电磁波的实际应用篇1
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。
中图分类号：642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2013）26-0045-01
“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》。该教材是部级规划教材，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。
（2）以科学实验的结果引出库仑定律、安培定律、法拉第电磁感应定律，运用场论的数学工具归纳出电磁场方程，利用位移电流假设建立了麦克斯韦方程组。
（3）依次讨论静态场、时变电磁场以及电磁波的传播与辐射特性。时变电磁场是重点，归纳了麦克斯韦方程组和物理理论基础，需要掌握电磁波的数学描述、传播特性。
（4）为了保证教学知识体系的完整性，同时为后续课程微波技术打好基础，应该讲解平面电磁波、电磁波的辐射和天线。[2]
2.理论联系实际
在“电磁场与电磁波”课程教学过程中，为了提高学生的学习积极性，改善“电磁场与电磁波”的课堂教学效果，在授课内容中增加与实际生活以及电力工程相联系的工程实例。通过了解生活中应用电磁场或者电磁波知识的实际例子，使学生掌握利用电磁理论原理分析解决实际工程问题。例如利用电磁理论分析微波炉与电磁炉的原理不同之处，微波炉加热是利用微波煮饭烧菜的，这种电磁波可以穿过玻璃、塑料或陶瓷，碰到金属就会发生反射，不会消耗能量。但是微波不能透过含有水分的食物，其能量反而被吸收，转化为热量加热食物；电磁炉工作原理有所不同，电磁炉采用磁场感应的涡流加热，首先控制振荡电路产生高频交流电，变化的电流通过线圈就会产生交变磁场，交变磁场感应在金属锅底产生无数小涡流，这些涡流的热效应会使锅体发热，再加热锅中的食物，达到煮熟食物的目的。
3.实验教学环节
“电磁场与电磁波”实验教学环节是验证电磁理论、增强理解电磁理论的重要手段，由于电磁场与微波实验测试设备比较昂贵，建立实验室需要很大的投入，电磁场与微波实验课程主要通过电磁软件完成仿真实验，利用仿真软件完成相关实验是一个低成本的选择，可以做演示性的基础实验，也可以进行创新研究性的实验。使用Ansoft公司的HFSS（High Frequency Simulation Software）是利用windows图形用户界面的一款高性能的全波电磁场模拟仿真软件，它易于学习，具有仿真、可视化、立体建模、自动控制的功能，使“电磁场与电磁波”问题能快速而准确地求解。仿真实验教学内容可以根据学生的实际情况选择合适的实验项目，实验项目不受固定实验台的功能限制。这种方式适应了目前高等教育提倡的增加研究性实验的要求，特别是对于成绩较好的同学，效果较好。软件应用难度有点大，不能尽如人意，从长期来看应该建立电磁场与微波实验室。
二、“电磁场与电磁波”教学方法研究
1.启发式教学
在教学过程中采用实验启发式教学法，以实际工程问题为例启发学生思考。在教学过程中以教师讲授为主，多媒体授课并适当结合板书。对重要定理和公式，应该详细推导，用黑板手写进行讲解，这样能加深学生对知识的理解。对一些复杂繁琐的公式不做过多推导，把课程讲授重点放在物理概念、物理模型和基本分析方法上。整体教学思路在科学实验的基础上，启发学生运用电磁场理论推导，利用数学工具分析讨论，最后归纳概括电磁理论，然后介绍利用电磁理论解决实际工程问题。[3]在课程中讲一些电磁科学发展的名人轶事，如麦克斯韦在总结前人的理论基础上提出位移电流假说，预言电磁波的存在，后来赫兹怎样用实验验证了电磁波的存在。
2.培养学生的科学方法和思想
在教学过程中，不仅要学习前人的科学成果，还要引导学生学习前辈进行科学研究的方法，注重培养学生的研究科学方法和思想，如对称性与不对称性的科学思想。在很长一段时间里电学和磁学的研究是两个独立的分支，丹麦学者奥斯特真正把电和磁联系起来，他首先发现在电流线周围的小磁针发生了偏转，也就是说电能产生磁。法拉第遵循对称性的科学思想设想磁应该能产生电，拉第发现电磁感应定律。看起来，电与磁的相互联系已经相当完善，然而麦克斯韦发现磁的时间变化可以产生电，依据对称性的科学思想得出电的时间变化可以产生磁，提出了位移电流思想的假设。麦克斯韦采用了分析流速场的环量、通量、散度、旋度来描述电磁场，用精确的数学语言建立了麦克斯韦方程组，预言电磁波的存在，这正是对称性思想在电磁理论发展史上所起的作用。[4]另外也让学生认识到数学工具在科学研究中的重要地位，要求学生加强数学学习和工程应用。
3.综合利用多媒体
在教学过程中采用多媒体结合板书进行教学，一些难理解的电磁波等理论通过电子教案、录像的演示更为直观，可以利用仿真软件演示，天线的实物照片让学生容易掌握电磁理论的工程应用。授课过程中始终坚持互动教学，结合复杂背景中红外与雷达数据融合的目标识别研究项目，介绍雷达的目标识别的原理，使学生对电磁波有了感性的认识，这充分激发了学生的求知欲。多种媒体扩大了涵盖的内容，达到图文并茂，提高了学生学习的效果，提高了学生的观察能力、分析推理能力、归纳应用能力。
4.研究性学习能力的培养
授课教师结合科研工程项目给学生布置有关大作业，例如目前研究热点——物联网中关键技术射频识别技术RFID，[5]利用RFID技术完成智能停车场管理系统的汽车定位设计，安排学生查阅文献掌握RFID系统的原理和主要涉及的电磁理论知识，要求学生完成学习目标后提交一份报告，该环节还可以为毕业设计或继续深造打好基础。
三、结束语
“电磁场与电磁波”理论发展迅速，“电磁场与电磁波”课程教学方法和教学内容必须与时俱进，力求教材新颖，内容充实，还要选择合理的教学方法才能取得较好的教学效果。需要每一个教师认真探讨与研究，更需要多总结和广泛交流。电磁理论研究特别关注科学方法和科学思想，通过课程与实验内容的改进，电子课件的合理运用、因材施教，最终使学生积极主动地参与到教学活动中来，从而提高学习效果。结合课程大纲要求，引入先进的教学理念，合理选择教学模式，灵活运用各种新的教学手段，最终目标在于提高课程教学质量，使学生具备扎实的电磁理论基础知识，掌握基本分析方法，从而提高学生利用电磁理论解决实际问题的工程技能。
参考文献：
[1]夏祖学，李少甫，胥磊.《电磁场与电磁波》课程教改实践探讨[J].实验科学与技术，2012，10（3）：77-78.
