电磁场与电磁波基础教程（第3版）.pdf

书书书书书书内 容 简 介本书融入了作者约半个世纪的教学体验，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。主要内容包括：场论基础、电磁实验定律和场量基本方程、静态场、动态场、电磁波的传播、电磁波的传输、电磁波的辐射等，并从综合分析的角度对电磁场与电磁波进行了概括和总结。本书提供配套电子课件和习题参考答案等。本书可作为高等学校电子、信息和通信等专业本、专科生的入门教程，也供相关科技人员作为电磁场与电磁波的学习参考。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。图书在版编目（犆 犐 犘）数据电磁场与电磁波基础教程符果行编著版北京：电子工业出版社，电符电磁场高等学校教材电磁波高等学校教材 中国版本图书馆 数据核字（）第 号策划编辑：王羽佳责任编辑：王羽佳特约编辑：曹剑锋印刷：涿州市京南印刷厂装订：涿州市京南印刷厂出版发行：电子工业出版社北京市海淀区万寿路 信箱邮编 开本：印张：字数：千字版次：年月第版 年月第版印次：年月第次印刷印数：册定价：元凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：（）。质量投诉请发邮件至 ，盗版侵权举报请发邮件至 。服务热线：（）。第版前言在麦克斯韦理论的建立和应用发展过程中，始终贯穿着一条严密的理论推导线索：以三大实验定律为实验基础，以矢量分析为数学工具，建立了以场源相互作用规律和转换关系的静态场方程所描述的静态场理论，在时变条件下将静态场方程推广为动态场方程 麦克斯韦方程所描述的动态场理论；再利用麦克斯韦方程导出的波动方程的解 波函数中的物理参量去分析、解释和解决电磁波传播、传输和辐射工程领域中的电磁现象及相关技术问题。显然，波函数是用于定量描述电磁波运动状态变化规律的解析函数，其变化必定满足麦克斯韦方程及其导出的波动方程，同时受方程及相应边界条件的制约。因此，电磁场与电磁波这门课有着严密的科学体系。抽象的概念、复杂的数学推导和计算为读者学习这门课带来了相当的困难。为便于初学者能顺利阅读和理解，增加其可读性，本教材曾简化了某些理论推证。但简化理论推证必须遵循一个原则：不能破坏麦克斯韦理论的严密性。为了妥善处理可读性与严密性间的统一和协调关系，趁此次再版的机会，特将重要定理的严格推证为附录写入书中，以方便读者深入学习时可直接查找和参阅。第版不论对文字、公式和插图，均对本教程进行了较为全面的修订和完善。配套的电子教案和习题解答也进行了相应修订和完善。恳请读者提出批评和指正。符果行 年月于电子科技大学第版前言本次再版教材，仍然保持本书由特殊到一般，循序渐进，突出物理概念，简化理论推导，强调分析思路和工程应用的特色不变。“电磁场与电磁波”教材，已经出版过按照各种教学体系和结构的很多版本，它们各具特点，适合于不同层次的读者阅读。教学实践表明，对于初学者，本书的体系和结构符合认知规律，更易于读者理解和接受。因此，本次再版对教材体系和结构未做重大变动。本次修订侧重于两点：一是，对第版进行进一步统一和完善，使之更臻成熟；二是，近年来随着科技发展的日新月异，新技术层出不穷，有必要对第版中工程应用的部分内容进行必要的更新和增补。为了突出“电磁场与电磁波”的理论体系和基本内容，本次再版特将书中属于自学的阅读材料（相关历史背景和人物及工程应用介绍）、思考题和习题用区别于正文的不同字体排版，以示区别。配套的电子教案和习题解答也做了相应修订。欢迎读者在使用中提出改进意见。符果行 年月于电子科技大学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、章为数学、物理基础，第、章为电磁场部分，第 章为电磁波部分，第章为概括和总结。本教程以电磁实验定律为基础（第章），以矢量分析为工具（第章），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、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 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：（）内容安排由特殊到一般，循序渐进，符合认识规律。（）强化和突出物理概念，简化理论推导，易于理解。（）系统介绍计算方法，范例强调分析思路，一例多解，开拓思路。（）以场为主，场、路结合，加强对比，融会贯通。（）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 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 章介绍了电磁场与电磁波的工程应用）。（）思考题着重于物理概念和分析思路，可作为复习提纲。（）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。（）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。（）掌握公式的内涵：来龙去脉、应用条件、物理意义和计算方法。