《电磁场与电磁波学习指导与典型题解》 - 梅中磊、曹斌照、牛调明 - Meg Book Store

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『簡體書』电磁场与电磁波学习指导与典型题解

書城自編碼： 3789683
分類：簡體書→大陸圖書→教材→研究生/本科/专科教材
作者：梅中磊、曹斌照、牛调明
國際書號(ISBN)： 9787302608615
出版社：清华大学出版社
出版日期： 2022-08-01

頁數/字數： /
書度/開本： 16开釘裝：平装

售價：HK$ 100.3

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編輯推薦：

本书是为高等院校电子信息类专业主干基础课程“电磁场与电磁波”配套教辅图书，是一流本科课程“电磁场与电磁波”建设配套图书。作者于2018年在清华出版社出版《电磁场与电磁波》，2020年出版《MATLAB电磁场与微波技术仿真》，从而构建了以主教材、虚拟仿真辅助教材、习题集为支点的立体化教材体系。在编写体例上，每章都包括思维导图、知识点归纳、主要内容及公式、重点与难点分析、典型例题分析、课后习题详解、核心MATLAB代码、科技前沿以及考研真题分析等。特色如下：
? 思维导图提供全书以及各个章节的2套思维导图，方便读者从全局的高度把握电磁场与电磁波的内容，利于预习和复习。
? 答疑解惑结合作者的教学经验，针对各个章节易出错、学生经常提问的重点与难点内容，给出有针对性的讲解。
? 手脑并举书中所有章节都提供MATLAB程序代码，方便动手实践，加深理解。
? 寓研于教融合科研新进展，精选有代表性的例题，如《科学》《物理评论快报》等刊物的内容；结合本章知识介绍相关科技前沿，学以致用。
? 熟能生巧书中所涉及的例题有74个，课后习题求解206个，考研题目解答56个，共计336个题目

內容簡介：

本书是高等院校电子信息类专业主干基础课程“ 电磁场与电磁波” 配套的教辅图书，是一流本
科课程“ 电磁场与电磁波” 建设的配套图书。作者在清华大学出版社出版了《电磁场与电磁波》《 MA T L A B
电磁场与微波技术仿真》，从而构建了以主教材、虚拟仿真辅助教材、习题集为一体的立体化教材体系。在
编写体例上，本书每章都包括思维导图、知识点归纳、主要内容及公式、重点与难点分析、典型例题分析、课
后习题详解、核心 MA T L A B代码、科技前沿知识以及考研真题分析等。
本书适合作为高等院校电子信息、通信工程和电气信息类等专业“ 电磁场与电磁波” 课程的配套教材，
也可供从事相关工作的工程技术人员参考。

關於作者：

梅中磊：兰州大学信息科学与工程学院副院长、教授、博士生导师，兰州大学第六届学术委员会委员，甘肃省教学名师，“飞天学者”特聘教授，“宝钢”优秀教师，甘肃省青年教师成才奖获得者，兰州大学第三届我最喜爱的“十大教师”和“师德标兵”。长期从事本科生课程“电磁场与电磁波”“数学物理方法”及研究生课程“电磁数学”的讲授。倡导研究型教学和本科生参与科研实践，并开展相关教学研究。主持“研究型教学在‘电磁场理论’课程中的实践及示范应用”项目，获省级教学成果二等奖。主要研究领域为新型人工电磁材料及器件等。先后主持和参与国家自然科学基金、甘肃省自然科学基金等科研项目，2014年获得省高校科技进步一等奖。近年来在国际期刊发表高水平SCI论文50余篇，其中指导本科生在美国《物理评论快报》发表论文2篇。

