1、1高 等 教 育 出 版 社 郭 秀 蘭Email: Tel: 2一、課程的性質(zhì)二、電磁場理論的發(fā)展 三、電磁場理論的應用 四、內(nèi)容安排五、學習的目的、方法及其要求六、主要參考書七、考核方式3 電磁場（或電磁波）作為能量的一種形式，是當今世界最重要的能源之一 電磁波作為信息傳輸?shù)妮d體，已經(jīng)成為當今人類社會發(fā)布和獲取信息、探測未知世界的重要手段。例如通信衛(wèi)星等一、課程的性質(zhì) 電類專業(yè)學生必修的技術(shù)基礎(chǔ)課 是電氣工程師的必備知識 是電磁理論的重要組成部分41電磁場理論的早期研究 電、磁現(xiàn)象是大自然最重要的物理現(xiàn)象，也是最早被科學家們關(guān)心和研究的物理現(xiàn)象，其中貢獻最大的有賴頓、富蘭克林、伏打、庫倫等

2、科學家。 19世紀以前，電、磁現(xiàn)象一直作為兩個獨立的物理現(xiàn)象，沒有人發(fā)現(xiàn)它們之間的相互聯(lián)系。但是這些研究（特別是伏打1799年發(fā)明了電池）為電磁學理論的建立奠定了基礎(chǔ)。二、電磁場理論的發(fā)展52電磁場理論的建立 18世紀末期，德國哲學家謝林認為，宇宙是有活力的，而不是僵死的。他認為電就是宇宙的活力，是宇宙的靈魂，電、磁、光、熱是相互聯(lián)系的。 丹麥物理學家奧斯特是謝林的信徒，他從1807年開始研究電、磁之間的關(guān)系。1820年，他發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應。 1820年，法國化學家安培通過實驗發(fā)現(xiàn)通電的線圈與磁鐵相似，兩個電流間存在相互作用。并且發(fā)現(xiàn)了作用力的方向、電流的方向等。他認識到磁是由運動的電所產(chǎn)生

3、的，并由此說明了地磁的成因和物質(zhì)的磁性。之后他還提出分子電流的假說等，定量地建立了若干重要的數(shù)學公式。發(fā)表了電磁學史上一部重要的經(jīng)典論著電動力學現(xiàn)象的數(shù)學理論6 奧斯特1820年發(fā)現(xiàn)電流以力作用于磁針，即電流的磁效應后，英國科學家法拉第敏銳地意識到，電可以對磁產(chǎn)生作用，磁也一定能夠?qū)﹄姰a(chǎn)生影響。1821年他開始探索磁生電的實驗。1831年他發(fā)現(xiàn)，當磁棒插入導體線圈時，線圈中就會產(chǎn)生電流。由此總結(jié)出了法拉第電磁感應定律。 1864年，英國物理學家麥克斯韋在前人基礎(chǔ)上，通過對整個電磁現(xiàn)象系統(tǒng)、全面的研究，總結(jié)了宏觀電磁現(xiàn)象的規(guī)律，引進位移電流的概念。他將電磁現(xiàn)象的基本規(guī)律用簡潔、對稱、完美的數(shù)學形

4、式表示出來，后人稱之為麥克斯韋方程組，這是經(jīng)典電磁學的基本方程。 1865年他預言了電磁波的存在，同時提出光也是電磁波的一種形式，由此，麥克斯韋把光學和電磁學統(tǒng)一起來，這是牛頓之后19世紀科學史上最偉大的綜合。7 3電磁場理論的發(fā)展 在麥克斯韋方程建立后的一百多年里,隨著科學技術(shù)的發(fā)展，電磁理論得到了廣泛的應用和發(fā)展，尤其近30年來，無線電電子學、計算機和網(wǎng)絡技術(shù)的飛速發(fā)展，生物電磁學、新型電磁材料、環(huán)境電磁學和電磁兼容等學科的建立，向電磁理論提出了許多新的研究課題，使現(xiàn)代電磁理論得到了迅速的發(fā)展。8 1887年，德國科學家赫茲用電火花激勵一個環(huán)狀天線，用另一個帶隙的環(huán)狀天線接收，從而證實了麥

5、克斯韋關(guān)于電磁波存在的預言，這一重要的實驗導致了后來無線電報的發(fā)明。從此開始了電磁場理論應用與發(fā)展時代，并且發(fā)展成為當代最引人注目的學科之一。 三、電磁場理論的應用 9無線電報: 1895年，意大利馬可尼成功地進行了2.5km距離的無線電報傳送實驗；1896年，波波夫進行了約250m米距離的類似試驗； 1899年, 無線電報跨越英吉利海峽的試驗成功；1901年，跨越大西洋的3200km距離的試驗成功。 廣播: 1906年，美國費森登用50kHz頻率發(fā)電機作發(fā)射機，用微音器接入天線實現(xiàn)調(diào)制，使大西洋航船上的報務員聽到了他從波士頓播出的音樂；1919年，第一個定時播發(fā)語言和音樂的無線電廣播電臺在英