[2]冯恩信.电磁场与电磁波[M].第三版.西安交通大学出版社，
2010.
[3]张起晶，孙桂芝，边莉.电磁场与电磁波课程教学改革研究[J].黑龙江教育（高教研究与评估），2011，（10）：47-48.
电磁波的实际应用篇2
1.知道光是一种电磁波。了解电磁波在信息传播中的作用。
2.记住电磁波在真空中的传播速度。知道波长、频率和波速的关系并会进行简单的计算。
3.电磁波的应用。
4.初步了解现代通信网络。
二、重点难点分析
1.波长、频率和波速的关系。
2.电磁波的应用。
三、课堂设计
活动（一）神奇的电磁波
做一做 事先准备好了五套实验用具，将全班学生分成五组，指导他们做了如下实验：打开收音机的开关，转动选台的旋钮，调到一个没有电台的位置，并开大音量。将一节干电池的正极与一把钢锉良好接触，负极连一根导线，用手拿着导线的另一头，使它在锉面上滑动，让学生观察现象并分组讨论产生这一现象的原因。
读一读 在活动之后，指导学生阅读教材，并明确如下两个内容。
1.当导体中的电流迅速发生变化或通一高频率的交变电流时，导体就会向四周空间发射电磁波。只有频率很高的电流产生的电磁波才能传得很远。电磁波的国际单位是赫兹（Hz），简称赫，常用频率单位还有千赫（kHz）和兆赫（MHz）。其换算关系：1kHz=103Hz；1MHz=106Hz。
2.电磁波可以在真空中传播，光也是一种电磁波。真空中电磁波的波速为c，在空气中与真空中电磁波的波速非常接近，c=3×108m/s。相邻两个波峰（或波谷）的距离，叫做波长。电磁波的波速c等于波长和频率f的乘积：c=λf。在空气或真空中，各种频率的电磁波的波速是相同的，所以，频率越高的电磁波，它的波长就越短。
议一议 在获得了如上知识后，再结合“做一做”的内容探讨论如下的物理现象：手机放在电视机旁边，当有电话来时，电视机的画面会出现一些“雪花”，这是为什么？并且长时间用手机连续通话，会出现头晕的情况，这是为什么？
活动（二）电磁波的应用
由于电磁波比较抽象，我特意做了课件，主要涉及军事应用，如探测飞机、导弹用的雷达；民航应用，如GPS导航；天文应用，如探测遥远星球；气象应用，如探测台风、雷雨等。通过课件中设计的一些小问题，引导学生对摸不到看不见的电磁波有一定的形象认识。此活动的另一个主要目的就是激发学生的学习兴趣。
活动（三）改变世界的信息技术
引导学生阅读如下内容，更深入了解电磁波的应用对社会产生的巨大影响。
1.卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站，转发无线电波，进行通信的。通信卫星大多是相对地球“静止”的同步卫星。一般只要有三颗互成120°的同步卫星，就覆盖了几乎全部地球表面，可以实现全球通信。卫星通信具有传输距离远、覆盖区域大、灵活、可靠、不受地理环境条件限制等独特优点。全球卫星定位系统（GPS）就是卫星通信的实际应用。
2.光缆通信是应用光的传播特性，把光能限制在光纤内部，用光信号取代传统通信方式中的电信号，从而实现信息的传递。光纤具有传输容量大、传输距离长、高抗干扰等特性。
3.移动通信由电磁波传递信息，可以在信号覆盖的任何地方使用。当前应用最为普遍的为“蜂窝系统”。
四、随堂测试
1.电磁波在真空中的传播速度是__________；电磁波的波长越长其频率就越______________；电磁波___________（填“能”或“不能”）在空气中传播。
2.2012年7月28日03时12分（北京时间），伦敦奥运会开幕，媒体通过通讯卫星用______波把奥运会的信息及时传到世界各地。若中央电视台第一套节目的频率为52.5MHz（1MHz=106Hz），则中央电视台第一套节目的波长为________m。
3.以下与电磁波应用无关的是（）
A．手机通信 B．微波炉加热食物
C．雷达侦查 D．听诊器了解病情
4.关于电磁波和现代通信，下列说法正确的是（）
A.光纤通信传输的信息量很大，主要用于无线电广播
B.移动电话靠电磁波传递信息
C.电磁波的波长越大，频率越高
D.电磁波的应用对人类有利无害
5.关于电磁波和现代通信，下列叙述不正确的是（）
A．光是一种电磁波，电磁波可以在真空中传播
B．电磁波的频率越高，在空气中传播的速度就越大
电磁波的实际应用篇3
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。
