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铁磁材料磁滞回线的研究论文

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铁磁材料磁滞回线的研究论文

一 磁滞回线的测量需要线性霍尔元件。二 环形磁铁{应该是环形软磁材料}上边绕制绕组,并且是用电容放电的形式形成电流的上升曲线,达到顶峰随即切除电容,即可在示波器上观察到磁滞回线的景象。但是可以需要制作若干个这样的试验才可以得到满意的效果,有时因为时间常数不对观察不到。

误差分析:

(1)仪器老化精度降低;

(2)实际电压与所标注理论电压不符;

(3)对铁磁材料的预先退磁不完全。

铁磁材料除了具有高的导磁率外,另一重要的特点就是磁滞。当材料磁化时,磁感应强度B不仅与当时的磁场强度H有关,而且与以前的磁化状态有关。

必须注意的是:反复磁化的开始几个循环内,每次循环的回路才相同,形成一个稳定的磁滞回线。只有经过“磁锻炼”后所形成的磁滞回线,才能代表该材料的磁滞性质。

扩展资料:

若磁化场的最大|H|值在小于|Hs|的范围内反复磁化,将得到小一些的磁滞回线(见图2)。所有磁滞回线中上述BNDEGKB为最大的一个,常称为极限磁滞回线。各磁滞回线两端顶点的连线称为正常磁化曲线,虚线所示,它和起始磁化曲线基本重合。

磁性材料的磁滞回线能较全面地反应该材料的磁特性,譬如剩磁rB、矫顽力cH等。因此,实用上常常借助磁滞回线来粗略了解材料的磁特性。

参考资料来源:百度百科-示波方法

一、磁滞回线的测量需要线性霍尔元件。

二、环形磁铁{应该是环形软磁材料}上边绕制绕组,并且是用电容放电的形式形成电流的上升曲线,达到顶峰随即切除电容,即可在示波器上观察到磁滞回线的景象。但是可以需要制作若干个这样的试验才可以得到满意的效果,有时因为时间常数不对观察不到。

扩展资料:

在常温及通常的磁场强度下,弱磁性(包括抗磁、顺磁、反铁磁物质或强磁物质在居里温度以上的情况)物质的磁化曲线为通过原点的直线,且其值远小于强磁物质。

强磁物质(包括铁磁及亚铁磁物质)在居里温度以下时,磁化曲线较为复杂,通常为一曲线,如下图(强磁体的起始磁化曲线和无磁滞磁化曲线)所示,其值远大于弱磁性的数值,且易于达到趋近饱和的状态,如曲线上部接近水平部分。

参考资料来源:百度百科-磁化曲线

磁滞回线小论文参考文献

引用硕士论文应按照参考文献中硕士论文的格式进行标注。

根据国家标准:GB/T 7714-2015的规定,参考文献引用时硕士论文的格式为:[序号]作者. 题(篇)名[C]. 出版地:出版社,出版年。

拓展资料

论文题目字数要求:

文章题目不超过20个字,不用不常见的英文缩写(三号、黑体、加粗,居中)

中文摘要与关键词:

摘要(黑体、小四、加粗,左对齐):中文摘要要求200字左右。中文摘要用第三人称编写,简短精炼,明确具体。摘要格式要规范,不能出现本文、论文等类似字样,不能出现数学公式、插图、表格、参考文献序号等。摘要中应用黑体明确列述该文的创新点(新理论,新观点,新技术,新工艺等等),以便于创新性知识的发现,提取和评价,。英文摘要同中文一致,创新点用斜体标出。(宋体、小四)

关键词(黑体、小四、加粗,左对齐):词1;词2;词3(宋体,小四,要求3-8个,用分号隔开)

英文摘要与关键词:

Title(三号、Times New Roman体、加粗、居中)

Abstract(小四、Times New Roman体、加粗):Abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract.abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract. abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract abstract. abstract abstract (小四、Times New Roman体)

Key words(小四、Times New Roman体、加粗):word1; word2; word3(小四、Times New Roman体,一律小写,英文缩写除外)

论文目录格式:

目录(三号、黑体、加粗、居中、字间空两字符)

1 一级标题(绪论、前言或引言)(小四、黑体、加粗、左对齐)……….………………1

1.1 二级标题1(小四、宋体、首行缩进2字符)…………………………………….1

1.1.1三级标题1(小四、宋体、首行缩进2字符)……………….…………………..1

1.2 二级标题2…………………………………..…………………………….25

2 一级标题(实验)……………………………….………………………………30

2.1二级标题1 …………………………………..…………………………….30

2.1.1三级标题1………………………………….……………………………..40

3 一级标题(结论、结束语)……………………………………………………..100

参考文献(不加标题编号)…………………………………………………………102

附录(不加标题编号)…………………………………………………………………104

附录1………………………………………………………………………………110

附录2………………………………………………………………………………115

附录3 …………………………………………………………………………….120

致谢(不加标题编号) ………………………………………………………………130

(以上单独成页)

1 一级标题(四号、黑体、加粗、左对齐)(三级标题,不得出现四级)

1.1 二级标题式样(小四、黑体、加粗、左对齐)

1.1.1 三级标题式样(小四、宋体、加粗、左对齐)

正文内容:

(小四,宋体,1.5倍行距,字符不缩放,字符间距为“标准”;参考文献标识符号[1],方括号加数字,小四,Times New Roman,上标表示;所有数字和英文全部为Times New Roman字;除目录可适当调整行距外,其他部分全部为1.5倍行距。页面上下边距为2.54cm,左右边距为3.17cm;中英文题目、摘要和关键词页面用罗马数字注页码,其他部分用阿拉伯数字注页码,页码为页脚标识,六号、宋体、居中。)

表(一律用三线表)

表1.1 表的名称(表序分两级,小四、宋体、加粗、居中)

表内文字:小四号、宋体、上下左右居中

注(五号、宋体、加黑):内容(五号、宋体),有多条注释,用“①、②……”分列。

2 一级标题(四号、黑体、加粗、左对齐)

2.1 二级标题式样(小四、黑体、加粗、左对齐)

2.1.1 三级标题式样(小四、宋体、加粗、左对齐)

正文内容。(小四,宋体,1.5倍行距,字符不缩放,字符间距为“标准”;参考文献标识符号[1],方括号加数字,小四,Times New Roman,上标表示;所有数字和英文全部为Times New Roman字;除目录可适当调整行距外,其他部分全部为1.5倍行距。页面上下边距为2.54cm,左右边距为3.17cm;中英文题目、摘要和关键词页面用阿拉伯数字注页码,其他部分用罗马数字注页码,页码为页脚标识,六号、宋体、居中。)

图(图序一级,依次标识,小四号、宋体、加黑、居中)

3 一级标题(四号、黑体、加粗、左对齐)

3.1 二级标题式样(小四、黑体、加粗、左对齐)

3.1.1 三级标题式样(小四、宋体、加粗、左对齐)

正文内容。(小四,宋体,1.5倍行距,字符不缩放,字符间距为“标准”;参考文献标识符号[1],方括号加数字,小四,Times New Roman,上标表示;所有数字和英文全部为Times New Roman字;除目录可适当调整行距外,其他部分全部为1.5倍行距。页面上下边距为2.54cm,左右边距为3.17cm;中英文题目、摘要和关键词页面用罗马数字注页码,其他部分用阿拉伯数字注页码,页码为页脚标识,六号、宋体、居中。)

公式(公式格式:公式居中,公式编号右对齐,英文字母和数字为Times New Roman体,小四号字)

(以上单独成页)

参考文献(五号、黑体、加粗、居中):

1) 期刊文献的著录格式[序号] 主要责任者.文献题名[文献类型标识].刊名,年,卷(期):起止页码. (五号、宋体、下同)

2)普通图书(专著)的著录格式[序号] 主要责任者.书名[文献类型标识]. 其他责任者(选择项).版本(第1版不标注).出版地:出版者,出版年:页码(选择项).

3)析出文献的著录格式[序号] 主要责任者.析出文献题名[文献类型标识] // 编者.原文献名.出版地:出版者,出版年:析出文献起止页码.

4)学位论文的著录格式[序号] 作者.题名:[文献类型标识].保存地:保存者,年份.

5)报纸文章的著录格式[序号] 主要责任者.文献题名[文献类型标识].报纸名,出版日期(版次).

6)电子文献的著录格式[序号] 主要责任者.电子文献题名[电子文献及载体类型标识].电子文献的出处或可获得地址,发表或更新日期/引用日期(任选).

7)专利文献的著录格式[序号] 专利申请者.专利题名[文献类型标识].专利国别,专利号,出版日期.

8)技术标准(规范)的著录格式[序号] 起草责任者.标准代号 标准顺序号—发布年 标准名称[文献类型标识].出版地:出版者,出版年(也可略去起草责任者、出版地、出版者和出版年).

9)各种未定义类型文献的著录格式[序号] 主要责任者.文献题名[Z].出版地:出版者,出版年.

