电动势的测量电势差计44 导线表面的电荷分布45 直流电路的能量转换5 .基尔霍夫方程组51 基尔霍夫第一方程组52 基尔霍夫第二方程组53 用基尔霍夫方程组解题举例6 .二端网络理论与巧解线性电路问题61 二端网络7 .接触电势差与温差电现象71 逸出功与热电子发射72 接触电势差73 温差
12、电现象(热电现象 )74 温差电现象的应用8 .液体导电和气体导电81 液体导电82 气体导电三、重点、难点重点：电流的连续性方程，电动势的物理意义及数学表示方法，基尔霍夫方程组求解电路。难点：电流密度，复杂电路。四、思考题4.3.1 4.4.7 4.5.2 4.5.7第五章 恒定电流的磁场 （10 学时）一、教学要求：明确磁场的物质属性，明确磁场的“高斯定理”和安培环路定理充分表达了稳恒磁场的特性，掌握毕奥萨伐尔定律矢量式的物理意义并用以计算磁场分布，掌握安培环路定理的内容及用以计算磁场分布的方法，掌握洛沦兹力和安培力的计算方法， 了解“安培”的定义。 二、教学要点：1 .磁现象及其与电现象
13、的联系2 .毕奥-萨伐尔定律21 毕奥-萨伐尔定律22 直长载流导线的磁场23 圆形载流导线的磁场24 载流螺线管轴线上的磁场3 .磁场的高斯定理4 .安培环路定理41 安培环路定理42 无限长圆柱形均匀载流导线的磁场43 无限长载流螺线管的磁场44 载流螺绕环的磁场45 均匀载流无限大平面的磁场5 .带电粒子在电磁场中的运动51 带电粒子在均匀恒定磁场中的运动52 磁聚焦53 回旋加速器54 汤姆逊实验 电子荷质比的测定55 霍耳效应6 .磁场对载流导体的作用61 安培力公式62 载流线圈在均匀外磁场中的安培力矩63 磁电式电流计原理7 .用磁矩表示载流线圈的磁场 磁偶极子三、重点、难点重点
14、：磁感应强度矢量的概念、毕奥萨伐尔定律、磁场的“高斯定理” 、安培环路定理及它们的应用，带电粒子和载流导线在磁场中受力 ，磁力矩。难点：所有的叉积，安培环路定理的证明。四、思考题5.2.1 5.2.8 5.2.11 5.3.1 5.4.1 5.5.5 5.6.5第六章 电磁感应与暂态过程 （10 学时）一、教学要求：要求学生对法拉第电磁感应定律的物理意义有深入的了解，掌握感生电场这一新的重要概念，并注意它与静电场的区别，掌握动生电动势、感生电动势的计算方法；要求学生能正确列出 RL 及 RC 串联电路的暂态过程的微分方程，并能求解和对解进行分析，了解初始条件的意义和在求解中的作用，要求学生注意
15、流经电感 L 的电流不能突变的概念和注意电容 C 两端电压不能突变的概念。二、教学要点：1 .电磁感应11 电磁感应现象12 法拉第电磁感应定律2 .楞次定律21 楞次定律的两种表述22 考虑了楞次定律的法拉第定律表达式3 .动生电动势31 动生电动势与洛伦兹力32 动生电动势的计算33 交流发电机4 .感生电动势和感生电场41 感生电动势和感生电场42 既有磁场又有电场时的洛伦兹力公式43 感生电场的性质44 螺线管磁场变化引起的感生电场46 电子感应加速器5 .自感51 自感现象52 自感6 .互感61 互感现象及互感62 互感线圈的串联7 .涡电流71 涡流热效应的应用和危害72 涡流磁
16、效应的应用 电磁阻尼73 趋肤效应8. RL 电路的暂态过程81 RL 电路与直流电源的接通82 已通电 RL 电路的短接9 .RC 电路的暂态过程91 RC 电路与直流电源的接通92 已充电 RC 电路的短接10. RLC 电路的暂态过程10 1 已充电 RLC 电路的短接11 .磁能11 1 自感线圈的磁能11 2 互感线圈的磁能三、重点、难点重点：法拉第电磁感应定律、动生电动势、感生电动势、自感、互感、RL 及 RC 串联电路的暂态过程。难点：感生电流方向的判断，非均匀磁场中感生电动势的计算。涡旋电场的理解和计算。四、思考题6.2.3 6.3.5 6.4.1 6.5.2 6.6.1 6.
