电磁场理论-考试大纲2015-试行

1、电磁场理论考试大纲（试行）根据信息学院本科教学文件“关于深入开展课程建设的办法（试行）”的要求制定电磁场理论课程期末考试大纲如下：1. 考试目的电磁场理论课程的教学目的是培养学生对电磁场基本概念（尤其是时变场）的理解和知识体系的建立，因此期末考试旨在考察学生对电磁场概念之间相互关系与相关物理原理的理解，掌握利用基本定律和公式综合分析和处理电磁场问题的能力，而不侧重考察学生的计算能力。2. 考试内容依据考试目的，对教材内容做如“附表1”的分类。其中“精通”一栏中的内容为重点考察；“掌握”和“了解”栏目中知识点的重要性逐次递减；“不做要求”一栏中的内容不考核。其中，麦克斯韦方程组、电磁波的极化、电

2、磁波垂直入射至介质分界面上的反射折射问题为考试的保留内容。试题中不涉及过于复杂的计算问题。例如，静态场中不考察复杂曲线、曲面积分计算；第五章的分离变量法不考察圆柱坐标系、球坐标系的求解计算，直角坐标系中的分离变量法不涉及复杂的傅里叶级数计算问题；第七至九章不考察有关损耗计算；第十章不涉及口径天线辐射场的计算问题。另外，第一章中关于梯度、散度、旋度的计算不单独出题，而将考察内容隐含在电磁场计算或证明的题目中。3. 考试形式考试为闭卷考试，学生只允许带文具和计算器。4. 试卷分值试卷卷面成绩满分为100分，其中静态场约占40分，时变场约占60分，考察学生基本概念掌握情况的题目约占30分。5. 题型

3、题量试卷题型包括简答题、选择题、计算题和证明题，数量为6至8道大题。要求学生在2小时之内全部独立完成。6. 总评成绩总评成绩包括试卷成绩（满分100）、平时成绩（满分10分）和实验成绩（满分10分）。总评成绩 = 试卷成绩*0.8 + 平时成绩 + 实验成绩附表1：精通掌握了解不做要求第一章 矢量分析1.1 矢性函数及基本运算矢性函数及基本运算1.2 正交曲线坐标系三种坐标系的构成；三种坐标系下拉梅系数的表达式拉梅系数的定义矢量变换1.3 梯度、散度和旋度三种坐标系下梯度、散度、旋度的计算1.4 几种重要的矢量场有势场、管形场、调和场的定义、性质；标量位和矢量位的定义和性质。1.5 函数、格林

4、定理与亥姆霍兹定理亥姆霍兹定理的含义函数的定义、性质；格林定理第二章静电场2.1 电荷与电荷密度电荷密度定义电荷的基本性质2.2 库仑定律库仑定律含义、点电荷受力计算2.3 电场和电场强度电场强度定义、电场强度叠加原理2.4 电力线与电通量电力线的性质；真空中电通量的定义2.5 高斯定律高斯定律的含义，及其积分、微分表达式；利用高斯定律求解电荷对称分布系统的电场分布2.6 静电场的环路定理静电场环路定理的含义，及其积分、微分表达式2.7 电位和电位差(绝对)电位的定义、计算方法；电位差的定义2.8 电位的泊松方程和拉普拉斯方程根据真空中静电场基本方程得到电位泊松方程和拉普拉斯方程泊松方程形式解

5、2.9 电偶极子电偶极子、电偶极矩的定义电偶极子远区电位、电场的求解过程2.10 电介质中的静电场电介质中极化强度、电位移矢量、介电常数的定义；电介质中静电场基本方程；均匀介质中电位的微分方程；分区域电介质分界面上的边界条件极化率的定义；极化电荷的含义与计算电介质的极化形式2.11 静电场中的导体静电平衡时导体的静电场特性；导体边界条件静电屏蔽2.12 电场能量与静电力电场能量计算利用库仑定律、虚功原理计算静电力；利用虚功原理计算静电转矩2.13 电容电容的定义和计算多导体系统电容第三章恒定电场和电流3.1 电流与电流密度电流强度、电流密度的定义恒定电流场的定义3.2 恒定电流场的基本定律恒定

