前言
本书是为初学者编写的“电磁场与电磁波”的入门教程,适合作为普通高等学校电子、信息和通信等专业的本、专科生教材,也供相关科技人员作为电磁场与电磁波的学习参考。
“电磁场与电磁波”课程的特点可以概括为:抽象化、数学化、难教难学。读者对象与课程特点间不相适应的差距所带来的困难,要求在教学上采用一定的方法来加以化解。据此,本书融入了作者约半个世纪的教学体验,着重基于教学角度考虑,从历史背景、物理概念、理论分析、计算方法和工程应用几方面全方位介绍电磁场与电磁波的基本知识,以麦克斯韦方程的建立与应用的历史发展脉络为主线展开论述,符合认识规律,便于阅读,易于理解。
本书第1、2章为数学、物理基础,第3、4章为电磁场部分,第5~7章为电磁波部分,第8章为概括和总结。本教程以电磁实验定律为基础(第2章),以矢量分析为工具(第1章),在时变条件下将静态场推广为动态场,建立反映动态场变化规律和特性的麦克斯韦方程(第3、4章),并将麦克斯韦方程用于解释、解决在传播、传输和辐射应用领域中动态场的波动问题(第5~7章),在此基础上从教学角度对电磁场与电磁波的主要问题进行综合分析(第8章)。
为了适应读者对象和课程特点的要求,本书在内容安排上具有如下特点:
(1)内容安排由特殊到一般,循序渐进,符合认识规律。
(2)强化和突出物理概念,简化理论推导,易于理解。
(3)系统介绍计算方法,范例强调分析思路,一例多解,开拓思路。
(4)以场为主,场、路结合,加强对比,融会贯通。
(5)重视工程应用,适当外延,满足不同专业教学需求(考虑到非电磁场专业一般很少安排电波传播、微波技术和天线工程等后继课程,本教程应适当涵盖这些课程相关的电磁基本原理,但不过多涉及具体工程技术问题。第5~7章作为以场论为基础的外延和应用,已适当奠定了后继的三门课程的理论基础。第3~7章介绍了电磁场与电磁波的工程应用)。
(6)思考题着重于物理概念和分析思路,可作为复习提纲。
(7)按基本要求精选或设计例题和习题,力求适合读者的接受程度(少量较难的习题给出提示)。
对本课程的学习方法和教材处理提出如下建议供参考。
(1)掌握“三基”:基本概念——理解;基本理论——推导;基本方法——计算。目的是提高电磁理论综合素养,增强分析、应用能力。但对初学者来说,基本理论主要强调推导思路。
(2)掌握公式的内涵:来龙去脉、应用条件、物理意义和计算方法。
(3)教学内容可针对不同对象做适当取舍:本科生应强调理论的系统性,工程应用内容可作为阅读材料或根据需要选讲;专科生可适当降低理论要求,对于较深的内容可以删减(如分离变量法和平面波的斜入射)或只做定性介绍(如电、磁能量和惠更斯面元)。
(4)建议教学参考学时为60~80学时。
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在教材编写过程中,得到电子科技大学冯林、刘昌孝和吕明三位教授的大力支持和帮助,冯林教授还审阅了书稿部分内容,提出了宝贵的修改意见。教材配套电子课件由符凯、李化制作。陈付均在全书文字上做了许多工作,全力协助书稿的编写。对于他们的支持、帮助和卓有成效的工作,一并在此表示衷心的感谢!
在教材编写过程中,查阅了大量相关书籍和技术资料,吸取了许多专家和同行的宝贵经验,获得了有益的启示,在此向他们表示真诚的谢意!
对书中存在的不足之处,敬请广大读者批评指正。
符果行
2009年2月于电子科技大学