(1)本书保持了电磁场与电磁波基础理论的系统性、完整性,对基本概念、基本方法力求讲深讲透。
(2)妥善处理好电磁场与电磁波课程与前期课程(矢量分析、电磁学)和后续课程(微波技术、天线等)的衔接,减少重复内容,突出本课程中的教学重点。
(3)依据认知的规律和作者二十多年的教学经验,在教学内容的编排,重点、难点讲解的方法上下了很大工夫,使教学内容深入浅出,有利于培养学生的自学能力。
(4)紧紧围绕基本概念、基本方法的教学精选例题、习题。增加了应用与发展性专题,适当介绍电磁场与电磁波的应用和电磁科学研究领域中新的进展。
(5)兼顾教学内容的基础性与先进性,注重培养学生的创新思想。
(6)第二版补充了一些电磁场与电磁波理论应用的案例。介绍电磁场与电磁波理论在一些前沿学科及生产、生活、科学研究、军事领域中的应用。
??普通高等教育“十一五”国家级规划教材
教育部高等学校电工电子基础课程教学指导委员会推荐教材
电子信息学科基础课程系列教材
河南省精品课程配套教材
电磁场与电磁波是电子信息工程专业和通信工程专业的一门专业基础课,使学生掌握电磁场与电磁波的基本规律、基本概念和一些基本的分析、计算方法; 学会分析、解决一些实际的工程电磁场与电磁波问题。本课程对培养学生的科学方法、创造能力和实际工作能力都起着十分重要的作用。??
??本书介绍电磁场?与电磁波的基本规律、基本概念和一些基本的分析、计算方法,帮助学生学会分析、解决一些实际的工程电磁场与电磁波问题。本书保持了电磁场与电磁波基础理论的系统性、完整性,对基本概念、基本方法力求讲深讲透。妥善处理好电磁场与电磁波与前期课程(矢量分析、电磁学)和后续课程(微波技术、天线等)的衔接,减少重复内容,突出本课程中的教学重点。依据认知的规律和作者二十多年的教学经验,在教学内容的编排,重点、难点讲解的方法上下了很大工夫,使教学内容深入浅出,有利于培养学生的自学能力。紧紧围绕基本概念、基本方法的教学给出了精选例题、习题。
?在第二版中又增加了一些应用案例,介绍电磁场与电磁波的应用和电磁科学研究领域中新的进展,兼顾教学内容的基础性与先进性,注重培养学生的创新思想。
本书可以作为大学本科电子信息工程、通信工程等专业的教材,也可供从事电波传播、射频技术、微波技术、电磁兼容技术的科研和工程技术人员参考??。
邹澎,郑州大学信息工程学院教授,河南省电磁检测工程技术研究中心主任,河南省电工技术学会常务理事。主要从事电磁场与电磁波理论、电磁环境、电磁干扰与电磁兼容的研究。1992年被评为河南省首批高等学校优秀中青年骨干教师;2006年被评为郑州大学教学名师;主讲的“电磁场与电磁波”课程被评为河南省精品课程。已出版三本专著:《环境电磁场测量》(中国计量出版社,1992)、《电磁兼容 原理、技术和应用》(清华大学出版社,2007)、《电磁辐射环境影响预测与测量》(科学出版社,2013),一本普通高等教育“十一五”国家级规划教材《电磁场与电磁波》(清华大学出版社,2008)和一本译著《电磁兼容工程》(清华大学出版社,2013),发表研究论文70多篇。
电子信息学科是当今世界上发展快的学科,作为众多应用技术的理论基础,对人类文明的发展起着重要的作用。它包含诸如电子科学与技术、电子信息工程、通信工程和微波工程等一系列子学科,同时涉及计算机、自动化和生物电子等众多相关学科。对于这样一个庞大的体系,想要在学校将所有知识教给学生已不可能。以专业教育为主要目的的大学教育,必须对自己的学科知识体系进行必要的梳理。本系列丛书就是试图搭建一个电子信息学科的基础知识体系平台。
目前,中国电子信息类学科高等教育的教学中存在着如下问题:
(1) 在课程设置和教学实践中,学科分立,课程分立,缺乏集成和贯通;
(2) 部分知识缺乏前沿性,局部知识过细、过难,缺乏整体性和纲领性;
