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电磁电磁研究论文

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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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电磁炮研究论文

中国电磁炮只有一张放在一艘船上的照片,真假难辨。美国有照片,有视频,连开炮的都有了俄罗斯的都被拿到叙利亚打仗去了。Jp国实验室有个小型化的。激光武器更是,美国任何影像信息都有了,而我们用他们的影像叫嚣自己是世界第一。

现在战争当中电磁炮的优势是非常大的,而且能够于无形之中去伤害到别人,但是研究这个东西是非常困难,而且需要特别复杂的技术。

早在1845年,CharsWheastone建造了世界第一台直线磁阻电动机,并用其将金属棒抛射到20m远的地方。1895年Mayor获得第一个直线感应电动机专利。此后,德国科学家柯比提出用“电磁推进”制造“电气炮”的想法。但第一个提出电磁炮概念并进行实验的是挪威Oslo大学物理学教授Birkeland,他在1901年获得了“电火炮专利”,并使用直流激励管状直线电动机的系列线圈,把500g重的弹丸加速到50m/s;这个实验模型后来展示在Oslo的科学博物馆内。1912年,法国的EmileBachelet建造了一个交流激励的磁推进装置,在1914年展出时,曾引起英国首相丘吉尔的兴趣。1917年,另一位法国发明者提出利用磁场力发射有翼炮弹的设想。1920年,法国的Fauchon-Villeplee发表了《电气火炮》一文。几乎与此同时,美国费城的电炮公司研制了用于火炮的电磁加速器。1937年,美国的航空公司创始人Northrup教授以“AbkadPsendoman”为笔名在《0到80》一书中提及了电磁发射原理。此后,美国普林斯顿大学试试用电磁力发射了载体。直到二战爆发前,各种电炮的专利已达45项之多。战争期间,德国,日本都曾研制过电磁炮。1944年德国的Hansler曾将10g弹丸加速到1.2km/s。1946年美国的威斯汀豪斯电气公司建成一个全尺寸的飞机弹射装置,名叫“电拖(Electopult)”。它是一个初级运动的直线感应电动机。尔后,美国海军和空军也做了一些研究工作。但是空军的科学研究所经过反复论证,于1957年得出“电磁炮根本行不通”的结论,把电磁炮打入冷宫。在此影响下,电磁炮研究一度陷入低潮。可是,那时期澳大利亚和其他一些科学家却持不同看法,在60年代仍孜孜不倦地研究,并取得了一定的进展。例如,澳大利亚国立大学的Marshall及其同事在改进大电流滑动接触技术方面,提出了“等离子体电弧电枢”概念。美国的Brast和Sawle首先利用等离子体电枢把31mg的弹丸加速到6km/s。他们拨亮了即将熄灭的电磁炮研究之“火”。1966年,美国内华达州大学的Winterberg教授提出用磁行波加速超导体的概念。1967年,苏联的鲍恩达列托夫用1cm长的单级脉冲感应线圈炮把2g铝环加速到5km/s。1972年,NASA提出电刷换向的螺旋线圈炮;而麻省理工则研制出第一台类似同步直线电动机的线圈炮。基于上述的工作成就和脉冲功率技术学科的发展,使电磁炮技术在70年代有了重大突破。1978年澳大利亚国立大学的马歇尔等公布了其研究成果:用550MJ单机发电机和等离子体电枢,在5m长的导轨炮上把3g聚碳酸酯弹丸加速到了5.9km/s的初速。这一重大成就,从实验上证明了用电磁力可将较重的弹丸推进到高速的可能性,为电磁炮的发展作出了开拓性的贡献。从此,电磁炮的研制工作开始迈入了新阶段。马歇尔等人的划时代性成就,使世界各国的科学家受到极大鼓舞和启发,同时引起各国军方的浓厚兴趣,于是纷纷投入大量财力人力对电磁炮进行研究,并建立了不少电磁炮实验室。美国、前苏联、澳大利亚、英国、法国、中国、日本等十几个国家,目前美国处于领先地位。1978年,为了评估电磁炮技术及其应用潜力,在美国陆军装备研究发展中心的倡议下,成立了有关电磁炮研究的国家咨询委员会和技术学部。国防高级研究计划所(DARPA)成为各大学和公司电磁炮研究的主要支持者 电热炮的研制早在1945年始于德国,设计者O.Muck,他是实际研制电热炮的第一人,他在此之前曾从事线圈炮和导轨炮的研制工作。1956年,美国通用动力公司的Yoler设计出一种多级加速结构的电热炮,可不断加速膛内弹丸。同年,一位名叫Bloxsom的人设计出另一种电热炮,并申请了专利和发表了论文,他采用电弧加热氦气的方案,把直径3mm的尼龙环加速到2.99km/s。1960年,美国国防部发表了《电弧炮的研究报告》,并且由空军导弹局组织实施研制;在这种炮的药室内装有充作“发射药”的氢化锂,用已充电的电容器组向药室放电,结果把10mg的尼龙弹丸加速到4.9km/s。尽管以上的工作曾为电热炮的发展和研制工作作出了一定的贡献,但是由于当时的脉冲功率技术和其他相关学科水平的限制,以及人们急功近利地偏爱导轨炮,总希望完全脱离化学火炮的工作模式,从而冷落了电热炮的研究。直到前苏联、美国、前西德和以色列等在研究导轨炮和线圈炮的同时,从对比中发现了电热炮的实用性。此后,人们再次对电热炮热衷起来,并在技术上有了重大突破,使电热炮的发展在80年代得到转机。当初苏联曾在其FST-2坦克上实验了135mm口径的电热炮,据称初速已经达到2.5km/s,有可能在90年代电热炮先于导轨炮或线圈炮装备在类似FST坦克上。美国当然也不甘落后,对电热炮的研制加快了步伐。有代表性的研制单位是通用动力公司和食品机械(FMC)公司,它们于军方签订合同研制一种间热式电热炮,称作燃烧增强等离子体(CAP)炮,实际上是一种电热化学(ETC)炮。CAP炮用放电产生的高压、高温等离子体加热、离解焓能较高的工作流体,从而提高“发射药”的能级。此外,美国与以色列合作研制另一类间热式电热炮——固体推进剂电热化学炮,即固体工质CAP炮 ,这种炮是借助高温等离子体加热固体发射药以提高能量水平的,他们在60mm炮上装M30粒状发射药进行电加热实验,炮口动能提高了25%;1989年,美国通用动力公司在绿色农场(Green Farm)试验场上首次进行了电热炮的实弹射击实验,并把电热炮列入美国国防部关键技术技术计划中。该计划准备于1995财年制造和使用155mm的电热炮,直接作为战术武器,供陆军作为延伸射程的反装甲武器,对付敌人的下一代坦克;海军把它装在水面舰艇上,用以拦截和摧毁15km以外的现有和未来的导弹武器系统;空军把电热炮用于诸如A10等近距离的空中支援飞机上,以毁伤地面远至5km的装甲车。据英国《海上防务》(1993年7~8月)报道,美国FMC公司海军系统分部5月份成功地在火炮试验场进行了电热—化学炮速射演示。以色列的核研究机构早已在研究电热炮。他们在现有常规火炮的炮闩和炮管的内壁涂上一层绝缘材料(如聚四氟乙烯等),用已充电的电容器向炮管放电,在弹丸后面形成聚四氟乙烯材料的高温等离子体,同时向弹丸后的炮管注入石蜡和水,用等离子体加热这些物质以产生氢,氢气同时被等离子体加热而膨胀,进而推动弹丸前进。目前,这种特殊的电炮,已经能把弹丸加速到4km/s(1995年)中国科学院合肥等离子体物理研究所,1988年研制了一台等离子体箍缩型电热炮,作为该所导轨炮的前级注入炮使用。此电热炮系用大电流加热后膛的铝箔,使其电爆炸产生等离子体,借助等离子体的箍缩效应,把30g的弹丸加速到570m/s;当在后膛再填加800mg速燃火药时,将50g弹丸加速到700m/s。。中国工程物理研究院流体物理研究所1991年制作了一门液体工质间热式电热炮,即液体工质的CAP炮,炮口径为23mm,已把20g弹丸加速到1850m/s;这门CAP炮的工作流体是过氧化氢等轻工质,用塑料袋封装后置入燃烧室的,电源为充电的电容器组。