10)外文文献的引用格式各类外文文献的文后参考文献格式与中文格式相同,其中题名的首字母及各个实词的首字母应大写,为了减少外文刊名引用不规范所造成的引文统计及链接误差,用(SXXXX-XXXX)格式在刊名后加ISSN号例如[1] KANAMORI H. Shaking without Quaking [J]. Science (S0036-8075), 1998, 279: 2063.

附: 参考文献类型及标识代码文献类型 标识代码 文献类型 标识代码 文献载体类型 标识代码普通图书 M 报告 R 磁带 MT会议录 C 标准 S 磁盘 DK汇编(论文集) G 专利 P 光盘 CD报纸 N 数据库 DB 联机网络 OL期刊 J 计算机程序 CP学位论文 D 电子公告 EB

(以上单独成页)

附录

附录1:

附录2:

附录3:

(以上单独成页)

致谢

感谢院系领导

感谢指导老师

1、好的毕业论文选题一定要新颖、有意义。一般切合国计民生重大关切的领域肯定是有意义的。如果做不到重大选题,也可以在某一个细分领域有所突破,也是新颖性的表现。实际上,在毕业论文动手阶段开始讨论选题意义已经有些晚了。最好,我们的同学能够在论文的开始阶段与导师协商好选题的背景和意义。这样一方面可以加深对于课题的理解,另一方面也有利于论文的完成。选题好不一定论文就能写好,但是如果一篇论文从选题阶段就开始出现问题,那么一定不会是一篇好的毕业论文。2、好论文的第二个方面是论证严谨。理工科的毕业论文要求以事实数据作为支撑,以图表为主支撑核心论点。比如在材料领域,可以用作数据支撑的图表包括SEM、晶体x射线衍射照片、比表面和孔径结构等,用以说明材料的结构特性;通过傅立叶红外图说明材料的表面化学特征;通过EDS等说明材料表面的元素组成。一般结构特征、化学特征、元素组成数据完整即说明对材料本身的表征完整。对于功能性材料,还需要进行相应的实验以获得材料的性能数据。必要的话,还需要对材料本身的复用性和实验数据的重现性加以说明。比较严谨的老师一般还会要求学生在记录实验数据的同时标注实验的测量误差以说明实验的准确性。上面只是对材料领域一般论证数据的要求。更进一步地,某些有特殊用途的材料还需要补充材料的特性数据。比如,吸附材料的特性数据就包括在一定温度下测得的吸附等温线、吸附动力学,磁性材料需要测量磁滞回线,催化剂需要测量反应物的转化率和收率,等等。除重复性实验以外,创新性实验或创制性实验还需要提供与现有材料相比取得的实质性进步的支撑数据,这样作为一篇毕业论文的数据才是完整的。3、语言简洁。科学性论文与文学性论文的最大区别就是其语言的准确性与简洁性。科学性论文的论点、论据、论证结果都具有明确的指向性。这就要求在写作时尽量少用模棱两可的词汇,像可能、大概、差不多等不属于严谨的科学论证语言。科学性论文在写作时要避免过分地夸大,有的同学为了突出自己研究成果的意义,使用一些非常夸张的词语,这也是评审老师非常反感的。当然也没有必要刻意压低自己的研究成果。如何描述才恰当?非常简单,实事求是、客观公正地论述自己的研究成果。我们的研究论文并不一定每一次都要取得突破性的贡献,遇到的失败或者挫折经过严谨的分析也可以为他人提供很好的借鉴。我们在行文时也不需要每次都提高、增强、扩大,有降低分析清楚原因为什么也是很好的研究论文。4、具体到格式,每个学校都有每个学校对于毕业论文的格式要求。论文内容完成后,一定要仔细阅读格式要求,并认真按照要求修改。最容易出错的地方一般是论文末尾的参考文献,建议查找往届的毕业论文进行参考,也可以通过NoteExpre等格式生成软件自动生成需要的论文格式

磁滞回线实验论文有参考文献的

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接触一个新领域,看了一段时间论文,做下总结。以下是介绍些磁流变液相关的最基础的东西。后面将陆续介绍关于磁流变液的材料的选择、性能特性及应用研究方面的基础知识。一、什么是磁流变液?磁流变液(Magnetorheological Fluids,MRF)是智能材料的一个分支,它的出现与另外一种致流变体材料——电流变体(ER)几乎同步,但其研究热潮却要滞后于ER,主要是因为ER的强度和稳定性的研究比较困难。二、磁流变体的组成及材料,分类作为一种悬浊液,MR一般由基液、弥散质和活化剂(或叫添加剂)三部分组成,基液一般采用植物油和矿物油,弥散质选用磁性微粒,而活化剂的作用主要是为了增强流变效应和对于MR沉降问题的解决。根据组成及性能的不同,磁流变液可分为4种类型:1、 微米磁性颗粒-非磁性载液型磁流变液:经典型MRF,采用微米尺寸的顺磁或软磁材料颗粒和低磁导率的载液。使用最多的磁性颗粒是羰基铁粉。磁流变液的颗粒体积分数一般为20%~40%,有的高达50%。颗粒直径一般在0.1~100μm范围内,典型值为3~5μm。相应的载液可以为硅油、矿物油、合成油、水和乙二醇等。2、 纳米磁性颗粒-非磁性载液型磁流变液:这种磁流变液是用微米级的非磁性颗粒(如40~50μm的聚苯乙烯或硅石颗粒)分散溶于磁性载液(如铁磁流体)中制成的悬浮液。3、 磁性颗粒-磁性载液型磁流变液:这种磁流变液是用微米级的磁性颗粒分散溶于磁性载液(如铁磁流体)中制成的悬浮液。磁性载液加强了磁性颗粒间的作用力,从而增强了磁流变效应。4、 非磁性颗粒-磁性载液型磁流变液:这种磁流变液是用微米级的非磁性颗粒(如40~50μm的聚苯乙烯或硅石颗粒)分散溶于磁性载液(如铁磁流体)中制成的悬浮液。这种悬浮液的磁流变效应较低。三、磁流变体工作原理当对磁流变液加入强磁场的时候,磁流变液产生相应的流变特性,从而发生流变特性,使其粘度、塑性及屈服强度等大大提高。四、MR比ER有哪些优势1、 MR的强度比ER高1~2个数量级,这样就可以缩小所需容器的体积;2、 MR适应的工作温度范围更宽广。ER:-25~125摄氏度,MR:-40~150摄氏度;3、 MR不受杂质的影响,化学稳定性更强于ER;4、 MR采用了高电压(1~5kV),ER采用的低电压(12~24V)。五、为什么MR在加入磁场后粘度会显著提高?外加场强后MR粘度之所以会显著提高是因为这时候产生了链状结构。对于这种结构相应的研究目前最主要的有两种理论——相变和场致偶极矩理论。相变理论认为,在外加场强由零而逐渐增高时,弥散在基液中的固体颗粒为随机状态,其迁徙和转动受热波动影响。而当场强增加到一定程度后,颗粒磁化,受热波动和场强两方面的影响,某些颗粒互相靠拢成有序排列,称为序相或成核。随着场强的进一步增加,这些有序相连成长链,并且以长链为核心,逐渐吸收短链,这样链就逐渐变粗,构成固态相。相变理论能解释MR 的部分现象,但却并不为大多数学者接受,还需要进一步的一、实验验证。场致偶极矩理论认为在外加磁场的作用下,每一个颗粒都被极化为磁偶极子,各个偶极子相互吸引成链,MR的流变效应强队与偶极子链的力大小有关。该理论能接受单链强度函数关系式的诸多影响因素,也能解释链演变过程的外加场强的三个区域,但该理论不能解释链变粗过程及强度和粒子体积百分比的关系,也不能解释MR强度和粒子大小间的关系。导致这两种理论体系所得出的MR强度公式与实验所得值相差比较远的根本原因在于,两种理论都假设了弥散质粒子为一个规则形状(球形),在磁场作用下球形颗粒完全磁化而互相靠近。但事实上,粒子是非常不规则的,甚至某些粒子可能会互相嵌套(粒子间距R大于粒子平均直径d),而且粒子表面又有活性剂包覆。五、MR材料——弥散质弥散质的选择人们主要参考以下几个方面:1、 磁流变效应是一种可逆变化,因此,它的磁滞回线必须狭窄,内聚力较小,而磁导率很大,尤其是磁导率的初始值和极大值必须很大;2、 磁流变效应应具有较大的磁饱和强度,以便使得尽可能大的“磁流”通过磁流变体流体的横磁截面,从而给颗粒相互间提供尽可能大的能量;3、 磁流变体在接通交流电的工作期间内,全部损耗都应该是一个很小的量;4、 磁流变体中的强磁性粒子的分布必须均匀,且分布率保持不变,这样才能保证其高度磁化及稳定性;5、 为了防止磁流变体被磨损并改变性能,磁流变体必须具备极高的“击穿磁场”;6、 一般来说,磁流变体的稳定性不应随温度变化而改变,即在相当宽的温度范围具有极高的稳定性。六、MR沉降问题由于现在大多数流体所采用的磁性颗粒主要是铁、钴、镍等材料,其密度都比基液密度大,因此就使得磁流变液的沉降是一个大问题。解决该问题主要有两种方法。一种是加入稳定剂或表面活性剂,类似于乳化液把弥散质和连续相连接起来,影响稳定性的因素主要包括颗粒直径的大小、体积分数、颗粒密度及载液的粘度和密度等;另外一种解决方法是密度适配法,但该方法受温度影响较大而不稳定。七、磁流变体的应用及研究代表单位国外研究磁流变的主要研究单位有美国Lord公司的Carlson、美国福特公司的Ginder、美国通用汽车公司的Foister、美国马里兰大学、美国加州州立大学、韩国S.B.Troi等国内主要的研究机构:中国科技大学、复旦大学、上海交通大学、中科院长春光机所、电子科技大学、西北工业大等。目前主要应用领域:1、 座椅减震器2、 磁流变体刹车3、 主动型减震器参考文献:1、汪建晓,孟光。磁流变液研究进展[J],航空学报。2002,23(1)2、 王立忠 ,李云瑞, 王 锋。磁流变体研究状况及进展[J]