2.教学方法的选择
在采用传统的教学方法过程中，高职物理课中的电磁场与电磁波教学主要注重理论教学，而实践教学内容所占的比例相对较小。这首先给学生形成了一个该部分内容实用性不强的印象，导致高职学生完全失去了学习动力。同时，该部分内容还存在着考核内容较为单一，绝大部分情况是通过笔试考试分数决定考核成绩，没有对高职学生的动手能力进行锻炼与考核。基于此，在高职物理课中的电磁场与电磁波教学过程中应该从以下几个方面着手改革：
2.1 将提高学生兴趣作为主要目标，以实践应用作为教学组织的主要内容
在教学过程中，从机电专业工程应用以及工程实践的角度出发，以具体的实际问题为突破口，对课本的内容进行讲授，采用理论联系实际的方式，极大地激发学生的学习兴趣。在教学过程中注重理论知识以及理论知识在实际生活中的应用实例介绍，诸如电磁场理论在现代通信卫星、电磁波技术在医疗、生物及化学等多个领域的应用，提高学生的学习兴趣。
2.2 充分利用现代信息网络，持续更新教学内容
随着现代电磁技术的迅速发展，高职物理教学内容应该在基础内容和知识方面进行持续的更新，尤其是在电磁技术的应用方面，应该通过持续更新的方式方能充分提高学生的学习兴趣。对于更新教学内容的方式，利用现代信息网络是一个有效的途径。这不但要求教师在教学过程中充分应用信息网络，同时还应该积极地引导学生正确合理地使用网络资源，对电磁学科发展与应用的最新动态予以认识。教师在教学的过程中则重点关注电磁技术的发展现状，在对原有经典理论知识进行分析、讲解的同时，适当地增加新的理论及应用技术，对教学讲义进行持续更新、充实和完善。
2.3 淡化理论公式的推导过程
电磁波理论公式的推导是一个较为复杂而繁琐的过程，它对高等数学以及电磁学等都有较高的要求。但是，从高职学生的实际情况以及学生工作过程中的实际应用来看，学生只需要对各个微波元器件的工作原理进行了解，在此基础上对元器件的内部结构与尺寸等进行适当改进即可，并不需要太多的数学理论知识。因此，高职教师在教学的过程中可以适当地对理论公式予以淡化，这样不但消除了学生畏难的情绪，同时也提高了学生的学习积极性。
2.4 综合采用多种教学方法
当前高职物理教学过程中，主要采用的教学方法包括利用仿真软件教学和多媒体教学两种主要的方式。其中，仿真软件教学方式给学生提供了一个真实的数字平台，学生能够通过软件设计出元器件。在教学中充分的利用仿真软件可以有效的缩短电磁理论计算的时间，同时还可以显著的提高学生的设计能力。
而多媒体教学具有图、文、声并茂的教学特点，所以在教学过程中适当的应用多媒体来表示电磁波元器件的外部特点及内部结构特征，通过短片、动画等形式使得学生能够对课本上的理论知识形成一个更加深刻、直观的理解。
同时，对于条件不够成熟的高职院校而言，在教学的过程中可以通过形象化的教学方式提高电与磁物理教学的水平。例如，在教授“运动的电场产生磁场”的教学内容方面时，长直导线长为L，其中通过电流I，则与导线距离为r处的磁通密度为B，
这时，长直导线周围的磁感线应该是一个沿着垂直导线平面内的同心圆，可以采用右手螺旋定则的方式予以表示，可以用图1表示。
而从形象化教学的角度出发，设想伴随着运动电荷产生了一个运动的电场，而运动的电场又会产生一个运动的磁场。如图2所示，当载流导线的电子以速度做定向运动时，导线截面中的正离子被认为是静止不动的，而正离子所产生的静电场与电子产生的静电场则出现相互抵消的现象。但是，由于正离子静止不动，导致运动电子所产生的电场并没有被抵消。然而，由于正离子没有运动，从而伴随运动电子的运动电场所产生的磁场没有抵消。这时，在导线长为L，半径为r的圆柱面之上，导线的线电荷密度为ρ，则在该圆柱面上所产生的电通量是：
电通量=E×S=E2πrL。
由高斯定理有：
则与导线相距πr距离的运动电场的场强E=。
2.5 积极开展互动式的教学方式
在新的教学理念之下，学生是整个教学过程的主体。因此，教师在教学过程中通过互动式的教学方法，让学生带着自己的知识，经验、思考、灵感、兴致参与活动，这样可以为他们萌发创新意识，培养创新能力提供良好的契机。为了形成较好的学习氛围，应该鼓励学生提问。教师可以在电磁场或者电磁波结束之后进行分组讨论，通过这种方式能有效的提高他们学好高职物理课程的积极性与信心。同时，教师还应该强化教学实践环节，通过实践教学活动提高学生对知识的理解与巩固，锻炼学生的整体应用能力，提高学生解决实际问题的能力。同时，及时的更新课程内容，对教学讲义进行逐步的完善，带动学生的学习兴趣。由于高职物理的理论性较强，因此在教学的过程中还可以采用上述形象化的教学方式来加强学生对理论知识的理解，并结合实验课程增加学生的感性认识，加深学生对所学习内容的理解与掌握。
