电磁场与电磁波仿真实验教学研究

第８卷第１期　２０１１年０２月　装备环境Ｔ程　ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ　ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＡＬ　ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ　·３３·　

战场复杂电磁环境的仿真与构建方法研究　

丁潇，陈亚洲　

（军械工程学院静电与电磁防护研究所，石家庄０５０００３）　

摘要：战场电磁环境对武器装备的安全性和作战效能的发挥具有重要影响，对信息化战争意义重大。　

为检验武器装备在复杂电磁环境下的生存能力，对复杂电磁环境进行仿真和构建具有重要意义。分析了复　

杂电磁环境对信息化战争的影响及其仿真构建方法，采用模拟仿真的方法，构建了一定条件下的电磁环境，　

并利用混响室进行了实验验证，结果表明复杂电磁环境仿真与构建具有效性和可行性，为进一步开展武器　

装备复杂电磁环境效应研究奠定了基础。　

关键词：电磁环境；仿真；战场　

中图分类号：ＴＰ３９１．９；０４４１　文献标识码：Ａ　

文章编号：１６７２—９２４２（２０１１）０１—００３３—０５　

Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｃ０ｎｓｔｒｕｃｔｉ０ｎ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｌｅｘ　Ｂａｔｔｌｅｆｉｅｌｄ　

Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　

ＤＩＮＧＸｉａｏ　ＣＨＥＮ　Ｙａ—ｚｈｏｕ　（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒ０ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，Ｏｒｄｎａｎｃｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ　０５０００３，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｔｔｌｅ　ｆｉｅｌｄ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｈａｓ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｎ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ　ａｎｄ　ｆｉｇｈｔｉｎｇ　ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ　ｏｆ　ｗｅａｐｏｎ，　ａｎｄ　ａｌｓｏ　ｈａｓ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｍｅａｎｉｎｇ　ｔｏ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ—ｂａｓｅｄ　ｗａｒ．Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｅｘａｍｉｎｅ　ｔｈｅ　ｓｕｒｖｉｖａｌ　ａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｗｅａｐｏｎ　ｕｎｄｅｒ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｉｔ　ｉｓ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｔｏ　ｃａｒｒｙ　ｏｎ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｏｎ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ—ｂａｓｅｄ　ｗａｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｗｅｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｗａｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｕｎｄｅｒ　ｃｅｒｔａｉｎ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ．Ｒｅｖｅｒｂｅｒａｔｉｏｎ　ｃｈａｍｂｅｒ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｖｅｉｌｆｙ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｉｓ　ｖａｌｉｄ　ａｎｄ　ｆｅａｓｉｂｌｅ．Ｔｈｉｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓ　ａ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｓｔｕｄｙｉｎｇ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｏｎ　ｗｅａｐｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ：ｂａｔｔｌｅｆｉｅｌｄ　

高职物理课中电磁场与电磁波教学策略的探讨

【摘要】在对高职物理课程中电磁场与电磁波的教学特点进行论述的基础上，对高职物理课程电磁场与电磁波的教学策略进行分析。同时，以具体的教学内容为例探讨了电磁场与电磁波的教学策略，为高职物理课程中电磁场与电磁波的教学提供参考。

【关键词】高职物理 电磁波 电磁场

【中图分类号】g718.5 【文献标识码】a 【文章编号】2095-3089（2013）01-0209-02

引言

随着微波、磁场技术的广泛应用，电磁场、电磁波知识的教学成为了当前高职物理课程教学的重点内容。尤其是对于高职学校机电专业学生而言，电磁场与电磁波教学尤其重要，是必不可少的内容。但是近几年来，随着高职院校的扩招，高职学生的学习能力不够高是客观问题，所以在高职物理教学的过程中保证高职学生高效的学习尤为重要。本文将从高职机电专业物理教学实际出发，探讨高职物理课中电磁场与电磁波教学的具体策略，希望能为提高高职物理课程电磁场与电磁波教学水平起到一定的积极作用。

1.高职物理课程中电磁场与电磁波内容的特点

电磁场和电磁波是高职物理课程中包含丰富的数学和物理知识的部分课程，是高职物理课中难教、难学的一部分。该部分内容不但具有较强的理论性，同时还具有数学推导过程繁琐、概念抽象等特点，这就要求学生在学习过程中应该具有较强的抽象思维能力、空间想象能力以及逻辑推理能力，在学习的过程中采用多样化的分析方法。毋庸回避，而这对基础不是很扎实的高职学生具有一定的难度。加之，由于高职物理电磁场和电磁波的部分实践教学成本较高，教师在教学过程中就忽略了这部分实践教学内容，导致学生在实际的学习过程中对学科知识难以理解和掌握，导致学生对电磁波和电磁场的相关知识理解不够深入，难以融会贯通。