误差分析:

(1)仪器老化精度降低;

(2)实际电压与所标注理论电压不符;

(3)对铁磁材料的预先退磁不完全。

铁磁材料除了具有高的导磁率外,另一重要的特点就是磁滞。当材料磁化时,磁感应强度B不仅与当时的磁场强度H有关,而且与以前的磁化状态有关。

必须注意的是:反复磁化的开始几个循环内,每次循环的回路才相同,形成一个稳定的磁滞回线。只有经过“磁锻炼”后所形成的磁滞回线,才能代表该材料的磁滞性质。

扩展资料:

若磁化场的最大|H|值在小于|Hs|的范围内反复磁化,将得到小一些的磁滞回线(见图2)。所有磁滞回线中上述BNDEGKB为最大的一个,常称为极限磁滞回线。各磁滞回线两端顶点的连线称为正常磁化曲线,虚线所示,它和起始磁化曲线基本重合。

磁性材料的磁滞回线能较全面地反应该材料的磁特性,譬如剩磁rB、矫顽力cH等。因此,实用上常常借助磁滞回线来粗略了解材料的磁特性。

参考资料来源:百度百科-示波方法

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关于磁铁的研究论文

磁铁为什么会失去磁性(小论文)我这可以帮你。

磁悬浮列车的原理是运用磁铁“同性相斥,异性相吸”的性质,使磁铁具有抗拒地心引力的能力,即“磁性悬浮”。这种原理运用在铁路运输系统上,使列车完全脱离轨道而悬浮行驶,成为“无轮”列车,时速可达几百公里以上。这就是所谓的“磁悬浮列车”。 列车上装有超导磁体,由于悬浮而在线圈上高速前进。这些线圈固定在铁路的底部,由于电磁感应,在线圈里产生电流,地面上线圈产生的磁场极性与列车上的电磁体极性总是保持相同,这样在线圈和电磁体之间就会一直存在排斥力,从而使列车悬浮起来。 前进的原理:在位于轨道两侧的线圈里流动的交流电,能将线圈变为电磁体。 由于它与列车上的超导电磁体的相互作用,就使列车开动起来。列车前进是因为列车头部的电磁体(N极)被安装在靠前一点的轨道上的电磁体(S极)所吸引,并且同时又被安装在轨道上稍后一点的电磁体(N极)所排斥。在线圈里流动的电流流向会不断反转过来。其结果就是原来那个S极线圈,现在变为N极线圈了,反之亦然。这样,列车由于电磁极性的转换而得以持续向前奔驰。 当今,世界上的磁悬浮列车主要有两种"悬浮"形式,一种是推斥式;另一种为吸力式。推斥式是利用两个磁铁同极性相对而产生的排斥力,使列车悬浮起来。这种磁悬浮列车车厢的两侧,安装有磁场强大的超导电磁铁。车辆运行时,这种电磁铁的磁场切割轨道两侧安装的铝环,致使其中产生感应电流,同时产生一个同极性反磁场,并使车辆推离轨面在空中悬浮起来。但是,静止时,由于没有切割电势与电流,车辆不能产生悬浮,只能像飞机一样用轮子支撑车体。当车辆在直线电机的驱动下前进,速度达到80公里/小时以上时,车辆就悬浮起来了。吸力式是利用两个磁铁异性相吸的原理,将电磁铁置于轨道下方并固定在车体转向架上,两者之间产生一个强大的磁场,并相互吸引时,列车就能悬浮起来。这种吸力式磁悬浮列车无论是静止还是运动状态,都能保持稳定悬浮状态。这次,我国自行开发的中低速磁悬浮列车就属于这个类型。 "若即若离",是磁悬浮列车的基本工作状态。磁悬浮列车利用电磁力抵消地球引力,从而使列车悬浮在轨道上。在运行过程中,车体与轨道处于一种"若即若离"的状态,磁悬浮间隙约1厘米,因而有"零高度飞行器"的美誉。它与普通轮轨列车相比,具有低噪音、低能耗、无污染、安全舒适和高速高效的特点,被认为是一种具有广阔前景的新型交通工具。特别是这种中低速磁悬浮列车,由于具有转弯半径小、爬坡能力强等优点,特别适合城市轨道交通。

