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第一章矢量分析
电磁场是分布在三维空间的矢量场,矢量分析是研究电磁场在空间的分布和变化规律的基本数学工具之一。本章是本门课程的基础,在介绍了标量场和矢量场的概念后引入散度与旋度及亥姆霍兹定理。为本门课程的学习打下基础。
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●1.1矢量代数
讲解标量、矢量,以及矢量的代数运算。
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●1.2三种常用的正交曲线坐标系
讲解最常用的直角、圆柱和球坐标系。
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●1.3标量场的方向导数与梯度
讲解标量场的等值面、方向导数和梯度。
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●1.4矢量场的通量与散度
讲解矢量场的通量、散度和散度定理。
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●1.5矢量场的环流与旋度
讲解矢量场的旋度和斯托克斯定理。
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●1.6无旋场与无散场
讲解无旋场的标量位和无散场的矢量位。
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●1.7格林定理与亥姆霍兹定理
讲解格林定理和亥姆霍兹定理。
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第二章电磁场的基本规律
电磁学的定律具有重要物理意义。本章从电磁场的源量(电荷和电流)入手,引入电磁场的基本规律及能量,并讨论其散度和旋度,最终得到媒质的电磁特性及麦克斯韦方程组。
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●2.1电荷守恒定律
讲解电荷密度和电流密度的定义,以及电荷守恒定律与电流连续性方程。
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●2.2真空中静电场的基本规律
讲解库仑定律、电场强度以及静电场的散度与旋度。
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●2.3真空中恒定磁场的基本规律
讲解安培力定律、磁感应强度以及恒定磁场的散度与旋度。
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●2.4媒质的电磁特性
讲解电介质的极化特性和磁介质的磁化特性,以及介质中的电场和磁场的求解。
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●2.5电磁感应定律和位移电流
讲解法拉第电磁感应定律和位移电流。
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●2.6麦克斯韦方程组
讲解麦克斯韦积分和微分形式的方程组,以及麦克斯韦方程组的意义。
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●2.7电磁场的边界条件
讲解电磁场的边界条件。
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第三章静态电磁场及其边值问题的解
由麦克斯韦方程组可以看出,当场量不随时间变化时,电场矢量满足的方程和磁场矢量满足的方程是相互独立的。本章将分别讨论静电场、恒定电场和恒定磁场的分析方法,以及静态场边值问题的解法。
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●3.1静电场基本问题
本节介绍了静电场的基本方程及边界条件。
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●3.2静电场的位函数
本节介绍了静电场的位函数及电位差。
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●3.3静电场的能量及静电力
本节介绍了静电场的能量及静电力。
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●3.4恒定电场的基本问题
本节介绍了恒定电场的基本方程及边界条件。
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●3.5恒定磁场基本问题及位函数
本节介绍了恒定磁场的基本方程、边界条件及位函数。
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●3.6电感
本节介绍了自感、互感及纽曼公式。
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●3.7恒定磁场的能量
本节介绍了恒定磁场的能量及能量密度。
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●3.8静态场的边值问题及解的唯一性定理
本节介绍了三类静态场的边值问题及唯一性定理。
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第四章时变电磁场
在时变的情况下,电场和磁场相互激励,在空间形成电磁波,时变电磁场的能量以电磁波的形式进行传播。本章主要是对电磁场的波动方程和时变电磁场的位函数及其微分方程进行了讨论,同时讨论了电磁场的能流和表征电磁场能量守恒关系的坡印廷定理,并引入时谐电磁场。
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●4.1波动方程
本节主要介绍了由麦克斯韦方程推导了波动方程。
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●4.2电磁场的位函数
主要介绍了电磁场的位函数及规范条件。
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●4.3电磁能量守恒定律
本节介绍了电磁能量守恒关系、坡印廷定理及坡印廷矢量。
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●4.4时谐电磁场的复数表示
本节主要介绍了如何运用复数表示时谐电磁场。