2.6 对教学内容进行精心设计
电磁场与电磁波的内容具有理论性较强、内容枯燥以及思维抽象等特点，导致学生难以提起兴趣进行深入的学习，在学习的过程中容易出现走神等现象。这时，教师应该以提高学生兴趣为首要目的，对教学内容进行精心设计，这一点尤为重要。在实际的讲授过程中，将重点放在电磁学的基本概念以及基本理论的阐释方面；而在实践课程的教学过程中，结合课程教学的主要内容，精心设计几个经典的案例，在每次课程进行之前都从工程实际出发，提起学生的学习胃口，接下来的课程教学内容自然能够达到预期的效果。
结语：
本文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同时，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，对提高高职物理课程中电磁场与电磁波的教学水平具有一定的积极作用。
参考文献：
电磁波的实际应用篇4
对于电磁学，是从传统的电学、磁学两个学科中逐渐融合产生的一个新的物理学分支，其主要是在电流磁效应、变化的磁场电效应实验下产生的，其内容涉及到电流产生电场、电荷、磁场规律等。在电磁学中，电学、磁学往往是相互作用的，切割磁感线的导体在出现变化时，就会产生相应的感应电动势，这时切割磁感线的导体就相当于一个电源，如果将其与电容器连接起来，就可以进行充电；如果连接上电阻等用电器，则可以为用电器供电，产生电流。目前，电磁学已经广泛渗透在我们的日常生活中，如各种家用电器的使用，其不仅提升了我们生活质量，改善了我们生活状态，同时还促进了我们工作、学习效率的提升。
2.高中物理电磁学知识在实际生活的应用
2.1 电磁炉
在我们日常生活中，电磁炉是十分常见的厨房用品之一，在电磁学的影响下，电磁炉从以往的明火、传导式加热方式转变成现代的直接在锅底产生热量，极大的提升了热效率。电磁炉主要是利用电磁感应的加热原理制成的，在应用电磁炉时，将交变电流导入电磁炉加热圈，加热圈会产生相应的交变磁场，同时交变磁场中的大部分磁力会经过金属锅体，在锅底部形成涡流，从而满足使用时的热量需求。在新时期下，电磁炉已经可以结合实际使用需求，进行功率大小调节，使用十分方便，电磁炉是一种高效节能的厨房电器，其在使用时不需要明火，也不会产生刺激性气味，保证了家庭厨房的安全、卫生。在实际应用中，需要注意，应该保证电磁炉的电源线符合相关要求，在条件允许的情况下，尽量在电源线插座处安装个保险盒，防止电磁炉在使用中由于功率太大而引起安全事故。同时在应用过程中，还应该保证使用的锅具符合相关要求，并且要注意将锅放在电磁炉的中心，并保证电磁炉放置平稳，避免其倾斜引起安全事故。
2.2 磁悬浮列车
对于磁悬浮列车，其主要是悬浮在轨道上前行，其基本运行原理就是高中物理提到的“同性相斥、异性相吸”电磁学原理。在地心引力和磁铁的相互对抗作用下，能使得列车良好的悬浮在轨道上，并利用直线电机进行前行。磁悬浮列车在运行时，其内部的超导体电磁可以和轨道线圈形成的的磁场产生一种相斥力，保证了列车的悬浮。通过异性相吸的原理，在磁悬浮列车的车底部、两侧倒转向上顶部安装相应的磁铁，使得列车可以呈T字形运行。轨道上方、伸臂下方安装反作用板、感应钢板，对电磁铁电流进行良好的控制，保持列车车身与导轨之间保持10-15mm的距离，同时列车在导轨钢板吸引力、车身重力下保持良好的平衡，保障列车的良好运行。
2.3 微波炉
在我们日常生活中，微波炉也是十分常见的家用电器，其原理也是利用电磁学知识实现微波炉加热的。微波炉的最大特点是可以产生300MHz-30GHz的高频电磁，其具有吸收、反射、穿透物体等优势，将其应用在加热中，具有很高的效率，能极大的减少能源消耗，并且可以消灭有害菌群，保证了食物的安全。在微波炉中，其包括电源变压器、磁控管、高压电容、冷却风扇、电脑板等几个部分，其在工作中可以将220V、50Hz交流电导入到设备中，使得电压在可控制范围内，然后在微波炉中形成电磁场，产生微波，食物在吸收微波后，其?炔糠肿踊嵯嗷ツΣ良尤取?