中国现在也有电磁炮了,是真的电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进动能杀伤武器。与传统大炮将火药燃气压力作用于弹丸不同,电磁炮是利用电磁系统中电磁场产生的洛伦兹力来对金属炮弹进行加速,使其达到打击目标所需的动能,与传统的火药推动的大炮,电磁炮可大大提高弹丸的速度和射程。早在2006年8月,中国军方在内蒙古炮兵靶场对超高速电炮进行了首次实验,25公斤的弹丸被发射到250公里以外的预定区域,实验获得圆满成功。中国超高速电炮研究,虽起步稍晚,但在其先进的超导技术支持下进展迅速,现在世界一些主要的国家如美、俄等,都在研究这种新概念武器,中国电磁发射技术并不比先进国家落后,更有可能首先拥有和使用这种超高速动能武器。

磁生电研究论文

我国是用文字记载磁现象最早的国家之一。公元前4世纪战国时期成书的《管子》中已有“上有慈石者下有铜金”的描述。这是有关磁石和磁性矿的最早记载。公元前3世纪的《吕氏春秋》中所写的“慈石召铁,或引之也”,描述了磁石吸铁现象。磁现象的应用,在我国古代后魏的《水经注》等书中,就提到秦始皇为了防备刺客行刺,曾用磁石建造阿房宫的北阀门,以阻止身带刀剑的刺客入内。医书上还谈到用磁石吸铁的作用,来治疗吞针,但磁现象早期应用方面,最光辉的成就是指南针的发明和应用,这也是我国对人类所做出的巨大贡献。 我国战国时期就发现了磁体的指南性。最早指南的磁石是一种勺状的,叫司南,它的灵敏度虽很低,但却给人以启示:有一种地磁存在,磁石可以指向。到北宋时期,制成新的指向仪器——指南鱼。在曾公亮的《武经总要》中详细记载了指南鱼的制造过程。这里有个重大突破,就是采用了磁化的方法,使鱼形铁磁化后,成一个指向仪器。此后,指南针的制造和安装方法在北宋沈括的《梦溪笔谈》中已有明确记载。不久指南针与方位盘结合起来成了罗盘,为航海提供了方便而可靠的指向仪器。后来,我国指南针传入欧洲。到16世纪,欧洲出现了航海罗盘。指南针的发明,推动了航海事业的发展,也为研究地磁三要素创造了条件。 英国人吉尔伯特在磁的研究方面做出了突出贡献。他的著作《论磁》是人们对磁现象系统研究开始的标志,书是1600年出版的。书中记录了吉尔伯特研究磁现象时所做的各种仪器,及实验过程,也记录了他从实验中所得到的结论。他从磁性“小地球”实验中,根据磁针的排列与指向,提出地球本身是一个大磁体,两极位于地理的北、南两极附近;提出了磁子午线概念;吉尔伯特还说明了磁偏角及地磁倾角的测定方法;铁的磁化及去磁概念;定性的研究磁石的吸引与推斥。这都为磁的进一步研究开拓了道路。 到18世纪,在磁的研究方面有了新进展。法国物理学家库仑在磁的研究方面也做出突出贡献。他参加了法国科学院为设计指向力强、抗干扰性能好的指南针而举行的竞赛活动,并提出丝悬指南针的设想,得到磁学奖,在此基础上制成了库仑扭秤。在建立了电荷相互作用的库仑定律同时,得到了磁力的相互作用定律,可以说库仑是静电、静磁学的第一位奠基人。此后,法国数学家、物理学家泊松,在库仑的基础上,提出了磁体间的相互作用的势函数积分方程,把磁的研究发展到定量阶段,但这时电与磁还是分别平行、独立地进行着研究。 丹麦物理学家奥斯特1820年发现了电流的磁效应,在当时的科学界引起巨大的反响和重视,科学家纷纷转向在这方面的讨论和研究,推动了整个电磁学的发展。安培由电流磁效应想到:既然磁体之间有相互作用,电流与磁体间也有作用,那么两个载流导体之间也一定存在着相互作用。他通过一系列实验,找到了电流间相互作用的实验根据,进行了定量研究,于1820年12月4日向科学院提交了一篇论文,提出计算两个电流线元间作用力的公式——安培定律表达式。