第1章矢量分析
1.1矢量分析思维导图
1.2知识点归纳
1.3主要内容及公式
1.3.1矢量的代数运算
1.3.2标量场的梯度、矢量场的散度与旋度等运算
1.3.3矢量积分定理
1.3.4三种常用坐标系
1.4重点与难点分析
1.4.1矢量代数恒等式的证明方法
1.4.2矢量场、标量场的定义及物理意义
1.4.3矢量偏微分算符的引入及其作用
1.4.4混合微分运算及其证明
1.4.5场的不同坐标系下的表达方式及其互相转换
1.4.6不同坐标系下的梯度、散度、旋度和拉普拉斯运算
1.4.7梯度和方向导数的关系
1.4.8通量和散度
1.4.9环流和旋度
1.4.10亥姆霍兹定理及其意义
1.5典型例题分析
1.6课后习题详解
1.7核心MATLAB代码
1.8科技前沿中的典型矢量分析问题求解
1.8.1广义正交曲线坐标系中的线元矢量和拉梅系数
1.8.2广义正交曲线坐标系中梯度、散度和旋度及拉普拉斯运算的表达式
1.9著名大学考研真题分析
第2章静电场
2.1静电场思维导图
2.2知识点归纳
2.3主要内容及公式
2.3.1库仑定律和电场强度
2.3.2真空中静电场的性质
2.3.3静电势
2.3.4电偶极子及介质的极化
2.3.5静电场的边界条件
2.3.6电容和静电场的能量
2.4重点与难点分析
2.4.1电场强度的矢量积分是如何完成的
2.4.2电场强度的无旋性及关于电势的等价关系
2.4.3介质==真空？关于极化的一个理解
2.4.4为什么计算电荷密度时总差一个负号
2.4.5切向电场连续的严格证明
2.4.6束缚电荷密度的另一种证明方法
2.4.7电场无旋性和有散性的数学证明
2.4.8为什么进行曲线积分时会差一个负号
2.4.9静电场的基本问题及电场强度的求解方法
2.5典型例题分析
2.6课后习题详解
2.7核心MATLAB代码
2.7.1基于quiver函数的力线绘制方法
2.7.2利用streamline函数绘制电力线
2.7.3利用电力线方程绘制电力线
2.7.4contour命令绘制二维等势线
2.7.5isosurface命令绘制三维等势面
2.8科技前沿中的典型静电场问题
2.9著名大学考研真题分析
第3章稳恒电场和磁场
3.1稳恒电场和磁场思维导图
3.2知识点归纳
3.3主要内容及公式
3.3.1电流密度、电流元和电荷守恒定律
3.3.2稳恒电流的电场
3.3.3安培定律与磁感应强度
3.3.4磁矢势和磁标势
3.3.5磁偶极子和物质的磁化
3.3.6稳恒磁场的基本方程及边界条件
3.3.7电感与磁场能量
3.3.8稳恒电场与稳恒磁场及静电场的基本特性比较
3.4重点与难点分析
3.4.1导体中电导或电阻的计算
3.4.2如何理解稳恒电场中的高斯定理
3.4.3用毕奥萨伐尔定律进行磁场计算
3.4.4磁矢势A的物理意义及应用
3.4.5为何要引入磁标势
3.4.6应用安培定律计算磁场时回路绕行方向规定
3.4.7磁场的几种常用计算方法
3.5典型例题分析
3.6课后习题详解
3.7核心MATLAB代码
3.8科技前沿中的典型稳恒电场问题
3.8.1稳恒电场中的隐形衣
3.8.2静磁隐形衣
3.9著名大学考研真题分析
第4章静态场边值问题的解法
4.1静态场边值问题思维导图
4.2知识点归纳
4.3主要内容及公式
4.3.1边值问题及其分类
4.3.2镜像法
4.3.3分离变量法
4.3.4解析函数和保角变换法
4.4重点与难点分析
4.4.1双曲函数的定义及性质
4.4.2三类柱函数、渐近表达式与柱面波
4.4.3利用正交性计算分离变量法通解中的待定系数
4.4.4圆柱坐标系下拉普拉斯方程的通解形式
4.4.5磁性材料分界面上的镜像法
4.4.6磁荷法简介
4.4.7电轴法介绍
4.4.8关于保角变换的理解
4.4.9施图姆刘维尔本征值问题
4.4.10圆柱坐标系下各向异性材料中的电势通解