(3) 教学与实践环节脱节,知识型教学多于研究型教学,所培养的电子信息学科人才不能很好地满足社会的需求。
在新世纪之初,积极总结我国电子信息类学科高等教育的经验,分析发展趋势,研究教学与实践模式,从而制定出一个完整的电子信息学科基础教程体系,是非常有意义的。
根据教育部高教司2003年8月28日发出的[2003]141号文件,教育部高等学校电子信息与电气信息类基础课程教学指导分委员会(基础课分教指委)在2004—2005两年期间制定了“电路分析”、 “信号与系统”、“电磁场”、 “电子技术”和 “电工学”5个方向电子信息科学与电气信息类基础课程的教学基本要求。然而,这些教学要求基本上是按方向独立开展工作的,没有深入开展整个课程体系的研究,并且提出的是各课程基本的教学要求,针对的是“2+X+Y”或者“211工程”和“985工程”之外的大学。
同一时期,清华大学出版社成立了“电子信息学科基础教程研究组”,历时3年,组织了各类教学研讨会,以各种方式和渠道对国内外一些大学的EE(电子电气)专业的课程体系进行收集和研究,并在国内率先推出了关于电子信息学科基础课程的体系研究报告《电子信息学科基础教程2004》。该成果得到教育部高等学校电子信息与电气学科教学指导委员会的高度评价,认为该成果“适应我国电子信息学科基础教学的需要,有较好的指导意义,达到了国内领先水平”,“对不同类型院校构建相关学科基础教学平台均有较好的参考价值”。
在此基础上,由我担任主编,筹建了“电子信息学科基础课程系列教材”编委会。编委会多次组织部分高校的教学名师、主讲教师和教育部高等学校教学指导委员会委员,进一步探讨和完善《电子信息学科基础教程2004》研究成果,并组织编写了这套“电子信息学科基础课程系列教材”。
在教材的编写过程中,我们强调了“基础性、系统性、集成性、可行性”的编写原则,突出了以下特点:
(1) 体现科学技术领域已经确立的新知识和新成果。
(2) 学习国外先进教学经验,汇集国内先进的教学成果。
(3) 定位于国内重点院校,着重于理工结合。
(4) 建立在对教学计划和课程体系的研究基础之上,尽可能覆盖电子信息学科的全部基础。本丛书规划的14门课程,覆盖了电气信息类如下全部7个本科专业:
电子信息工程
通信工程
电子科学与技术
计算机科学与技术
自动化
电气工程与自动化
生物医学工程
(5) 课程体系整体设计,各课程知识点合理划分,前后衔接,避免各课程内容之间交叉重复,目标是使各门课程的知识点形成有机的整体,使学生能够在规定的课时数内,掌握必需的知识和技术。
(6) 以主教材为核心,配套出版习题解答、实验指导书、多媒体课件,提供全面的教学解决方案,实现多角度、多层面的人才培养模式。
(7) 由国内重点大学的精品课主讲教师、教学名师和教指委委员担任相关课程的设计和教材的编写,力争反映国内先进的教改成果。
我国高等学校电子信息类专业的办学背景各不相同,教学和科研水平相差较大。本系列教材广泛听取了各方面的意见,汲取了国内优秀的教学成果,希望能为电子信息学科教学提供一份精心配备的搭配科学、营养全面的“套餐”,能为国内高等学校教学内容和课程体系的改革发挥积极的作用。
然而,对于高等院校如何培养出既具有扎实的基本功,又富有挑战精神和创造意识的社会栋梁,以满足科学技术发展和国家建设发展的需要,还有许多值得思考和探索的问题。比如,如何为学生营造一个宽松的学习氛围?如何引导学生主动学习,chao yue自己?如何为学生打下宽厚的知识基础和培养某一领域的研究能力?如何增加工程方法训练,将扎实的基础和宽广的领域才能转化为工程实践中的创造力?如何激发学生深入探索的勇气?这些都需要我们教育工作者进行更深入的研究。
提高教学质量,深化教学改革,始终是高等学校的工作重点,需要所有关心我国高等教育事业人士的热心支持。在此,谨向所有参与本系列教材建设工作的同仁致以衷心的感谢!