到1821年初,安培又进一步提出磁性起源的假说,这就是历史上有名的分子电流假说。 安培发现的载流导体间的相互作用,仅在奥斯特发现电流磁效应后的第7天。新的发现的浪潮冲击着整个欧洲。法拉第在新的发现面前,重做了已有的实验,并提出新的研究课题——既然电可以产生磁,为什么磁不可以产生电呢?他开始了磁生电的研究。经过10年的艰苦努力,在大量实验的基础上,发现了电磁感应现象及其所遵循的规律。 电磁感应现象的发现是具有划时代意义的,法拉第把电与磁长期分立的两种现象最后联结在一起,揭露出电与磁的本质的联系,找到了机械能与电能之间的转化方法。在理论上,为建立电磁场的理论体系打下了基础;在实践上,开创了电气化时代的新纪元。 法拉第发现电磁感应现象之后,解释了法国科学家阿拉果所做的被称之为“神密”的实验——悬挂着的磁体下方放一个可自由转动的圆铜盘,当盘转动时,磁体会转动;反之,磁体转动时铜盘也会转动。法拉第提出磁感线(磁力线)的概念,并第一次绘制了磁感线图。他认为磁感线是代表实在的物质实体;每根磁感线都对应一对磁极。后来又把有磁感线的空间称为“场”。麦克斯韦是英国著名的物理学家,他发展了法拉第的“力线——场”的思想,并把它数学化,提出了描述电磁场运动规律的方程组,预言了电磁波的存在。 德国物理学家赫兹通过实验,令人信服地证明了电磁波的存在。这不仅验证了麦克斯韦电磁场理论的正确,也为无线电技术的建立与发展奠定了基础。 爱因斯坦1905年建立的狭义相对论,第一次把两种自然力——电力与磁力统一起来。近代随着电子计算机的发明,新的磁性材料不断涌现出来。人类的科学技术及物质生产活动与电与磁已密不可分,但对磁的探索永无止境。随着新的磁现象的发现,磁的更深刻的本质的揭露,磁的应用也将展现出新的局面。为磁的发展史续写新的篇章。

不经历风雨,怎么见彩虹。人的一生不可能没有磨难,而正因为这些磨难,才使人生有意义,有价值。

南宋抗金名将岳飞,早年丧父,苦读寒窗,战场上浴血奋战,怀着精忠报国的满腔热血,屡败金兵,却被奸臣害死。磨难让他英年早逝,却让他流芳千古。

唐朝薛仁贵,从奴隶走向元帅的传奇生活中,遇到难事、坏事都拿他顶罪,苦活都让他干。这些磨难让他吃尽苦头,让他性命不保,却又让他屡立战功,从任人宰割到朝中重臣,也不正因磨难吗?

不仅在战场,在生活中也处处需要磨难。

当你为一件事或一项技能深感自豪时,仔细回忆,在这件事的背后,有多少艰辛与汗水。

我一直为自己的乒乓球水平而自豪,我也知道,从“菜鸟”走向成功,是一段让人忘不了的磨难。夏日,每天六点钟就必须挣扎着爬起来,即使再困、再累也无可奈何,而且得不断地与高手对打人,得默默地忍受嘲笑。要不断地超越自己,还得不断地创新。不论再苦再累也要坚持。日复一日,年复一年,面临升学的压力,不断缩短练习时间,技术又一落千丈,要面对自己新时期辛苦的成果化为泡影的打击。忧伤数日,但还是重新练习,终于走向成功。

然而一切磨难之后,却是成功——

茶经过反复冲泡才能发出清香,人只有经过反复地磨难才能成功。不要去羡慕一帆风顺,踏实地走好每一步才是最最重要的。

珍惜时间,让我们生命的长河更加绚丽;让人生的道路更加精彩。

我们的时间每天一秒一秒地流逝,世上没有一件事不用时间啊!从我们出世以来就天天与时间赛跑,让有限的时间发挥无限的价值,这样才算赛跑赢了时间吗?可又赢得了什么“战利品”?这“战利品”是时间!是用千金都买不了的!哪怕是赢得了一秒都那么贵重。可有的人还不停的浪费啊,生命有限是因为时间有限,因此浪费时间就是浪费自己的生命。

