电磁场与电磁波
电磁场与电磁波
10万+ 人选课
更新日期:2025/04/30
开课时间2025/02/17 - 2025/06/29
课程周期19 周
开课状态开课中
每周学时-
课程简介

  《电磁场与电磁波》课程是电子信息与电气工程类等专业本科生必修的专业基础课,属于理论与实践紧密结合的课程。其目的和任务是使学生理解和掌握电磁场与电磁波的基本理论,为今后深入学习及应用打下良好的基础。

  北京交通大学电磁场与电磁波MOOC课程,由国家级电工电子教学团队电磁场与电磁波课程组全体教师精心打造,由北京市教学名师、北京市课程思政教学名师宝钢优秀教师奖邵小桃教授主讲。课程主要讲述矢量分析、静态场、时变场三个方面的内容,共6章23讲,分为120个知识点。教学环节主要包括视频讲授、单元测验、单元作业、随堂测验、讨论、答疑、阶段测验及期末考试。授课视频中添加了许多形象生动的动画、Matlab仿真,图文并茂,直观有趣。课程还安排了包括静电场、磁悬浮、电磁感应和平面电磁波的部分演示实验,通过观察实验结果,分析实验现象,进一步加深对电磁场理论的理解和掌握。课程最后添加了10个“知识拓展与应用”,理论联系实际,启发探究,不断创新。另外,为了方便大家学习,全部视频都配有字幕,可供选择。

  北京交通大学“电磁场与电磁波”课程是首批国家级一流本科线上课程校级精品课程、校级优质课建设课程。教学团队有11位主讲,其中5位校级优秀主讲教师、9位博士。主讲教师邵小桃教授毕业于西安交通大学,并留校任教。从西安交通大学到北京交通大学,长期从事电磁场与电磁波教学,积累了丰富的教学经验。课程中呈现的动画、Matlab仿真主要由卫延、李一玫和王国栋老师完成。课程的演示实验由张波、李一玫、郭勇老师录制完成。崔勇老师也提供了部分动画以及习题的整理,王鑫老师提供了大量的应用图片。研究生助教姜宇嘉、郭鸣坤、危财克也参与了有关文字数据的整理工作。课程录像在北京交通大学多媒体教室完成,录制、剪辑、片头制作等均由北京交通大学远程教育中心贾焕军老师完成,后期字幕的制作由北京交通大学远程教育中心姚思洋、乔青等老师完成。


 

