课题研究论文:基于应用背景的“电磁场与电磁波”教学研究
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电磁场与电磁波在实际中的应用对电磁场现象的研究是从十六世纪下半叶英国伊莉莎白女王的试医官吉尔伯特开始,然而他的研究方法很原始,基本上是定性地对现象的总结。
对电磁场的近代研究是从十八世纪的卡文迪许、库伦开始,他们开创了用测量仪器对电磁场现象做定量的规律,引起了电磁场从定性到定量的飞跃。
电磁场理论的发展经历了很长时间,从发现到证实,从现象到理论,这一过程需要几代物理学家的努力付出。
电磁场理论在现代科技中有着广泛的应用。
现代电子技术如通讯、广播、导航、雷达、遥感、测控、嗲面子对抗、电子仪器和测量系统,都离不开电磁场的发射,控制、传播和接收;从假期,工业自动化到地质勘测,从电力、交通等工业、农业到医疗卫生等国民经济领域,几乎全都涉及到电磁场理论的应用。
不仅如此,电磁学一直是,将来仍是新兴科学的孕育点。
从科学的角度来说,电磁波是能量的一种,凡是能够释出能量的物体,都会释出电磁波。
正像人们一直生活在空气中而眼睛却看不见空气一样,人们也看不见无处不在的电磁波。
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.应用:(1)无线电波用于通信等(2)微波用于微波炉(3)红外线用于遥控、热成像仪、红外制导导弹等(4)可见光是所有生物用来观察事物的基础(5)紫外线用于医用消毒,验证假钞,测量距离,工程上的探伤等(6)X射线用于CT照相(7)伽玛射线用于治疗,使原子发生跃迁从而产生新的射线等.(8)无线电波。
无线电广播与电视都是利用电磁波来进行的。
恒定电场在电磁场课程中所占比例较小,但其应用却很广泛。
直流电路的应用实质上就是恒定电流场的应用,只是把场限制在特定的线路中。
现代大型铝电解槽,其工作电流达100kA。
由于巨大电流所带来的电磁力作用于铝液问题,已成为国内外研究的重要课题。
使电流场的应用理论又进一步丰富。
实际电工设备如电缆头、高压套管、绝缘子、电机和变压器等的似稳电场与一些非电工程中的物理量的模拟都运用了恒定电场的理论。
《电磁场与电磁波》课程的教学改革探讨【摘要】在分析目前《电磁场与电磁波》课程教学面临的困难的基础上,提出从理论和实践两方面着手提高教学质量的方法。
理论方面严抓数学基础,巧用应用背影;实践方面注重创新精神的培养,同时结合仿真实验与综合型、开放性实践的实施。
实践证明这样多管齐下能非常明显的提高教学质量。
【关键词】电磁场与电磁波;教学改革;理论与实践引言《电磁场与电磁波》课程是电子信息类专业和通信工程类专业一门重要的专业基础课,主要研究电磁场和电磁波的基本规律、基本性质、基本分析方法及其工程应用,它是一些交叉学科(如:生物电磁学、微波化学)的生长点和新兴边缘学科(如:计算电磁学、负折射率介质)发展的基础[1]。
《电磁场与电磁波》课程,因为其具有数学要求高、公式繁多、推导繁琐等特点,且电磁波又看不见、摸不着,学生学的过程中表现出很困惑。
因此,如何使课堂教学生动形象,激发学生的学习兴趣,培养学生的综合能力,是教师面临的重要问题。
本文从理论和实践两方面就这些问题进行了研究与探索。
一、理论教学改革1、牢抓数学基础《电磁场与电磁波》课程的数学基础要求高,涉及到矢量分析、微积分、微分方程等数学工具,方法灵活。
学生虽然在大学一、二年级学习过高等数学等相关课程,但是到了三年级学习本课程时相应的数学知识已经比较生疏,无法达到学习本课程要求。
从以往的教学经验来看,很多学生之所以在学习本课程时感到困难,就是因为数学基础不牢。
因此在课程开始的时候必须强化学习一些必要的数学知识,尤其是散度、旋度、梯度等矢量场分析的内容以及微分方程求解方面的知识,并注意将这些数学知识和本课程中的物理概念联系起来,为本课程的学习打下扎实的基础。
2、多种教学手段结合的教学方式好的教学方法是保证教学质量的前提,教学手段的灵活多样化是提高教学质量的根本。
