《電磁場(chǎng)與電磁波理論基礎(chǔ)》學(xué)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)題解答

前言

　　“電磁場(chǎng)與電磁波”是電氣信息類本科學(xué)生必修的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程，它所涉及的內(nèi)容是電氣信息類本科學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)的必要組成部分。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，可使學(xué)習(xí)者在建立場(chǎng)與路的統(tǒng)一認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，從集總參數(shù)電路理論過(guò)渡到分布參數(shù)的高頻電路理論，為學(xué)習(xí)半導(dǎo)體技術(shù)、光電子技術(shù)、微波技術(shù)、天線理論、光纖通信、移動(dòng)通信等專業(yè)課程或從事電磁工程研究奠定必要的基礎(chǔ)?！　〉?，由嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推證、精確的實(shí)驗(yàn)和科學(xué)的抽象所構(gòu)成的電磁場(chǎng)與電磁波理論卻實(shí)在是一門既難教又難學(xué)的課程，它在數(shù)學(xué)方法和物理概念不斷相互交融中所表現(xiàn)出來(lái)的輪廓和內(nèi)涵，常常會(huì)令人感到望而生畏，從而使學(xué)生難以提高學(xué)習(xí)興趣?！　榱藢?duì)改善這種情況有所幫助，我們編寫了這本與《電磁場(chǎng)與電磁波理論基礎(chǔ)》（劉嵐、胡釙、黃秋元、胡耀祖等編寫，武漢理工大學(xué)出版社2006年9月出版）配套的教學(xué)指導(dǎo)書。希望本書能夠幫助教師正確理解和掌握各章的教學(xué)基本要求，處理好教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)；也希望本書能夠幫助學(xué)生正確理解和掌握電磁場(chǎng)與電磁波理論的基本內(nèi)容，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。　　全書共分11章，按照《電磁場(chǎng)與電磁波理論基礎(chǔ)》教材的內(nèi)容和順序逐章編寫，每章均分為以下四個(gè)部分：　?。?）基本內(nèi)容概述　　對(duì)本章內(nèi)容作簡(jiǎn)要?dú)w納，給出重要的公式和結(jié)論?！　。?）教學(xué)基本要求及重點(diǎn)和難點(diǎn)　　根據(jù)課程教學(xué)大綱，提出本章必須掌握的內(nèi)容和一般了解的內(nèi)容，對(duì)重點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)要討論?！　。?）典型例題分析　　詳細(xì)分析和解答具有代表性的例題，使讀者加深對(duì)基本理論的掌握，拓寬解題思路，提高解題技巧。　?。?）習(xí)題解答　　對(duì)《電磁場(chǎng)與電磁波理論基礎(chǔ)》教材的各章習(xí)題進(jìn)行了解答?！　∥錆h理工大學(xué)劉嵐、黃秋元、胡耀祖老師和武漢工程大學(xué)的程莉老師共同編寫了本書，全書由劉嵐審核定稿。　　本書是在總結(jié)了作者們多年從事電磁場(chǎng)與電磁波課程教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，并參閱了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的相關(guān)教材和參考書的基礎(chǔ)上編寫的。由于編者的水平和經(jīng)驗(yàn)有限，書中難免有錯(cuò)誤和不妥之處，敬請(qǐng)廣大同仁及讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

　　《〈電磁場(chǎng)與電磁波理論基礎(chǔ)〉學(xué)習(xí)指導(dǎo)與習(xí)題解答》共分11章，按照《電磁場(chǎng)與電磁波理論基礎(chǔ)》教材的內(nèi)容和順序逐章編寫，每章均分為以下四個(gè)部分：基本內(nèi)容概述；教學(xué)基本要求及重點(diǎn)和難點(diǎn)；典型例題分析；習(xí)題解答?！　　半姶艌?chǎng)與電磁波”是電氣信息類本科學(xué)生必修的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。通過(guò)該課程的學(xué)習(xí)，可使學(xué)習(xí)者在建立場(chǎng)與路的統(tǒng)一認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，從集總參數(shù)電路理論過(guò)渡到分布參數(shù)的高頻電路理論，為學(xué)習(xí)半導(dǎo)體技術(shù)、光電子技術(shù)、微波技術(shù)、天線理論、光纖通信、移動(dòng)通信等專業(yè)課程或從事電磁工程研究奠定必要的基礎(chǔ)。