本套教材可能会存在一些不当甚至谬误之处,欢迎广大的使用者提出批评和意见,以促进教材的进一步完善。
2008年1月
绪论
第1章矢量分析
1.1矢量运算
1.2空间矢量
1.3矢量场和标量场
1.4三种常用的正交坐标系
1.4.1直角坐标系
1.4.2圆柱坐标系
1.4.3球坐标系
1.5矢量的微分
1.5.1矢量场的散度,散度定理
1.5.2矢量场的旋度,斯托克斯定理
1.5.3标量场的梯度
1.6亥姆霍兹定理
1.7微分算符
第1章习题
第2章静电场分析
2.1静电场的基本规律
2.1.1电荷与电荷分布
2.1.2场强E和电位Φ
2.1.3静电场的基本方程
2.1.4场强E和电位Φ的计算
2.1.5静电场中的导体
2.1.6静电场中的电介质
2.1.7电力线方程和等位面方程
2.2静电场的边界条件
2.2.1两种电介质界面上的边界条件
2.2.2导体与电介质分界面上的边界条件
2.3泊松方程和拉普拉斯方程
2.4唯一性定理
2.4.1格林定理
2.4.2静电场的边值问题
2.4.3唯一性定理
2.5导体系统的电容
2.5.1两导体间的电容
2.5.2部分电容
2.6静电场的能量与力
2.6.1静电场的能量
2.6.2利用虚位移原理计算电场力
2.7恒定电场(恒定电流场)
2.7.1电流与电流密度
2.7.2恒定电场的基本方程和边界条件
2.7.3导电媒质中的传导电流
2.7.4运流电流
2.7.5导电媒质中恒定电场与静电场的比拟
2.7.6接地
2.8静电场的应用
2.8.1电偏转和电聚焦
2.8.2喷墨打印机
2.8.3静电除尘
2.8.4静电复印
2.8.5静电屏蔽
2.8.6静电的危害与防护
第2章习题
第3章恒定磁场
3.1恒定磁场的基本规律
3.1.1磁感应强度B
3.1.2恒定磁场的基本方程
3.1.3磁介质的磁化
3.1.4磁场的计算方法
3.1.5磁路
3.2恒定磁场的边界条件
3.2.1两种磁介质界面上的边界条件
3.2.2铁磁质表面的边界条件
3.3矢量磁位
3.3.1矢量磁位A的引入
3.3.2矢量磁位A的微分方程及其解
3.3.3矢量磁位A的边界条件
3.3.4利用矢量磁位A计算磁场
3.3.5磁偶极子及其磁场
3.4标量磁位
3.5电感
3.5.1自感系数和互感系数
3.5.2M和L的计算
3.5.3部分电感
3.6磁场的能量和力
3.6.1电流回路系统的能量
3.6.2磁场的能量
3.6.3磁场力
3.7恒定磁场的应用
3.7.1磁屏蔽
3.7.2磁记录
3.7.3回旋加速器
3.7.4磁聚焦
3.7.5等离子体的磁约束
第3章习题
第4章静态场边值问题的解法
4.1电磁场边值问题概述
4.2直角坐标系中的分离变量法
4.3圆柱坐标系中的分离变量法
4.3.1圆柱坐标系中二维场的分离变量法
4.3.2圆柱坐标系中三维场的分离变量法*
4.4球坐标系中的分离变量法
4.5镜像法
4.5.1点电荷对无限大导体平面的镜像
4.5.2点电荷对介质平面的镜像
4.5.3电流对铁板平面的镜像
4.5.4点电荷对导体球的镜像
4.5.5电轴法
4.6有限差分法
4.6.1差分原理
4.6.2有限差分法的基本方法
4.6.3轴对称场的计算
4.6.4场强E、H、B的计算
4.6.5时域有限差分法简介
第4章习题
第5章时变电磁场
5.1电磁感应定律
5.2位移电流
5.3麦克斯韦方程组
5.4时变场的边界条件
5.5坡印廷定理和坡印廷矢量
5.6时变电磁场的矢量位和标量位
5.6.1矢量位A和标量位Φ的引入
5.6.2达朗贝尔方程
5.7应用案例电磁场在医学领域的应用
5.7.1CT