《电磁场与电磁波》由于其抽象、复杂,仅靠描述和板书是很难讲解清楚的。
采用多媒体教学方式,如图片、视频、FLASH 动画以及MATLAB 动画等手段进行直观的演示,把复杂抽象的内容用生动形象的方式表达出来,图文并茂、形象直观,以帮助学生对学习内容的理解。
刍议“电磁场与电磁波”教学改革实践电磁场与电磁波是物理学中的重要概念,也是现代科技发展的基础。
在高中物理课程中,电磁场与电磁波的教学内容一直以来都是比较复杂和抽象的,学生很难将其与实际生活联系起来,因此教学改革实践显得尤为重要。
本文将对电磁场与电磁波的教学改革实践进行深入探讨,并提出一些具体的改革建议。
一、问题现状分析1. 教学内容难以理解电磁场与电磁波是高中物理课程中的重要内容,但由于其抽象性和复杂性,学生往往难以理解和掌握相关知识,导致学习成绩不佳。
2. 缺乏实际应用传统的教学方式注重理论知识的传授,却很少与实际应用相结合,导致学生对电磁场与电磁波的实际意义缺乏认识,缺乏学习的动力和兴趣。
3. 缺乏互动性传统的课堂教学方式以教师讲授为主,学生被动接受知识,缺乏互动性和参与性,难以激发学生的学习热情。
二、教学改革实践1. 强化实验教学为了增强学生对电磁场与电磁波的实际应用认识,可以加强实验教学,让学生亲自动手进行实验操作,观察现象,探究规律,从而加深对知识的理解。
2. 融入科技元素在教学过程中,可以融入一些科技元素,比如通过多媒体展示电磁场与电磁波的应用实例,让学生了解相关知识对现代科技发展的重要作用。
3. 创设情境,增加趣味性教师可以通过讲故事、提出问题、设计情境等方式,增加教学的趣味性,激发学生的学习兴趣,让学生在轻松愉快的氛围中学习相关知识。
4. 提倡合作学习合作学习是一种有效的教学方式,可以培养学生的团队合作能力,激发学生的学习热情,提高学习效率。
在教学过程中,可以安排学生小组合作完成相关任务,共同探讨问题,互相交流,相互促进。
5. 引导自主学习在课堂教学之外,可以引导学生阅读相关书籍和资料,自主进行学习和思考,提高学生的自主学习能力,培养学生的独立思考能力。
三、改革建议1. 制定教学计划学校可以制定电磁场与电磁波的教学计划,明确教学目标和任务,合理安排教学内容和教学方法,保证教学质量。
“电磁场与电磁波”课程教学实践与探讨基金项目:本文系河南省教育厅项目(项目编号:12A510017)、华北水利水电大学项目(项目编号:201027)的研究成果。
“电磁场与电磁波” 是电子科学与技术专业必修的一门专业基础课程。
随着电子技术飞速发展,特别是电力电子设备密度不断增加,数据通信传输速率和信道带宽的提高,要求电子科学与技术专业学生和电气工程师必须具备“电磁场与电磁波” 方面的知识储备。
由于“电磁场与电磁波”理论性强,场与波的概念比较抽象,课程涉及公式的数学推导较多,课程难度较大。
所以,“电磁场与电磁波”课程无论对教师的教学,还是对学生的理解掌握都有较大的难度。
另外,本课程教学效果又直接影响后续专业课程的学习如微波技术、光电子技术等。
[1] 因此,“电磁场与电磁波”课程对于电子科学与技术专业学生是十分重要的。
综合教学内容和教学方法改革,加强理论联系实践,避免了简单的理论教育,在“电磁场与电磁波”理论与实验教学方面进行了有益的探索,近年来取得了一定的教学效果。
一、“电磁场与电磁波”课程内容研究1.完整的内容体系“电磁场与电磁波”教学内容必须和专业培养方案保持一致。
华北水利水电大学使用的教材是西安交通大学冯恩信老师的《电磁场与电磁波》。
该教材是国家级规划教材,依据培养方案学时数由62 学时调整到 48 学时。
课程要求学生熟练掌握基本理论和基本分析方法,重点是理论基础和知识体系的完整性,同时尽量避开繁杂的数学推导。
“电磁场与电磁波”从科学实验基础出发,总结出电磁规律,根据电磁规律,针对不同的实际情况,采取相应的求解方法来解决不同的实际工程问题。
课程涉及的大多数物理量是矢量场,分布是时间的函数,而且还是空间分布函数,概念比较抽象,而电磁场与电磁波又是看不见、摸不着的。