2.4 磁记录
电磁波的实际应用篇5
一．引言
行波管中，从电子枪发射出的电子注在电场加速作用下经过一段无场区进入慢波系统，与慢波系统中传播的高频场发生持续的相互作用。在加速区电子注呈会聚状态，在无场区和慢波系统中由于电子注内的空间电荷排斥力作用，电子注将很快发散变粗。为了使电子注的直径维持不变，以便有效地与高频场交换能量，必须设法在电子注上面加上一个聚束力，来抵消空间电荷排斥力。这个聚束力通常是由外加轴向磁场来产生，产生轴向磁场的装置叫做磁聚束系统。磁聚束系统主要有三种类型：电磁线包聚焦、均匀永磁聚焦和周期永磁聚焦[1-2]。三种系统各有优劣，在微波器件领域周期永磁聚焦研究相对较多[3,4]。而对于需要调节磁场的行波管，电磁线包聚焦更方面合理，它可以通过调节线包电流来调节磁场大小。本文主要以S波段的厘米波耦合腔链慢波系统为例研究线包磁场对电子注特性的影响，具体尺寸见图1。
慢波系统的尺寸确定后，行波管的频率范围和相速范围就一定，电子注的加速电压和进入慢波系统速度（）大小范围也一定。电子注进入慢波系统后将在轴向磁场力作用下将作螺旋运动。磁场（磁感应强度）、电子运动速度和电子的螺旋半径r满足关系[5]：
（1）
从方程1可见电子的螺旋半径r和它的横向运动速度成正比，和磁感应强度B成反比。对于已经设计好了的慢波系统，电子注通道半径是一定的（本文中的半径为7.5mm），如果横向速度过大，电子就会打到腔壁上，所以希望电子注进入慢波系统的横向速度越小越好，最好是平行入射（即，束腰位置进入）。但是，实际上很难做到在束腰位置入射慢波系统。这样，电子注半径有限，电子的横向速度越大，需要的磁感应强度B越大。与电子注入射慢波系统角度有关，随的增大而增大，可以通过研究来研究的影响。边缘电子的最大，因此我们主要研究边缘电子的入射角，文中入射角都指的是边缘电子的。本文利用电磁场模拟软件来定量模拟一定电子注速度情况下，与磁感应强度B的关系，以及B对慢波系统中电子注电流分布的影响，因为电子注电流的分布对行波管的效率影响很大。
二．建立模拟模型
在本文中，仅研究边缘电子的入射角与所需磁感应强度B之间的关系，不涉及到电子注与波之间的互作用。为了简单起见，我们使用电子注通道半径和长度与实际耦合腔链相同的一个腔代替，因不考虑注与波互作用，简化模型对模拟结果不会有影响。免费论文。我们在模拟中采用单层多匝绕法，线圈直径等于线包多层绕法平均值，两种绕法计算的磁感应强度B差别很小。为了增强轴向磁场的均匀性和减弱进入电子枪区的磁场，在慢波系统的两端和外面都加有屏蔽层。模拟结构如图1所示。
图1 模拟实体剖面图
三．模拟结果
入射角与线包中心磁场的关系的模拟结果见表1和2（表1为电子注未过束腰入射慢波系统情况，表2为过束腰入射慢波系统情况），可见磁场都随入射角的增大而增大。但后一种情况，磁场增大得更快些，这是由于电磁线包磁场的边缘磁场小于中心磁场，在中心区域达到磁聚束要求的磁场时，边缘位置并未达到要求。免费论文。前一种情况时，入射时电子注由边缘向中心运动，磁场的边缘效应对它影响不大，而后一种情况时，电子注向外运动，要求磁场在慢波系统端口要接近于聚束磁场，因此中心磁场相应也就提高了。
电磁波的实际应用篇6
探讨《电磁场》课程教学方法的论文已经不少[1-4]，但是科研对《电磁场》课程的促进作用的论文却很少见。实际上，有些教师对于科研对电磁场教学（其他课程亦然）具有重大促进作用并不太认同；或者一些老师虽口头上认同科研对电磁场教学有促进作用，但却体会不深，思想上也不重视。笔者认为科研对电磁场课程的促进作用主要体现在以下几点：1）科研可以使教师透彻理解知识点，授课更加准确、自信；2）教学中增加科研前沿可以促进学生对知识理解的融会贯通；3）科研前沿在课堂的渗透可以激励学生学习的兴趣，在愉快地学习；4）科研前沿在课堂的渗透可以培养学生的研究兴趣，潜移默化中鼓励学生进入科学研究的殿堂。
1科研与电磁场教学
从教学来说，将课本枯燥的理论知识与实际应用和国际前沿科学研究联系起来，以激起学生的学习热情。电磁场课程不但学习困难，而且很多学生反映不知道学习这门课有何用处，这些问题严重打击了学生的学习兴趣。因此，我们在授课时要注意穿插电磁场知识在我们实际中的应用，让学生明白学习并不单单是枯燥的理论知识，这些知识都是指导实际的基础，解决学生为什么要学的问题。除可适当介绍电磁场在通信（手机、基站、卫星等）、探测（探地雷达，石油探测等）、定位（各种雷达）和微波医疗等的应用外，还可介绍具体知识的应用。如当讲授电磁波对理想导体平面的垂直入射这一章节时，将会讲到电磁波全部被理想导体（PEC）反射回来且反相（反射系数为Γ＝－1），此时可以引申这一特性在天线上的应用。如图1所示，在很多定向天线应用中，经常使用一块金属板作为反射板/地板，以将一半的能量反射回另一面，使波1和波2同相叠加，达到提高天线增益3dB及屏蔽背面物体的目的。