33468《工程电磁场基础及应用》刘淑琴（习题解答）教学资料.pptxVIP

汇报人:李老师

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33468《工程电磁场基础及应用》刘淑琴（习题解答）教学资料

目

录

CONTENCT

课程介绍与背景

电磁场基本理论

静电场分析

恒定电场与恒定磁场分析

时变电磁场分析

工程应用案例分析

01

课程介绍与背景

工程电磁场的基本概念

工程电磁场的应用领域

工程电磁场的发展趋势

工程电磁场是物理学的一个重要分支，主要研究电场、磁场以及电磁波的基本性质、相互作用和实际应用。

工程电磁场在电力、通信、电子、自动化等领域有着广泛的应用，如电机设计、电磁兼容、无线通信等。

随着科技的进步，工程电磁场的研究和应用不断向高频、高速、高集成度方向发展，同时也在探索新的理论和应用领域。

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刘淑琴教授是电磁场与微波技术领域的专家，具有深厚的学术造诣和丰富的教学经验。

刘教授的研究方向包括电磁场理论、微波技术、天线设计等，在相关领域取得了显著的科研成果。

刘教授长期致力于电磁场与微波技术的教学工作，培养了大量优秀的人才，深受学生好评。

学术背景

研究方向

教学成果

01

02

03

04

知识目标

能力目标

素质目标

学习要求

培养学生的创新思维和实践能力，提高学生的综合素质和职业素养。

学生应具备运用所学知识解决实际问题的能力，如电磁场计算、天线设计等。

通过本课程的学习，学生应掌握工程电磁场的基本概念、基本理论和基本分析方法。

学生应认真听讲、积极思考、按时完成作业和实验报告，积极参与课堂讨论和实践活动。

02

电磁场基本理论

麦克斯韦方程组

物理意义

麦克斯韦方程组是描述电磁场基本性质的四个偏微分方程的统称，包括高斯定律、高斯磁定律、麦克斯韦-安培定律和法拉第感应定律。这四个方程构成了电磁学的基础。

麦克斯韦方程组揭示了电磁场的基本规律，即电荷如何产生电场，电流如何产生磁场，以及变化的电场和磁场如何相互激发形成电磁波。这些规律在宏观电磁现象中起着决定性作用。

媒质中的电磁场方程描述了电磁场在物质中的传播行为。对于线性、各向同性的媒质，电磁场方程可以表示为波动方程的形式。

媒质中的电磁场方程反映了电磁波在物质中的传播特性，如传播速度、衰减等。这些特性与媒质的电磁性质密切相关，如介电常数、磁导率等。

物理意义

媒质中的电磁场方程

边界条件

边界条件是描述电磁场在不同媒质分界面上行为的一组方程。对于静态场，边界条件包括电场的法向分量连续和切向分量连续；对于时变场，还需要考虑磁场的边界条件。

衔接条件

衔接条件是描述电磁场在媒质内部不连续处（如电荷、电流分布处）行为的一组方程。对于静态场，衔接条件包括电荷守恒定律和电流连续性方程；对于时变场，还需要考虑位移电流和传导电流的关系。

物理意义

边界条件和衔接条件保证了电磁场在不同媒质分界面和内部不连续处的连续性和一致性，是求解电磁场问题的关键。这些条件反映了电荷、电流和电磁场之间的相互作用关系，是电磁学基本原理的具体体现。

03

静电场分析

库仑定律

电场强度

高斯定理

反映电场对电荷的作用力性质，其大小和方向由电场本身决定。

揭示电荷分布与电场强度之间的内在联系，是求解静电场问题的重要工具。

描述点电荷之间的相互作用力，是静电场的基本定律。

03

电多极矩

描述多个点电荷系统或连续电荷分布的性质，可用于分析复杂静电场问题。

01

电位函数

描述电场中某点电势能的标量函数，与电场强度之间存在微分关系。

02

电偶极矩

描述两个等量异号点电荷系统的性质，其产生的电场具有特定的空间分布。

镜像法

分离变量法

有限差分法

有限元法

通过引入虚拟电荷来简化边界条件，从而求解具有特定边界形状的静电场问题。

将电位函数表示为若干独立变量的乘积形式，进而求解拉普拉斯方程或泊松方程。

将连续的电位函数离散化为网格节点上的值，通过求解差分方程来逼近原静电场问题。

将求解区域划分为有限个单元，在每个单元内构造插值函数来逼近原问题的解。

04

恒定电场与恒定磁场分析

泊松方程和拉普拉斯方程

描述电荷分布与电势之间的关系，是求解恒定电场问题的基本方程。

电场强度与电势的关系

电场强度等于电势梯度的负值，即E=-∇φ，描述了电场强度与电势之间的联系。

高斯定理

穿过任意闭合曲面的电通量等于该曲面内电荷量的代数和除以真空中的介电常数，揭示了电荷分布与电场之间的关系。

磁场强度沿任意闭合路径的线积分等于穿过该路径所围曲面的电流代数和的μ0倍，是求解恒定磁场问题的基本方程。

安培环路定律

穿过任意闭合曲面的磁通量恒等于零，表明磁力线是无头无尾的闭合曲线。

磁场的高斯定理

磁场具有方向性、矢量性和无源场等性质，决定了磁场问题的求解方法。

磁场的性质

镜像法

通过引入镜像电荷或镜像电流来简化问题，使复杂边界条件下的电场或磁场问题得以求解。

分离变量法

将偏微分方程分离为几个常微分方程进