此外,课程对学生的数学知识及其应用能力要求比较高,数学知识多要用到偏微分、多重积分、矢量分析和场论等。
教学内容应该根据学时进行取舍:(1)首先补充介绍矢量分析和场论内容,使学生更容易学习电磁场,有利于学生学习矢量场的分析方法,更好地建立电磁场的概念。
基于应用背景的“电磁场与电磁波”教学研究【摘要】本文主要围绕基于应用背景的“电磁场与电磁波”教学展开研究。
在引言部分中,首先探讨了研究背景和研究意义,明确了研究的重要性。
在通过对电磁场与电磁波基础知识的梳理,教学方法与策略的探讨,案例分析与实践的讨论,教学效果评价以及课程改进与发展等方面,深入探讨了教学内容与方法的优化与改进。
在结论部分对研究进行了总结,展望了未来研究方向,同时对教学实践提供了一定的启示。
本研究旨在提高学生对电磁场与电磁波相关知识的理解和应用能力,促进教学效果的提升,为学科教学的改进与发展提供参考与借鉴。
【关键词】关键词:电磁场、电磁波、教学研究、应用背景、基础知识、教学方法、案例分析、教学效果评价、课程改进、结论总结、未来研究方向、教学实践、启示。
1. 引言1.1 研究背景电磁场与电磁波作为物理学中重要的概念,在现代科学和技术领域具有广泛的应用。
随着科技的不断进步和发展,电磁场与电磁波的研究成果已经深入到各个领域,如通信、医疗、能源等。
对于这一领域的教学研究仍然存在着一些挑战和问题。
当前的教学模式往往局限于传统的讲授和实验教学,缺乏与实际应用场景结合的教学内容和方法。
学生在学习过程中往往缺乏对电磁场与电磁波的深入理解和应用能力,导致学习效果与实际需求的脱节。
我们有必要进行基于应用背景的“电磁场与电磁波”教学研究,以期通过整合现代科技应用中的实际问题和案例分析,探索更符合学生需求和发展趋势的教学方法和策略,提高教学效果和学生的学习动力。
这也将有助于促进电磁场与电磁波相关课程的持续改进和发展,为培养具有实践能力和创新精神的优秀人才做出贡献。
1.2 研究意义电磁场与电磁波是物理学中非常重要的一个主题,对于理解电磁现象和应用技术具有深远的意义。
在当今信息化社会中,电磁场与电磁波的应用已经无处不在,比如无线通信、雷达系统、医学影像等领域都依赖于电磁波的传播和感知。
教学研究在于将复杂的科学概念和理论以浅显易懂的方式呈现给学生,引导他们建立正确的物理观念和思维方式。
刍议“电磁场与电磁波”教学改革实践电磁场与电磁波作为物理学中的重要内容,一直是高中物理教学中不可或缺的一部分。
随着时代的发展,教学内容和方法也需要不断改革和创新,以适应学生的需求和发展。
本文将就电磁场与电磁波教学改革实践进行探讨和分析。
我们需要认识到的是,传统的教学方法和内容已经无法满足学生的学习需求。
传统的教学方法注重于知识的灌输和概念的传授,学生被passively 接受知识,而缺乏主动的学习和实践。
对于电磁场与电磁波这样的抽象和复杂的内容,传统的教学方法往往难以引起学生的兴趣和理解。
我们需要从教学内容和教学方法两方面进行改革。
除了教学内容的改革,教学方法的创新也是非常重要的。
传统的课堂教学以教师为中心,学生passively 接受知识,而现代教学方法更加注重学生的主动参与和实践。
在教学中可以采用案例教学的方法,通过教师提供一系列的案例,引导学生分析和解决问题,从而培养学生的逻辑思维和实际应用能力。
可以通过实验和实践的方式帮助学生理解和掌握电磁场与电磁波的相关知识,增强他们的学习体验和兴趣。
还可以运用多媒体技术和互动教学手段,比如利用电子白板、教学视频等多媒体资源,使抽象的知识更加直观和生动。
在教学中引入现代科技,如计算机模拟实验、虚拟实验室等,可以帮助学生更加直观地了解电磁场与电磁波的现象和规律,激发学生的学习兴趣。
除了课堂教学,我们还可以引入实践教学和跨学科的教学方法,使学生学会把所学的知识与实际工程实践相结合。
安排电磁场与电磁波的相关实践课程,如设计简单的电磁感应实验、制作简单的电磁波发射器等,可以帮助学生理论联系实际,深化对知识的理解。
可以与工程学科进行跨学科合作,引入工程实例和案例,使学生更加贴近实际应用,增加学科之间的联系性,提高学习效果。
