第一章 绪论和矢量运算new

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1、电磁场与电磁波理论电磁场与电磁波理论TheTheoryofElectromagneticTheTheoryofElectromagneticFieldField教科书：教科书：《《电磁场与电磁波电磁场与电磁波》》第第44版版谢处方等谢处方等高等教育出版社高等教育出版社20062006年年计划学时：计划学时：3636课程大纲：课程大纲：见大纲见大纲教学计划：教学计划：见教学进度表见教学进度表1课程考核方式平时练习研讨20%实验仿真20%期终考试60%总计100%实验仿真：用Matlab或者C语言编写电磁计算的有限差分法程序（第三章）2电磁场理论性质：是一门理工科电子信息

2、类专业理论性较强的必选技术基础课，是涉足无线电领域的一门重要的必修课程。任务：阐明电磁场与电磁波的基本概念、基本规律和基本的分析计算方法。研究问题：电磁运动的一般规律，也就是场的规律，场与粒子的相互作用。与电动力学的联系与区别：电动力学主要是研究场与粒子的相互作用，重点在微观。电磁场理论主要是研究场本身的规律，重点在宏观。3学习这门课有什么用途？*电磁场与电磁波教学内容场：基本量及基本定律（cp2）、静电场（cp2，cp3）、边值问题（cp3）、恒定磁场（cp3）波：时变电磁场（cp4）、正弦平面电磁波(cp5)、导行波（cp7）、电磁辐射（cp8）微波技术基础天线与

3、电波传播基础：矢量分析基础：矢量分析二、电磁场理论发展历史最初，人们只能定性观察电现象、磁现象电磁场理论发展中的重大事件：1785：库仑定律（电荷相互作用力规律）1820：安培力定律（安培）电流磁效应（奥斯特）1831：电磁感应定律（法拉第）1873：位移电流假说，麦克斯韦方程组(麦克斯韦)1888：试验证明电磁波存在（赫兹）5历史的回顾公元前600年希腊人发现了摩擦后的琥珀能够吸引微小物体；公元前300年我国发现了磁石吸铁的现象；后来，人们发现了地球磁场的存在。1785年法国科学家库仑（1736－1806）通过实验创建了著名的库仑定律。1820年丹麦人奥斯特（177

4、7－1851）发现了电流产生的磁场。同年法国科学家安培（1775－1836）计算了两个电流之间的作用力，提出安培（力）定律。1831年英国科学家法拉第（1791－1867）发现电磁感应现象，创建了电磁感应定律，说明时变磁场可以产生时变电场。6重大突破1873年英国科学家麦克斯韦（1831－1879）提出了位移电流的假设，认为时变电场可以产生时变磁场，并以严格数学方程描述了电磁场与波应该遵循的统一规律，这就是著名的麦克斯韦方程。该方程说明了时变电场可以产生时变磁场，同时又表明时变磁场可以产生时变电场，因此麦克斯韦预言电磁波的存在，后来在1887年被德国物理学家赫兹（18

5、57－1894）的实验证实。在这个基础上，俄国的波波夫及意大利的马可尼于19世纪末先后发明了用电磁波作为媒体传输信息的技术。7三、电磁场、电磁波与工程应用当今世界，电子信息系统，不论是通信、雷达、广播、电视，还是导航、遥控遥测，都是通过电磁波传递信息来进行工作的。因此以宏观电磁理论为基础，电磁信息的传输和转换为核心的电磁场与电磁波工程技术将充分发挥其重要作用。8雷达9原子核物理10遥感11食品加工12发射天线接收天线馈线馈线下行波导行波发射机接收机发射机末级回路产生的高频振荡电流经过馈线送到发射天线，通过发射天线将其转换成电磁波辐射出去；到了接收端，电磁波在接收天线上

6、感生高频振荡电流，再经馈线将高频振荡电流送到接收机输入回路，这就完成了信息的传递。在这个过程中，经历了电磁波的传输、发射、传播、接收等过程。传输——导行电磁波（导波理论）发射和接收——天线（天线理论）传播——入射、反射、透射、绕射（电波传播）13第一章矢量分析VectorAnalysis为什么要讲矢量分析？因为电磁场是与空间和时间有关的一种抽象的矢量场，所以它是研究电磁场理论的重要数学工具。主要内容：一、标量场和矢量场二、矢量的通量散度三、矢量的环流旋度四、标量场的梯度五、亥姆霍兹定理141.1矢量分析与场论基础一、矢量与矢量场标量与矢量标量：只有大小，没有方向的物理

7、量（温度，高度等）矢量：既有大小，又有方向的物理量（力，电、磁场强度）矢量的表示方式KKK矢量可表示为：A=Ae其中AKA为其模值，表征矢量的大小；KeA为其单位矢量，表征矢量的方向；注：矢量书写时，印刷体为场量符号加粗，如D。教材上符号即为印刷体。15矢量的运算（加法/减法、点积、叉积）矢量的模：表示矢量的大小A矢量GG的方向：a=A/A矢量的加法：每个分量对应相加KKKK如：A=1i+3j+4kKKKKKKKKK则：A+B=7i+10j+12kB=6i+7j+8k矢量的点积：（标量积、投影积）-对应分量相乘的和KKA⋅B=AB+AB+AB=6+2