書籍目錄

1　矢量分析1.1　基本內(nèi)容概述1.1.1　標(biāo)量與矢量、標(biāo)量場(chǎng)與矢量場(chǎng)1.1.2　矢量代數(shù)1.1.3　正交坐標(biāo)系1.1.4　場(chǎng)的"三度"：散度、旋度和梯度1.1.5　哈密頓微分算子V1.1.6　亥姆霍茲定理1.2　教學(xué)基本要求及重點(diǎn)和難點(diǎn)1.2.1　教學(xué)基本要求1.2.2　重點(diǎn)與難點(diǎn)1.3　典型例題分析1.4　習(xí)題解答2　電場(chǎng)、磁場(chǎng)與麥克斯韋方程組2.1　基本內(nèi)容概述2.1.1　電磁場(chǎng)中的作用力2.1.2　麥克斯韋第一方程2.1.3　麥克斯韋第二方程2.1.4　麥克斯韋第三方程2.1.5　電磁場(chǎng)中的三種電流2.1.6　電流連續(xù)性原理2.1.7　麥克斯韋第四方程2.1.8　微分形式的麥克斯韋方程組2.1.9　積分形式的麥克斯韋方程組2.1.10　時(shí)諧形式的麥克斯韋方程組2.1.11　電磁場(chǎng)的能量流動(dòng)2.2　教學(xué)基本要求及重點(diǎn)和難點(diǎn)2.2.1　教學(xué)基本要求2.2.2　重點(diǎn)與難點(diǎn)2.3　典型例題分析2.4　習(xí)題解答3　介質(zhì)中的麥克斯韋方程組3.1　基本內(nèi)容概述3.1.1　電介質(zhì)及其極化3.1.2　磁介質(zhì)的磁化3.1.3　介質(zhì)中的麥克斯韋方程組3.1.4　電磁場(chǎng)的邊界條件3.2　教學(xué)基本要求及重點(diǎn)和難點(diǎn)3.2.1　教學(xué)基本要求3.2.2　重點(diǎn)與難點(diǎn)3.3　典型例題分析3.4　習(xí)題解答4　矢量位與標(biāo)量位4.1　基本內(nèi)容概述4.1.1　矢量位A4.1.2　標(biāo)量位?4.1.3　達(dá)朗貝爾方程4.1.4　位函數(shù)齪虯的求解4.2　教學(xué)基本要求及重點(diǎn)和難點(diǎn)4.2.1　教學(xué)基本要求4.2.2　重點(diǎn)與難點(diǎn)4.3　典型例題分析4.4　習(xí)題解答5　靜態(tài)場(chǎng)的解5.1　基本內(nèi)容概述5.1.1　靜態(tài)場(chǎng)的分析5.1.2　靜態(tài)場(chǎng)位函數(shù)方程5.1.3　靜態(tài)場(chǎng)求解的理論依據(jù)5.1.4　靜態(tài)場(chǎng)的求解5.2　教學(xué)基本要求及重點(diǎn)和難點(diǎn)5.2.1　教學(xué)基本要求5.2.2　重點(diǎn)與難點(diǎn)5.3　典型例題分析5.4　習(xí)題解答6　自由空間中的電磁波6.1　基本內(nèi)容概述6.1.1　電磁波的波動(dòng)方程6.1.2　自由空間中的平面電磁波6.1.3　波的極化6.1.4　電磁波譜6.2　教學(xué)基本要求及重點(diǎn)和難點(diǎn)6.2.1　教學(xué)基本要求6.2.2　重點(diǎn)與難點(diǎn)6.3　典型例題分析6.4　習(xí)題解答7　非導(dǎo)電介質(zhì)中的電磁波7.1　基本內(nèi)容概述7.1.1　介質(zhì)的分類7.1.2　一般媒質(zhì)中的電磁波方程7.1.3　無(wú)耗介質(zhì)中的平面電磁波7.1.4　平面電磁波在有耗介質(zhì)中的傳播7.1.5　不同密度氣體中的電磁波7.1.6　電磁波傳播的幾個(gè)重要參量7.2　教學(xué)基本要求及重點(diǎn)和難點(diǎn)7.2.1　教學(xué)基本要求7.2.2　重點(diǎn)與難點(diǎn)7.3　典型例題分析7.4　習(xí)題解答8　導(dǎo)體中的電磁波8.1　基本內(nèi)容概述8.1.1　在高頻或低頻時(shí)良導(dǎo)體介質(zhì)中電磁波傳播特性8.1.2　等離子體對(duì)波的反射8.1.3　導(dǎo)波8.2　教學(xué)基本要求及重點(diǎn)和難點(diǎn)8.2.1　教學(xué)基本要求8.2.2　重點(diǎn)與難點(diǎn)8.3　典型例題分析8.4　習(xí)題解答9　波的反射和折射9.1　基本內(nèi)容概述9.1.1　電磁波的反射與折射9.1.2　傳播矢量9.1.3　平面邊界的反射與透射9.1.4　反射波與折射波的極化9.1.5　法向入射9.1.6　全折射與全反射9.1.7　反射波的相位變化9.2　教學(xué)基本要求及重點(diǎn)和難點(diǎn)9.2.1　教學(xué)基本要求9.2.2　重點(diǎn)與難點(diǎn)9.3　典型例題分析9.4　習(xí)題解答10　導(dǎo)行電磁波10.1　基本內(nèi)容概述10.1.1　電磁波在均勻波導(dǎo)裝置中傳播的一般特性10.1.2　TEM傳輸線10.1.3　矩形波導(dǎo)10.1.4　諧振腔10.2　教學(xué)基本要求及重點(diǎn)和難點(diǎn)10.2.1　教學(xué)基本要求10.2.2　重點(diǎn)與難點(diǎn)10.3　典型例題分析10.4　習(xí)題解答11　輻射系統(tǒng)簡(jiǎn)介11.1　基本內(nèi)容概述11.1.1　自由電荷、束縛電荷與電荷的輻射11.1.2　電偶極子與磁偶極子的輻射11.2　教學(xué)基本要求及重點(diǎn)和難點(diǎn)11.2.1　教學(xué)基本要求11.2.2　重點(diǎn)與難點(diǎn)11.3　典型例題分析11.4　習(xí)題解答《電磁場(chǎng)與電磁波》模擬測(cè)驗(yàn)試卷(一)《電磁場(chǎng)與電磁波》模擬測(cè)驗(yàn)試卷(二)《電磁場(chǎng)與電磁波》模擬測(cè)驗(yàn)試卷(三)《電磁場(chǎng)與電磁波》模擬測(cè)驗(yàn)試卷(四)《電磁場(chǎng)與電磁波》模擬測(cè)驗(yàn)試卷(五)