例如，在电磁波与电磁场的教学过程中，通常是以麦克斯韦的电磁场基本理论为基础，在此基础上分析并论述“电磁场与电磁波”的相关内容。在该部分内容的学习过程中，由于学生物理、数学知识以及抽象思维能力的不足，导致学生在理解电磁理论方程的过程中出现了似懂非懂、知其然而不知其所以然的问题。这些特点都要求对现代高职物理教学方式进行改革。

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驻波比实验总结

驻波比实验总结1

本次电磁场与微波实验时长八周，一共19个小实验。其中因为时间的原因我们组没有做布拉格衍射实验。

在电磁场与电磁波实验中，我们主要进行了定律的验证和现象观察，包括电磁波的折射、

反射、衍射、干涉和极化等现象。由于电磁场与电磁波课程是在大二下开设的，所以在实验开始我们发现有很多知识点存在遗忘现象，但还好电磁场实验同我们的感性认识更为接近，所涉及知识大多跟普通物理实验相关，在现象和定律方面我们记得还算牢靠，所以实际进行起来也还算顺手。但是电磁场实验由于实验室空间和环境的限制导致了其测量误差较大，像极化实验我们就不得以测了很多次最终取了多次实验的平均值才勉强得出与定律相符合的实验结果，但是总体而言，基本上都验证了实验的相关定律。电磁场的前两次实验，主要是验证反射与折射定律，测量单缝衍射与双缝干涉，由于在高中便已经学过了这些知识，故而上手十分容易，不过是将待测量转变为电信号进行验证求解。第三次的实验涉及到迈克尔逊干涉仪、平面波的极化，这些知识

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都是在大学物理和电磁场与电磁波课程中的重点知识，尽管有些知识点记得不是很清楚，但是我们都对照实验指导书进行了仔细的预习工作，所以实验也还算顺利的完成了。最后一次实验是用专门的仪器对学校周边的场强进行测量，需要我们进行户外采集数据，一方面考验了我们对实验仪器的使用，另一方面对于整个学校的场强变化也有了一定了解，在这次实验中我们组还遇到了一些问题，一开始我们听从老师的推荐选择了的频段，但测量结束后回来分析数据发现结果并不理想，场强的分布在校园的每个角落都十分均匀，在查资料和询问老师后才发现的发射台在全北京都是少数，所以在北邮校园内测量起来场强分布并不会有很大的差别，因此我们又选择了150MHz进行了测量，得到了较为理想的结果。

接下来的几周我们进行了微波测量实验，实验中主要运用了实验仪器测量了一些上个学期微波课程中的基本变量，例如波导波长、驻波比和介电常数等。让我们从动手操作实验仪器的角度更加深刻的理解了其中的原理。实验中我们学习了微波信号源、微波功率计的'使用，同时了解了波导测量线系统。在此基础上进行了一系列的实验，首先是信号源波长功率的测量和测量波导波长，这两个实验较为简单，指导书上也对相关知识点有详细的说明，基本上是对微波测量系统的熟悉过程，我们通过这个实验学

实验四 电磁实验仿真 —点电荷电场分布的模拟

一. 实验目的

电磁场是一种看不见摸不着但又客观存在的物质，通过使用Matlab仿真电磁场的空间分布可以帮助我们建立场的图景，加深对电磁理论的理解和掌握。按照矢量分析，一个矢量场的空间分布可由其矢量线（也称力线）来形象表示。点电荷的电场就是一个矢量场，模拟其电力线的分布可以得到电场的空间分布。通过本次上机实验希望达到以下目的：

1. 学会使用MATLAB绘制电磁场力线图和矢量图的方法；

2. 熟悉二维绘图函数contour、quiver的使用方法。

二. 实验原理

根据库仑定律，真空中的一个点电荷q激发的电场

3rEqrvv (高斯制) (1)

其中r是观察点相对电荷的位置矢量。考虑相距为d的两个点电荷q1和q2，以它们的中点建立坐标（如图），根据叠加原理，q1和q2激发的电场为：

12123312rrEqqrrvvv (2)

由于对称性，所有包含电荷的平面上，电场的分布一样，所以只需要考虑xy平面上的电场分布，故

121233331212(/2)(/2)ˆˆˆˆ()[]xyEEqxqxqydqydEjjrrrriiv (3)

其中222212(/2), (/2)rxydrxyd。根据电动力学知识（参见谢处方，《电磁场与电磁波》，1.4.1节），电场矢量线（或电力线）满足微分方程：

yxEdydxE (4)

代入(3)式解得电力线满足的方程

1212(/2)(/2)qydqydrrC (5)

其中C是积分常数。每一个C值对应一根电力线。

电场的分布也可以由电势U的梯度(gradient，为矢量)的负值计算，根据电磁学知识，易知两点电荷q1和q2的电势

1212qqUrr (6) r1

r2 r

x y

q1

q2 o (x, y) 那么电场为 EgradUUv (7)