电磁场与电磁波的教学改革实践应该注重于理论知识与实践应用的结合,引导学生主动探究和实践。
只有这样,学生才能更加深刻地理解和掌握电磁场与电磁波的知识,提高其实际应用能力和创新能力。
物理电磁场与电磁波实验教学实践探讨摘要:电磁场与电磁波课程的理论性强,概念抽象,因此实验无疑能够提高学生的理解与掌握。
基于电磁场与电磁波课程的特征,从课程的教学理念,实验目标,实验方法以及实验内容方面进行探讨,通过形象的实验提高学生的对电磁场与电磁波知识的理解与掌握,从而提高学生自主学习的能力与积极性。
关键词:电磁场电磁波实验教学1引言在高校人才培养中,实验室实现了将理论与实践的有机结合,对学生的创新性思维有着启迪作用。
因此,实验教学历来都是各高校非常重视的环节。
对物理学来说,电磁场与电磁波理论性强,概念抽象,因此,为了加深学生的理解与学习,必须通过实验促进学生对知识的理解与掌握。
2“电磁场与电磁波”课程特征分析“电磁场与电磁波”研究的重点是电磁场和电磁波的属性,规律,以及应用等。
由于其和光纤通信技术,电磁干扰,移动通信技术等联系紧密,应用范围非常广。
“电磁场与电磁波”要求数学基础深,并且理论性强,概念非常抽象,因此,学生进行学习时不容易理解,非常困惑,单纯的理论讲解,会丧失学生学习主动性与积极性。
“电磁场与电磁波”内容抽象,理论性强,其理论应用又十分具体,和人们的生活联系紧密,这是其特征;而“电磁场与电磁波”学习的难点在于,由于“电磁场与电磁波”看不见摸不到,必须具有非常强的空间想象力,才能理解“电磁场与电磁波”空间传播的形态。
3“电磁场与电磁波”教学设计3.1“电磁场与电磁波”教学理念高校学生培养思想应该是基于知识能力与素质相结合,培养学生的学习知识的能力以及研究探索的能力,提高学生应用知识的能力以及实践能力。
因此,电磁场与电磁波教学中学生学习的重点不是知识的接受与知识的传承,而是对知识的探索。
教师对学生的培养要从以传授知识为主转变为培养学生独自思考,开拓创新能力的培养方面,从而使得教学的质量不断提高。
3.2“电磁场与电磁波”教学方法在电磁场与电磁波教学过程中,通过改革要实现由老师为主体向以学生为中心的转变,老师只起到引导作用;教学过程中改变传统的老师注入式教学,要转变为师生互动;要积极利用现代化的科技教学手段。
电磁波的应用摘要:本文从电磁波频段使用的角度介绍了电磁波在生活中的应用,包括通讯方面的应用、医疗保健方面的应用、家用电器方面的应用,信息化战争的应用。
This paper introduces the electromagnetic wave from the Angle of the electromagnetic spectrum used in the application of life, including communications applications, the application of health care, home appliance applications, the application of information war.引言随着信息技术的飞速发展,电磁场与电磁波理论在通信,广播,电视,导航遥感遥测等方面有着越来越多的应用。
要想在电磁场与电磁波的应用上有所作为,首先我们需要了解电磁波的基本概念,了解它目前现有的应用,再对电磁波应用在其他领域进行可行的预测。
正文1电磁波的简要介绍:电磁波,又称电磁辐射。
是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式传递能量和动量,其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面。
电磁辐射的载体为光子,不需要依靠介质传播,在真空中的传播速度为光速。
只要是本身温度大于绝对零度的物体,都可以发射电磁辐射,而世界上并不存在温度等于或低于绝对零度的物体。
因此,人们周边所有的物体时刻都在进行电磁辐射。
