关键词： 电磁学   前概念   概念转变  

摘要： 电磁学作为物理学的核心分支学科之一是高中物理学习的重难点。由于学生对电磁学日常经验较少,缺乏直观观察,在学习过程中易产生错误,对电磁学学习造成障碍。而教师如果在教学过程中帮助学生建立科学概念框架,对于学生学习就会起促进作用。因此,对电磁学前概念进行有效认识就显得尤为重要。本研究将采用问卷调查法,对学生的电磁学前概念现状进行分析,探究不同因素对学生电磁学概念学习的影响,探讨现有的教学过程能否改进。本文借鉴了国外CSEM电磁学前概念调查问卷,针对国内高中生现状进行修改。设计了高中生电磁学前概念问卷,并选择福建省厦门双十中学和江苏省南京第一中学的在校生作为问卷发放对象,对高一、高二和高三不同年级、不同性别、不同地域的学生进行调查研究。经过对数据的整理分析后,得出了以下结论：1.国内高中生电磁学学习有着重现象而轻原理的表现;2.被测试学生表现出在高中学习之前,学生所具有的电磁学前概念很少,学生的电磁学概念框架大多来自于课堂学习。在概念建构的过程中,容易出错,建立了错误的物理模型;3.在诸多影响因素中,年级是对学生水平差异产生显著影响的唯一因素,性别的主效应、性别与年级的交互效应均表现不明显。作者最后针对调查分析中发现的问题提出了注重基本概念教学、充分利用学生已有的科学前概念以及注重实验的教学建议。

关键词： 电磁学实验   基础性和验证性实验   综合性和设计性实验  

摘要： 电磁学实验是大学物理的基础实验,是师范学院物理系学生的必修课程。电磁学实验课的开设,包括:基础性和验证性实验;综合性和设计性实验及计算机辅助和探究性实验几个部分。因此,作者根据师范学院实验课教学大纲的要求及物理系学生的具体情况,主要开设基础性和验证性实验;综合性和设计性等实验课,以提高和培养学生掌握电磁学实验的能力。

关键词： 时域   不连续伽辽金法   数值流   龙格库塔方法   Debye媒质  

摘要： 本文对时域不连续伽辽金法(Time-domain Discontinuous Galerkin Method,DGTD)进行了基本的理论研究,并与麦克斯韦方程相结合,研究了一维和二维DGTD方法。主要包括DGTD方法的基本理论和关键技术——数值流,以及不同时间积分策略和各种电磁边界条件在DGTD中的施加方法,最后还给出了二维形式的Debye色散媒质的建模方法。论文主要工作由以下几个部分组成:1.介绍了DGTD的基本理论,并同其他电磁场数值方法做了比较。通过麦克斯韦方程的守恒形式,推出DGTD方法下的麦克斯韦方程的弱形式。其中给出了基于Legendre-Gauss-Lobatto节点的高阶节点型基函数的基本空间分布,并且详细介绍和比较了DGTD的技术核心——数值流(包括中值流和迎风流)——的不同的数值特性,并给出了基于不同数值流的DGTD离散方程形式。在得到离散方程之后,给出了两种不同的数值时间积分策略来求解常微分方程组,即龙格库塔方法和蛙跳方法。最后,在一维情况下,给出算例,并分析了DGTD的空间划分形式和插值阶数对计算精度的影响。2.给出了二维形式下的DGTD一般形式,包括单元节点的数学表达式和空间分布,弱形式方程的基本形式和二维数值流的实现过程。接着,重点讨论了不同的电磁边界条件在DGTD方法下的施加方法,如PEC,PMC等,并引入了总场散射场边界和一阶Silver-Müller吸收边界,以便计算散射问题和辐射问题。但是,为了弥补和克服一阶Silver-Müller吸收边界的性能问题,引入了单轴各向异性介质完全匹配层(Uniaxial Perfectly Matched Laye,UPML)。为了在DGTD中有效地实现UPML,使用一种叫做辅助方程法(Auxiliary Equation Method,ADE)的方法,引入辅助量去得到解和UPML的参数。进一步地给出了Debye色散介质的基本电磁特性方程,并同样使用ADE方法,建模了DGTD形式下的Debye色散介质方程,并针对Debye的离散方程,改进了时间积分策略。在数值算例中,与解析解、FEM或FDTD做比较,验证了算法的正确性。

关键词： 力学   电磁学   自由度   实际教学分析法  

摘要： 本文从《力学》角度讨论《电磁学》中一些客体的自由度以深化教学、提高学生正确分析物理问题的能力。使用实际教学分析的研究方法，先介绍《力学》中自由度特点，接着切入分析《电磁学》中一些客体的自由度并得出以下结论：(1)单个无、有极分子在无或有外电场时其自由度均为3；（2）无外电场时：由无、有极分子构成的刚性电介质有6个自由度，构成的非刚性电介质除反映整体运动的6个自由度外其内部还有3N-6个振动自由度；有外电场时：由无、有极分子构成的电介质整体的自由度为3（不考虑内部振动和干扰因素时）；（3）平面偏振光的光矢量有3个自由度。然后分析《电磁学》里电磁波中某时刻某点平面偏振光与自然光振动矢量的自由度，最后讨论场的自由度及研究《力、电磁学》中自由度的意义。

