课程：电磁场与电磁波内容：第7章平面电磁波课时：6学时石河子大学信息科学与技术学院
1 课程: 电磁场与电磁波 内容: 第 7 章 平面电磁波 课时:6 学时 石河子大学信息科学与技术学院
课题科目平面电磁波电磁场与电磁波课 时教师6 学时授课班级时间~学年第 学期知识目标：1、认识金属介质的一般模型。教学目的2、理解金属介质的频率特性。与要求3、理解趋肤深度（穿透深度）的定义和概念。4、了解等离子体的基本特性，以及电离层对波的反射机理。5、理解波向着电离层法向入射时会发生反射的最大频率（临界频率f。的定义和概念。6、了解矩形波导的基本特性。7、理解矩形波导导波的机理。8、理解波通过波导传播时的截止频率f.的定义和概念。9、理解波导中TE波的定义和概念。能力目标：根据学生已具备的关于方面数学知识和物理知识，引导学生从微观现象归纳出波在金属介质中的传输特性，培养学生的想象力及利用所学知识分析、总结问题的能力。情感目标：引导学生将抽象的数学分析与现实物理世界尽可能融合，激发学生对理论学习的热情。2
2 课 题 平面电磁波 科目 电磁场与电磁波 课 时 6 学时 教师 授课班级 时间 ～ 学年第 学期 教学目的 与要求 知识目标： １、认识金属介质的一般模型。 ２、理解金属介质的频率特性。 ３、理解趋肤深度（穿透深度）的定义和概念。 ４、了解等离子体的基本特性，以及电离层对波的反射机理。 5、理解波向着电离层法向入射时会发生反射的最大频率(临界频率 c f 的定义和概念。 6、了解矩形波导的基本特性。 7、理解矩形波导导波的机理。 8、理解波通过波导传播时的截止频率 c f 的定义和概念。 9、理解波导中 TE nm 波的定义和概念。 能力目标： 根据学生已具备的关于方面数学知识和物理知识，引导 学生从微观现象归纳出波在金属介质中的传输特性，培养学 生的想象力及利用所学知识分析、总结问题的能力。 情感目标： 引导学生将抽象的数学分析与现实物理世界尽可能融 合，激发学生对理论学习的热情
在这一章中,我们以金属媒质作为模型来讨论电磁波在其中的传播情况，这种模型是建立在萨姆菲尔德（Sommerfeld）德鲁德（Drude）和洛伦兹（Lorentz）等人的理论研究基础之上的，在这种模型中假定金属的导电特性主要决定于导电（自由）电子（价电子）概述而那些被紧紧束缚在原子周围的电子没有起到什么作用；此外还假定导电电子在原子晶格中可自由穿行，并常常与这些晶格发生碰撞。这种金属模型可以进一步地推广运用于等离子体的反射，在本章的最后一节我们将讨论波在简单波导中的传播情况金属介质的一般模型、金属介质在高频或低频时的特性、导波教学重点教学难点导波教学方法讲述法、演示法、发现法、讨论法教学环境多媒体教室教学准备多媒体课件1、复习提问教学过程2、引入新课3、讲解新课4、归纳总结n
3 概述 在这一章中,我们以金属媒质作为模型来讨论电磁波在其中的传 播情况, 这种模型是建立在萨姆菲尔德（Sommerfeld）、德鲁德 （Drude）和洛伦兹（Lorentz）等人的理论研究基础之上的，在这 种模型中假定金属的导电特性主要决定于导电（自由）电子（价电子）, 而那些被紧紧束缚在原子周围的电子没有起到什么作用；此外还假定 导电电子在原子晶格中可自由穿行，并常常与这些晶格发生碰撞。这 种金属模型可以进一步地推广运用于等离子体的反射，在本章的最后 一节我们将讨论波在简单波导中的传播情况。 教学重点 金属介质的一般模型、金属介质在高频或低频时的特性、导波 教学难点 导波 教学方法 讲述法、演示法、发现法、讨论法 教学环境 多媒体教室 教学准备 多媒体课件 教学过程 1、复习提问 2、引入新课 3、讲解新课 4、归纳总结
5、布置作业2 学时电磁波在金属介质中的传播学时分配导波2 学时反射与折射6 学时小计教学环节教学过程
4 5、布置作业 学时分配 电磁波在金属介质中的传播 2 学时 导波 2 学时 反射与折射 小计 6 学时 教学环节 教学过程
在第三章中，我们讨论过用以描述分子或原子中的电荷特性的一般复习模型，现在我们准备对该模型稍加修改，以便使其能够适用于金属。我们知道，在电场的作用下，原子中电荷的移动可用如下的受力方程描述a'x1ax+0+0x)(8-1)qE,=m(taa式中m为电荷g的质量，α是电荷移动的衰减常数，の。则是电荷的自然角频率。在第七章中我们曾经指出，由上述模型可以得出低密度介质的折射率为Ng/m&n=1+(8-2)(o-0")+iα0式中N为每单位体积中电荷的数量，①是测量频率的2元倍。从前面的讨论中我们已经知道，（8-2）式仅仅适用于气体，而对于密度较高的物质，如液体或固体，由于其中分子极化形成偶极子从而产生局部场的原因，上述结论需要修改。但是金属分子或原子中的自由电荷不可能发生极化，因而对于高密度的金属媒质，（8-2）式无需修改。另一方面，由于自由电荷没有被束缚在原子周围，所以不存在着正比于位移的恢复力，同时这些电荷在原子内部也没有自然频率或谐振频率。引入多媒体课件展示：第8章导体中的电磁波提示：本章的重点内容新课设置悬念、激发探究提问：电磁波遇到金属介质时你认为会发生什么情况？多媒体课件展示：8.1金属介质的一般模型5
5 复习 引入 新课 在第三章中,我们讨论过用以描述分子或原子中的电荷特性的一般 模型，现在我们准备对该模型稍加修改,以便使其能够适用于金属。我 们知道,在电场的作用下,原子中电荷的移动可用如下的受力方程描述 2 2 2 0 ( ) x x x qE m x t t = + + （8－1） 式中 m 为电荷 q 的质量， 是电荷移动的衰减常数， 0 则是电荷的自 然角频率。 在第七章中我们曾经指出，由上述模型可以得出低密度介质的折射 率为 2 2 0 2 2 0 / 1 ( ) Nq m n i = + − + （8－2） 式中 N 为每单位体积中电荷 q 的数量， 是测量频率的 2 倍。 从前面的讨论中我们已经知道，（8-2）式仅仅适用于气体，而对于 密度较高的物质,如液体或固体，由于其中分子极化形成偶极子从而产 生局部场的原因，上述结论需要修改。但是金属分子或原子中的自由电 荷不可能发生极化，因而对于高密度的金属媒质,（8-2）式无需修改。 另一方面，由于自由电荷没有被束缚在原子周围，所以不存在着正比于 位移的恢复力，同时这些电荷在原子内部也没有自然频率或谐振频率。 多媒体课件展示：第 8 章 导体中的电磁波 提示：本章的重点内容 设置悬念、激发探究 提问：电磁波遇到金属介质时你认为会发生什么情况？ 多媒体课件展示：8.1 金属介质的一般模型