（）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）。（）建议教学参考学时为 学时。本书提供免费电子课件和习题解答，可登录华信教育资源网（：）注册下载。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 年月于电子科技大学目暋暋录第1章暋场论基础(1)暋1 灡 1暋场的概念和表示(2)暋暋1 灡 1 灡 1暋场的分类(2)暋暋1 灡 1 灡 2暋矢量场的基本运算(2)暋暋1 灡 1 灡 3暋常用正交坐标系(3)暋1 灡 2暋场的性质和描述(6)暋暋1 灡 2 灡 1暋场域性质(6)暋暋1 灡 2 灡 2暋场点性质(1 0)暋1 灡 3暋梯度、散度和旋度的比较(1 6)暋1 灡 4暋常用恒等式和公式(1 8)暋1 灡 5暋亥姆霍兹定理(1 8)暋思考题(1 9)暋习题(2 0)第2章暋电磁实验定律和场量基本方程(2 1)暋2 灡 1暋源量的定义和定律(2 2)暋暋2 灡 1 灡 1暋电荷和电荷分布(2 2)暋暋2 灡 1 灡 2暋电流和电流密度(2 3)暋暋2 灡 1 灡 3暋电荷守恒定律与电流连续性方程(2 4)暋2 灡 2暋静止电荷的实验定律(2 5)暋暋2 灡 2 灡 1暋库仑和库仑定律的建立(2 5)暋暋2 灡 2 灡 2暋库仑定律和电场强度(2 6)暋暋2 灡 2 灡 3暋静电场基本方程(2 7)暋2 灡 3暋稳恒电流的实验定律(3 0)暋暋2 灡 3 灡 1暋安培和安培定律的建立(3 0)暋暋2 灡 3 灡 2暋安培定律和磁感应强度(3 1)暋暋2 灡 3 灡 3暋静磁场基本方程(3 3)暋2 灡 4暋时变电流的实验定律(3 5)暋暋2 灡 4 灡 1暋法拉第和法拉第电磁感应定律的建立(3 5)暋暋2 灡 4 灡 2暋法拉第电磁感应定律(3 6)暋思考题(3 7)暋习题(3 8)第3章暋静态场(4 0)暋3 灡 1暋辅助位和辅助位方程(4 1)暋暋3 灡 1 灡 1暋静电场的标量电位和标量电位方程(4 1)暋暋3 灡 1 灡 2暋静磁场的矢量磁位和矢量磁位方程(4 4)暋3 灡 2暋介质中的静态场 静电场和静磁场辅助场量方程(4 6)暋暋3 灡 2 灡 1暋电介质中的静电场(4 6)暋暋3 灡 2 灡 2暋磁介质中的静磁场(5 0)暋3 灡 3暋导体中的静态场 稳恒电流场和稳恒电场方程(5 5)暋暋3 灡 3 灡 1暋导体的传导性和欧姆定律(5 5)暋暋3 灡 3 灡 2暋导体的能量损耗和焦耳定律(5 6)暋暋3 灡 3 灡 3暋含源电流回路的电源电动势(5 7)暋暋3 灡 3 灡 4暋稳恒电流场和稳恒电场方程(5 8)暋3 灡 4暋静态场中的导体(5 9)暋暋3 灡 4 灡 1暋电容和电容器(5 9)暋暋3 灡 4 灡 2暋电感和电感器(6 1)暋暋3 灡 4 灡 3暋电阻和电阻器(6 4)暋3 灡 5暋静态场的边界条件(6 5)暋暋3 灡 5 灡 1暋静电场的边界条件(6 5)暋暋3 灡 5 灡 2暋静磁场的边界条件(6 7)暋暋3 灡 5 灡 3暋稳恒电流场和稳恒电场的边界条件(6 8)暋*3 灡 6暋静态场的能量(6 9)暋暋3 灡 6 灡 1暋静电场的能量(6 9)暋暋3 灡 6 灡 2暋静磁场的能量(7 2)暋3 灡 7暋静态场的计算方法(7 4)暋暋3 灡 7 灡 1暋静态场的分布型问题(7 5)暋暋3 灡 7 灡 2暋静态场的边值型问题(8 0)暋暋3 灡 7 灡 3暋直接积分法(8 2)暋暋*3 灡 7 灡 4暋分离变量法(8 3)暋暋3 灡 7 灡 5暋镜像法(8 7)桏暋暋3 灡 7 灡 6暋无源区问题的类比解法(8 8)暋3 灡 8暋静态场的应用(9 1)暋暋3 灡 8 灡 1暋静电比拟在电解槽中的应用(9 1)暋暋3 灡 8 灡 2暋带电粒子流的电、磁偏转在喷墨打印机和回旋加速器中的应用(9 2)暋暋3 灡 8 灡 3暋霍尔效应在磁流体发电机中的应用(9 3)暋暋3 灡 8 灡 4暋超导现象在磁悬浮技术中的应用(9 4)暋思考题(9 5)暋习题(9 6)第4章暋动态场(1 0 0)暋4 灡 1暋静态场方程在时变条件下的推广(1 0 1)暋暋4 灡 1 灡 1暋法拉第电磁感应定律的启示 涡旋电场(1 0 1)暋暋4 灡 1 灡 2暋问题的提出 位移电流(1 0 2)暋暋4 灡 1 灡 3暋动态场方程 麦克斯韦方程(1 0 3)暋4 灡 2暋辅助动态位(1 0 4)暋暋4 灡 2 灡 1暋时变电磁场的标量电位和矢量磁位(1 0 4)暋暋4 灡 2 灡 2暋时变电磁场动态位的波动方程(1 0 5)暋4 灡 3暋时变电磁场的边界条件(1 0 5)暋暋4 灡 3 灡 1暋边界条件的一般形式(1 0 5)暋暋4 灡 3 灡 2暋边界条件的特殊形式(1 0 6)暋4 灡 4暋时变电磁场的能量、能流和能量守恒定律(1 0 6)暋暋4 灡 4 灡 1暋时变电磁场的能量(1 0 6)暋暋4 灡 4 灡 2暋时变电磁场的能流 坡印亭矢量(1 0 7)暋暋4 灡 4 灡 3暋时变电磁场的能量守恒定律 坡印亭定理(1 0 7)暋4 灡 5暋时谐电磁场(1 0 9)暋暋4 灡 5 灡 1暋时谐电磁场的复数表示法(1 0 9)暋暋4 灡 5 灡 2暋时谐电磁场的麦克斯韦方程和本构方程(1 1 1)暋暋4 灡 5 灡 3暋时谐电磁场的辅助动