4.5典型例题分析
4.6课后习题详解
4.7核心MATLAB代码
4.7.1利用MATLAB绘制特殊函数的图像
4.7.2利用MATLAB符号工具箱求解线性方程组的根
4.7.3利用MATLAB计算贝塞尔函数或其导函数的根
4.8科技前沿中的典型静态场问题
4.8.1各向异性套层实现的球形隐形装置
4.8.2基于保角变换的电磁隐形衣
4.8.3各向异性材料构成的双层柱状隐形衣
4.8.4基于永电体的静电隐形装置
4.9著名大学考研真题分析
第5章时变电磁场
5.1时变电磁场思维导图
5.2知识点归纳
5.3主要内容及公式
5.3.1法拉第电磁感应定律
5.3.2麦克斯韦方程组及辅助方程
5.3.3电磁场边值关系
5.3.4坡印亭定理和坡印亭矢量
5.3.5电磁场的矢量势和标量势及其微分方程
5.4重点与难点分析
5.4.1研究正弦电磁场的原因和理论基础
5.4.2时谐电磁场与复矢量之间的转换
5.4.3平均坡印亭矢量的严格推证过程
5.4.4关于波动方程的几个问题
5.4.5磁型源所对应的麦克斯韦方程组
5.4.6磁型源所对应的辅助势函数
5.4.7利用麦克斯韦方程求解场量时的积分常数问题
5.5典型例题分析
5.6课后习题详解
5.7核心MATLAB代码
5.7.1MATLAB中的divergence函数介绍
5.7.2矢量场散度的可视化
5.7.3MATLAB中的curl函数介绍
5.7.4矢量场旋度的可视化
5.8科技前沿中的典型时变电磁场问题分析
5.8.1球形电磁隐形衣的设计
5.8.2柱状电磁隐形衣设计
5.9著名大学考研真题分析
第6章电磁波的传播
6.1电磁波的传播思维导图
6.2知识点归纳
6.3主要内容及公式
6.3.1理想介质中的平面电磁波
6.3.2有耗介质中的平面电磁波
6.3.3电磁波在两种不同介质分界面上的反射和折射
6.3.4电磁波在导体表面上的反射与折射
6.3.5驻波
6.3.6电磁波在矩形波导中的传输与谐振腔中的振荡
6.4重点与难点分析
6.4.1均匀平面电磁波的概念和研究意义
6.4.2传播常数和相位常数的关系
6.4.3波的极化的判断
6.4.4全透射不一定只发生在平行极化的情形
6.4.5全反射时波在分界面法向负指数衰减和导电媒质中波的衰减本质的区别
6.4.6古斯汉森效应
6.4.7负折射率媒质和零折射率媒质中的电磁波
6.4.8负折射和零折射
6.4.9表面等离子体
6.4.10均匀平面电磁波入射到理想导体板时的反射场求解方法
6.4.11反射、折射定律推导过程中的一个重要结论及其证明
6.5典型例题分析
6.6课后习题详解
6.7核心MATLAB代码
6.7.1行波和驻波及其可视化
6.7.2线性极化波的动画展示
6.7.3圆极化波
6.7.4椭圆极化波
6.8科技前沿中典型平面波的传播问题
6.8.1广义斯奈尔定律的推导
6.8.2零折射率超材料波导加载系统中电磁波的传播特性
6.8.3利用矩形金属波导的截止特性实现等效零折射率及应用
6.9著名大学考研真题分析
第7章电磁波的辐射
7.1电磁波的辐射思维导图
7.2主要知识点
7.3主要内容及公式
7.3.1分析天线辐射场的方法
7.3.2天线的常用电参数
7.3.3几种重要天线
7.4重点与难点分析
7.4.1方向性系数不同定义的等价性
7.4.2辐射场中距离和相位的近似处理原则
7.4.3电偶极子关于导体平面的镜像
7.4.4对称线天线的电流分布
7.4.5三维空间中的二元阵和均匀直线阵
7.5典型例题
7.6课后习题详解
7.7核心MATLAB代码
7.7.1使用MATLAB绘制天线方向图
7.7.2使用MATLAB绘制天线阵的阵因子
7.7.3使用MATLAB绘制电磁超表面的反射方向图
7.8科技前沿中电磁波的辐射问题——电磁超表面的相控阵解释
7.9著名大学考研真题分析
附录A电磁场与电磁波思维导图
参考文献