因为理想导体（PEC）的反相特性，需要把天线安放到距离地板1/4波长，以得到波1和波2同相叠加。通过对授课内容的拓展，可以使得学生明白所学知识并非无用处，而是在实际中大有用处的，从而激发学生的学习热情。图1理想导体在天线上的应用同时可适当介绍本课程理论知识与国际前沿科学研究的关系，激发学生探索知识的热情。介绍当前国际前沿科学研究时，可将其嵌入到具体的关联章节知识讲授中，使学生明白课堂所学知识与当前研究热点的联系。如在图1讲到的理想导体（PEC）作为天线的反射板/地板时，其需距离天线为1/4波长，因此，其一个缺点就是体积太大。但现代微波系统不断小型化的背景下，PEC作为反射板越来越不适用。当前国际前沿研究的一个热点人工磁导体（ArtificialMagneticConductor,AMC）可以解决这个问题[5]。如图2所示，与PEC不同，AMC可以同相反射电磁波，因而天线与反射板之间的距离可以远远小于波长，整个天线系统的尺寸大大减小了。从而让学生了解科学研究的前沿，提高学习的兴趣。图2人工磁导体在天线上的应用如当讲授电磁波对介质分界面的斜入射知识时，可列举2013年浙江大学陈红胜团队的最新研究成果：“隐身衣”[6]。如图3所示，该前沿研究成果是一精致的六角形结构，当电磁波入射到结构上时发生全透射现象（折射），经过数次折射当电磁波出射该结构时，波的传播路径不变，就好像从来没存在该结构一样，而放置于结构中心的物体就被隐身了。这种学科前沿知识的介绍，让学生明白了所学课本知识与科学研究的关系，提高学生学习的兴趣。图3应用电磁波对介质分界面的斜入射知识的“隐身衣”俗话说兴趣是学习的最好老师，适当介绍电磁场理论知识在实际工程中的应用和在国际科学研究前沿的应用，可以活泼课堂教学，让学生明白电磁场知识是怎样在实际工程中应用的，让学生了解当前科学研究前沿，可以激发学生学习的热情，大大提高课堂教学的效果。
2结束语
电磁场课程是教学和学习难度很大的一门课程，但也是十分重要的一门课程，搞好这样一门课程的教学工作时每一个电磁场课程教师都需要认真思考的问题。而科研对于搞好这样一门课程的教学具有很大的促进作用。我们应将理论知识与工程实际和学科前沿相联系，激发学生学习的热情和科学研究的热情，为我国的科研事业培养优秀的人才。
作者:彭麟 姜兴 仇玉杰 单位:桂林电子科技大学信息与通信学院
【参考文献】
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［3］彭麟.电磁场辅导课的几点体会[J].科技信息,2014(5):45.
电磁波的实际应用篇7
【中图分类号】G42 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2014）09-0103-01
一、《电磁场与电磁波》课程的特点
1.是电子信息类专业的一门专业基础课
“《电磁场与电磁波》课程兼顾理学和工学两方面，是电子信息类专业开设的一门十分重要的专业基础课”，在专业课和基础课之间起到承上启下的桥梁作用。它在内容体系、教学手段和方法等方面的教学要求相当严格，使学生在逻辑思维方面得到严格的训练，为他们进行后续课程的学习奠定了良好的专业基础，因而对学生专业素质的培养和提高起着至关重要的作用。
2.理论性强，内容抽象，教学水平要求高
该课程的主要内容是介绍电磁场与电磁波的基本特性，侧重于电磁波，电磁场部分是在《电磁学》的基础上运用矢量分析的方法，与高等数学中的微积分知识点紧密相联，且对于不同坐标系场量的表达也不一样，导致公式繁杂，推导时非常烦琐;而电磁波部分所讲的均匀平面波、平面波的极化等都对学生的数学水平以及空间想象能力都有着很高的要求，因而抽象难懂、不易学。虽然，在学习该课程前，学生已经学过微积分知识以及场论，但由于种种原因，学生学得比较肤浅，再加上学生分析问题能力不够强，常常感觉这门课程不容易理解和学会，由此将该课程称为“天书”。针对该学科这种特点，我们就要对该课程对教学方法进行改进，尽量避免烦琐的数学公式的推导，让学生注重物理规律，使课堂教学形象生动，并突出该课程的实用性，提高学生的学习兴趣，进而提高教学效果。
二、《电磁场与电磁波》课程在教学中容易出现的问题
1.教师当作数学教，学生当作数学学，使得学生产生畏难情绪
由于该课程与高等数学中的微积分知识点紧密相联，且对于不同坐标系场量的表达也不一样，公式繁杂，推导时非常烦琐，再加上电磁现象比较复杂和抽象，具有看不见摸不着的特点，且很难找到实物模型，所以学生普遍认为“难学”，久而久之，就会失去耐心。部分教师，尤其是青年教师，往往注重数学计算，而忽略了其物理意义的阐释，容易使该课程变成数学课，这就更增加了学生学习的畏难情绪。
