《电磁学》教学大纲

1、电磁学教学大纲执笔人：胡文弢 董永胜审稿人：胡文弢课程代码：070208课程名称：电磁学授课对象：物理学专业专科生课程性质：物理学专业基础课(考试) 学科特点和教学目标一、学科特点1、本课程属于物理学专业基础课，是物理学的一个重要分支，是所有理工科课程的基础。本课程以经典力学为基础，以实验事实为依据，采用矢量代数和矢量分析方法，以场的观点，去研究电磁场与带电粒子的相互作用基本规律和在生产实践中的一些应用。2、本课程具有理论逻辑性强、实验性强、数学形式优美和应用性广的显著特点。3、本课程的理论基础建立于19世纪后期，它在微观和宏观世界的研究中发挥作用，是电机、电视机、收录机、电子计算机、雷达等的基本原理；与空间技术、激光技术、超导技术乃至信息技术密切相关；电工学、电子学、无线电学、自动控制、等离子体物理学和磁流体力学等技术学科和新学科都是基于电磁学而发展创立；光学、生物学、化学乃到生命科学等大领域学科也无不与电磁学密切相关；现代物理所获得的许多新成果，要用于技术转化成生产力，也不能没有电磁学理论的辅助。4、目前本课程的应用和发展主要有两个方面：一是在工程技术应用方面，麦克斯韦方程组经常而

2、普遍地用来解决各式各样的实际问题；二是在理论基础研究方面，正不断努力推广电磁理论，使其成为更一般理论的一种特殊情况。二、教学目标1、在具体教学过程中，根据不同章节的不同内容，可适当引进现代化教学手段，要因材施教，采用灵活有效的教学方法，既要使学生掌握电磁学的理论精髓，又要使学生体会和领略实验对物理学科的重要性和必要性，还要使学生学会采用必要的高等数学方法去分析和研究电磁学问题，培养学生的物理思维能力和解决实际电磁学问题的能力。2、电磁学应致力于对基本概念、基本规律的正确、严格的阐述，对某些难点作较详细的分析和深入的讨论，但也要注意因现代物理学发展条件的改变，某些概念可能有拓宽和演变，要充分利用电磁学与某些问题的联系，寻找与电磁学有关的物理学和其他自然科学的新发展，寻找适合的延伸点，介绍电磁学与工程、技术学科的密切相关的某些重要应用，要适当介绍一些电磁学定律建立的某些历史以及有价值的背景资料，以提高学生科学素养，培养历史唯物主义和辩证唯物主义的基本观点。3、电磁学要重视现象的观察，实验及实验结果的分析，要透过现象看到物的本质，从感性认识上升到理性认识，培养学生的分析、归纳能力；要巧妙地应

3、用高等数学总结、概括和表达电磁学规律，要帮助和引导学生学会使用高等数学，把“物”和“理”密切结合，培养学生的数学演绎能力。要布置相关的阅读材料和参考文献，使学生扩大电磁学理论的知识视野，不断培养并提高自学能力和科学研究能力。4、通过思考题、习题的习作，使学生加深对理论的认识，有意识地培养和提高严谨的分析能力，并使学生学会正确使用数学工具。此外，布置一些自找数据的估算和独立性较强的习题，对提高学生独立工作能力并培养物理思维能力也将大有脾益。 三、教学组织形式与安排电磁学的教学活动按90学时左右在一学期内完成。具体教学活动拟采用如下手段予以施行：（1）演示，设问，提示，总结，讨论，习题；（2）设问，自习，提问，总结，讨论，精讲，习题；（3）提问，设题，提示，讨论，讲解，习题；（4）“平辅直叙”，精讲难、重点，习题，设题。所有教学课、讨论课、习题课将依各章节内容的变化随时间调整，考试以期末完成。要求学生在学习过程中：（1）积极参与并配合各教学活动；（2）随时提出问题和建议；（3）及时按教师布置书目进行读书，必要时写出读书报告；（4）独立认真完成作业和其它学习任务。 教学内容和教学要求绪论（+