6、电流场基本方程的微分、积分表达式及其含义恒定电流场基本方程在电路系统中的表现形式3.3 电源和电动势电动势的含义3.4 欧姆定律和焦耳定律欧姆定律和焦耳定律的微分、积分形式及计算应用利用电导率等参数计算电阻3.5 恒定电流场的边界条件分区域导电媒质分界面上的边界条件3.6 恒定电流场与静电场的类比两种静态场的对偶关系电容和电阻对偶关系第四章 恒定磁场4.1 磁力和磁感应强度磁感应强度的定义；洛伦兹力的特性和计算磁力线的性质分子电流假说4.2 带电粒子在磁场中的运动带电粒子在磁场中的运动规律4.3 安培磁力定律和毕奥-沙伐定律安培磁力定律、毕奥-沙伐定律意义；利用毕奥-沙伐定律求解磁场分布利用安

7、培磁力定律计算电流回路受力4.4 恒定磁场的基本定律恒定磁场基本方程的积分、微分形式；利用安培回路定律计算对称性电流源产生的磁场分布4.5 矢量磁位和标量磁位（绝对）矢量磁位的定义、计算方法；库仑规范；标量磁位的定义、应用范围、计算方法。矢量拉普拉斯算符的定义式4.6 磁偶极子磁偶极子、磁偶极矩的定义磁偶极子远区矢量磁位、标量磁位、磁场的求解过程4.7 磁介质的磁化磁化强度定义；磁化电流、磁荷的含义与计算磁介质的分类磁化形式4.8 磁介质中恒定磁场的基本定律磁介质中磁感应强度、介质磁导率的定义；磁介质中恒定磁场基本方程；均匀磁介质中矢量磁位和标量磁位所满足的微分方程，及求解方法；4.9 铁磁介

8、质磁介质中恒定磁场的计算铁磁效应4.10 磁介质分界面上的边界条件分区域磁介质分界面上的边界条件第五章静态场的边值问题5.1 唯一性定理和解的叠加原理唯一性定理和解的叠加原理的含义5.2 拉普拉斯方程的分离变量法直角坐标系分离变量法圆柱坐标系分、球坐标系离变量法5.3 镜象法（导体边界）平面、球面、圆柱面镜像法（介质边界）平面镜像法复合形状边界镜像法5.4 复变函数法复变函数法5.5 有限差分法均匀网格泊松方程或拉普拉斯方程的差分格式第六章电磁感应6.1 法拉第电磁感应定律感应电动势的分类和求解6.2 法拉第电磁感应定律的推广推广的法拉第电磁感应定律；时变场的磁场高斯定律动态电位、动态矢量磁位

9、的定义；时变电场的组成（保守电场、非保守电场）6.3 电感自感、互感的定义利用诺依曼公式计算互感、利用自感定义计算内自感、外自感电感的串联和并联6.4 磁场的能量磁场能量的计算；利用磁场能量公式求系统自感第七章时变电磁场7.1 位移电流和推广的安培回路定律位移电流的含义静磁场安培回路定律的修正过程7.2 麦克斯韦方程组时域麦克斯韦方程组的微分、积分形式及含义麦克斯韦方程组四个方程与电流连续性方程间的关系7.3 正弦电磁场频域麦克斯韦方程组的微分形式；电磁场复矢量的定义；电磁场复矢量与瞬时值的互转；电场矢量与磁场矢量的互转7.4 媒质的色散与损耗复电容率、复磁导率、等效电容率的含义损耗角正切的含