2.注重理论传授，弱化了其在实际中的应用，让学生感觉无用，降低了学生学习的主动性
不少教师在讲课时，由于教学时数或者认识的偏差往往注重理论基础知识的传授，而忽略这些知识与实际应用的联系，结果容易让学生产生“学习这门课有何用”的疑惑，不能调动起学生的学习积极性。此外，由于不能感受到该理论在解决实际问题中的巨大威力，因而也不能调动学生运用电磁场理论分析问题解决问题的主动性，进而影响了学生解决问题能力的提高。
三、对该课程教法和学法进行探讨
作为该专业课的主讲老师要随时展变化对自己的教学内容、方法、手段进行及时的改进、补充或者完善，尽量避免烦琐的数学公式的推导，让学生注重物理规律，使课堂教学形象生动，并突出该课程的实用性，使学生的学习兴趣得以提高，教学效果得到改善。
1.引入适度的不确定性调动学生探寻式思考，做到学以致用
在解决问题时，多安排一些不确定性，让学生自己分析和解决问题，而概念性的问题则少一些不确定性。现在的学生学习功利性很强，认为将来对就业有用以及对实际有用的内容就学，对实际意义不大的就不学。
2.采用实验启发式教学法引导学生通过对实验现象的理论分析得出自己的结论，增强学生对有关抽象规律的感性认识，降低学习难度
3.充分利用多媒体课件，板书与现代教学手段相结合
充分利用多媒体课件，包括电子教案、视频、FLASH动画、实物照片等用动画和图形的方式展示出来，是一些很抽象，很难理解的一些内容包括介质的极化和磁化、电磁波的传播、反射和透射等内容，学生通过多媒体课件就有了感性认识，提高了他们的学习兴趣。但是，由于使用多媒体教学的特殊性，教师授课若只盯着电脑屏幕，就会缺少与学生的沟通，让学生觉得自己成了教学设备的奴隶，教师也无亲切的感觉。
4.采用现代电磁场仿真工具进行仿真，把学生从繁琐的数学推到公式中解脱出来
科技发展到今天，我们应该用最有效的方法，即计算机仿真。计算机仿真，其实就是一种模拟实验，它具有分析精度高、速度快等特点，不仅仅在教学，而且在电磁场器件设计中也被经常采用。我们都知道传统的天线设计方法总是由设计师根据天线的分析理论以及自己的经验通过编程进行数值计算的方法来确定天线的各参数，这样做花费的时间多，精度也低，而且设计周期长，而采用现代电磁场仿真工具如DS（Ad？鄄vanced Design System）、HFSS（High Frequency Structure Simulator）电磁仿真软件等以现代计算机为基础的电磁场数值分析方法必将成为一种选择。
5.加强前面知识的回顾和应用，有利于学习的连贯性。
“电磁场与电磁波”课程难学难教，而掌握本课程的理论基础知识，对电子信息工程与通信工程专业的学生来说又非常重要。针对学生的情况，课堂讲解时争取做到三讲：不讲、少讲和精讲：对重要的公式和定理给出详细的讲解和数学推导，而对一些复杂繁琐的公式及其推导等做到少讲或者不讲。我们就要鼓励学生主动学习、积极思考。
总之，作为《电磁场与电磁波》课程教师应结合实际进行教学，力争使学生做到学以致用。在教学过程中举一些发生在身边的实例，使学生普遍对电磁场与电磁波课程很感兴趣，学生有了强烈的求知欲望，通过对电磁场与电磁波课的讲授，学生明白了原因，学习兴趣也增强了。在教学过程中采用实验启发式教学法，使学生的观察能力、分析推理能力、归纳总结能力、理解和应用能力都得到了提高，使得本来无形的物理过程变得有声有色。这样既可以激发学生的学习兴趣，搞活教学气氛，又能提高教学效果。
参考文献：
电磁波的实际应用篇8
0引言
大型供电设备及大型发电机组在运行中会产生强电磁辐射，这种辐射对一些精密仪器会产生噪声干扰影响其测试精度，甚至会对仪器产生致命的伤害，而强电磁场同样对附近的人员产生辐射，严重时会危害人员身体健康[1]。因此在一定区域内对这种电磁波进行屏蔽是非常重要的。需要应用一些相应的电磁屏蔽方法以有效阻止电磁辐射远离需要保护的辐射区域。目前，一些电磁屏蔽方法已相继被提出或已应用于工程领域，并且很多种吸波材料应运而生以阻止电磁波在保护区域中的传播[2，3]。同时一些金属屏蔽罩或结构也被大范围的用来进行对电磁波的反射或隔离。但是目前大多数的研究主要集中于对材料本身反射波或吸波特性上，而这些方法会受制于电磁辐射强度。在电磁辐射较弱时是适用的，当电磁辐射过于强烈时，这些屏蔽方法显得力不从心。如果能进行对电磁波传播路径的有效引导使其完全绕射过保护区域，那么这将是一种更有有效的保护被辐射区域的方法。
