基礎物理課程介紹

2022-06-02 11:03:03 字數 3357 閱讀 6880

麥克斯韋電磁理論是電磁場和電磁波的基礎理論,用麥克斯韋電磁理論解決電磁場和電磁波的基本問題一方面要有明晰的場的物理圖象,又要有紮實的場論的數學知識與方法。本課程是在大學物理電磁學的基礎上開設的。其目的是給電子資訊科學與技術專業學生打下乙個必要的紮實基礎,使其具有應用電磁基本理論解決實際電子資訊問題的能力。

本課程包括向量分析、電磁場的基本定律、靜電場分析、恆定磁場分析、時變電磁場、正弦平面電磁波、導行電磁波等內容。

本課程適用於電子資訊科學與技術本科學生。

基礎物理ⅱ教學大綱

一、課程名稱

基礎物理ii

二、課程英文名

basic physics ii

三、課程編碼

090203

四、課程類別

技術基礎課

五、學時數、學分數、開課學期

72學時,3.6學分,第三學期

六、適用專業

電子資訊科學與技術

七、編製者

王克勳,副教授

八、編制日期

2023年6月

九、課程開設的意義

麥克斯韋電磁理論是電磁場和電磁波的基礎理論,用麥克斯韋電磁理論解決電磁場和電磁波的基本問題一方面要有明晰的場的物理圖象,又要有紮實的場論的數學知識與方法。本課程是在大學物理電磁學的基礎上開設的。其目的是給電子資訊科學與技術專業學生打下乙個必要的紮實基礎,使其具有應用電磁基本理論解決實際電子資訊問題的能力。

十、本課程與其它課程的聯絡

應先修基礎物理ⅰ、數理方法兩門課程

十一、教學內容、重點和難點與教學進度、作業安排

第一章向量分析 (6學時)

本章系統介紹和學習向量場和標量場的定義,基本原理及計算方法。

1.主要內容:以場的定義與分析為核心,講述向量場和標量場的數學表示。場的性質的基本定理及計算。掌握向量場和標量場的基本分析方法。

2.本章重點:向量場的通量與散度、環流與旋度,標量場的梯度的定義及計算高斯定理,斯托克斯定理和亥姆霍茲定理。

3.本章難點:場函式的座標表示及其變換;向量場的通量與散度,環流與旋度,標量場的梯度的定義及計算。

4.本章作業:習題1—1,3,8,9,11,12,15,18,19,23

第二章電磁場的基本物理量和基本實驗定律 (13學時)

本章在基本實驗定律的基礎上講述電磁場基本物理量的定義,基本物理量的基本關係式及其計算。

1.主要內容:

(1)介紹電荷與電流分布密度的概念,在電荷靜止和穩定分布下,由電荷守恆定律匯出電流連續性方程;

(2)在庫侖實驗定律和安培實驗定律基礎上建立電場與磁場基本物理量e和b;

(3)電荷與電流分布已知的情況下電場與磁場計算的向量積分公式。

2.本章重點:電荷分布密度和電場強度,電流分布密度和電流連續性方程,磁場強度和畢奧—薩伐爾定律,電場強度與磁場強度的向量積分計算。

3.本章難點:電荷與電流分布密度,電場強度與磁場強度的向量積分計算。

4.本章作業:習題2—1,3,6,10,14

第三章靜電場分析(11學時)

由向量分析和亥姆霍茲定理為基礎學習靜電場的性質及分析靜電場問題的數學理論和方法。

1.主要內容:

(1)建立真空,電介質和導電介質靜電場基本方程;

(2)建立電位的泊松方程和拉普拉斯方程及確定靜電場邊界條件;

(3)應用靜電場基本方程於工程問題,如電容,靜電場能量及靜電場力的計算。

2.本章重點:真空靜電場基本方程,應用電位的泊松方程和拉普拉斯方程求電位函式, 電介質極化和電介質高斯定理,電容,靜電場能量及靜電場力的計算。

3.本章難點:

(1)應用靜電場基本方程及靜電場電介質高斯定理計算靜電場問題;

(2)應用電位的泊松方程和拉普拉斯方程求解靜電場問題;

(3)電容,靜電場能量及靜電場力的計算。

4.本章作業:習題3—1,3,4,6,7,10,20,24,33,34

第五章恆定磁場分析(18學時)

本章建立真空,磁介質恆定磁場基本方程及基本磁場工程問題的計算。

1.主要內容:

(1)引入向量位a及向量位的泊松方程和拉普拉斯方程及邊界條件;

(2)應用基本方程於工程問題,如電感,磁場能量及磁場力的計算。

2.本章重點:真空及磁介質磁場基本方程;向量位a及向量位的泊松方程和拉普拉斯方程及邊界條件的確定;應用磁場基本方程在工程問題如電感,磁場能量及磁場力的計算。

3.本章難點:向量位a及向量位的泊松方程和拉普拉斯方程及邊界條件的確定及計算;應用磁場基本方程在工程問題如電感,磁場能量及磁場力的計算。

4.本章作業:習題5—1,5,8,9,11,16

第六章時變電磁場(8學時)

本章講述當電荷與電流隨時間變化時會互相激發形成交變電磁場。介紹交變電磁場的基本實驗定律,假設和麥克斯韋電磁場方程。

1.主要內容:

(1)法拉第電磁感應定律,麥克斯韋位移電流假設;

(2)電磁場能流及能流定理;

(3)麥克斯韋電磁場方程及電磁波方程。

2.本章重點:法拉第電磁感應定律,麥克斯韋位移電流假設;麥克斯韋電磁場方程的微分與積分形式;時變電磁場的邊界條件;電磁場能流及能流定理。

3.本章難點:法拉第電磁感應定律應用和計算;麥克斯韋位移電流假設的理解;麥克斯韋電磁場方程及電磁波方程及邊界條件; 電磁場能流及能流定理。

4.本章作業:習題6—1,2,3,5,8,13,20

第七章正弦平面電磁波(8學時)

本章主要講述正弦平面電磁波在理想介質和損耗介質中的傳播性質。

1.主要內容:

(1)匯出亥姆霍茲方程,討論在理想介質中正弦平面電磁波傳播的性質;

(2)正弦平面電磁波的極化;

(3)正弦平面電磁波在損耗介質中的傳播性質。

2.本章重點:正弦平面電磁波在理想介質和損耗介質中的傳播性質。

3.本章難點:正弦平面電磁波在理想介質和損耗介質中的傳播性質;極化與色散效應。

4.本章作業:習題7—3,5,9,11

第八章導行電磁波(8學時)

本章主要講述電磁波沿導波裝置中傳播的問題。

1.主要內容:

(1)討論在直行的均勻導波裝置中電磁波傳播的模式及特點。

(2)討論提高電磁波傳播效率的波導設計。

2.本章重點:在直行的均勻導波裝置中電磁波傳播的模式及特點;矩形波導的tm和te波及常見te10波;傳輸線上波傳輸特性及傳輸線工作狀態諧振腔。

3.本章難點:均勻導波裝置中電磁波傳播特性的計算;傳輸線上特性阻抗,輸入阻抗的計算。

4.本章作業:習題8—2,5,6,17,20

十二、課程考核形式

考試十三、教材與教學參考書

基本教材:謝處方、饒克謹編.《電磁場與電磁波》(第四版).高等教育出版社.

索利馬著.《電磁理論講義》.

2.曹昌祺著.《電動力學》.

3. simon ramo and john 著.《近代無線電中的場與波》.

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