4、2学时）一、教学内容1、电磁学的研究对象和基本内容2、电磁学的基本特点和与其他学科的关系3、电磁学的地位与作用4、电磁学发展简史5、主要参考书和参考文献6、教学要求二、教学要求1、了解电磁学的研究对象和基本内容，了解电磁学的基本特点和与其他学科的关系，了解电磁学的地位与作用，了解电磁学发展简史。2、介绍主要参考书和参考文献，介绍本课程的教学组织和安排，并提出基本学习要求。第0章 矢量代数和矢量分析初步（+2课时）一、教学内容0.1 矢量代数0.2 矢量分析初步二、教学要求1、掌握矢量的表示，掌握矢量的加减与合成、分解，掌握矢量的点乘和叉乘运算。2、理解标量场的等值面与梯度的意义，理解矢量场的环流与旋度的意义，理解矢量场的通量与散度的意义，掌握矢量积分的两个重要定理。第一章 静电场 （20课时）一、教学内容1.1 静电的基本现象和基本规律1.2 电场 电场强度1.3 电通量 静电场的高斯定理1.4 电势及其梯度1.5 静电场中的导体1.6 电容 电容器二、教学要求1、理解并掌握电荷的基本属性，了解分数电荷与夸克等概念。理解并掌握库仑定律的意义和应用，并了解库仑定律的建立简史及其验证实验。

5、2、深刻理解电场强度和电场力的概念，理解静电力的两个重要特征。3、深刻理解静电场的两个基本定理的物理意义，并熟练掌握应用高斯定理求场强的方法。4、深刻理解电势能与电势的物理意义及相互联系，熟练掌握利用场强积分关系求电势的方法，并掌握利用迭加原理计算场强和电势的基本方法。5、理解并掌握静电平衡性质和应用，能准确恰当地利用电力线、等势面等辅助概念分析和了解一些静电现象特征与基本规律。6、掌握电容的计算方法，并掌握电容器串并联和储能规律。三、课程组织形式1、安排一至三次习题课，帮助学生掌握场强与电势的计算方法。2、指导学生学习课外阅读资料。如：（1）库仑定律的建立史料；（2）平方反比律的精确验证史料；（3）关于高斯定理与库仑定律等价性的讨论文献。3、组织学生观察或进行下列部分或全部实验：（1）感应起电，带电体对金属小球、介质小球的作用；（2）利用金箔验电器测量电势差和电量问题的讨论和实验验证；（3）尖端放电现象；（4）静电屏蔽，高压带电著作业的模拟。4、以电容器为例，讨论在改变距离时，保持电压不变或电量不变时的其它量的情况。5、介绍并指导学生阅读有关资料。第二章 稳恒磁场（14课时）一、教学

6、内容2.1 磁的基本现象和基本规律2.2 磁感应强度 毕奥萨伐尔定律2.3 磁通量 磁场的高斯定理2.4 安培环路定理2.5 磁场对载流导线的作用2.6 带电粒子在磁场中的运动二、教学要求1、观察并理解磁现象及其本质。2、着重理解安培定律的物理意义和空间图象，熟练掌握安培定律的应用。3、理解磁通量的概念和意义，理解并掌握磁场高斯定理的本质。4、掌握应用毕奥萨伐尔定律计算磁场的方法，熟练掌握安培环路定理的本质以及应用安培环路定理计算磁场分布的方法。5、熟练掌握安培公式的应用，理解磁矩的概念，会分析线圈在磁场中的受力情况。6、掌握洛仑兹力公式并进行相关分析，了解加速器和荷质比的测定方法，了解磁单极子，会分析霍尔效应的原因与结果。三、课程组织形式1、安排习题课，帮助学生掌握磁场和磁场力的计算方法。2、组织学生学习有关资料，就稳恒电流的磁场、安培力与洛仑磁力进行对比讨论。3、可介绍国内外加速器的应用开发研究情况。第三章 电磁感应（10课时）一、教学内容3.1 电磁感应定律3.2 动生电动势和感生电动势3.3 互感与自感二、教学要求1、通过对电磁感应现象的总结，熟练掌握楞次定律与法拉第电磁感应定