范文一:洗洁精对金鱼的生活的影响1.课题提出:洗洁精在现代生活中与我们是息息相关的,我们几乎天天都要用洗洁精来清洗食品(水果、蔬菜等),清洗餐具。而当我们使用完后,大部分的洗洁精会随下水道流往江、河、湖、海。前段时间,我们看了某省级电视台的新闻报道,说洗洁精中含有强致癌物,其对人体的伤害可以通过反复冲洗而避免,但是它随我们的生活污水排到江河之中后,对江河之中的鱼类会产生有害影响吗?对江河周边的动物会有伤害吗?这一系列的问题让我们产生了兴趣,决定通过实验观察对我们所提出的问题进行证明,于是在我们精心的计划与安排下开展了这一课题的研究。2.实验目的: 论过实验和查阅资料说明洗洁精对水生生物(如鱼类)带来的危害,并初步探究其致害机理,希望能对其成分配方进行改进。3.实验方法: ①半数致死浓度测定法; ②呼吸频率:鳃盖活动计数; ③耗氧量测定:定碘法; ④器官检测:解剖法。4.材料用具: ①金鱼(金鱼是一种较为常见的实验用鱼,洗洁精直接排入水体中,受危害较明显的自然是水生生物) ②洗洁精(市面上常见的用来清洗水果、餐具的洗洁剂,购买于超市) ③实验仪器;规格为长、宽、高分别为20cm,20cm,40cm玻璃容器,规格为长、宽、高分别为 10cm、10cm、20cm的玻璃容器,1000ml量筒,10ml量筒,移液管,吸液球,金鱼网,100ml量杯,玻璃棒,计数器,解剖刀,解剖盘,解剖剪,解剖针,耗氧量测试瓶和实验相关化学仪器及药品。5.方法步骤: ①制作去余氯的自来水,先用大型铁桶装上自来水,然后用一层纱布和橡筋将桶口封住。随后放置在一个通风、透光的地方放置三天以上进行自然曝气除去自来水中的余氯。 ②实验鱼的驯养:驯养的水应是无任何污染的稀释用水(去余氯的自来水),驯养容器是无毒的,驯养时间为30天,驯养金鱼的数目是150条以上,驯养期间每天投少量不影响水质的饵料。当其死亡率控制在10%以下时,才可开始实验。 ③实验鱼的选择:实验鱼必须健康,判断的标准为体形正常,鳞片完整,各鱼鳍舒展无缺陷,体色光亮,行动活泼,反应灵敏,食欲好,大小基本一致,外观上没有异常现象和鱼病。 ④半数致死浓度的测定:a.实验液的配制:这个实验一并要配制两次实验液。第一次配制9个不同的洗洁精浓度梯度,分别编号为1-9,以初步找出大致致死范围。l-9号缸内的实验液的浓度分别为:10%、1%、0.l%、0.01%。0.001%、0.0001%、0.00001%、0.000001%、0%。第二次是在上述实验找出大致致死浓度后,在上述全部致死最低浓度和全部不死的最高浓度之间配制十个等差浓度。分别编号为A-J,再加上0%的空白进行对照,编号为K,求出半致死浓度。b.放入实验鱼:配制好实验液之后,要小心的把金鱼从驯养容器中转移到各实验组的容器中,每个缸内放五条金鱼。30分钟后,待金鱼己经完全适应其新环境后,开始计时观察,并进行记录。c.实验的时间:实验的时间一共为48小时,其中前12小时应作连续性的观察,后36小时内随时进行观察,记录下每组实验鱼死亡的时间。d.金鱼死亡的判断:金鱼停止了呼吸运动,用小镊子或玻璃棒夹鱼的尾柄部(鱼体接近尾鱼鳍的部分)在5分钟内没有产生刺激反应则可断为死亡。e.利用第二次的实验数据用以下公式计算出半数致死浓度。 半数致死浓度=(全部致死的最低浓度+全部存活的最高浓度)/2 ⑤实验鱼生理指标的测定(以空白组与半数致死浓度组对比)。a实验液的配制:按照上实验计算出的半数致死浓度重新配制实验液。b.放入实验鱼:把实验鱼分别放入清水(对照组)和半数致死浓度的(实验组) ①、②号实验容器里面,每个缸内放五条金鱼,实验时间为48小时。c.观察记录:每4小时观察一次,观察记录的内容为:( a)呼吸频率;( b)体表和运动情况;(c)对刺激(用玻棒敲击鱼缸〕的反应。⑥ 对上述各级实验后的鱼进行解出剖:观察的内容有内脏的颜色、体表、眼球、鳃丝等的变化。 ⑦实验鱼耗氧量测定: a.将对照组、半数致死浓度组放入广口瓶中,30分钟后,加上橡皮塞(瓶内不留空气),将其和未放鱼的空白瓶(清水瓶和半数致死浓度洗洁精瓶),30℃恒温放置1小时。 b.分别利用定碘法将以上瓶中水的含氧量测出,再利用两个空白瓶的含氧量,分别求出两组实验鱼的耗氧量,公式如下: 实验鱼耗氧量=(空白瓶水含氧量-实验瓶水含氧量)/鱼的重量×放置时间6.结果记录:该实验的最终结果是放置在不同浓度的洗治精溶液里面的金鱼出现不同的死亡率,然而放在清水中的金鱼仍然都存活。不同缸内的金鱼最先出现死亡现象的是浓度最高组的鱼,随后其它组内的鱼都相继出现死亡。由此可见,洗洁精的浓度与金鱼的死亡率呈正相关关系。说明其致害与浓度有关,并且存在浓度阈值。a. 呼吸频率 通过观察,我们发现,两组鱼的呼吸频率差异明显。b.表现生理、行为改变 在该实验中我们通过仔细的观察发现除1号缸内的金鱼未发生生理行为的变化,而2号缸内的鱼却有很明显的改变。大致归纳如下: 刚放入实验鱼时,两组鱼均呼吸频率正常,平均45次每分,反应敏捷,遇到刺激金鱼会马上散开或四处乱窜;游动的速度和体色都无异常。随后20小时中实验组的金鱼出现浮头现象,并且鱼肚微有肿胀。这时金鱼的呼吸次数有大幅度的上升,变为了80次每分。再过8小时后金鱼又有了一次转折性的变化,呼吸次数由多变为少,最少时可达30次每分,反应的程度也有明显的降低,遇到一般刺激金鱼无反应,非要用玻棒碰其体表才会有微弱反应,在12小时后,我们发现金鱼的体表表皮有脱落的现象,体色也慢慢变浅,失去了以前的艳色,此时反应变得极其迟钝,用玻棒击打也只是随着玻棒向一边倒,呼吸次数变为24次每分左右;全身的颜色己明显变浅。c.解剖特征 通过该实验对两组实验鱼的解剖,我们发现金鱼的内脏器官在颜色、形状上都没有大的变化,两组对比效果不明显。可是当我们观察两组实验鱼各自的鳃丝时,发现一个重要的现象,正常金鱼的鳃丝都是成放射网状散开;而且颜色鲜红;而实验组金鱼的鳃丝则出现萎缩;而且颜色也为暗红。另外鱼体表皮眼角膜都有明显的脱落现象。并且鱼体褪色现象也较为明显。d.耗氧量 通过上表中对耗氧量数据的比较,可以得知实验液中金鱼的耗氧量比对照组中的低,说明洗洁精能导致金鱼代谢机能的下降,从而引起耗氧量的下降。7.分析讨论: 通过参考上述若干项实验的有关结论以及所查阅到的相关资料,我们对实验现象和结果进行分析,并且初步探讨洗洁精的致害机理。 洗洁精的主要成分是一类人工合成的表面活性剂,例如洗洁精中的烷基苯磺酸钠其去垢机理是通过其分子疏水端亲和污垢(多为脂质),亲水端溶于水,达到使污垢分散于水中而被冲洗的目的。但这种物质也会同样作用于脂质的细胞膜,使膜崩解而细胞死亡。实验过程中,金鱼鳃部的表面细胞也因此而遭受破坏,这样使得鱼的鳃部气体交换明显下降。氧气供应不足,鳃丝缺氧变得暗红,自然耗氧显下降。在机体的反馈调节下,就通过增加呼吸频率来试图增加氧的获得量,浮头现象以及金鱼因吞气利用肠壁呼吸而引起的腹胀现象也伴随发生。当这一系列的调节措施仍无法见效时,缺氧将最终导致机能代谢的下降,进而表现为呼吸频率的下降、反应迟钝等不正常现象。因此,鱼的呼吸频率才会呈现出先增后减的钟形曲线。由此可见,洗洁精对鱼的致害机理主要表现在其对呼吸的阻滞作用,与最终因窒息而死亡。但在实验过程中,我们发现实验鱼有表皮角膜脱落和体表及眼球褪色现象,则可能是因为洗洁精中的表面活性剂及氯化物(用于氧化杀菌)的作用,当然在自然水域中,因为没有如此高的浓度及如此长的作用时间,因而表现没有如此明显,但其致害性是客观存在的。 另外,洗洁精内还含有多量的磷酸盐(如三聚磷酸钠)长期富集,可使水体出现富营养化,这样必将破坏水域生态系统的原有平衡。 洗洁精主要是由人工合成的物质组成,较难被微生物降解利用。设想每天都有大量的洗洁精残留物排入水体而得不到降解,一旦超过了水生生物的半数致死浓度,所带来的后果必然是大量水生生物的死亡及整个生态系统的崩溃。加之,洗洁精产生的泡沫覆盖在水体表面,会降低其复氧速度和程度,这一点在静水水体中表现得尤为突出。英国的泰晤士河水体缺氧,河口处可闻到硫化氢的气味,这主要是洗洁精污染的影响。8.