电磁学与电动力学|电磁学与电动力学教学内容

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※ 教学内容 ※ 办学定位与人才培养 ※ 知识模块及对应学时 ※ 课程重、难点及解决方法 ※ 实践教学的设计思想与效果 ※ 办学定位与人才培养     哈尔滨理工大学是黑龙江省属规模最大的理工大学，学校的培养目标是为地方和国家培养应用型、复合型、创新型人才，学生来自全国29个省和直辖市。《电磁学与电动力学》是本校电子科学与技术、光信息科学与技术、应用物理、材料物理等专业的专业基础课程，本课程目标与学校的定位和人才培养目标相一致，即为培养理工结合、基础扎实、知识面宽、能力强、素质高的高级应用型、复合型、创新型科技人才提供坚实的理论基础。通过本课程的学习，使学生在中学电磁知识基础上，对电磁场的基本运动规律、电磁场与带电体系的相互作用等理论与实验有一个比较全面的认识，深刻理解电磁场理论在信息时代的重要作用；通过与其相配的实验，进行基本技术、方法和手段训练，为学习后继课、新理论、新技术和进行其他实验与研究奠定必要的理论基础；通过专题使学生了解电磁场理论与技术发展现状及与其他学科的联系（如电磁场与能源、电磁场与材料以及电磁场与通信技术）、交叉和渗透，扩展知识面，进一步了解本课程对科技发展和社会进步的影响，使学生具有在工程实践及日常生活中能够运用所学的观点和电磁学与电动力学知识分析问题和解决问题的能力。   ※ 知识模块及对应学时 　　本课程由电磁实验现象及规律、电磁场理论和狭义相对论等内容组成，分为十二章：静电场的基本特征、静电场中的导体和电介质、稳恒电流、稳恒磁场、电磁感应和暂态过程、磁介质、电磁现象的普遍规律、静电场的求解方法、静磁场的求解方法、电磁波传播、电磁波辐射、狭义相对论。其知识模块和对应学时如下： 1. 静电场规律及求解方法     34学时   知识扩展2学时    软件仿真电场分布 2. 静磁场规律及求解方法     18学时   知识扩展2学时    静磁多媒体演示 3. 电磁感应和暂态过程        8学时   知识扩展2学时    麦克斯韦方程组建立专题讲座 4. 电磁波的传播与辐射       18学时   知识扩展2学时    电磁波的传播多媒体演示 5. 狭义相对论               8学时   知识扩展2学时    狭义相对论发展史专题讲座   ※ 课程重、难点及解决方法      本课程重点是：电场与电荷、磁场与电流、电荷与电流、电场与磁场之间关系、电磁场对带电体系的作用及求解稳恒电磁场和变化电磁场的方法。 其中各模块重点如下： 1. 静电场规律及求解方法 静电场概念及性质、高斯定理及环路定理、导体和电介质性质、边界条件、求解静电场方法（点电荷电场叠加、电位方法、分离变量法、镜像法、多极展开方法）； 2. 静磁场规律及求解方法 静磁场概念及性质、磁场高斯定理及环路定理、磁介质性质、边界条件、求解静磁场方法（电流元磁场叠加、磁矢势方法、分离变量法、镜像法、多极展开方法）； 3. 电磁感应和暂态过程 法拉第定律、感应电场、自感和互感、暂态过程； 4. 电磁波的传播与辐射 定态电磁波、平面电磁波特性、亥姆霍兹方程、电磁波在介质界面反射与折射、电磁波在导体中传播特性、电磁波在有界空间传播特性、达朗贝尔方程，推迟势的物理意义、偶极辐射场、电磁场能量和动量； 5. 狭义相对论 洛仑兹变换关系、相对性原理、光速不变原理、相对论时空理论、四维物理量概念及变换关系。 难点来自三方面： 1. 物理概念抽象，一些物理量如电场、磁场及电四极矩是用矢量、张量表示，不容易理解； 2. 数学工具多，涉及矢量、张量运算及求解微分方程； 3. 如何理解电磁场运动规律与微分方程之间关系。 解决办法： 由于授课对象既有理科学生又有工科学生，为了使学生掌握电磁场理论基础，教学中重点培养学生逻辑思维能力，并通过典型工程事例讲述电磁场应用，提高工科学生理论思维和分析问题、解决问题能力，扩展理科学生工程应用背景知识。考虑到本课程的特点，再结合学生的实际情况，主要采取如下解决办法： 1. 在教学方法上，采用了启发式和讨论式的教学方法来调动学生学习的主动性和努力探索的积极性；侧重物理概念讲解，淡化数学推导，侧重结果分析，培养学生抽象思维能力； 2. 在教学手段上，通过知识扩展及 CAI 课件多媒体的动画演示等方法，变抽象概念为直观物理图像，保证教学效果； 3. 在教学内容上，增加一些趣味性强的实际例子，介绍与本课程相关的前沿知识及教师的科研成果，激发学生的学习兴趣； 在课后练习留一些与实际结合紧密且学生比较感兴趣的典型工程思考题，进一步提高学生运用电磁场理论解决实际问题的能力。   ※ 实践性教学的设计思想与效果     电磁学与电动力学实践教学主要通过习题、实验及介绍课程内容实际应用背景来进行，在抽象概括的理论教学同时，精心选择具体生动的实例配合理论教学，使两者互相补充，提高学生的学习水平。如讲解电磁场能量时，通过示意图、例题使学生掌握电缆中电磁场分布规律和能量、能流密度矢量之间的关系。在讲解电磁波在金属中传播衰减规律时，先使学生理解金属可以作为波导管的管壁，将电磁波限制在有限空间，可以进行微波信号定向传播，再进行有关微波波导传输和参数测量实验。同时，通过多媒体课件的动画效果，演示电磁波传播、辐射规律。借助本科生毕业论文工作，指导学生利用flash软件制作了电磁波反射、折射和衍射规律的课件。上述课件有助于学生掌握抽象的电磁场。狭义相对论是教学的难点，通过相对论效应实验使学生理解抽象的时空理论和物理量的四维形式使学生在理论和实践两个层面加深对相关问题的理解，收到良好效果。

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