《电磁学》教学大纲

《电磁学》教学大纲英文名称：electromagnetics授课专业：物理学学时：72学分：4开课学期：二年级上学期适用对象：物理学专业一、课程性质与任务电磁学是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、课程教学的基本要求1、正确理解以下基本概念和术语：基本粒子、静电场、库仑力、电场强度、电通量、电位、电位差、电功、静电平衡、静电屏蔽、电容、加速器、静电能、极化强度、电位移向量、电流密度、超导、电功率、经典金属电子论、电动势、非静电力、温差电动势、静磁场、磁感应强度、安培力、磁通量、磁矩、电磁感应、感生电场、自感、互感、涡电流、趋肤效应、磁能、磁化强度、磁化电流、磁场强度、顺磁性、抗磁性、铁磁性、磁畴、铁磁屏蔽、位移电流、电磁场、能流密度、电磁波谱。2、掌握以下基本规律及分析计算方法（1）静电场基本定律和定理：库仑定律、电荷守恒定律、高斯定理、环路积分定理、叠加原理。（2）稳恒电流和电路：欧姆定律、焦耳定律、基尔霍夫定律（节点方程、回路电压方程）（3）稳恒磁场的基本定律和定理：毕——伐定律，安培定律、高斯定理、环路积分定理。（4）交变电磁场的基本定律和定理：楞次定律、法拉第电磁感应定律、麦克斯韦方程组。（5）掌握以下物理量的分析计算方法：电场强度、电位、电位差、电通量、电容、磁感应强度、磁通量、安培力、磁矩、电动势、电磁能量等。3、注意培养学生以下几方面能力（1）分析电磁运动规律及物理实验构思方法，重视对实验现象的总结，培养科学分析问题的能力。（2）积极思考并总结研究方法、实验技能，培养创新意识。（3）灵活有效应用高等数学知识，解决物理问题，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（12课时）第二章有导体时的静电场（8课时）第三章静电场中的电介质（8课时）第四章恒定电流和电路（8课时）第五章恒定电流的磁场（12课时）第六章电磁感应与暂态过程（12课时）第七章磁介质(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，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，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72学时，其中理论讲授72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、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、赵凯华等.新概念物理教程―电磁学.北京：高等教育出版社，2003.2、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.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2－1库仑定律2－2电荷的单位2－3库仑定律的矢量形式2－4叠加原理3.静电场3－1电场强度3－2场强的计算4.高斯定理4－1E通量4－2高斯定理4－3用高斯定理求场强5.电场线5－1电场线5－2电场线的性质6.电势6－1静电场的环路定理6－2电势和电势差6－3电势的计算6－4等势面6－5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。第二章有导体时的静电场（8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1－1静电平衡1－2带电导体所受的静电力1－3孤立导体形状对电荷分布的影响1－4导体静电平衡问题的讨论方法1－5平行板导体组例题2.封闭金属壳内外的静电场2－1壳内空间的场2－2壳外空间的场2－3范德格拉夫起电机3.电容器及其电容3－1孤立导体的电容3－2电容器及其电容3－3电容器的联接4.静电演示仪器(自学)4－1感应起电机4－2静电计5.带电体系的静电能5－1带电体系的静电能5－3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。第三章静电场中的电介质（8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2－1电介质与偶极子2－2偶极子在外电场中所受的力矩2－3偶极子激发的静电场3.电介质的极化3－1位移极化和取向极化3－2极化强度3－3极化强度与场强的关系4.极化电荷4－1极化电荷4－2极化电荷体密度与极化强度的关系4－3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5－1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6－1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。第四章恒定电流和电路（8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2－1电路2－2直流电路3.欧姆定律和焦耳定律3－1欧姆定律，电阻3－2电阻率3－3欧姆定律的微分形式3－4焦耳定律4.电源和电动势4－1非静电力4－2电动势一段含源电路的欧姆定律4－3电动势的测量．电势差计4－4导线表面的电荷分布4－5直流电路的能量转换5.基尔霍夫方程组5－1基尔霍夫第一方程组5－2基尔霍夫第二方程组5－3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6－1二端网络7.接触电势差与温差电现象7－1逸出功与热电子发射7－2接触电势差7－3温差电现象(热电现象)7－4温差电现象的应用8.液体导电和气体导电8－1液体导电8－2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。第五章恒定电流的磁场（12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的联系2.毕奥-萨伐尔定律2－1毕奥-萨伐尔定律2－2直长载流导线的磁场2－3圆形载流导线的磁场2－4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4－1安培环路定理4－2无限长圆柱形均匀载流导线的磁场4－3无限长载流螺线管的磁场4－4载流螺绕环的磁场4－5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5－1带电粒子在均匀恒定磁场中的运动5－2磁聚焦5－3回旋加速器5－4汤姆逊实验——电子荷质比的测定5－5霍耳效应6.磁场对载流导体的作用6－1安培力公式6－2载流线圈在均匀外磁场中的安培力矩6－3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：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。第六章电磁感应与暂态过程（12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1－1电磁感应现象1－2法拉第电磁感应定律2.楞次定律2－1楞次定律的两种表述2－2考虑了楞次定律的法拉第定律表达式3.动生电动势3－1动生电动势与洛伦兹力3－2动生电动势的计算3－3交流发电机4.感生电动势和感生电场4－1感生电动势和感生电场4－2既有磁场又有电场时的洛伦兹力公式4－3感生电场的性质4－4螺线管磁场变化引起的感生电场4－6电子感应加速器5.自感5－1自感现象5－2自感6.互感6－1互感现象及互感6－2互感线圈的串联7.涡电流7－1涡流热效应的应用和危害7－2涡流磁效应的应用——电磁阻尼7－3趋肤效应8.RL电路的暂态过程8－1RL电路与直流电源的接通8－2已通电RL电路的短接9.RC电路的暂态过程9－1RC电路与直流电源的接通9－2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。第七章磁介质（8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1－1磁介质的磁化．磁化强度1－2磁化电流1－3磁场强度H．有磁介质时的环路定理1－4静磁场与静