关键词： 右手定则   电磁学   切割磁感线运动   左手定则   一只手   高中物理  

摘要： 电磁学是高中物理学的重要组成部分,同时又是高考的必考内容之一,其中的左右手定则又是电磁学中沟通"电""磁""力"三者关系的重要桥梁。然而有的时候在一道题中,既要使用左手定则又要使用右手定则,这不仅给老师的教学带来了干扰,而且也给学生的学习和考试带来了很大的困惑。针对以上的困惑,笔者总结了"三句话,一只手"来帮助读者理解和记忆电磁学中的:1通电导线在磁场中受力的方向的判断2带电粒子在磁场中受

关键词： 电磁学   教学改革   教学方法  

摘要： 本文从介绍电磁学课程的特点及在物理学类专业中的地位出发,针对此课程特点与地位提出了教学改革的总体思路,主要尝试了在教学内容、教学方法等方面的一些改革,以提高教学质量并培养综合素质高的学生。

关键词： 稀土永磁材料   领域   稀土金属间化合物永磁材料   磁学   电磁学   领城  

摘要： 稀土永磁材料是目前磁性能最强的一类永磁材料,已成为"中国制造2025"、"互联网+"等国家战略实施高技术领域不可或缺的重要基础材料。新型稀土永磁材料在航空航天、高档数控机床和机器人、先进轨道交通装备等领域得到了广泛应用。稀土永磁材料专栏由钢铁研究总院李卫教授担任专栏特约编辑,组织国内磁学领域的多位专家学者,综述了新型纳

关键词： 高中物理   电磁学   实验教学  

摘要： 实验教学是高中物理教学的一项重要内容,物理学中的规律、概念等都是建立在实验的基础之上,可见,实验教学是高中生获得相关物理知识的一个基本方法.电磁学实验是高中物理实验教学的一个重要组成部分,如何做好电磁学实验教学是高中物理教师要解决的一个重要问题.本文主要分析高中物理电磁学实验教学的意义,并积极探索一些有效的教学方法.

关键词： Computational Electromagnetics   Polarimetric Radar   Radar Cross Section  

摘要： The primary topics of this dissertation are issues existing in the current ensemble scattering procedures. These procedures are failing to quantitatively reproduce polarimetric signatures from resolution volumes filled with ensembles of resonant size precipitation, biota, and anthropogenic scatterers. Sources of these failures are traced to the constraints on the topology that is admissible to the different modeling *** dissertation evaluates in a systematic manner the current modeling procedures focusing on limitation sources and their effects on the overall process of polarimetric variable simulation. It re-evaluates limitations of the widely used T-Matrix approach and discusses sources of instability. Based on the identified limitations, a novel computational electromagnetics (CEM) approach to scatterer modeling and polarimetric variable calculation is introduced to mitigate the current limitations. Detailed overview of the process as well as guidance on applying the CEM to the polarimetric variable calculation is presented. This is the first systematic exploration of a specific CEM solver to modeling of polarimetric radar signatures from precipitation and biota. Finally, to demonstrate meteorological application the CEM approach is evaluated by comparison with some polarimetric radar observations of hail. Of main significance is modeling of large and giant hail having surface protuberances, or rough, irregular shape. Additionally, radar observations of biota and radar cross section (RCS) measurements are considered for aeroecology applications. As an example, the precise size and shape model of Brazilian Free-tailed bat (Tadarida brasiliensis) is created and compared to the RCS measurements, as well as to radar observations of bat emergence in Texas plains

关键词： 变换电磁学   人工电磁材料   微带天线   圆极化   阵列天线   共形透镜  

摘要： 变换电磁学是近几年来电磁场领域一个十分活跃的研究热点,它是利用坐标变换的方法设计特定区域的材料参数分布,当电磁波经过该区域时,传播的方向可以根据设计好的路线进行改变。因此,在天线设计中,变换电磁学的应用将是一种能够有效地改善天线辐射性能的方法。本文从变换电磁学的基本概念及其延伸出的理论出发,结合人工电磁材料的设计方法,探索了它在微带天线、阵列天线及透镜天线等领域的潜在应用,并进行了详细的分析与验证。本文的主要工作内容及创新点如下： 1、基于腔膜理论,研究了矩形微带天线的辐射机理及天线贴片与地板之间的电场分布,提出了一种新型平面变换方法,利用这种方法可以设计微带天线贴片单元与地板之间的材料分布,从而使天线在不改变馈电位置、阻抗及增益的情况下,实现双频或圆极化辐射。 2、首次将复数变换电磁学引入到天线设计中去,发挥了该理论在有效调节辐射强度上的优势。结合圆形贴片的空腔模型及相关理论,通过改变介质板的材料参数分布,实现了天线圆极化的设计。 3、在二维结构中,研究了一种能够减小材料各向异性的准共形变换理论,并将该理论延伸到三维的共形阵列天线的设计中,提出一种可用常规塑料介质打孔即可实现的纯电介质透镜。将此透镜罩在共形阵列天线表面可以令其在最大辐射方向上等效于同参数的平面阵列天线,从而为共形天线的设计提供了新的方法。 本文研究表明,变换电磁学理论,结合人工电磁材料设计,为天线设计带来了新的思路。通过对调控电磁波方法的深入研究,将进一步改善天线或其他电磁器件的性能。变换电磁学、人工电磁材料及天线等领域交叉研究的发展将催生更多的创新成果,为学术和工程应用领域做出更多贡献。