“一寸光阴一寸金,寸金难买寸光阴”这句话想必早已家喻户晓了,可这又有多少人做到珍惜时间呢?我自己也不一定做到,我的时间也不知道我浪费了我多少生命,以前总以为过了今天还有明天,可我从来没想过有多少个明天,如此这样下去要到了白头才后悔,可那时早已为时已晚,既然自己明白了就要开始努力珍惜,我要是早一秒我也会感到庆幸,因为我也少了那一些对时间愧疚,我从现在要让我人生每一秒都留下辉煌的.足迹。时间对每个人都是公平的,给予了每个人相同的时间,而懒惰者一天想着怎么打发时间,勤奋者一天想着怎么利用时间。

时间像一个精灵,你听不到它,看不到它,摸不到它,而它还能从你的身边溜走,逃过,时间像流水一样无情,开弓没有回头箭那样无任何余地,所以我们要分秒必争,让它不成为回忆,不成为遗撼。时间是个什么样的东西?谁也不知道,也没有人知道。

在人生的道路上,让人生划上一个完美的句号。

文明讲礼仪是我国的优良传统。也是作为中国人的必须条件之一。

文明让世界更美好,我们每个人都要具备这种良好的习惯。文明说话,文明做事。文明就要讲礼仪。我们生活中基本礼仪:别人对你说话,你起码要能接话,不能人家说了上句,你没了下句,或者一味的说着啊啊啊,是是是。吃完饭退席时说:“我吃完了,你们慢吃。”坐椅子不要翘起来。吃饭要端碗,不要在盘子里挑拣。最后一个进门要记得随手关门。送人走要说:“慢走。”洗了手不要随意甩手,水会甩到人家身上很不礼貌。不随地吐痰或扔东西,在学校也有很多礼仪,有些同学认为太麻烦了,没有做到位。其实,这些礼仪不仅不麻烦,还可以让校园更美好。作为学生我们更应该讲文明,讲礼仪。

现在很多礼仪,我们都要遵守。任何事情都要讲礼仪,讲文明。这样别人会以你做榜样。这样一传十,十传百。就会有更多的人讲文明,讲礼仪。想象一下,如果人人都讲礼仪,讲文明,世界就是一个文明讲礼仪的世界,该有多么美好啊!

礼仪是体现个人素质教养的主要方面,礼仪是一个人是否有道德的基本评价标准,一个人有礼仪就可以被重用,就能成大事,就能受人尊敬,就能成为别人的榜样。从交际的角度来看,礼仪可以说是人际交往中适用的一种艺术,一种交际方式或交际方法。是人际交往中约定俗成的示人以尊重、友好的习惯做法。

讲文明,讲礼仪很重要。希望人人都可以做到。

创新,是学习的生命力。它就像一盏明灯,在黑暗中放射万丈光芒,引导人们不断前进,走向成功之路。

翻开人类历史长卷,有多少伟大的科学实践者不正是通过点燃创新――这盏明灯而达到成功彼岸的吗?就拿物理学家法拉第来说吧,他在奥斯特试验的基础上,认真总结经验教训,产生了新的研究思路,提出能否实现磁生电这一伟大的构想,经过一系列的试验于探究,他终于成功了,从而开创了电学事业的先河。他不正是由于创新精神而获得成功的吗?

培根曾经说过,“只见汪洋就以为没有大陆的人,不过是拙劣的探索者”,这些“拙劣的探索者”的失败,根本原因在于他们没有创新的精神。科学发明需要创新精神,学习同样需要创新精神。英国有个人叫亚克敦,可谓是世界上读书最多的人,他阅读过的书不计其数,可最终却毫无建树,原因就在于他没有将书本只是加以创新,转变为自己的思想和能力。

与之相反,伟大的思想家马克思在博览群书的基础上,大胆探索,对资本家发给工人的工资产生了疑问,正是抱着这种求索创新的精神,他不断深入工人群众,调查研究,终于发现了剩余价值的秘密,为了人类的发展做出了巨大的贡献。所以,学习必须有创新,否则,即便读万卷书,也是徒劳无益的。

学习贵在创新,只有创新,才能学有所成;只有发扬创新精神,我们才能在改革开放的浪潮中,立于不败之地,成为一名合格的弄潮儿!同学们,行动起来,让我们为祖国的明天而奋斗吧!

“狼狈为奸”这一成语典故相信大家都听说过吧!狼和狈各有长短,于是它们便勾结在一起,到处去做坏事。自古至今,人们都对它们十分痛恨,并以此成语来比喻坏人们互相勾结去做坏事。但是我认为狼和狈的这种合作精神是值得我们去学习的。

首先,狼和狈都能认识到自己的不足之处,并且懂得只有和对方合作才能捕获到猎物,这是十分难能可贵的。可是我们呢?却很少能全面认识自己,不能利用自己的优点和弥补自己的缺点。不仅如此,还有人常常以自我为中心,持一己之见,不愿与别人一同合作,这样的人,他们在工作和学习中付出了极大的努力却收效甚微。

其次,狼和狈发现它们的合作十分有益于自己的生存时,便能精诚合作,建立起深厚的友谊。这一点,也是我们不及的。在生活中,一些人的合作便不是那么美好了,他们往往在一点小小利益的诱惑下便背叛了所谓的友谊。倘若狼和狈在取得食物后便争争抢抢,彼此互不信任,恐怕他们也早成了人们的下酒菜了。

智慧的火花往往源于思维的碰撞,学习狼和狈的合作精神,学会合作,学会交流,在与别人思维的碰撞中,智慧便会闪烁着耀眼的光芒出现。

“问渠哪得清如许,为有源头活水来”。不会合作不会交流的人犹如一滩死水。以海纳百川的精神去接纳别人,同时也将自己的清流注向他人,让自己成为一渠活水,成为一个智者!