17、8.2 6.9.2 6.11.3 第七章 磁介质 （6 学时）一、教学要求：要求学生了解磁化机制及讨论磁化时所采用的“磁化模型” ，掌握磁化强度矢量的意义；在磁化电流概念的基础上，了解有磁介质存在时磁场的讨论方法；掌握 B、M、H 的联系和区别，引入 H 的意义，会用磁介质存在时的环路定理计算磁场，熟悉铁磁性与铁磁质所具有的独特性质。 二、教学要点：1 .磁介质存在时静磁场的基本规律11 磁介质的磁化磁化强度12 磁化电流13 磁场强度 H有磁介质时的环路定理14 静磁场与静电场方程的对比2 .顺磁性与抗磁性21 顺磁性22 抗磁性3 .铁磁性与铁磁质31 铁磁质的磁化性能32 铁磁质的分类和
18、应用33 铁磁性的起因5 .磁路及其计算51 磁路52 磁路定律及磁路计算53 铁磁屏蔽6 .磁场的能量三、重点、难点重点：磁介质存在时场的讨论方法及场强的计算，有磁介质时的环路定理，B、M、H 三个矢量的区别与联系，铁磁性与铁磁质， 磁场的能量和能量密度。难点：磁化强度矢量极其与磁化电流的关系 ，介质的磁化规律。四、思考题7.1.3 7.1.5 7.3.1 7.5.3 7.6.2第八章 交流电路 （8 学时）一、教学要求要求掌握单一元件的电压、电流及元件电性能之间的数量关系和位相关系；掌握串、并联电路的矢量讨论方法；掌握电压复有效值、电流复有效值及复阻抗的概念；掌握交流电路定律的复数形式并能
19、用其求解交流电路的问题；了解串、并联谐振、谐振频率和品质因数 Q 的意义。 二、教学要点：1 .简谐交流电2 .三种理想元件的电压与电流的关系21 纯电阻22 纯电容23 纯电感3 .复数法和矢量法31 复数基本知识32 复数法33 矢量法34 三种理想元件电压电流关系的复数形式35 复数法及矢量法应用举例4 .复阻抗5 .功率和功率因数51 瞬时功率、平均功率和功率因数52 提高功率因数的意义53 提高功率因数的方法6 .谐振现象61 串联谐振62 并联谐振7 .变压器71 铁心变压器72 高压输电三、重点、难点重点：交流电路的矢量求解法和复数求法，功率因数。难点：串联谐振和并联谐振。四、思
20、考题8.2.2 8.3.4 8.4.3 8.4.9 8.5.2 8.5.5 8.7.3第九章 时变电磁场和电磁波 （4 学时）一、教学要求：明确引入位移电流的必要性；明确麦克斯韦方程组的积分形式是电磁实验定律的理论总结；熟悉平面电磁波的性质；了解偶极振子的辐射场的性质和电磁波谱。二、教学要点：1 .位移电流与麦克斯韦方程组2 .平面电磁波3 .电磁场的能量密度和能流密度4 .电偶极辐射与赫兹实验41 电偶极辐射42 赫兹实验43 电磁波谱三、重点、难点重点：麦克斯韦方程组，能流密度。难点：位移电流。四、思考题9.1.1 9.1.4 9.3.3附件：教学时数分配表学时分配序号 教学内容 学时理论讲授 实践教学1 静电场的基本规律 10 102 有导体时的静电场 6 63 静电场中的电介质 6 64 恒定电流和电路 6 65 恒定电流的磁场 10 106 电磁感应与暂态过程 10 107 磁介质 6 68 交流电路 8 89 时变电磁场和电磁波 4 4机动 2 2小 计