7、律。2、理解感应电场与静电场的不同，明确理解动生电动势与感生电动势的异同，并能计算这两种电动势。3、通过磁通匝链数、感应电动势及励磁电流去理解自感系数与互感系数的意义，并掌握自感系数、互感系数的理论计算法以及两个线圈串联后的等效自感系数的计算问题。4、掌握线圈储能公式及其含义。三、课程组织形式1、安排一次习题课，使学生掌握动生电动势和感生电动势、自感系数和互感系数的计算方法。2、介绍和指导学生阅读有关文献。第四章 电磁介质（16课时） 一、教学内容4.1 电介质4.2 磁介质4.3 铁磁质4.4 导体、电磁介质界面上的边界条件 磁路定理4.5 电磁场的能量二、教学要求1、理解并掌握电介质的极化机制模型及其分析过程中的数学手段。深刻理解极化强度和极化电荷的概念及其意义。2、熟练掌握利用电介质中的高斯定理计算电位移矢量、场强、极化强度和极化电荷的方法与过程，以及它们之间的相互联系。3、理解电位移矢量和场强的边界行为及物理图象，并掌握应用边界条件去分析一些相关问题。4、简单介绍非线性介质材料的应用。5、理解磁介质的磁化机制，通过电子、原子或分子的磁矩定性说明物质磁性的起源，并对物质的顺磁性与

8、抗磁性作出解释。6、理解介质磁化的分子电流、分子磁矩模型，从而深刻理解磁介质对磁场的影响是介质内部或表面上出现磁化电流分布的本质，深刻理解磁化强度和磁化电流的概念及其意义。7、深刻理解介质中安培环路定理的意义，理解磁场中的辅助量-磁场强度的作用。8、理解和掌握磁场在介质边界的行为，熟练掌握应用介质中的安培环路定理和边界条件计算B、H、M、IM等量的方法和过程，并理解上述各量间的相互联系与区别。9、理解介质中电场和磁场的能量密度公式及其意义。了解从能量求力的方法，了解相互作用能和固有能。10、了解磁性和铁磁材料的应用。三、课程组织形式1、安排一次习题课，使学生掌握介质中场分布的计算及新场源的计算。2、组织课堂讨论或小组讨论，使学生进一步理解和认识极化场与极化电荷、磁化场与磁化电流都可单独激发场，但生存条件有别。3、简单介绍非线性介质的应用。 4、讨论的问题有：（1）保持电压和电量不变的情况下，把均匀介质插入平行板电容器后，上述各量的变化和相互联系，场量和场源的关系。（2）从场方程出发，讨论上述各量的区别和联系。5、组织课堂讨论，对稳恒磁场与静电场对比，找出它们的异同并分析原因。6、介绍和

9、指导阅读有关非线性光学、现代磁学、磁性材料研究与应用的文献资料。 第五章 电路（14课时）一、教学内容5.1 稳恒电流5.2 电源及其电动势5.3 稳恒电路的计算5.4 暂态过程5.5 交流电概述5.6 单一元件的交流电路5.7 简单交流电路5.8 复杂交流电路二、教学要求1、理解稳恒电场与电流的关系，掌握导体中电流的形成与稳恒条件，掌握欧姆定律的微分形式及其意义，能解释一些有关问题。了解几种温差电现象及相应电动势的起因，了解超导现象。2、掌握电源及其电动势的概念和实质。3、理解和掌握含源电路的欧姆定律，并能应用基尔霍夫定律分析复杂电路问题，了解等效电源定理。4、理解电路暂态过程的本质，基本掌握RL、RC、RLC等电路暂态过程的处理方法。5、理解并掌握交流电的基本概念和基本物理量的复数表示法。6、熟练掌握交流电路中单一元件的复数欧姆关系及其图示。7、对应稳恒电路的处理方法，掌握简单交流电路和复杂交流电路的复数解法。8、理解并掌握交流电各功率的意义和基本计算。三、课堂组织形式1、这部分内容的材料不少，但中学基础较好。故课堂讲授时间可适当放宽，要求学生自学的比例可适当增加。2、安排一次习题课或讨论课，帮助学生解决集中或重点问题。第六章 麦克斯韦电磁理论 电磁波（6课时）一、教学内容6.1 麦克斯韦电磁理论6.2 电磁波理论6.3 电磁波的产生二、教学要求1、理解并掌握位移电流的实质及意义。2、深刻理解麦克斯韦方程组的物理意义。

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