电磁学与电磁波论文题目

三 电磁波在医疗上的应用在科学上,称超过人体承受或仪器设备容许的电磁辐射为电磁污染。电磁辐射分二大类,一类是天然电磁辐射,如雷电、火山喷发、地震和太阳黑子活动引起的磁暴等,除对电气设备、飞机、建筑物等可能造成直接破坏外,还会在广大地区产生严重电磁干扰。另一类是人工电磁辐射,主要是微波设备产生的辐射,微波辐射能使人体组织温度升高,严重时造成植物神经功能紊乱。但是对电磁辐射,要正确认识,而且要科学防护。事实上,电磁波也如同大气和水资源一样,只有当人们规划、使用不当时才会造成危害。一定量的辐射对人体是有益的,医疗上的烤电、理疗等方法都是利用适量电磁波来治病健身生物电磁场保健将人体置于姜氏场导舱内接受载有青春信息的植物幼苗发射的生物电磁波。结果发现:人体红细胞膜的渗透脆性降低,韧性增强;甲状腺素、 性激素分泌增加;免疫功能提高;肾上腺皮质激素分泌无明显变化。提示:植物幼苗电磁波有助于红细胞功能的发挥,促进机体新陈代谢,增加青春活力,提高性功能,增强免疫力从而对人体发挥返老还青和医疗保健作用。激光治疗激光是60年代初出现的一种新光源。已广泛应用于国防、农业、卫生医疗和科学研究,也是治疗肿瘤的一种新方法。用它既能切割组织,又能同时止血,能使肿瘤组织迅速气化和雾化,从而使肿瘤在瞬间消失。激光对组织具有热、压、光和电磁场效应的作用。1、热效应:激光能使肿瘤组织在几秒种的短时间内,局部温度高达200-1000摄氏度,使其变性、凝固坏死,继而气化消失。2、压力效应:激光本身的光压和由高热导致的组织膨胀引起的二次冲击波,加深了肿瘤组织破坏。3、光效应:激光被肿瘤组织吸收后,可增强热效应,使肿瘤组织被破坏。4、电磁场效应:激光是一种电磁波。能产生电磁场,可使肿瘤组织离化、核分解而被破坏死亡,如有残癌也可自行消退,这可能与免疫有关。激光制造成激光器、激光手术刀用于治疗体表肿瘤,眼耳鼻咽喉肿瘤、神经肿瘤等。EMF系统EMF系统是由(株)日本MDM公司开发研究生产的新一代脑外科手术器械。根据其作用原理,我们俗称之为“电磁刀”。EMF系统利用高频电磁能对机体组织进行汽化,切割和凝固。因该系统外周围优良组织的热损伤小且不需要对极板,因此尤其使用于脑外等精密外科。对硬性及深部微小脑瘤的去除极为有效。EMF系统与常规的电刀相比,在原理和设计上都有很大区别。EMF系统用于汽化,切割和凝固的输出功率很小(49W以下),为一般电刀所不及。不需要对极板这一特点使单极手术刀用于脑外手术成为可能。没有烧伤感电和破坏神经系统的危险,安全性高,使用方便。与激光刀相比,不需要眼球保护镜和其它保护附件,操作时对患者和医生均无危害。手术时与患部直接接触,医生可以灵活掌握调节。与超声波刀相比,EMF系统对于硬化深部微小肿瘤的汽化治疗效果尤为显著。HandPiece非常轻便且呈弯曲状,使视野不受影响,并有利于长时间手术。刀头部分可以任意弯曲,适用于各种手术需要。微波治疗微波是指波长在1毫米至1米范围内的非电离辐射高频电磁波。70年代后期微波技术在医疗上得到应用。科学家研究发现,微波治疗有3种:一是大剂量高热治疗肿瘤,能抑制肿瘤细胞的蛋白质合成,降低肿瘤细胞分裂速度,增强化疗、放疗效果;二是用于局部生物体组织的凝固治疗,具有不炭化、不产生烟雾的特点;三是小剂量的温热治疗,可以解痉、止痛、消炎并促进伤恢复等。电磁波消毒利用电磁波的场效应和热效应,在5-l0分钟内能迅速达到国家卫生部规定的消毒要求,对成捆、成扎的纸币、成叠的毛巾、医疗器械具有穿透力强,无残留药毒性的消毒特点,是当今消毒领域的新突破。

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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电磁波为横波,可用于探测、定位、通信等等。电磁波谱是无线电波,微波,红外线,可见光,紫外线,伦琴射线(X射线),伽玛射线.首先,无线电波用于通信等,微波用于微波炉,红外线用于遥控,热成像仪,红外制导导弹等,可见光是所有生物用来观察事物的基础,紫外线用于医用消毒,验证假钞,测量距离,工程上的探伤等,X射线用于CT照相,伽玛射线用于治疗,使原子发生跃迁从而产生新的射线等.一、不同频率范围内电磁波的应用无线电广播与电视都是利用电磁波来进行的。在无线电广播中,人们先将声音信号转变为电信号,然后将这些信号由高频振荡的电磁波带着向周围空间传播。而在另一地点,人们利用接收机接收到这些电磁波后,又将其中的电信号还原成声音信号,这就是无线广播的大致过程而在电视中,除了要象无线广播中那样处理声音信号外,还要将图象的光信号转变为电信号,然后也将这两种信号一起由高频振荡的电磁波带着向周围空间传播,而电视接收机接收到这些电磁波后又将其中的电信号还原成声音信号和光信号,从而显示出电视的画面和喇叭里的声音。无线电广播利用的电磁波的频率很高,范围也非常大,而电视所利用的电磁波的频率则更高,范围也更大。雷达是利用无线电波测定物体位置的无线电设备。电磁波如果遇到尺寸明显大于波长的障碍物就要发生反射,雷达就是利用电磁波的这个特性工作的.波长越短的电磁波,传播的直线性越好,反射性能越强,因此雷达用的是微波。雷达的天线可以转动。它向一定的方向发射不连续的无线电波(叫做脉冲)。每次发射的时间不超过1ms,两次发射的时间间隔约为这个时间的100倍。这样,发射出去的无线电波遇到障碍物后返回时,可以在这个时间间隔内被天线接收。测出从发射无线电波到收到反射波的时间,就可以求得障碍物的距离,再根据发射电波的方向和仰角,便能确定障碍物的位置了。实际上,障碍物的距离等情况是由雷达的指示器直接显示出来的。当雷达向目标发射无线电波时,在指示器的荧光屏上呈现一个尖形脉冲;在收到反射回来的无线电波时,在荧光屏上呈现第二个尖形脉冲,根据两个脉冲的间隔可以直接从荧光屏上的刻度读出障碍物的距离.现代雷达往往和计算机相连,直接对数据进行处理。利用雷达可以探测飞机、舰艇、导 弹等军事目标,还可以用来为飞机、船只导航。在天文学上可以用雷达研究飞近地球的小行星、慧星等天体,气象台则用雷达探测台风、雷雨云。在自由空间,电磁波是沿直线传播的,而地球是圆形的,在通讯卫星的上天之前,人们要实现远距离通讯,只有靠多个地面天线作为中继站来传送无线电波。卫星通讯使无线电通信进入了一个新的发展时期。现在,各种通讯卫星的上天,满足了人们在科学研究与应用领域越来越多的需求。目前,中国长城工业总公司正与美国摩托罗拉公司合作,用长二丙改进型火箭以一箭双星的方式将多颗铱星送入轨道,从而实现覆盖全球的低轨道卫星无线电通讯。