內容試閱：

“电磁场与电磁波”是电子信息类专业本科生的专业基础课程。学生通过该课程的学习，可以掌握电磁场与电磁波的基本概念、性质、规律和分析计算方法；能够利用相关理论解释实际应用中和生活中的电磁现象和电磁问题；初步学会利用科学计算工具辅助求解电磁问题；了解电磁领域科技前沿和各种常用电磁仿真软件，从而为今后学习其他课程以及研究与解决各类工程电磁问题奠定理论基础。与此同时，培养了他们的合作意识和团队精神并使其了解电磁工程项目等对社会、环境的影响及其应该承担的责任。
从内容上讲，“电磁场与电磁波”涉及大量的矢量分析和场论方面的数学知识；覆盖内容较广，且要求有一定的深度；相对于应用型课程，课程理论分析内容较多，概念抽象，难度较大。电磁场与电磁波课程实验是一个难点，设备投资大、占地面积大、使用效率低（同时做实验的人数少），造成教学“一条腿短”的困境。这些问题在国内外都没有得到很好的解决，从而造成学生的学习积极性不太高，学习效果不理想，因此对后续课程也有不良影响。
当前，无线通信技术的发展日新月异，我国以5G技术为核心的高科技领域占据了全球领先地位。通信产业的发展对高科技人才的需求越来越迫切，因此对高等学校人才培养也提出了越来越高的要求。如何培养德才兼备、知行合一的高素质通信人才，是广大电子信息类教育工作者面临的一个重要课题。因此，对“电磁场与电磁波”的教学进行新工科改造具有重要的理论价值和实践意义。
2018年，梅中磊教授倡导并联合太原理工大学曹斌照教授、兰州大学李月娥副教授以及马阿宁讲师，共同编著了《电磁场与电磁波》一书，并在清华大学出版社出版。相比其他教材，该教材具有以下特色：
（1）延续传统，更新内容。本教材注重反映该领域的最新研究成果和发展方向，教材中将最新科研进展紧密联系教学内容，以提高学生的学习兴趣，真正使教材能够达到培养人才的目的。同时，书中列举了生活中的实例，使教材真正“接地气”，贴近实际。
（2）精选具有代表性的例题和习题，力求达到举一反三的效果。有些例题紧密结合科技前沿内容，如电磁隐形衣、无线输电、人工电磁表面的分析等。同时，课后习题数量大、种类多、覆盖面广，全部习题提供答案，对于本领域的深入学习，具有重要的支撑作用。
（3）融合实践教学，培养科研素养。教材中设置了实践环节，部分内容配有核心MATLAB程序代码，方便学生在学习中动手操作，给他们的科研和就业打下基础。
（4）语言朴实，通俗易懂，采取比喻、举例的方式讲述，恰如其分。比如：通过切“土豆丁”的例子，阐述高斯定理；运用“试管刷”“蒲公英”的例子，描述电力线形状；用“渔网”的例子，讲解斯托克斯定理。另外，编写顺口溜（如现觅领队、山区植被）加深同学们对圆柱坐标系下拉普拉斯方程分离变量的理解。
（5）结合电磁场教学中的重点、难点和容易出错的地方，书中增加了类似“难点点拨”“重点提醒”“答疑解惑”和“延伸思考”等环节，对相关问题进行介绍和强调，适时帮助读者解决阅读和学习中的困惑。
更加难能可贵的是，书中增加的“科技前沿”等内容，紧密结合教学，做到水乳交融。因此，教材出版后，深受同学和同行的欢迎，已经多次印刷，并于2021年修订了第2版。
在此基础之上，梅中磊教授、李月娥副教授以及马阿宁讲师于2020年出版《MATLAB电磁场与微波技术仿真》，用于辅助主教材开展虚拟仿真实验。该辅助教材也收到了很好的反响，目前已经印刷多次。
与此同时，有同行老师反映，主教材中部分课后习题难度稍大，计算繁杂，希望能够提供全部习题的解题过程，以方便读者学习和使用。众所周知，在掌握了《电磁场与电磁波》的基本概念和理论之后，大量的练习既能够加深理解，又能够扩大知识面，拓展思路，增强应用。退一步讲，即使不亲自动手解题，通过学习别人的解题过程，本身也是理解课程内容的一个重要环节。在这样的情形下，清华大学出版社盛东亮主任向作者提出了建议，即编写一本与教材配套的习题指导书，同时可以摘录一些重点高校往年的考研题，从而帮助广大学子学好课程。事实上，我们在兰州大学许福永教授（梅中磊和曹斌照共同的博士生导师）负责“电磁场与电磁波”教学之时，就有编写《电磁场与电磁波解题指导》的计划，当时还建议安排一题多解的环节，以帮助学生学习。只是当初因为种种客观原因，未能如愿。