尽管如此,只有处于可见光频域以内的电磁波,才可以被人们肉眼看到。
电磁波主要用以下参数描述:(1)周期T——相邻两个波峰或波谷通过某一固定点所需要的时间间隔,单位为s(秒).(2)频率f——单位时间内通过传播方向上某一点的波峰或波谷数目,即单位时间内电磁波振动的次数。
f=1/T=w/2π(Hz)。
(3)波长——波是由很多前后相继的波峰和波谷所组成,两个相邻的波峰或波谷之间的距离称为波长。
“电磁场与电磁波”课程教学研究孙贤明王海华刘万强(山东理工大学电气与电子工程学院,山东淄博,255049)摘要:为符合我校制定的培养应用型人才的指导思想, 提高学生的工程应用能力。
本文首先分析了电磁场与电磁波教学中面对的主要困难,然后从课堂教学,实验设计,课后作业,考核方式四个方面讨论了如何激发学生自主学习的积极性,培养学生研究性、创新性的学习能力。
希望以此为基础促进“电磁场与电磁波”课程教学质量的提高。
关键词:电磁场与电磁波;电子信息工程;教学研究中图分类号:TM152;G642 文献标识码:AStudy on the Teaching in Electromagnetic Field and Electromagnetic Wave CourseSun Xian-ming Wang Hai-hua Liu Wan-qiang(School of electrical and electronic engineering,Shandong University of Technology,ZiBo,Shandong, 255049, China)Abstract:In order to fit the guiding ideology of training practical talents of our university, and improve student's ability of application engineering capability. This paper analyses the main difficulties in the teaching of electromagnetic field and electromagnetic wave course, and then we discussed the classroom teaching, designof experiments, homeworks, and assessment methods to promote students problem —based learning abilities and enthusiasm.The authors hope that it can improve the teaching quality of Electromagnetic Field and Electromagnetic Wave Course.Keywords:lectromagnetic field and electromagnetic wave; electronic information engineering; research of teaching《电磁场与电磁波》作为电气信息类相关专业必修的专业基础课,是在学生们掌握了有关大学物理电磁场基本知识的基础上,进一步阐述宏观电磁场的基本性质、基本规律和基本分析计算方法,目的是培养学生运用场的观点对工程电磁问题进行初步分析与计算,锻炼学生科学的思维方式和分析方法,完善知识能力结构,提高专业的总体素质[1]。
112112 学科教育论文
基于应用背景的“电磁场与电磁波”教
学研究
在十二届全国人大四次会议的记者会上,教育部部长袁贵仁在围绕“教育改革和发展”的谈话中指出,中国高等教育供给侧结构性改革的主要矛盾是培养理论性、学术性人才的学校多,而培养技术、技能型人才的学校少。
他在提出的高校创新创业教育的六件事中明确提到了提升教师创新创业教育教学能力。
从工科“电磁场与电磁波”课程的特点看,由于其数学要求高、理论性强,一直是一门公认的难教难学难考的课程。