三 电磁波在医疗上的应用在科学上,称超过人体承受或仪器设备容许的电磁辐射为电磁污染。电磁辐射分二大类,一类是天然电磁辐射,如雷电、火山喷发、地震和太阳黑子活动引起的磁暴等,除对电气设备、飞机、建筑物等可能造成直接破坏外,还会在广大地区产生严重电磁干扰。另一类是人工电磁辐射,主要是微波设备产生的辐射,微波辐射能使人体组织温度升高,严重时造成植物神经功能紊乱。但是对电磁辐射,要正确认识,而且要科学防护。事实上,电磁波也如同大气和水资源一样,只有当人们规划、使用不当时才会造成危害。一定量的辐射对人体是有益的,医疗上的烤电、理疗等方法都是利用适量电磁波来治病健身生物电磁场保健将人体置于姜氏场导舱内接受载有青春信息的植物幼苗发射的生物电磁波。结果发现:人体红细胞膜的渗透脆性降低,韧性增强;甲状腺素、 性激素分泌增加;免疫功能提高;肾上腺皮质激素分泌无明显变化。提示:植物幼苗电磁波有助于红细胞功能的发挥,促进机体新陈代谢,增加青春活力,提高性功能,增强免疫力从而对人体发挥返老还青和医疗保健作用。激光治疗激光是60年代初出现的一种新光源。已广泛应用于国防、农业、卫生医疗和科学研究,也是治疗肿瘤的一种新方法。用它既能切割组织,又能同时止血,能使肿瘤组织迅速气化和雾化,从而使肿瘤在瞬间消失。激光对组织具有热、压、光和电磁场效应的作用。1、热效应:激光能使肿瘤组织在几秒种的短时间内,局部温度高达200-1000摄氏度,使其变性、凝固坏死,继而气化消失。2、压力效应:激光本身的光压和由高热导致的组织膨胀引起的二次冲击波,加深了肿瘤组织破坏。3、光效应:激光被肿瘤组织吸收后,可增强热效应,使肿瘤组织被破坏。4、电磁场效应:激光是一种电磁波。能产生电磁场,可使肿瘤组织离化、核分解而被破坏死亡,如有残癌也可自行消退,这可能与免疫有关。激光制造成激光器、激光手术刀用于治疗体表肿瘤,眼耳鼻咽喉肿瘤、神经肿瘤等。EMF系统EMF系统是由(株)日本MDM公司开发研究生产的新一代脑外科手术器械。根据其作用原理,我们俗称之为“电磁刀”。EMF系统利用高频电磁能对机体组织进行汽化,切割和凝固。因该系统外周围优良组织的热损伤小且不需要对极板,因此尤其使用于脑外等精密外科。对硬性及深部微小脑瘤的去除极为有效。EMF系统与常规的电刀相比,在原理和设计上都有很大区别。EMF系统用于汽化,切割和凝固的输出功率很小(49W以下),为一般电刀所不及。不需要对极板这一特点使单极手术刀用于脑外手术成为可能。没有烧伤感电和破坏神经系统的危险,安全性高,使用方便。与激光刀相比,不需要眼球保护镜和其它保护附件,操作时对患者和医生均无危害。手术时与患部直接接触,医生可以灵活掌握调节。与超声波刀相比,EMF系统对于硬化深部微小肿瘤的汽化治疗效果尤为显著。HandPiece非常轻便且呈弯曲状,使视野不受影响,并有利于长时间手术。刀头部分可以任意弯曲,适用于各种手术需要。微波治疗微波是指波长在1毫米至1米范围内的非电离辐射高频电磁波。70年代后期微波技术在医疗上得到应用。科学家研究发现,微波治疗有3种:一是大剂量高热治疗肿瘤,能抑制肿瘤细胞的蛋白质合成,降低肿瘤细胞分裂速度,增强化疗、放疗效果;二是用于局部生物体组织的凝固治疗,具有不炭化、不产生烟雾的特点;三是小剂量的温热治疗,可以解痉、止痛、消炎并促进伤恢复等。电磁波消毒利用电磁波的场效应和热效应,在5-l0分钟内能迅速达到国家卫生部规定的消毒要求,对成捆、成扎的纸币、成叠的毛巾、医疗器械具有穿透力强,无残留药毒性的消毒特点,是当今消毒领域的新突破。

电磁场与微波技术,是电子信息类学科的一门非常重要的专业理论课,目的是满足学生以后从事微波天线以及射频类的相关工作需求。我整理了电磁场微波技术论文,有兴趣的亲可以来阅读一下!