基于此，梅中磊教授与太原理工大学曹斌照教授商量，两人一拍即合。同时，适逢牛调明博士从澳大利亚毕业归来，加入兰州大学教学团队，并在“电磁场与微波技术”课程群从事相关教学工作，因此动员牛调明老师也加入撰写工作，一来人多力量大，二来对她本人深入掌握专业知识，进而提高教学质量，也大有裨益。
全书共7章，内容包括矢量分析、静电场、稳恒电场与磁场、静态场边值问题的解法、时变电磁场、电磁波的传播、电磁波的辐射。每一章由思维导图、主要内容及公式、重点与难点解析、典型例题分析、课后习题详解、科技前沿知识、核心MATLAB代码以及考研真题等组成。本书的特点有：
（1）每章绘制思维导图，提纲挈领，便于读者从宏观上把握各章全局，便于预习和复习。众所周知，每个人绘制的思维导图都反映了个人对章节内容的理解，是个人知识结构的一个反映，不同的人对同一内容所绘制的思维导图不同。为此，曹斌照教授和梅中磊教授都从个人的角度绘制了各自的导图。前者分散放置在每章的第一部分，后者集中放置在本书的附录部分，可以作为读者预习和复习时的参考。
（2）特别设置重点与难点讲解环节，结合作者的教学经验和体会，对解题过程中的难点、“陷阱”和同学们特容易提问的地方，做重点讲解。从而给读者吃“提神药”，打“预防针”，“堵住他们的嘴”。比如：计算电荷面密度时容易出现的正负号错误，计算静电势时的正负问题，以及计算感应电动势时的正负号确定等。
（3）提供《电磁场与电磁波》教材课后所有题目的详细求解过程，部分题目提供一题多解，方便同学们学习。书中提供的习题数量达206个。
（4）密切联系科技前沿。本书结合各个章节的内容，有意识地引入与之密切相关的科技前沿的案例，从而做到“熊掌与鱼兼得”。同学们在学习课程知识的同时，也学到了科研领域的重要内容，事半功倍，一箭双雕。本书适合大学生科研。
（5）各章遴选了一定数量的典型例题。对于例题讲解，有分析，有方法指导，部分题目还有一题多解，方便同学们学习，加深对知识点的理解。作者有意识地从国外教材或者实际应用中选择具有新颖性和实用性的例题，以提升学生的学习动力。比如：尖端放电的例子、太阳能电池的相关能量计算等。书中共整理了各类例题74个。
（6）各章设置考研真题进行讲解。书中收集知名高校的考研题目共计56个，并根据具体内容将其归纳整理到相关章节讲解。
（7）各章都提供核心MATLAB代码，方便同学们在学习的过程中“手脑并举”，开展动手实践。
《电磁场与电磁波》（第2版）、《MATLAB电磁场与微波技术仿真》及《电磁场与电磁波学习指导与典型题解》这三本书构建了以主教材、虚拟仿真辅助教材、习题集为一体的立体化教材体系，必将方便广大同学和同行的学习与教学。
本书由梅中磊、曹斌照、牛调明编著。作者都毕业于兰州大学信息科学与工程学院，均获得无线电物理专业的硕士、博士学位（牛调明获阿德莱德大学博士学位），长期从事电磁场与微波技术领域的研究，并（曾）在兰州大学讲授相关课程。梅中磊负责第1章、第2章、第4章、第5章的编写和全书统稿；曹斌照编写了第3章、第6章和第7章；牛调明搜集和整理相关题目，
编写了全部的考研真题求解。在教材编写过程中，兰州大学博士生导师许福永教授给予了极大的帮助和鼓励，并提出了很多宝贵建议，进一步提升了本教材的质量；兰州大学信息学院博士、硕士研究生陈文琼、祁部雄、陈望飞、刘寅秋、张义凡、冯俊朗、史红娟等在书中部分插图绘制、公式录入和校稿方面提供了很大帮助；兰州大学教务处对教材的编写给予了资金支持（兰州大学教材建设基金资助）。在此对他们表示衷心的感谢！
由于受水平、时间、篇幅所限，在编写过程中难免存在一些疏漏或欠妥之处，恳请广大读者批评指正。我们将对这套教材不断更新，以保持教材的先进性和适用性。热忱欢迎全国同行以及关注电子信息技术领域教育及发展前景的广大有识之士对我们的工作提出宝贵意见和建议。
编者
2022年6月

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