建议 我们希望洗洁精的生产厂商能将许多有关成分进行改进,除去其中的有害成分;另外,提倡利用无污染的清洗物品。如肥皂,便是一种无污染无害又环保的物品,因为它的原料是存在于植物或动物的脂肪之内,易于生物降解;也可以考虑利用酶作为去污剂,降解污垢中的蛋白质和脂质(利用生物发生器产酶可能降低成本)。作 者:秦日 许孜 韩晗范文二磁铁在强磁场及高温环境下磁力的变化【目的】为了发现磁铁磁性受高温与强磁场环境的影响,并且为了找到我们在学习中常见的V形磁铁的居里温度,我们进行了实验。【思路】为发现磁铁磁力减弱或消失的变化情况,我们准备采用模拟这两种环境的方法。强磁场的环境采用直流电磁铁来模拟;高温环境采用高温电炉进行模拟。【工具材料】永磁铁:两块,分别为U形和条形。高斯计:LakeShore制造的410型,最小分辨率为0.1GS,量程为2000GS。电源:直流稳流电源,最大输出电流为400A,最大输出电压为50V。两极直流电磁铁。天津电炉厂制造的RJX25—13型箱式高温电炉,最高加热温度为1350℃。【制作过程】用高斯计测量一块V形磁铁和一块长条形磁铁,分别放入强磁场及高温环境中,不断改变输入电磁铁的电流和电炉温度,同时记录数据最后进行分析。【科学性】本次实验得到了准确的数据,并进而得到一些简单的物理结论。【先进性】本次实验完全由学生设计,亲自动手操作,不拘泥于资料中的数据,通过自己设计的实验方法,找到了问题的答案。【创新点】根据设计实验思路,提出具体的操作方法,并亲手操作,得到了最后的结论。作品简介在日常生活中原本磁力很强的磁铁由于在强磁场的环境下磁力的方向以及大小会发生变化,例如小磁铁在两块大磁铁的干扰下磁力会有所减弱;磁铁放在炉子旁,在高温情况下,磁力也会有所减弱;铁钉吸附在磁铁上,经过一段时间后会有磁性,我们查阅了许多资料,知道每一块磁铁都有不同的居里温度(Curie Temperature),即磁铁在该温度下会失去磁性,而我们在学习中常见到的磁铁的居里温度是多少呢?带着生活、学习中许许多多有关磁铁磁力减弱、消失、产生的种种疑问,我们进行了具体的实验,得到了准确、定量的物理结论。经过认真的分析以及查找资料我们发现,使磁铁的磁力减弱或消失的条件有:高温环境、强磁场环境以及强烈震动等。我们着重对高温以及强磁场两种环境下磁铁磁力减弱或消失的情况进行了实验;实验的目的是发现磁铁在高温环境下磁力的变化情况,并尽可能地发现其中的一些规律,预计在最后数据构成的曲线图像中可以发现一些大致的趋势和简单的规律。我们用高斯计对磁铁进行磁场值的测量。为了使数据更加准确,我们采用了一个磁极多点测量的办法,即以一个磁极的中点为主要测量点,把磁铁四角的四个点作为辅助测量点,因为在永磁铁中,磁感线的分布在磁铁的四角有重叠部分,所以不很准确,而中心能够准确地反映磁极的磁场值,所以在数据中我们以磁极中心的磁场值为最主要的数据,具体点的命名是:N极的四角分别为A、B、C、D;S极的四角分别为E、F、G、H;N极的中点为P,S极的中点为Q。1.强磁场环境下的实验我们在实验室中先用高斯计测量了条形型铁N、S两极的磁场值,接着我们将其放入了直流电磁场中,这时将经稳流电源整流、滤波后的直流电通给直流电磁场一定安培的电流,用高斯表测量强磁场内的磁场值,之后关闭稳流电源,拿出条形磁铁,再次用高斯表测量其N极、S极的磁场值的大小,进行对比之后,重复以上步骤,只是逐步增大其输入电流,记录不同的数值之后画出曲线图,通过曲线对数据进行分析。2.高温环境下的实验我们为了发现温度对于磁铁磁力的影响,我们采用高温电炉对磁铁进行加热,用高斯计对磁铁的磁场值进行测量,以温度每升高20℃为界限对磁铁进行测量,因为条件不允许,而且通过查资料我们看到磁铁在高温时与降温后的磁场值变化不大,所以我们测量磁铁时都是在磁铁从电炉中拿出用水冷却后才进行测量的。3.对U形磁铁重新充磁的实验在实验的最后,我们准备对已经完全失去磁性的磁铁放入直流电磁铁中进行充磁,即将其按照一定的方向放入(即将其侧放,目的是尽可能使直流电磁铁的磁感线符合U形磁铁原始的磁感线分布,真正达到充磁的目的),然后再给电磁铁通上400A的电流,五秒钟后将电磁铁断电,拿出磁铁,经过高斯计测量后,测得S为-92.8GS,N为77.6GS,虽然它的磁场值没有实验前大,但现在仍可以吸起小块金属。这次实验最终测量出来数据基本符合我们的预料,在强磁场环境下的数据所呈现的曲线较为不规律。对照曲线图可以看到对电磁铁所加电流小于20A时,磁铁正负磁场的磁场值变化不大,磁极也没有发生任何偏转,当输入电流大于20A时,磁铁的磁极以及磁场值发生了许多变化,N极的五个测量点大幅度减小,平均都在六分之一到七分之一左右,而S极也发生了许多变化,输入电流由1 8A变为21A时,S极的Q点由-319GS变为42GS。另外,不但数值发生了很大的变化,极性也发生了偏转。在我们测量的五个点中有三个发生了偏转,之所以两极的磁场值发生巨大的变化,是因为输入直流电磁场的电流是21A时,电磁铁中的磁场值明显超过了磁铁两极的磁场值,所以会对磁铁产生很大的影响。在后来的几次测量中,磁极的磁场值变化都不是很大,直至将输入电流增加到40A时,N极的几个辅助测量点都发生了偏转,主测量点的值也已经变得很小,而S极的磁场值也已经完全成为正值,这说明磁铁的两极在此时已经完全发生了变化。紧接着我们就将输入电流增大至200A,这时电磁铁内的磁场值是输入电流为40A时的10倍,这时的磁铁的磁极已经与外面的涂漆标志相反了,这块磁铁的涂漆为S一端已经可以和一块正常的磁铁涂漆为S的那一端相吸引了。在高温环境下的实验数据中,我们可以明显看到N、S极的P、Q点的磁场值都是随着温度的上升而下降的,当温度在220℃~300℃之间时磁场值下降最快,当炉内温度到达300℃左右时,磁铁被加热至红热状态,温度达到340℃时,磁铁两极的磁场值都降至很小,温度到360℃时,两极磁场值均变为0。磁铁在高温以及强磁场环境下磁力会发生变化:磁铁在高温环境下磁力会减弱直至消失;磁铁的磁场方向在强磁场环境下会发生变化,甚至发生磁极的偏转;没有磁性的金属在强磁场环境下会具有一定的磁力。一切物质都是由它的分子组成的,分子又由原子组成,原子由原子核和核外电子组成,电子在不停地自转和绕原子核旋转,电子的这两种运动都会产生磁性。但由于其运动的方向各自不同,普通的金属内部各个分子电流的取向是杂乱无章的,它们的磁场互相抵消,对外界不显磁性。在外界强磁场的作用下,有些物质内部原本的、各自运动的电子,全部排列整齐,而此时,电子旋转产生的磁效应与外界磁场方向一致,物质便呈现出磁性。磁铁之所以能吸住铁钉,是因为具有磁性的磁铁靠近铁钉时,铁钉内的原子被磁铁磁化。同理,若是让正常的磁铁处在强磁场环境下,磁铁内部的电子旋转的磁效应与外界磁场方向不同,所以磁铁内部的一部分电子旋转的取向会受到外界强磁场的干扰而发生变化,这时磁铁内部的电子旋转的取向会有所不同,会有一部分分子电流互相抵消,使磁铁内部的磁场方向发生很大的变化,甚至发生磁极偏转。而磁铁在高温环境下磁力消失是因为磁铁内的分子在高温环境下热运动会加快,改变了电子运动方向的规律性,会使分子电流互相抵消,从而使磁铁的磁力减弱直至消失。对磁铁进行重新充磁,使原子的电子排列重新具有规律性,而使失去磁性的磁铁重新具有磁力。通过这次实验我们对于磁铁退磁得到了更加深刻的理解,而利用磁铁的居里温度以及磁极偏转这些性质,可以为我们更好地服务,例如,电饭锅底部的控温装置就是利用了磁铁居里温度这一特性,该装置用的就是一块居里温度是105℃并且在降温后磁性还会恢复的磁铁,当锅里的水分干了以后,食品的温度将从100℃上升。当温度到达大约105℃时,由于被磁铁吸住的磁性材料的磁性消失,磁铁就对它失去了吸力,这时磁铁和磁性材料之间的弹簧就会把它们分开,同时将电源开关断开,停止加热,如果在不方便测温度的情况下,可以放入一块磁铁性质已知的磁铁,最后通过分析磁铁的磁场值的变化来估算温度最高达到了多少。利用这些性质在安全开关、放火灭火方面有很大作用,当然这些都是一些设想,若要真正实现还需要我们的进一步努力。作 者:于善霆 杨娜 刘斌就这些啦~O(∩_∩)O哈哈~