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●4.5麦克斯韦方程、电容率、磁导率及亥姆霍兹方程的复数表示
本节主要介绍了运用复数表示麦克斯韦方程、电容率及磁导率。
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●4.6时谐场的位函数及平均能流密度矢量
本节介绍了时谐电磁场的位函数及平均能流密度矢量和平均能量密度。
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第五章均匀平面波在无界空间中的传播
本章将讨论电磁波的传播规律及特点。从简单的平面电磁波入手,讨论在无界理想介质中均匀平面波的传播特点和各项参数的物理意义,以及有耗媒质中均匀平面波的传播特点。
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●5.1均匀平面波在无界空间中的传播
本节主要介绍了理想介质中的均匀平面波。
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●5.2理想介质中的均匀平面波
本节主要介绍了理想介质中平面波的传播特点及参数。
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●5.3电磁波的极化—分类
本节主要介绍了极化的概念及三种极化方式。
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●5.4导电媒质中的均匀平面波概念
本节主要介绍了导电媒质中均匀平面波的传播特点。
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●5.5导电媒质中的均匀平面波弱导、良导
本节主要介绍了弱导电媒质中以及良导体中的均匀平面波传播的特点。
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●5.6色散与群速
本节主要介绍了色散形成的原因及色散与群速的相关概念。
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第六章均匀平面波的反射与投射
实际的空间是有界的,当电磁波在传播途中遇到边界时,一部分能量穿过边界,形成透射波;另一部分能量被边界反射,形成反射波,这就是电磁波在边界上发生的反射和透射现象。
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●6.1均匀平面波对导电媒质的垂直入射
讲解均匀平面波对导电媒质的垂直入射。
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●6.2均匀平面波对理想导体分界面的垂直入射
讲解均匀平面波对理想导体分界面的垂直入射。
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●6.3均匀平面波对理想介质的垂直入射
讲解均匀平面波对理想介质的垂直入射。
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●6.4均匀平面波对分界面的垂直入射相关例题
讲解均匀平面波对分界面的垂直入射的相关例题。
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●6.5多层介质分界平面的垂直入射
讲解多层介质分界面的垂直入射。
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●6.6垂直极化波对理想介质分界平面的斜入射
讲解垂直极化波对理想介质分界面的斜入射。
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●6.7平行极化波对理想介质分界平面的斜入射
讲解平行极化波对理想介质分界面的斜入射。
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●6.8全反射与全透射
讲解全反射与全透射,以及临界角与布儒斯特角的定义。
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●6.9垂直极化波对理想导体平面的斜入射
讲解垂直极化波对理想导体分界面的斜入射。
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●6.10平行极化波对理想导体平面的斜入射
讲解平行极化波对理想导体分界面的斜入射。
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第七章导行电磁波
在实际应用中,往往需要电磁波沿着需要的方向传播,这种能够引导电磁波沿着一定方向传播的装置,被称为波导。常见的波导有规则金属波导如矩形、圆形金属波导、同轴线和微带线等。在波导中定向传播的电磁波被称为导行电磁波或导行波。
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●7.1导行电磁波
讲解导行电磁波,TEM波、TE波和TM波的概念。
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●7.2矩形波导的场分布
讲解矩形波导的场分布。
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●7.3矩形波导的传播特性
讲解矩形波导的传播特性。
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●7.4矩形波导的主模
讲解矩形波导的中的主模。
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●7.5矩形波导的模式分布
讲解矩形波导的模式分布。
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●7.6圆柱形波导
讲解圆柱形波导中的场分布、波的传播特性和三种典型模式。
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●7.7同轴波导
讲解同轴波导中的TEM波和高次模。
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●7.8谐振腔
讲解谐振腔的概念和作用。
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●7.9传输线的场分布
讲解传输线的场分布。
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●7.10传输线的特性与工作状态
讲解传输线的特性与工作状态。