章節(jié)摘錄

　　1　矢量分析　　本課程所研究的內(nèi)容是電磁場(chǎng)的基本理論及其宏觀變化規(guī)律，電磁場(chǎng)是空間分布的一個(gè)矢量場(chǎng)，因此有必要首先了解矢量、矢量運(yùn)算、空間坐標(biāo)系，以及表述矢量場(chǎng)的散度和旋度、標(biāo)量場(chǎng)的梯度等基本概念?！　?.1　基本內(nèi)容概述　　1.1.1　標(biāo)量與矢量、標(biāo)量場(chǎng)與矢量場(chǎng)　　分析與研究某個(gè)物理現(xiàn)象時(shí)，一般都需要用一個(gè)或幾個(gè)物理量來(lái)進(jìn)行描述，而一個(gè)物理量隨空間、時(shí)間或其他量的變化關(guān)系，就是這個(gè)物理量的函數(shù)，簡(jiǎn)稱物理函數(shù)?！　∪羲懻摰奈锢砹恐恍杩紤]大小就能完整描述它的物理現(xiàn)象或物理概念，則它是一個(gè)標(biāo)量，其函數(shù)是標(biāo)量函數(shù)。該標(biāo)量函數(shù)在某一空間區(qū)域內(nèi)確定了該物理量的一個(gè)場(chǎng)，該場(chǎng)稱為標(biāo)量場(chǎng)。若所討論的物理量既需有大小又需有方向才能描述它的物理現(xiàn)象或物理概念，則它是一個(gè)矢量，其函數(shù)是矢量函數(shù)。例如，作用力是一個(gè)矢量，同樣大小的作用力在不同方向上，作用的效果是不同的。該矢量函數(shù)在某一空間區(qū)域內(nèi)確定了該物理量的一個(gè)場(chǎng)，稱為矢量場(chǎng)?！　　皥?chǎng)”一般是指某種物理量的空間分布，它是本課程研究的核心。一個(gè)場(chǎng)可以用多個(gè)不同的物理量進(jìn)行描述，例如電場(chǎng)可以用電場(chǎng)強(qiáng)度、電位移矢量等不同物理量來(lái)描述，在某種情況下還可以用電位來(lái)描述，盡管電位場(chǎng)是一個(gè)標(biāo)量場(chǎng)?！　∈噶繄?chǎng)的分析運(yùn)用了矢量微積分。矢量微積分運(yùn)算比較復(fù)雜，所以在進(jìn)行矢量微積分運(yùn)算時(shí)，往往需要將其轉(zhuǎn)化為標(biāo)量微積分的運(yùn)算?！　”菊n程就是要研究在不同情況下電場(chǎng)和磁場(chǎng)的產(chǎn)生，以及電場(chǎng)和磁場(chǎng)隨空間和時(shí)間變化的規(guī)律?！　?.1.2　矢量代數(shù)　　電磁場(chǎng)是一個(gè)矢量場(chǎng)，一般情況下需要使用矢量來(lái)描述。在進(jìn)行矢量場(chǎng)的研究過(guò)程中，需要對(duì)矢量物理量進(jìn)行運(yùn)算，因此必須熟悉矢量的運(yùn)算規(guī)則，即矢量代數(shù)的內(nèi)容。矢量代數(shù)包括矢量的加減乘除運(yùn)算，重點(diǎn)要掌握矢量標(biāo)積、矢量矢積以及矢量的混合運(yùn)算。

編輯推薦

　　電氣技術(shù)、電機(jī)電器、電報(bào)電話、集成電路、通信、電視、自控技術(shù)、電腦、復(fù)雜的電子系統(tǒng)、GPS……直接改變了人們的生活。這一連串的名詞背后是無(wú)數(shù)科學(xué)家和發(fā)明家艱苦奮斗和精彩創(chuàng)造的歷史！而所有這一切都從電磁場(chǎng)與電磁波開始，至今仍未停止！

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