10、义色散和损耗产生的原因色散与损耗的定量计算7.5 电磁场的能量关系坡印廷定理瞬时坡印廷定理的表达式及含义；瞬时坡印廷矢量、复坡印廷矢量、平均坡印廷矢量的定义与计算复坡印廷定理实部的表达式及含义；复坡印廷定理虚部的表达式及含义；7.6 电磁场的波动方程均匀、无源区域麦克斯韦方程组的微分形式（分别用瞬时矢量、复矢量表示），以及此条件下麦克斯韦方程组的限定形式。瞬时波动方程和亥姆霍兹方程的应用范围。推导电磁场矢量满足的波动方程；7.7 标量位和矢量位动态电位、动态矢量磁位的定义；洛伦兹规范达朗贝尔方程7.8 时变电磁场的边界条件分区媒质分界面上时变电磁场的边界条件；时变场中理想导体的边界条件；理想导

11、体内部电磁场的特性第八章平面电磁波8.1 亥姆霍兹方程的一般解无界空间中亥姆霍兹方程解的含义；相速度、传播常数、相位常数、波矢量的定义；电场矢量磁场矢量的互转；横电磁波的定义。8.2 理想电介质中的均匀平面电磁波等相位面的定义；均匀平面电磁波的定义；均匀平面电磁波的特性；均匀平面电磁波的相速度、波矢量、波阻抗、频率、功率流密度等相关参量的计算。8.3 电磁波的极化电磁波极化的定义；线极化、左旋右旋圆极化的判定；椭圆极化电磁波的判定；极化波的分解与合成线极化、左旋右旋圆极化波电场矢量尾端轨迹随时间和空间的变化规律；8.4 导电媒质中的均匀平面电磁波复波矢量、复特征阻抗的概念；导电媒质与理想介质中

12、均匀平面电磁波的相同和不同点；高频趋肤效应；等效表面电流密度的含义；低损耗媒质、良好导体内平面电磁波的特点定量计算8.5 相速度和群速度相速度、群速度的定义正常色散与反常色散；定量计算8.6 理想媒质界面上电磁波的反射和折射（平行）垂直极化入射波的定义；电磁波垂直入射时反射和折射的计算；电磁波垂直入射时，入射区和透射区电磁场分布规律及计算；驻波比的计算；功率反射系数和透射系数电磁波斜入射时的反射定律、折射定律；利用反射系数和折射系数公式解决斜入射问题（考试时，试卷上给出菲涅尔公式）8.7 全折射和全反射全折射、全反射的定义；布儒斯特角的定义和计算；临界角的定义和计算光密媒质与光疏媒质界面发生全

13、反射时，光密媒质中反射系数的特点，以及光疏媒质中电磁场的分布特点8.8 有耗媒质界面的反射和折射理想导体界面上的反射有耗媒质界面的反射和折射规律定量计算8.9 多层媒质的反射和折射多层媒质的反射和折射的分析方法定量计算第九章导行电磁波9.1 导行波的电磁场导行波TE、TM、TEM波的分类直角坐标系中，利用纵向场分量表示横向场分量的求解过程9.2 矩形波导管中的电磁波矩形波导的相位常数、截止频率、截止波长、传输模式、基模等概念和计算；导行波波长、相速度、波阻抗等概念和计算TE、TM模式电磁场分布规律；模式简并的含义利用边界条件求解波导中电磁场复矢量9.3 TE10模电磁波TE10模电磁场分布规律及计算波导边界上表面电流、电荷分布的计算部分波9.4 波导中的能量传输与损耗波导中能流密度计算波导损耗的原因损耗定量计算9.5 圆形波导中的电磁波柱坐标系中，利用纵向场分量表示横向场分量的求解过程9.6 传输线上的TEM波传输线上TEM波的电磁场分布特性利用静态场结果计算传输线上TEM波的电磁场分布损耗定量计算9.7 谐振腔矩形谐振腔谐振频率计算；模式简并的含义TE、TM模式电磁场分布规律谐振腔损耗定量计算第十章电磁波辐射10.1 滞后位滞后位的含义；利用矢量磁位表示电磁场10.2 赫芝偶极子辐射赫芝偶极子远区、近区电磁场的特性；球面波的