“电磁场与微波技术”课程的改革与实践

摘要:在对“电磁场与微波技术”课程的改革与实践中,分析了目前该课程的教学中存在的主要问题,结合课程特点和“三本院校”学生的实际情况,整合了电磁场与电磁波、微波技术和天线理论三门课程的主要内容,加强了该课程与工程实际的结合,适应了三本学校的应用型人才的目标,并通过教学方式和考核方式等方面的具体改革措施,提高了该课程的教学质量,尤其是提高了学生对该课程的相关知识和技术的实际应用能力。

关键词:电磁场与微波技术;工程实际;考核制度

作者简介:张具琴(1980-),女,河南信阳人,黄河科技学院电子信息工程学院,讲师;贾洁(1982-),女,河南安阳人,黄河科技学院电子信息工程学院,助教。(河南郑州450063)

中图分类号:G642.0     文献标识码:A     文章编号:1007-0079(2012)17-0054-02

随着信息时代的发展,作为信息主要载体发展方向的高频电磁波—微波,不仅在卫星通信、计算机通信、移动通信、雷达等高科技领域得到了广泛的应用,而且已经深入到了各行各业中,在人们的日常生活也扮演着重要角色。因此对于电子信息专业的学生来说,电磁场、微波技术与天线类课程在目前及今后都是不可缺少的主干专业课程。[1,2]但由于该课程的自身特点及对于该课程教学的一些传统认识,使得学生对该课程的知识和技能的学习和掌握不能满足国内对电磁场与微波技术及其相关专业人才的需求。为提高该课程教学质量和人才培养质量,尤其是针对三本院校的应用型人才培养目标,笔者认真分析了该课程教学中的问题,结合课程特点和“三本院校”学生的实际情况,对该课程进行了一系列的改革和实践探索,并取得了一定的成果。

一、“教”“学”中的主要问题

该课程传统的教学方法是以事实性知识传授为教学目标,即课程内容是介绍“是什么”“为什么”,而缺乏“怎么做”“怎么用”,过分强调理论,而缺乏对知识的实际应用。

目前该类课程所用教材多为一本学校编著,这些教材整体突出课程内容的完整性和理论分析的严密性。对于理论基础一般也较为薄弱、更注重实际应用能力的三本学生来说算是“天书一部”,学习起来也“味同嚼蜡”,教师授课也是事倍功半,教学效果很不理想,很多三本学校对该课程的开设是“形同虚设”。

该类课程的教学模式仍是以理论教学为主的,教学方法和内容很少涉及该课程的实际知识应用和人才就业的方向指导,结果学生学完后除了知道有很多公式推导外,对该课程其他方面相关内容知之甚少,所以缺乏学习动力,教学效果不佳。

对于该课程的考核制度多为“一刀切”模式,即“考试分数定高低”,未能考虑学生的个体差异,忽视学生学习能力、学习过程、学习方式差别,不能很好调动学生的积极性和主动性。

二、改革方法和措施

1.改革传统的事实性知识传授的教学目标,更注重对实际应用能力的培养

在教学内容中,增加具体理论的应用实例分析,[3]使学生对电磁场和微波的实用性有较好的认识;增加微波技术在新科技和社会生产生活中的实际应用的一些例子,使学生有更强的学习兴趣和学习动力;课程中很多知识点的引入,都以思考题和小的科研课题的形式提出,使学生应用所学的理论知识分析解决实际问题的能力与创新、研究能力得到相应的锻炼。

增开相应的微波实验项目,使学生的实际动手能力得到很好提高,考虑到实验室建设的成本的问题,可以通过先引入微波的仿真实验项目或者引入与现有的大学物理实验、通信原理实验等成熟实验项目相结合的实验项目。[4]

2.突破传统的一本院校所编教材的限制,使学生在有限的时间内掌握具有生命力的知识基础和必要技能,以满足高素质应用人才知识结构和素质结构的需求

在实际授课过程中注重将“电磁场与电磁波”、“微波技术”和“天线理论”有机结合,采用电磁场与微波技术结合的自编的简本教材为授课教材,把天线及应用作为扩展补充教材,将三者精要贯穿于教学中。这大大节约了理论教学时间,使学生有更多的时间参与到实践中去,有利于培养学生应具有的实践能力。

具体教学内容方面:加强了该课程中的最基本的电磁场的概念、定理的讲解,力求夯实该门课程的基础;增加了微波在新科技中的应用和微波的发展前景的介绍和大量的网络理论应用实例分析等,有利于学生学习目标、学习兴趣的建立和实际应用能力的提高;针对该门课程涉及知识面广、理论性较强的特点,对于只是涉及而非重点内容大胆删减或者采用增加附录的形式直接给出,这样有利于学生有针对性地学习;对于课程中的概念采用“量纲分析法”,使学生对概念的物理意义有更深地理解,应用起来能够更加娴熟;对于其他新知识的引入采用“概念—方程—新概念”教学模式,顺着学生的理解思路,水到渠成;更加注重了理论与实践的结合,每个具体的理论讲完后,立即有相应的实例分析,既有利于提高学生的实际分析问题的能力又有利于提高其学习兴趣。