电磁电磁研究论文

电磁感应(Electromagnetic induction)现象是指放在变化磁通量中的导体,会产生电动势.这是我为大家整理的初二电磁感应科学论文,仅供参考! AAA篇一 拓展电磁感应定律 摘要:电磁感应现象是电磁学中最重大的发现之一,它揭示了电、磁现象之间的相互联系。法拉第电磁感应定律的重要意义在于,一方面,依据电磁感应的原理,人们制造出了发电机,电能的大规模生产和远距离输送成为可能;另一方面,电磁感应现象在电工技术、电子技术以及电磁测量等方面都有广泛的应用。本文就几种拓展式进行了理解应用。 关键词:电磁感应定律拓展式理解应用 Abstract: the electromagnetic induction phenomenon in electromagnetics is one of the most important discoveries, it reveals the phenomenon of electric and magnetic between each other. Faraday law on electromagnetic induction of important significance is, on the one hand, based on the principle of electromagnetic induction, people made out of the generator, the power of mass production and long-distance transmission become possible; On the other hand, the electromagnetic induction phenomenon in electrical technology, electronic technology and electromagnetic measurement methods are widely used. This paper will expand the understanding of several applications. Keywords: law on electromagnetic induction and expand application of understanding 中图分类号: O441.3 文献标识码:A 文章编号: 法拉第电磁感应定律的内容:电路中感应电动势的大小,跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比,要想回路中产生感应电动势,回路的磁通量一定要发生变化。回路中原磁场的磁感应强度的变化、回路面积的变化、原磁场和面积同时发生变化都会引起磁通量的变化,产生感应电动势,下面通过具体实例来谈对法拉第电磁感应定律的几种拓展式的理解和应用。 一、磁通量变化仅由原磁场随时间的变化引起,产生的感应电动势 例1.如图所示,边长为L的正方形金属线框,质量为m、电阻为R,用细线把它悬挂于一个有界的匀强磁场边缘,金属框的上半部处于磁场内,下半部处于磁场外,磁场随时间的变化规律为B = kt.已知细线所能承受的最大拉力为2mg,则从t=0开始,经多长时间细线会被拉断? 解: 感应电动势 线框中的感应电流为: 线断时有解得: 二、磁通量变化仅由原磁场随空间位置变化引起,产生的感应电动势 例2.一个质量为m、直径为d、电阻为R的金属圆环,在范围很大的磁场中沿竖直方向下落,磁场的分布情况如图所示,已知磁感应强度竖直方向的分量By的大小只随高度变化,其随高度y变化关系为By = B0(1 + ky)(此处k为比例常数,且k>0),其中沿圆环轴线的磁场方向始终竖直向上,在下落过程中金属圆环所在的平面始终保持水平,速度越来越大,最终稳定为某一数值,称为收尾速度。求 圆环中的感应电流方向; (2)圆环的收尾速度的大小。 解:(1)根据楞次定律可知,感应电流的方向为顺时针(俯视观察)(2)圆环下落高度为y时的磁通量为 设收尾速度为vm,以此速度运动Δt时间内磁通量的变化为 根据法拉第电磁感应定律有 圆环中感应电流的电功率为 重力做功的功率为 根据能的转化和和守恒定律有 解得 三、磁通量的变化仅由面积变化引起,产生的感应电动势 例3.半径为a的圆形区域内有均匀磁场,磁感强度为B=0.2T,磁场方向垂直纸面向里,半径为b的金属圆环与磁场同心地放置,磁场与环面垂直,其中a=0.4m,b=0.6m,金属环上分别接有灯L1、L2,两灯的电阻均为R0=2Ω,不计导线电阻, 今以MN为轴将右面的半圆环OL2O’向上翻转90º,若翻转的角速度为,求L1的平均功率。 解:转过90º角所用的时间 回路产生的平均感应电动势 L1的平均功率 四、磁通量变化仅由导体切割磁感应线引起。产生的感应电动势 例4.两根相距d=0.20m的平行金属长导轨固定在同一水平面内,并处于竖直方向的匀强磁场中,磁场的磁感应强度B=0.2T,导轨上面横放着两条金属细杆,构成矩形回路,每条金属细杆的电阻为r=0.25Ω,回路中其余部分的电阻可不计.已知两金属细杆在平行于导轨的拉力的作用下沿导轨朝相反方向匀速平移,速度大小都是v=5.0m/s,如图所示.不计导轨上的摩擦,求作用于每条金属细杆的拉力的大小. 解析:当两金属杆都以速度v匀速滑动时,每条金属杆中产生的感应电动势分别为: 由闭合电路的欧姆定律,回路中的电流强度大小为: 因拉力与安培力平衡,作用于每根金属杆的拉力的大小为 由以上各式并代入数据得N 五、磁通量变化由原磁场和面积共同引起,产生的感应电动势 例5.如图所示,两根平行金属导轨固定在水平桌面上,每根导轨每米的电阻为r0=0.10Ω/m,导轨的端点P、Q用电阻可以忽略的导线相连,两导轨间的距离l=0.20m。有随时间变化的匀强磁场垂直于桌面,已知磁感应强度B与时间t的关系为B=kt,比例系数k=0.020T/s。一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦低滑动,在滑动过程中保持与导轨垂直。在t=0时刻,金属杆紧靠在P、Q端,在外力作用下,杆以恒定的加速度从静止开始向导轨的另一端滑动,求在t=6.0s时金属杆所受的安培力。 解:以a表示金属杆的加速度,在t时刻,金属杆与初始位置的距离为,此时杆的速度 这时,杆与导轨构成的回路的面积,回路中的感应电动势, 而=,回路中的总电阻R=2Lr0 ,回路中的感应电流 作用于的安培力,解得F=,代入数据为F=1.44×10-3N。 注:文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。 AAA篇二 电磁感应中的力学问题 摘 要: 信息化时代开展探究性学习,符合新课标的要求,能培养学生解决问题的能力。在高中物理教学当中,自主探究性学生尤为重要。作者针对电磁感应中的力学问题,对自主探究性学习做了一定的阐述。 关键词: 电磁感应 力学问题 自主探究性学习 21世纪是信息化时代,是网络的时代,是知识不断创新的时代。教育的根本意义和价值在于培养学生的创新精神、培养学生的探究能力、培养学生解决问题的能力,从而塑造学生积极的、健康向上的、适合时代要求的人格。探究性学习正好满足了这样的教育要求,自主学习、合作探究使学生亲身经历解决问题的过程,有利于学生对知识获得深层的理解,同时有助于学生对所学概念、定律的发展、延伸、转变和掌握。 1.根据高中学生的年龄特点开展自主探究性学习 在进入青年时期的高中生,不再事事依赖父母,他们已经能够分辨是非,独立意识已经开始觉醒。在情绪的表达上逐渐趋于独立,认知能力的发展已接近成熟,逻辑、抽象思维能力不断增强和完善,在思考和解决问题的时候能自主性地运用逻辑思维。因此,他们的好奇心、求知欲,以及成功感就变得更加强烈。 2.具体问题中开展探究性学习 新课程标准要求:让学生领悟物理学的研究思维和方法,培养独立思考的学习习惯和能力,注重概念和规律教学。科学的自主探究能力和对科学探究的理解是在学生探究性学习过程中形成的,这就需要组织学生进行探究性学习。教师在课堂上要最有效地利用时间创设情境,给学生营造思维的空间和时间,让学生积极主动地参与到自主探究的学习中来。 学习过程是学习者自己的活动,只有自己参与到学习中去,获得的知识才能更牢固。高中阶段,学生自主学习的意识已经很强,自主学习能力已初步具备,但还有待于教师去进一步提高,自学的效果还取决于教师的引导。教师要引导学生在学习新课之前就先接触新知识,并动用已有的知识储备去进行探究,亲自揭开知识那神秘的面纱,提前占领学习这块主阵地。这样使师生共同进入学习过程中时,学生不再有陌生的感觉,更能融入到课堂教学之中,更能轻松愉快地接受知识,更能形成师生双方和谐的、平等、合作的关系。 下面我从高考题入手,选取有针对性的例题,通过对例题进行分析探究,让学生感知高考命题的意图,剖析学生分析问题的思路,培养解决问题的能力。 2.1电磁感应中的力学问题 命题意图:考查理解能力、推理能力,以及分析综合能力。 例1.如图1所示,两根平行金属导端点P、Q用电阻可忽略的导线相连,两导轨间的距离l=0.20m.有随时间变化的匀强磁场垂直于桌面,已知磁感应强度B与时间t的关系为B=kt,比例系数k=0.020T/s.一电阻不计的金属杆可在导轨上无摩擦地滑动,在滑动过程中保持与导轨垂直.在t=0时刻,轨固定在水平桌面上,每根导轨每m的电阻为r=0.10Ω/m,导轨的金属杆紧靠在P、Q端,在外力作用下,杆恒定的加速度从静止开始向导轨的另一端滑动,求在t=6.0s时金属杆所受的安培力. 自主探究: 【解题思路】以a示金属杆运动的加速度,在t时刻,金属杆与初始位置的距离L=at. 此时杆的速度v=at, 杆与导轨构成的回路的面积S=Ll, 回路中的感应电动势E=S+Blv. 而B=kt . ==k 回路的总电阻R=2Lr, 回路中的感应电流I=, 作用于杆的安培力F=BlI, 解得F=t, 代入数据得F=1.44×10N. 总结规律: (1)方法:从运动和力的关系着手,运用牛顿第二定律和电磁感应规律求解。 (2)基本思路:受力分析→运动分析→变化趋向→确定运动过程和最终的稳定状态→由牛顿第二定律列方程求解。 (3)注意安培力的特点: 实际上,纯力学问题中只有重力、弹力、摩擦力,电磁感应中多一个安培力,安培力随速度变化,部分弹力及相应的摩擦力也随之而变,导致物体的运动状态发生变化,在分析问题时要注意上述联系。 2.2导体棒切割磁感线问题 导体棒切割磁感线的运动一般有以下几种情况:匀速运动、在恒力作用下的运动、恒功率运动,等等。现以在恒力作用下的运动举例分析。 例2.如图2所示,一对平行光滑R轨道放置在水平地面上,两轨道间距L=0.20m,电阻R=1.0Ω;有一导体杆静止地放在轨道上,与两轨道垂直,杆与轨道的电阻皆可忽略不计,整个装置处于磁感强度B=0.50T的匀强磁场中,磁场方向垂直轨道面向下.现用一外力F沿轨道方向拉杆,使之做匀加速运动.测得力F与时间t的关系如图3所示.求杆的质量m和加速度a. 自主探究: 解析:导体杆在轨道上做匀加速直线运动,用v表示其速度,t表示时间,则有v=at. ① 杆切割磁感线,将产生感应电动势E=BLv ② 在杆、轨道和电阻的闭合回路中产生电流I=E/R③ 杆受到的安培力为F=IBL ④ 根据牛顿第二定律,有F-F=ma⑤ 联立以上各式,得F=maat ⑥ 由图线上各点代入⑥式,可解得a=10m/s,m=0.1kg. 总结规律: 导体棒在恒定外力的作用下由静止开始运动,速度增大,感应电动势不断增大,安培力、加速度均与速度有关,当安培力等于恒力时加速度等于零,导体棒最终匀速运动。整个过程加速度是变量,不能应用运动学公式。 2.3电磁感应与电路规律的综合应用 例3.匀强磁场磁感应强度B=0.2T,磁场宽度L=3rn,一正方形金属框边长ab=1m,每边电阻r=0.2Ω,金属框以v=10m/s的速度匀速穿过磁场区,其平面始终保持与磁感线方向垂直,如图4所示,求: (1)画出金属框穿过磁场区的过程中,金属框内感应电流的I-t图线; (2)画出ab两端电压的U-t图线. 自主探究: 解析:线框进人磁场区时E=BLv=2V,I==2.5A, 方向沿逆时针,如图实线abcd所示,感应电流持续的时间t=0.1s. 线框在磁场中运动时:E=0,I=0, 无电流的持续时间:t==0.2s, 线框穿出磁场区时:E=BLv=2V,I==2.5A. 此电流的方向为顺时针,如图4虚线abcd所示,规定电流方向逆时针为正,得I-t图线如图5所示. (2)线框进入磁场区ab两端电压:U=Ir=2.5×0.2=0.5V. 线框在磁场中运动时,b两端电压等于感应电动势: U=BLv=2V. 线框出磁场时ab两端电压:U=E-Ir=1.5V. 由此得U-t图线如图6所示. (1)电路问题 ①确定电源:首先判断产生电磁感应现象的那一部分导体(电源),其次利用E=n或E=BLvsinθ求感应电动势的大小,利用右手定则或楞次定律判断电流方向。 ②分析电路结构,画等效电路图。 ③利用电路规律求解,主要有欧姆定律,串并联规律等。 (2)图像问题 ①定性或定量地表示出所研究问题的函数关系。 ②在图像中E、I、B等物理量的方向是通过正负值来反映。 ③画图像时要注意横、纵坐标的单位长度定义或表达。 将线框的运动过程分为三个阶段,第一阶段ab为外电路,第二阶段ab相当于开路时的电源,第三阶段ab是接上外电路的电源。 总而言之,在高中物理教学中教师应引导学生开展自主探究性学习,从高考题入手,让学生自主分析探究例题,加以引导总结出规律,使学生感知高考命题的意图,剖析学生分析问题的思路,进而培养学生的能力。