6、國建成；次年，在美國的匹茲堡城又建成一座無線電廣播電臺。10 電視: 1884年，德國尼普科夫提出機械掃描電視的設(shè)想；1927年，英國貝爾德成功地用電話線路把圖像從倫敦傳至大西洋中的船上；茲沃霄金在1923和1924 年相繼發(fā)明了攝像管和顯像管；1931年，他組裝成世界上第一個全電子電視系統(tǒng)。雷達: 第二次世界大戰(zhàn)前夕，飛機成為主要進攻武器。英、美、德、法等國競相研制一類能夠早期警戒飛機的裝置。在整個第二次世界大戰(zhàn)期間，雷達成了電磁場理論最活躍的部分。在當今冷戰(zhàn)階段，雷達依然是現(xiàn)代電子戰(zhàn)的主要預警、作戰(zhàn)，導航的主要設(shè)備。11衛(wèi)星通信技術(shù): 1958年， 美國發(fā)射低軌道“斯科爾”衛(wèi)星成功，這是第

7、一顆用于通信的試驗衛(wèi)星。1964年，借助定點同步通信衛(wèi)星首次實現(xiàn)了美、 歐、非三大洲的通信和電視轉(zhuǎn)播。1965年，第一顆商用定點同步衛(wèi)星投入運行。目前衛(wèi)星地球站已遍布世界各國，這些衛(wèi)星地球站又和本國或本地區(qū)的通信網(wǎng)接通，衛(wèi)星通信發(fā)展趨于成熟。衛(wèi)星定位技術(shù): 1957年衛(wèi)星發(fā)射成功后，人們試圖將雷達引入衛(wèi)星，實現(xiàn)以衛(wèi)星為基地對地球表面及近地空間目標的定位和導航。1973年美國提出了由24顆衛(wèi)星組成的實用系統(tǒng)新方案，即GPS計劃。1990年最終的GPS方案是由21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成。12其他應用： 陰極射線示波器，噴墨打印機，礦物的分選，磁分離器，回旋加速器，磁流體發(fā)電機，電磁泵，磁

8、懸浮列車，變壓器，電磁爐，電磁式生物芯片，隱形飛機，射電天文學、電磁高速公路等等13矢量分析電磁場的基本規(guī)律靜態(tài)電磁場及其邊值問題的解 時變電磁場均勻平面波在無界空間中的傳播 均勻平面波的反射和透射 電磁輻射 四、內(nèi)容安排根據(jù)紙質(zhì)主教材，本教案也分7章14五、學習的目的掌握宏觀電磁場的基本屬性和運動規(guī)律掌握宏觀電磁波的傳播規(guī)律了解電磁波的輻射原理掌握靜態(tài)場問題的基本求解方法訓練分析問題、歸納問題的科學方法培養(yǎng)用數(shù)學方法解決實際問題的能力培養(yǎng)空間想象能力和抽象思維能力六、學習方法及其要求1、掌握理論體系結(jié)構(gòu) 電磁場理論是以三大定律和兩個基本假說為基礎(chǔ)，歸 納總結(jié)出宏觀電磁現(xiàn)象的普遍規(guī)律麥克斯韋方

9、程，然后再討論靜態(tài)場（包括靜電場、恒定電場、恒定磁場）和時變電磁場的基本特性，最后討論電磁波的傳播及輻射特性。 三大定律：庫侖定律、安培力定律、法拉第電磁感應定律 兩個基本假說：有旋電場的假說和位移電流的假說2、提高課堂效率，認真聽課，及時復習，疑難問題及時解決，認真思考并盡力獨立完成作業(yè)！ 說明：因本課程的理論性較強，物理概念較抽象，要求的數(shù)學知識較多，因此，在學習本門課程之前，應當對普通物理學、高等數(shù)學、矢量分析和數(shù)理方程方面的知識進行復習，并對本課程做到課前預習課后復習。1516七、主要參考書【1】 謝處方，饒克謹. 電磁場與電磁波（第4版）. 北京：高等教育出版社，2004【2】 Li

10、ang Chi Shen, Jin Au Kong . Applied Electromagnetism 2nd ed . PWS Publishing Company, 1987【3】 John D. Kraus, Daniel A. Fleisch. Electromagnetics With Applications 5th ed （影印版）. 北京：清華大學出版社，2001【4】 William H. Hayt, Jr. John A. Buck 著.工程電磁學（第六版）. 徐安士, 周樂柱 譯. 北京：電子工業(yè)出版社，2004【5】 馮林，楊顯清，王園等編著. 電磁場與電磁波. 北京：機械工業(yè)出版社，2004【6】 楊顯清，王園，趙家升. 電磁場與電磁波（第4版）教學指導書. 北京：高等教育出版社，2006【7】畢德顯著.電磁場理論高等教育出版社【8】馮慈璋.電磁場高等教育出版社八、 考核方式17平時成績(作業(yè)和到課情況)占20%+期中考核成績占20%+期末考試成績占60%說明：1、平時作業(yè)按照優(yōu)、良、中、差四個等級進行評定，占10%；到課情況以課堂點名為準占10%（凡三次無故缺席者，取消平時成績）。2、期中考核采用隨堂測驗（開卷）形式