3.改革传统的理论教学为主的教学方法,开展“以应用为基本出发点”的理论教学方法研究

(1)以应用为本,确定理论教学的研究方法。在教学大纲和简本教材中,弱化理论讲解,重视实际解决问题能力的提高,主要采用“用什么理论,讲什么理论”和选学、自学内容相结合的模式,即让大多数学生学到了本课程的主要内容,又让学有富余的学生得到更深层次的提高。

(2)注重对学生进行思维能力与应用能力的训练。改变传统的纯理论讲解、缺少实际应用实例的情况,在教学过程中注重理论讲解、实例分析、习题课相结合;以思考题和小的科研课题的形式,对学生进行有效的思维能力与应用能力训练。

(3)具体教学方法中,采用多种方法相结合,尤其是板书和多媒体相结合教学。对于主要理论、公式的推导,以板书教学为主,有利于学生的理解和接受;而对于一些介绍性知识、实例讲解和仿真实验方面,可辅以多媒体教学和动画演示,丰富学生的感性认识和知识量。

(4)注重案例教学。例如,以往年学生的毕业设计为案例,阐明微波是如何用来解决实际问题的;提出目前理论应用于实际的方向和技术瓶颈,鼓励同学们探索和研究,力争做到理论与实践相互联系,相互穿插,相辅相成,使学生真正从这门课程中学到“实惠”,即掌握了具体知识的应用,也为其以后的就业指明了方向。

(5)开设“第二课堂”教学法。针对学生层次的差异,可以采用课堂教学与网络教学相结合的方式、给出小型科研调研题目等方式,[5,6]使每个学生的潜能都能得到最大的发挥。充分利用黄河科技学院(以下简称“我校”)的校企业合作平台,让学生利用半年左右的时间充分参与到微波天线企业一线的科研和生产中,在理解整机工作原理的基础上,研究实际的产品部件;通过在学生与学生之间、学生与老师之间、工程技术人员之间对出现问题的讨论,使学生更全面地思考和理解问题,另一方面也能使学生掌握和了解最新的知识,适应科技高速发展的需要,实现与时俱进。

4.改革传统的考核制度“一刀切”模式,开辟“多样化的柔性”考核制度

结合“因材施教”的指导方针,认真考虑学生的个体差异,增强“第二课堂”的作用,开设“老生研讨课”,加重过程考核,提出开卷考试制度等方案,极大地调动了学生的积极性和主动性,提高了教学效果。传统的终结性考核以理论知识、标准答案、闭卷形式为主。改革后的考核方式更加注重过程考核,加入调研报告成绩,课程小结成绩实,实践环节成绩;考试试卷上增设选做题目、课程设想等,给学生充足的学习空间,有利于激发学生的学习自主性,提高学习的自觉性和自学能力;考试采用开卷形式,重视知识的应用而弱化死记硬背,加强学生的应用能力的考核。

另外,本课程的教学中也广泛利用网上电子教案、习题库等教学资源,为学生的自学和课后复习提供了一定的空间,随着课程网络资源的建设,教学中可利用校园网实现网络教学、在线测试、在线答疑。

三、改革实践的效果

课程教学目标和教学内容的调整,理顺并抓住了根本,节省了时间,避免了枯燥繁冗的数学推导过程,使学生接触更多的工程实践,适应了三本学校的应用型人才目标;教学方法、教学手段的改革,加强了理论与实际的联系,避免了学生对该课程中一些难而无用的知识纠结,侧重工程实际应用,使他们的实践能力大大提高;考核方式的改革,使学生的学习积极性得到了全面地调动,学生能够主动参与到学习过程中,学习方式灵活、学习兴趣也有了很大的提高。

改革后学生能够积极主动地参与到“电磁场与微波技术”的学习中,通过亲身体验和相关内容的学习,积累和丰富直接经验,促进学生掌握了该课程的基本知识和基本技能,培养了学生的创新精神、实践能力和终身学习的能力。具体表现在以下几个方面:本课程的合格率达到了95%以上,优秀率将近40%;有近50%的学生投入到该课程的研讨式学习和科研课题研究中,6名同学在科技期刊上发表了科研论文;三届毕业设计有13名学生做了该方向的课题,[7]其中3名同学取得了优秀毕业设计的成绩;在两届全国大学生电子设计大赛中,2名同学选择了该方向的创新设计并取得了优异成绩;该方向的就业率和考研率都有很大提高,2005级以来三届近400名毕业生中就有15名学生从事该方向工作,实现了我校该方向就业的零的突破,有近30名毕业生选择该方向为研究生报考方向。

四、结束语

该课程的教学改革和实践在教学质量和人才培养方面取得了一定的成绩,但教学改革任重道远,要培养出既具有理论知识基础又具有较强实践能力的适应时代的高素质应用人才,必须与时俱进地调整和充实教学的各个环节,协调和配合好教学体制和机制的多方面才能达到最佳效果。

参考文献:

[1]盛振华.电磁场微波技术与天线[M].西安:西安电子科技大学出版社1995.

[2]李丽华.论三本院校电磁场与微波技术课程教学[J].投资与合作(学术版),2010,(9):64-65.

[3]陈帝伊,刘淑琴,许景辉,等.“电磁场理论”课程的教学改革探讨[J].电气电子教学学报,2009,(4):116-117.

[4]杨再旺,张淑娥.谈《电磁场与微波技术》实验方法改革[J].中国电力教育,2005,(S1):147-150.

[5]陈宏,费跃农,郑三元,等.研究性学习在“模拟电子技术”课程教学中的应用[J].电气电子教学学报,2009,(5):108-110.

[6]刘云.浅谈“微波技术与天线”课程中的创造力培养[J].电气电子教学学报,2011,(2):8-9.

[7]郑娟,蒋军.电磁场与微波技术方向毕业设计指导[J].黄山学院学报,2009,(3):125-127.

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