电磁学计算方法的研究进展和状态摘 要:介绍了电磁学计算方法的研究进展和状态,对几种富有代表性的算法做了介绍,并比较了各自的优势和不足,包括矩量法、有限元法、时域有限差分方法以及复射线方法等。 关键词:矩量法;有限元法;时域有限差分方法;复射线方法 1 引 言 1864年Maxwell在前人的理论(高斯定律、安培定律、法拉第定律和自由磁极不存在)和实验的基础上建立了统一的电磁场理论,并用数学模型揭示了自然界一切宏观电磁现象所遵循的普遍规律,这就是著名的Maxwell方程。在11种可分离变量坐标系求解Maxwell方程组或者其退化形式,最后得到解析解。这种方法可以得到问题的准确解,而且效率也比较高,但是适用范围太窄,只能求解具有规则边界的简单问题。对于不规则形状或者任意形状边界则需要比较高的数学技巧,甚至无法求得解析解。20世纪60年代以来,随着电子计算机技术的发展,一些电磁场的数值计算方法发展起来,并得到广泛地应用,相对于经典电磁理论而言,数值方法受边界形状的约束大为减少,可以解决各种类型的复杂问题。但各种数值计算方法都有优缺点,一个复杂的问题往往难以依靠一种单一方法解决,常需要将多种方法结合起来,互相取长补短,因此混和方法日益受到人们的重视。 本文综述了国内外计算电磁学的发展状况,对常用的电磁计算方法做了分类。2 电磁场数值方法的分类 电磁学问题的数值求解方法可分为时域和频域2大类。频域技术主要有矩量法、有限差分方法等,频域技术发展得比较早,也比较成熟。时域法主要有时域差分技术。时域法的引入是基于计算效率的考虑,某些问题在时域中讨论起来计算量要小。例如求解目标对冲激脉冲的早期响应时,频域法必须在很大的带宽内进行多次采样计算,然后做傅里叶反变换才能求得解答,计算精度受到采样点的影响。若有非线性部分随时间变化,采用时域法更加直接。另外还有一些高频方法,如GTD,UTD和射线理论。 从求解方程的形式看,可以分为积分方程法(IE)和微分方程法(DE)。IE和DE相比,有如下特点:IE法的求解区域维数比DE法少一维,误差限于求解区域的边界,故精度高;IE法适合求无限域问题,DE法此时会遇到网格截断问题;IE法产生的矩阵是满的,阶数小,DE法所产生的是稀疏矩阵,但阶数大;IE法难以处理非均匀、非线性和时变媒质问题,DE法可直接用于这类问题〔1〕。3 几种典型方法的介绍 有限元方法是在20世纪40年代被提出,在50年代用于飞机设计。后来这种方法得到发展并被非常广泛地应用于结构分析问题中。目前,作为广泛应用于工程和数学问题的一种通用方法,有限元法已非常著名。 有限元法是以变分原理为基础的一种数值计算方法。其定解问题为: 应用变分原理,把所要求解的边值问题转化为相应的变分问题,利用对区域D的剖分、插值,离散化变分问题为普通多元函数的极值问题,进而得到一组多元的代数方程组,求解代数方程组就可以得到所求边值问题的数值解。一般要经过如下步骤: ①给出与待求边值问题相应的泛函及其变分问题。 ②剖分场域D,并选出相应的插值函数。 ③将变分问题离散化为一种多元函数的极值问题,得到如下一组代数方程组:其中:Kij为系数(刚度)矩阵;Xi为离散点的插值。 ④选择合适的代数解法解式(2),即可得到待求边值问题的数值解Xi(i=1,2,…,N) (2)矩量法 很多电磁场问题的分析都归结为这样一个算子方程〔2〕: L(f)=g(3)其中:L是线性算子,f是未知的场或其他响应,g是已知的源或激励。 在通常的情况下,这个方程是矢量方程(二维或三维的)。如果f能有方程解出,则是一个精确的解析解,大多数情况下,不能得到f的解析形式,只能通过数值方法进行预估。令f在L的定义域内被展开为某基函数系f1,f2,f3,…,fn的线性组合:其中:an是展开系数,fn为展开函数或基函数。 对于精确解式(2)通畅是无限项之和,且形成一个基函数的完备集,对近似解,将式 (2)带入式(1),再应用算子L的线性,便可以得到: m=1,2,3,…此方程组可写成矩阵形式f,以解出f。矩量法就是这样一种将算子方程转化为矩阵方程的一种离散方法。 在电磁散射问题中,散射体的特征尺度与波长之比是一个很重要的参数。他决定了具体应用矩量法的途径。如果目标特征尺度可以与波长比较,则可以采用一般的矩量法;如果目标很大而特征尺度又包括了一个很大的范围,那么就需要选择一个合适的离散方式和离散基函数。受计算机内存和计算速度影响,有些二维和三维问题用矩量法求解是非常困难的,因为计算的存储量通常与N2或者N3成正比(N为离散点数),而且离散后出现病态矩阵也是一个难以解决的问题。这时需要较高的数学技巧,如采用小波展开,选取合适的小波基函数来降维等〔3〕。 (3)时域有限差分方法 时域有限差分(FDTD)是电磁场的一种时域计算方法。传统上电磁场的计算主要是在频域上进行的,这些年以来,时域计算方法也越来越受到重视。他已在很多方面显示出独特的优越性,尤其是在解决有关非均匀介质、任意形状和复杂结构的散射体以及辐射系统的电磁问题中更加突出。FDTD法直接求解依赖时间变量的麦克斯韦旋度方程,利用二阶精度的中心差分近似把旋度方程中的微分算符直接转换为差分形式,这样达到在一定体积内和一段时间上对连续电磁场的数据取样压缩。电场和磁场分量在空间被交叉放置,这样保证在介质边界处切向场分量的连续条件自然得到满足。在笛卡儿坐标系电场和磁场分量在网格单元中的位置是每一磁场分量由4个电场分量包围着,反之亦然。 这种电磁场的空间放置方法符合法拉第定律和安培定律的自然几何结构。因此FDTD算法是计算机在数据存储空间中对连续的实际电磁波的传播过程在时间进程上进行数字模拟。而在每一个网格点上各场分量的新值均仅依赖于该点在同一时间步的值及在该点周围邻近点其他场前半个时间步的值。这正是电磁场的感应原理。这些关系构成FDTD法的基本算式,通过逐个时间步对模拟区域各网格点的计算,在执行到适当的时间步数后,即可获得所需要的结果。 在上述算法中,时间增量Δt和空间增量Δx,Δy和Δz不是相互独立的,他们的取值必须满足一定的关系,以避免数值不稳定。这种不稳定表现为在解显式 差分方程时随着时间步的继续计算结果也将无限制的67增加。为了保证数值稳定性必须满足数值稳定条件:其中:(对非均匀区域,应选c的最大值)〔4〕。 用差分方法对麦克斯韦方程的数值计算还会在网格中引起所模拟波模的色散,即在FDTD网格中数字波模的传播速度将随波长、在网格中的传播方向以及离散化的情况而改变。这种色散将导致非物理原因引起的脉冲波形的畸变、人为的各向异性及虚拟的绕射等,因此必须考虑数值色散问题。如果在模拟空间中采用大小不同的网格或包含不同的介质区域,这时网格尺寸与波长之比将是位置的函数,在不同网格或介质的交界面处将出现非物理的绕射和反射现象,对此也应该进行定量的研究,以保证正确估计FDTD算法的精度。在开放问题中电磁场将占据无限大空间,而由于计算机内存总是有限的,只能模拟有限空间,因此差分网格在某处必将截断,这就要求在网格截断处不引起波的明显反射,使对外传播的波就像在无限大空间中传播一样。这就是在截断处设置吸收边界条件,使传播到截断处的波被边界吸收而不产生反射,当然不可能达到完全没有反射,目前已创立的一些吸收边界条件可达到精度上的要求,如Mur所导出的吸收边界条件。 (4)复射线方法 复射线是用于求解波场传播和散射问题的一种高频近似方法。他根据几何光学理论和几何绕射理论的分析方法和计算公式,在解析延拓的复空间中求解复射线轨迹和场的振幅和相位,从而直接得出局部不均匀波(凋落波)的传播和散射规律〔5〕。复射线方法是包括复射线追踪、复射线近轴近似、复射线展开以及复绕射线等处理技术在内的一系列处理方法的统称。其共同特点在于:通过将射线参考点坐标延拓到复空间而建立了一个简单而统一的实空间中波束/射线束(Bundle ofrays)分析模型;通过费马原理及其延拓,由基于复射线追踪或复射线近轴近似的处理技术,构造了射线光学架构下有效的鞍点场描述方法等。例如,复射线追踪法将射线光学中使用的射线追踪方法和场强计算公式直接地解析延拓到复空间,利用延拓后的复费马原理进行复射线搜索,从而求出复射线轨迹和复射线场。这一方法的特点在于可以基于射线光学方法有效地描述空间中波束的传播,因此,提供了一类分析波束传播的简便方法。其不足之处是对每一个给定的观察点必须进行一次二维或四维的复射线轨迹搜索,这是一个十分花费时间的计算机迭代过程。4 几种方法的比较和进展 将有限元法移植到电磁工程领域还是二十世纪六七十年代的事情,他比较新颖。有限元法的优点是适用于具有复杂边界形状或边界条件、含有复杂媒质的定解问题。这种方法的各个环节可以实现标准化,得到通用的计算程序,而且有较高的计算精度。但是这种方法的计算程序复杂冗长,由于他是区域性解法,分割的元素数和节点数较多,导致需要的初始数据复杂繁多,最终得到的方程组的元数很大,这使得计算时间长,而且对计算机本身的存储也提出了要求。对电磁学中的许多问题,有限元产生的是带状(如果适当地给节点编号的话)、稀疏阵(许多矩阵元素是0)。但是单独采用有限元法只能解决开域问题。用有限元法进行数值分析的第一步是对目标的离散,多年来人们一直在研究这个问题,试图找到一种有效、方便的离散方法,但由于电磁场领域的特殊性,这个问题一直没有得到很好的解决。问题的关键在于一方面对复杂的结构,一般的剖分方法难于适用;另一方面,由于剖分的疏密与最终所形成的系数矩阵的存贮量密切相关,因而人们采用了许多方法来减少存储量,如多重网格法,但这些方法的实现较为困难〔6〕。 网格剖分与加密是有限元方法发展的瓶颈之一,采用自适应网格剖分和加密技术相对来说可以较好地解决这一问题。自适应网格剖分根据对场量分布求解后的结果对网格进行增加剖分密度的调整,在网格密集区采用高阶插值函数,以进一步提高精度,在场域分布变化剧烈区域,进行多次加密。 这些年有限元方法的发展日益加快,与其他理论相结合方面也有了新的进展,并取得了相当应用范围的成果,如自适应网格剖分、三维场建模求解、耦合问题、开域问题、高磁性材料及具有磁滞饱和非线性特性介质的处理等,还包括一些尚处于探索阶段的工作,如拟问题、人工智能和专家系统在电磁装置优化设计中的应用、边基有限元法等,这些都使得有限元方法的发展有了质的飞跃。 矩量法将连续方程离散化为代数方程组,既适用于求解微分方程,又适用于求解积分方程。他的求解过程简单,求解步骤统一,应用起来比较方便。然而 77他需要一定的数学技巧,如离散化的程度、基函数与权函数的选取,矩阵求解过程等。另外必须指出的是,矩量法可以达到所需要的精确度,解析部分简单,可计算量很大,即使用高速大容量计算机,计算任务也很繁重。矩量法在天线分析和电磁场散射问题中有比较广泛地应用,已成功用于天线和天线阵的辐射、散射问题、微带和有耗结构分析、非均匀地球上的传播及人体中电磁吸收等。 FDTD用有限差分式替代时域麦克斯韦旋度方程中的微分式,得到关于场分量的有限差分式,针对不同的研究对象,可在不同的坐标系中建模,因而具有这几个优点,容易对复杂媒体建模,通过一次时域分析计算,借助傅里叶变换可以得到整个同带范围内的频率响应;能够实时在现场的空间分布,精确模拟各种辐射体和散射体的辐射特性和散射特性;计算时间短。但是FDTD分析方法由于受到计算机存储容量的限制,其网格空间不能无限制的增加,造成FDTD方法不能适用于较大尺寸,也不能适用于细薄结构的媒质。因为这种细薄结构的最小尺寸比FDTD网格尺寸小很多,若用网格拟和这类细薄结构只能减小网格尺寸,而这必然导致计算机存储容量的加大。因此需要将FDTD与其他技术相结合,目前这种技术正蓬勃发展,如时域积分方程/FDTD方法,FDTD/MOM等。FDTD的应用范围也很广阔,诸如手持机辐射、天线、不同建筑物结构室内的电磁干扰特性研究、微带线等〔7〕。 复射线技术具有物理模型简单、数学处理方便、计算效率高等特点,在复杂目标散射特性分析等应用领域中有重要的研究价值。典型的处理方式是首先将入射平面波离散化为一组波束指向平行的复源点场,通过特定目标情形下的射线追踪、场强计算和叠加各射线场的贡献,可以得到特定观察位置处散射场的高频渐进解。目前已运用复射线分析方法对飞行器天线和天线罩(雷达舱)、(加吸波涂层)翼身结合部和进气道以及涂层的金属平板、角形反射器等典型目标散射特性进行了成功的分析。尽管复射线技术的计算误差可以通过参数调整得到控制,但其本身是一种高频近似计算方法,由于入射波场的离散和只引入鞍点贡献,带来了不可避免的计算误差。总的来说复射线方法在目标电磁散射领域还是具有独特的优势,尤其是对复杂目标的处理。5 结 语 电磁学的数值计算方法远远不止以上所举,还有边界元素法、格林函数法等,在具体问题中,应该采用不同的方法,而不应拘泥于这些方法,还可以把这些方法加以综合应用,以达到最佳效果。 电磁学的数值计算是一门计算的艺术,他横跨了多个学科,是数学理论、电磁理论和计算机的有机结合。原则上讲,从直流到光的宽频带范围都属于他的研究范围。为了跟上世界科技发展的需要,应大力进行电磁场的并行计算方法的研究,不断拓广他的应用领域,如生物电磁学、复杂媒质中的电磁正问题和逆问题、医学应用、微波遥感应用、非线性电磁学中的混沌与分叉、微电子学和纳米电子学等。参考文献〔1〕 文舸一.计算电磁学的进展与展望〔J〕.电子学报,1995,23(10):62-69.〔2〕 刘圣民.电磁场的数值方法〔M〕.武汉:华中理工大学出版社,1991.〔3〕 张成,郑宏兴.小波矩量法求解电磁场积分方程〔J〕.宁夏大学学报(自然科学版),2000,21(1):76-79. 〔4〕 王长清.时域有限差分(FD-TD)法〔J〕.微波学报,1989,(4):8-18.〔5〕 阮颖诤.复射线理论及其应用〔M〕.成都:电子工业出版社,1991.〔6〕 方静,汪文秉.有限元法和矩量法结合分析背腔天线的辐射特性〔J〕.微波学报,2000,16(2):139-143.〔7〕 杨永侠,王翠玲.电磁场的FDTD分析方法〔J〕.现代电子技术,2001,(11):73-74.〔8〕 洪伟.计算电磁学研究进展〔J〕.东南大学学RB (自然科学版),2002,32(3):335-339.〔9〕 王长清,祝西里.电磁场计算中的时域有限差分法〔M〕.北京:北京大学出版社,1994.〔10〕 楼仁海,符果行,袁敬闳.电磁理论〔M〕.成都:电子科技大学出版社,1996. 现代电子技术

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