考虑到该课程作为专业基础课有着很强的应用背景,有着充足及广泛的素材和实例,引入教学的可行性极强,从而能为培养高素质和高质量的应用型人才搭建一个可靠的平台。
目前各高校对该课程的教学改革进行得如火如荼,包括教学方法、教学内容、考试方式等方面,但无论什么办法,核心的一点就是如何提高学生的学习兴趣和积极性。
笔者认为最重要的是通过认识和专业课的联系及广泛的工程和实际应用例子,使学生真正体会该课程的重要性而自觉投入到学习中。
此课程改
革也和中国高等教育和本校的转型完全一致。
要把各种应用例子充实到“电磁场与电磁波”教学的各个环节,不断地强化学生对此的认识。
本文就这一思路和实施重点加以阐述。
一、绪论的精心准备
每门课的第一堂课尤为重要,学生听课的效率很高。
十分有必要精心准备好补充的绪论部分,把本课程的地位作用、特点、应用等加以讲述。
要根据不同专业预先了解已上了那些课程,后续有那些专业课,有针对性地设计例子来体现本课程的作用和地位。
如从日常生活中的遥控器到微波炉,从实验中的示波器到电子显微镜,从工程中的发电机到磁悬浮,从医学上的X透射到核磁共振,从通讯领域的手机、局域网到导航系统,从军事上的雷达到隐身飞机等等[1]。
这些例子无不都深刻地反映了电磁场和电磁波在不同领域极其广泛的应用,从而来吸引学生对本课程的学习兴趣和积极性,起到一个良好的开端作用。
二、课堂教学环节的深度融入
课堂教学是最核心的环节,除了要使学生掌握“电磁场与电磁波”基本概念和基础知识外,更重要的就要在整个授课过程中贯穿各种应用实例,真正让学生认识到学习
本课程的广泛的应用价值。
以前可能是学时有限,一般最多是绪论或每一章提到一些具体应用,这远远不够。
要在合适的章节甚至具体特点和性质上都要引入合适的应用实例,从而真正达到我们提倡的创新教学目的。
2.1静态场
在讲静电场时,可举静电放电、静电感应、静电屏蔽、静电力的应用等等。
如带电体为球形时表面均匀带电,但如在尖锐处就会有大量电荷积累而形成很强的电场,像高压线附近形成的电晕就是一种放电现象。
当平板电容器的极板面积和间距一定时,改变其间的填充介质,电容量即发生变化,这就形成所谓的电容式传感器。
静电屏蔽是封闭的导体腔可以阻断外界静电场的影响,例如高电压实验室及微波暗室通常应具备接地良好的金属网状屏蔽墙,以阻断内外静电场的相互影响。
像某些电路板及敏感电子器件应放入导电袋中。
其实对时变电磁场也可起到同样的作用。
再如讲到电容器时,可举每人用的手机的电容式触摸屏,它原理上通过与工作面形成的耦合电容来吸走一点交流电来定位坐标等。
恒定磁场的应用非常普遍,如发电机、电动机、电磁铁、示波器、磁屏蔽技术、电子显微镜、回旋加速器、磁悬浮技术等等。
在讲到用基本理论求解螺旋管的磁场时,
其产生的均匀磁场就可用于质谱仪、磁控管、回旋加速器、显像管及控制电子束的扫描等。
类似电场,当线圈的匝数和尺寸不变时,变更线圈中的填充物可改变线圈的电感,就是电感传感器的基本原理。
磁悬浮技术是利用磁场力抵消重力的影响从而使物体悬浮。
如采用德国技术在我国上海浦东长度为30公里,时速达430km/h的磁悬浮列车。
首条国产磁悬浮明年上半年将在长沙投入运营。
在讲到基本方法叠加原理和镜像法时,就可举雷云静电场对地面的影响及输电线路周围的工频磁场分布计算[2]。
这都是很好的镜像法并具体利用叠加原理计算的例子,从而来引起学生的注意对上述两方法的认识和理解。
对于不能用解析解处理的复杂问题,就可介绍利用类似MATLAB计算语言来进行计算和处理[3]。
对于求解静电场和静磁场都满足的拉普拉斯方程时,除认识能处理电(磁)场的计算外,由于其它领域也有一样的方程形式,也可适用于恒定流场、恒定温度场。
比如说水电比拟就是在同样边界条件下,可利用两者的相似性先做出其中一个参量测定推出另一个参量的具体数据。
实际应用中由于测量电位较方便且精确,就可以通过此方法来计算出流场的速度分布。
这在某些湖泊(如杭州西湖)的环境治理研究中有具体例子说明[4]。
2.2时变场