5.7.2磁共振成像
5.7.3微波切除肿瘤
第5章习题
第6章平面电磁波
6.1正弦电磁场的复数表示方法
6.2平均坡印廷矢量
6.3理想介质中的均匀平面波
6.3.1电磁波传播的基本方程
6.3.2均匀平面电磁波
6.4波的极化特性
6.5损耗媒质中的均匀平面波
6.6电磁波在各向异性介质中的传播*
6.6.1等离子体中的均匀平面波
6.6.2铁氧体中的均匀平面波
6.7平面上的垂直入射
6.7.1两种媒质分界面上的垂直入射
6.7.2理想导体表面的反射、驻波
6.7.3两种理想介质界面的反射、驻波比
6.8平面上的斜入射
6.8.1理想导体表面的斜入射
6.8.2理想介质表面的斜入射
6.9相速度与群速度
6.10应用案例
6.10.1电磁频谱
6.10.2极化技术的应用(简介)
6.10.3电磁波增透技术与隐身技术
第6章习题
第7章导行电磁波
7.1传输线
7.1.1传输线的分布参数及其等效电路
7.1.2均匀传输线方程及其解
7.1.3传输线上行波的特性参数
7.1.4传输线的工作参数
7.1.5无耗传输线工作状态分析
7.1.6史密斯圆图
7.2波导
7.2.1波导的一般分析方法
7.2.2规则金属波导
7.2.3同轴线
7.2.4光波导简介
7.3谐振腔
7.4应用案例
7.4.1短路、开路技术的应用
7.4.2s参数
第7章习题
第8章电磁波辐射
8.1滞后位
8.2电偶极子天线辐射
8.3磁偶极子天线辐射
8.3.1电与磁的对偶性
8.3.2磁偶极子天线的辐射
8.4天线的辐射特性和基本参数
8.5接收天线
8.6常用的线天线
8.7天线阵**
8.7.1二元直线阵与方向图乘积定理
8.7.2均匀直线阵
8.8面天线基础**
8.8.1惠更斯元的辐射
8.8.2平面口径的辐射
8.8.3常用的面天线
8.9应用案例
8.9.1GPS定位
8.9.2雷达
8.9.3电磁兼容技术简介
第8章习题
附录1习题参考答案
附录2符号表
附录3常用的数学公式
附录4电磁单位制
附录5常用的物理常数
附录6常用材料的参数
附录7史密斯圆图
索引
参考文献
这本教材的内容组织实在让人诟病,感觉像是把零散的知识点拼凑在一起,缺乏一个清晰的脉络和深入的思考。很多章节的衔接都显得生硬,读起来总有一种断层感。比如,在讲解某个概念时,突然就跳到了另一个完全不相关的内容,然后又在后面的章节才勉强提及之前的内容,这让学习过程变得非常碎片化。我花了很长时间才勉强理解了几个章节的内容,但当我去尝试做一些综合性的习题时,却发现自己根本无法将之前学到的知识融会贯通。书本上的习题也存在一些问题,有些题目难度设置不合理,要么过于简单,要么就突然变得异常刁钻,让人无从下手。而且,很多习题的解答过于简略,或者根本就没有提供详细的解题思路,这对于初学者来说,无疑是雪上加霜。我曾经尝试过按照书本的提示去解题,结果发现自己绕了很多弯路,事倍功半。让我感到尤其沮丧的是,书中一些关键概念的阐述不够深入,缺乏必要的背景介绍和实际应用案例,导致我很难体会到这些理论的意义和价值。我渴望一本能够引领我深入思考,触类旁通的教材,而不是一本仅仅罗列知识点,却不教你如何思考的“工具书”。