课程大纲

第 1 讲 绪论 & 第 1 章 矢量分析

0.1 绪论

1.0 矢量分析导论

1.1 矢量运算

1.2 标量场与矢量场

1.3 正交坐标系与微分元

1.4 圆柱坐标系

1.5 圆柱坐标系的微分元

1.6 球坐标系与微分元

第 2 讲 第 1 章 矢量分析 续

1.7 标量场的方向导数和梯度

1.8 梯度的性质和物理意义

1.9 矢量场的通量

1.10 矢量场的散度

1.11 散度的物理意义

1.12 散度定理

1.13 环量和涡旋源 旋度的定义

1.14 旋度的数学计算式

1.15 旋度的性质

1.16 斯托克斯定理

1.17 三度小结

1.18 亥姆霍兹定理

第 1 周 单元测验

第 3 讲 第 2 章 静电场

2.0 静电场导论

2.1 电场强度 库仑定律

2.2 电场强度计算

2.3 静电场的通量和散度

2.4 静电场的环量和旋度 静电场的基本方程

2.5 真空中静电场的基本方程的应用

第 4 讲 第 2 章 静电场 续1

2.6 电位的定义

2.7 电位的计算

2.8 电偶极子

2.9 介质的极化

2.10 极化介质的电位

2.11 介质中的高斯定律

2.12 介质中的高斯定律应用举例

第 2 周 单元测验

第 2 周 单元作业

第 5 讲 第 2 章 静电场 续2

2.13 静电场的边界条件

2.14 边界条件分析举例 1

2.15 边界条件分析举例 2

2.16 泊松方程与拉普拉斯方程

2.17 一维边值问题分析举例

第 6 讲 第 2 章 静电场 续3

2.18 格林定理 唯一性定理

2.19 直角坐标系的分离变量法

2.20 圆柱坐标系的分离变量法

2.21 球坐标系的分离变量法

第 3 周 单元测验

第 3 周 单元作业

第 7 讲 第 2 章 静电场 续4

2.22 平面镜像法

2.23 球面镜像法

第 8 讲 第 2 章 静电场 续5

2.24 多导体系统间的部分电容定义

2.25 多导体部分电容的应用举例

2.26 静电场能量

2.27 静电力 小结

第 2 章 讨论题

第 4 周 单元测验

第 9 讲 第 3 章 恒定电场

3.0 恒定电场导论

3.1 电流密度

3.2 恒定电场的基本方程

3.3 恒定电场的边界条件

第 10 讲 第 3 章 恒定电场 续

3.4 恒定电场与静电场的比拟应用

3.5 电阻和电导的计算

3.6 接地电阻 小结

第 3 章 讨论题

第5周 单元测验

第 11 讲 第 4 章 恒定磁场

4.0 恒定磁场导论

4.1 安培力定律

4.2 磁感应强度

4.3 磁感应强度计算

4.4 洛伦兹力

4.5 真空中恒定磁场的基本方程

4.6 真空中恒定磁场的基本方程应用举例

第 12 讲 恒定磁场 续1

4.7 矢量磁位

4.8 磁偶极子

4.9 介质的磁化

4.10 磁介质中的安培环路定理

4.11 磁介质中的安培环路定理应用举例

第6周 单元作业

第6周 单元测验

第 13 讲 恒定磁场 续2

4.12 两种磁介质分界面上的边界条件

4.13 理想导磁体表面的边界条件

4.14 矢量磁位的边界条件 应用举例

4.15 标量磁位

第 14 讲 恒定磁场 续3

4.16 自感和互感

4.17 自感和互感的计算 1

4.18 自感和互感的计算 2

4.19 磁场能量 磁场力 举例 小结

第4章 讨论题

第7周 单元测验

静态场演示实验

静电起电机

静电除尘实验

静电电动机实验

静电风车实验

静电单摆实验

磁悬浮实验

第 15 讲 时变电磁场

5.0 时变电磁场导论

5.1 法拉第电磁感应定律现象

5.2 法拉第电磁感应定律

5.3 法拉第电磁感应定律应用

5.4 位移电流的概念

5.5 似稳电磁场

第 16 讲 时变电磁场 续1

5.7 无源区的麦克斯韦方程组

5.8 麦克斯韦方程组的应用

5.9 无源区的波动方程

5.10 电磁波的一般概念

5.11 时变电磁场的边界条件

5.12 时变电磁场的边界条件应用

5.6 麦克斯韦方程组

第8周 单元作业

第8周 单元测验

第 17 讲 时变电磁场 续2

5.13 正弦电磁场的复数表示法

5.14 麦克斯韦方程组的复数形式

5.15 波动方程的复数形式

第 18 讲 时变电磁场 续3

5.16 时域坡印廷定理

5.17 频域坡印廷定理

5.18 平行双线应用分析

5.19 同轴线应用分析

5.20 动态位方程

5.21 动态位方程的解

5.22 小结

第5章 讨论题

第9周 单元测验

第9周 单元作业

第 19 讲 平面电磁波

6.0 平面波导论

6.1 均匀平面波的方程和解式

6.2 描述均匀平面波的参数

6.3 均匀平面波的传播特性

6.4 均匀平面波的一般表达式

第 20 讲 平面电磁波 续1

6.5 电磁波的极化 线极化

6.6 圆极化和椭圆极化

6.7 线圆极化波的合成和分解

6.8 复矢量判定波的极化

6.9 波极化应用举例

第10周 单元测验

第 21 讲 平面电磁波 续2

6.10 有耗媒质中的均匀平面波

6.11 半导电媒质中的均匀平面波

6.12 良导体中的均匀平面波

6.13 良介质和色散介质中的均匀平面波

第 22 讲 平面电磁波 续3

6.14 理想介质分界面的垂直入射

6.15 理想导体表面的垂直入射

6.16 良导体表面的垂直入射

6.17 平行极化波的斜入射

6.18 垂直极化波的斜入射

第11周 单元测验

第11周 单元作业

第 23 讲 平面电磁波 续4

6.19 波的全反射

6.20 波的全折射

6.21 理想导体表面的斜入射

6.22 群速

6.23 小结

第6章 讨论题

知识拓展与应用

5G技术通俗易懂的讲解

FAST - 500米口径球面射电望远镜

电磁场对健康的影响

静电力

超导技术

电磁感应

吸波、透波及缩波效应

高功率微波

闪电

雷电及防护

麦克斯韦有多牛?

双缝干涉实验演示

时变电磁场演示实验

电磁感应实验1

电磁感应实验2

电磁波发射接收——八木天线

电磁波发射接收——趋肤效应

微波分光仪介绍

微波分光仪反射实验

迈克尔逊干涉实验

介电常数测量实验

全折射实验

圆极化波的产生1

圆极化波的产生2

圆极化波的反射与折射