时变场中首先学的就是电磁感应定律,它的应用极其广泛。
如当一根导电棒在磁场中旋转切割磁场线时,导电棒的两端之间产生电动势,就是单极直流发电机的工作原理。
反之就构成单极马达。
家用的电度表、电磁灶也都以此为原理。
还可以根据导体中感应产生的涡流变化来检测导体中存在的缺陷等。
电磁波的传播例子不胜枚举,从收音机到有线电视、从雷达到微波通讯、从有线电视到卫星导航系统、从无线局域网到蓝牙技术,无不利用电磁波作为载体。
在讲理想介质中传播的电磁波时,认识到电磁波的频率相同时,在介质中的波长比真空中的要短,这种现象称为缩波效应。
利用此效应在制造微带电路和微带天线中起到关键的作用,尺寸小、重量轻对于航天及军用设备尤为重要。
当电磁波在有耗介质中传播时,电磁能量将会损失。
这种吸波效应现象就可以利用制造吸波材料用于隐形飞机或隐形军舰等。
测量天线的微波暗室也采用吸波材料制成墙壁、顶面和地面,以消除电磁波的反射[1]。
电磁波的传播特性中的极化规律在工程实际应用中也得处处考虑,圆极化波雷达也称为全天候雷达,在穿过雨区时不会受到强烈吸收,飞机与地面的通信往往需要采用圆极化天线。
极化
匹配对于无线通信链路是达到最佳状态的一个指标。
光波是一种电磁波,虽然光波的极化方向随机,采用一些方法可以获得极化特性即偏振特性,如目前流行的3D电影就是利用偏振光产生的效果。
电磁波的另一个重要量是频率,不同频率的电磁波传输过程中有其自身的特点,所以我们知道有很多中传输的方式和方法。
有双导线、同轴线、微带、金属波导和光纤等,可以根据和介质的相互作用及辐射等特点来认识和理解各自的性质和作用。
讲到电磁波的辐射,就可从天线引入。
从常见的金属拉杆天线、收音机的磁棒天线到日常离不开的基站天线、电视塔天线等等来体现。
尽可能避免烦琐的理论推导,主要通过基本的结论来分析辐射和那些参量相关,并举例说明。
如拉杆天线、收音机螺旋管天线接收时的方向性问题;太阳在清晨特别呈现鲜红色而天空又为什么是蔚蓝色的。
随着现代高速电路技术飞速发展,电路设计中遇到的高频问题越来越多,带来研究电磁辐射的电磁兼容与电磁干扰等诸多问题[5][6]。
三、研究性学习的小论文
课堂上教学的时间毕竟有限,实施自主和研究性学习是大家普遍公认的好方法。
“电磁场与电磁波”在各领域的广泛应用使得可选的课题面广量大,现在网络的普及也使实施具备良好的可操作性,学生可根据各自的兴趣来选择课题内容。
当然有取得良好的效果,关键是要组织实施好。
重点抓好以下几个步骤:如研究性学习的初步介绍、研究课题的选择、课题研究和撰写和评价。
毕竟学生对研究性学习的方法和手段并不很熟悉,所以需要花点时间进行引导。
可编写学习手册放至课程的教学网站。
特别可重点推荐一些信息资源,如生活中的电磁理论,磁化水、微波加热、条形码技术、雷电、电磁波公害等;军事领域方面的雷达、隐身技术、激光武器等;高新技术方面的液晶技术、光纤通讯、纳米材料等。
当然要使此环节起到良好的效果,必须给学生一定的压力,一是在课程的总分中占部分比例,二是要安排时间随机抽取部分学生进行交流,大家进行一起交流学习,并通过老师的点评让学生认识到还有那些地方存在缺陷和不足,起到举一反三的作用。
四、实用应用软件的体现
适合研究“电磁场与电磁波”的应用软件有不少,根据实际情况本课程中重点突出MATLAB语言和HFSS仿真软
件[3][7][8],穿插在适当的课程教学中。
MATLAB是学生开设的课程,而且在“电磁场与电磁波”中有广泛的应用。
无论是从静态场到时变场,从平面波的传播到波导中的电磁场分布,从电磁波的反射折射到电流元的辐射规律,都可很好地用MATLAB进行计算或仿真。
这样一方面丰富了课堂教学的多样性和可视化,也使学生认识了MATLAB在处理各类问题的具体应用。
HFSS是一款三维电磁场仿真软件,是当今流行的微波无源器件和天线的设计与仿真工具。
天线部分在整个“电磁场与电磁波”中虽只占很少的课时,但用该软件可展示一下各类天线的仿真图,让学生尽早了解到HFSS的应用,也为今后毕业论文选择相关内容作一定的铺垫和今后的独立工作储备知识。