评分这本书给我的整体感觉就是“干瘪”,缺乏灵魂。它更像是一份机械的知识清单,而不是一本真正意义上的教科书。让我感到失望的是,书中对于物理概念的解释,往往停留在表面,缺少深入的探讨和独到的见解。例如,在讲解电磁波的传播机理时,书中只是简单地给出了几个公式和结论,却没有深入分析这些公式背后的物理意义,也没有提供一些生动的类比来帮助理解。这让我很难对电磁波产生直观的认识,感觉它只是一堆抽象的数学符号。同样,在介绍一些重要的物理现象时,书本也只是草草带过,没有提供足够的背景信息和相关的历史发展脉络,这让我很难感受到这些知识的“生命力”。我希望教材能够激发我的好奇心,引导我去思考“为什么”,而不是简单地告诉我“是什么”。书中对于习题的设置也比较单一,很多题目都只是对书本内容的简单重复,缺乏一些需要独立思考和创新解法的题目。我期待的是一本能够启发我的思维,培养我的科学探究精神的教材。
评分坦白说,这本书的阅读体验相当不友好。我感觉作者的写作方式更像是在给同行撰写学术报告,而不是为学生编写入门教材。大量的专业术语和复杂的句式结构,让我在阅读过程中疲惫不堪。我常常需要反复阅读同一段文字,才能勉强抓住其中的核心意思。更糟糕的是,书中对一些概念的引入,缺乏必要的铺垫和解释,感觉读者应该对此已经有一定程度的了解。这对于初次接触电磁场和电磁波的同学来说,无疑是一种巨大的挑战。例如,在讲解麦克斯韦方程组时,书本直接给出了微分形式和积分形式,却没有花足够的时间去解释这些方程组的由来以及它们所代表的物理意义,这让我感觉像是被直接推到了一个高难度关卡。我希望能有一本教材,能够用更通俗易懂的语言,更清晰的逻辑,来引导我一步步地理解这些复杂的理论。书中的插图和图表质量也参差不齐,有些插图的比例失调,有些图表的文字标注过于拥挤,这都影响了理解的效率。我希望我的学习过程能够顺畅而有启发,而不是充满挫败感。
评分对于我来说,这本书的语言风格就像是为资深研究者量身定做的,而不是面向我们这些基础课程的初学者。那些专业术语的使用,虽然准确,但往往缺乏必要的解释和拓展。很多时候,我需要一边阅读,一边查阅厚厚的词典和参考书,才能勉强理解一句话的意思。这种低效的学习方式,极大地打击了我的积极性。特别是书中一些关于数学推导的部分,给人的感觉是“你知道的,我不需要再说”,这对于刚接触这门学科的学生来说,简直是致命的。我期待的是一种能够循序渐进、由浅入深的学习体验,而不是一上来就被扔进深水区。书中的图表也常常显得不够清晰,有些示意图的标注模糊不清,甚至有些图表和文字描述并不完全对应,这让我花了更多的时间去猜测和揣摩。我想,一本好的教材,应该尽可能地减少读者的理解障碍,让知识的学习过程变得更加顺畅和愉快。我实在不明白,为什么在这样一个信息爆炸的时代,一本基础课程的教材,还能写得如此“高高在上”,让普通读者望而却步。
评分这本书简直是一场噩梦,让我对“基础”这两个字产生了深深的怀疑。我一直以为电磁场和电磁波是物理学中比较抽象但逻辑严谨的学科,但这本书给我的感觉却是,作者似乎在刻意地设置障碍,让理解变得异常困难。一开始,那些公式推导就如同天书一般,跳跃性极强,完全没有给出充分的铺垫和解释。我反复翻阅,试图找出其中的逻辑链条,却发现自己越陷越深。更让我抓狂的是,书中的一些例题,看似简单,但当你尝试独立解答时,却会发现书中给出的解法存在一些微妙的、难以察觉的错误,或者说是遗漏了一些关键步骤。这让我对书本的权威性产生了动摇,甚至开始怀疑自己是不是根本就不适合学习这门课程。大量的符号和定义堆砌在一起,却没有清晰的图示和直观的比喻来辅助理解,让人感觉像是在和一堆枯燥的符号在搏斗,而不是在探索物理世界的奥秘。我花了大量的时间去查阅其他的参考资料,试图从不同的角度去理解书本上的概念,但这本书的写作风格和内容组织方式,却让这种努力变得异常艰难。我希望一本教材能像一位循循善诱的老师,引导我一步步走进知识的殿堂,而不是像一位冷漠的审判官,只留下令人费解的条条框框。
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