在一些情况下，保护区域是无法移动或者改变放置方式的，因此对此区域的电磁屏蔽保护是对其外部相应电磁特性材料搭建方式的设计。通过引入一些外部操作，在保护区域外部搭建一些电磁波路径引导结构，这样便会将电磁波以所需的传播方式引导远离保护区。这种对电磁波传播路径的引导可以由不同电磁特性材料的组合搭接来获得，而这些具有特殊性质的材料则可以由左手电磁超材料实现[4-6]。左手电磁超材料是一种同时具有负介电常数和负磁导率的等效材料。其于2002年由Smith和Pendry共同提出并通过实验获得[4]。在左手材料结构被实现后，他们又相继提出左手材料可以应用于光学变换理论中以实现坐标变换及完美电磁隐身[4]。受此启发，研究人员又陆续提出了旋转斗篷、超散射及超吸收斗篷等[5，6]。这些研究对于扩宽光学变换理论在电磁波路径引导中起到了重要的作用，同时人们发现，这种光学变换理论是不受电磁波强度的影响的。那么既然这种基于左手材料的光学变换理论可以进行电磁波传播路径的完美引导，这种路径引导方式便可应用于大型电厂、大型供电设备附近等的电磁屏蔽中，使其不受电磁辐射强度限制实现对一定区域的完美保护。
基于光学变换理论，本文提出了一种应用左手超材料进行电磁屏蔽的方法。我们使用左手材料对电磁波的传播路径进行控制，使其沿着我们所设定的路径进行传播，即达到电磁波的虚拟传播空间与实际物理传播空间的转换，进而绕射过需进行电磁波保护的区域，实现对此区域的电磁屏蔽。此种方法可以实现对不同尺寸保护区域的屏蔽，并给出了电磁特性参数的设计方法。这种电磁屏蔽方法可以应用于大型供电及发电场所的电磁屏蔽中，并且不受电磁辐射强度的限制。
1电磁波路径引导方法
对电磁传播路径的引导主要是等效的改变电磁波的传播空间，使其在物理传播空间中传播而产生所需的虚拟空间的传播效果。而对这种物理空间与虚拟空间的转换就是对电磁波不同的传播路径中材料特性的转换。那么我们可以通过控制电磁波传播过程中经过的材料的特性参数来实现对不同传播路径的控制。
电磁波路径引导的过程如图1。外部所产生的电磁波由左侧入射，我们将其设定为一束高斯平面波，表达为：exp（-（y/50[cm]）^2）。区域1和区域3为普通空气区域。保护区域位于区域3中。为更易于表现其对电磁波的响应效果，我们将其设置为完美电导体。区域2为所引入的空间变换区域，厚度为d。如果区域2为普通空气区域，那么当电磁波从左侧入射时，入射电磁波在保护区域处发生散射，保护区域受到电磁波照射，散射效果如图1（b）所示。
此时我们在区域2中引入一定特性的材料以实现对电磁波路径的偏移，使其绕射过保护区域。这种偏移是对波的实际物理传播路径的材料特性进行设计。在区域2中将入射电磁波由横向传播引导至向上侧发生偏移而绕过保护区域。在区域2中电磁波的物理传播空间（x’，y’，z’）和虚拟传播空间（x，y，z）的转换关系为
其中k为路径的弯折率，我们将其设置为1，那么最终电磁波的传播路径如图2所示。可以发现电磁波在区域2中材料的引导下发生了偏移，绕射过了保护区域，实现了对保护区域电磁屏蔽的目的。如果我们将k值变小，波的偏移程度会变小。因此对于不同尺寸的保护区域我们需应用不同的k值进行路径引导，以实现将电磁波绕射过保护区域的目的。
2电磁波路径引导组合方法
在上面所设计的路径引导方式的基础上对变换区域进行组合，那么便可以实现电磁波任意路径的引导。如图3所示，区域1、区域3和区域5为空气区域，我们将区域2和区域4中引入变化材料以使电磁波绕射过保护区域后仍能按照原路径传播。区域2和区域4中的空间变换关系如式（1），最终材料特性如式（5）。所不同的是区域2和区域4中正负相反。我们设定区域2中k=1，而区域4中k=-1。最终电磁波的传播路径如图3所示。可以发现入射电磁波完全绕射过了保护区域，并且在绕过此区域后仍然按照原路径传播。
3结论
针对于大型供电及发电场所的电磁辐射问题，本文提出了一种对于电磁波的电磁屏蔽方法，此方法不受电磁辐射强度的限制。其基于光学变换理论，将电磁波的物理传播空间和虚拟传播空间进行变换，实现了对电磁波的传播路径进行引导。我们对路径引导中应用到的超材料材料参数进行了计算，并分析了不同取值对传播路径的影响。最终实现了电磁波在保护区域外的绕射，达到了电磁屏蔽的目的
参考文献
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电磁波的实际应用篇9
一、引言
《电磁场与电磁波》这门课程是电类专业学生必修的技术基础课，是电气工程师必备的基础知识，而且《电磁场与电磁波》这门课程知识非常系统，学好这门课程对学生分析问题解决问题的能力有很好的训练作用，培养学生用数学方法解决实际问题的能力。电磁理论在我们生活中各个方面有广泛的应用，电磁场作为能量的一种形式，是当今世界最重要的能源，电磁波作为信息传输的载体，成为当今人类社会和获取信息、探测未知世界的重要手段。但是要学好这门课程要求学生的数学基础要好，由于很多同学高等数学和数学物理方程的基础太差，导致他们在学习这门课程时难度很大，以至于大多数同学感觉这门课程太难，被同学们称为理工科学生的“四大名补”之一。实际上这门课程知识非常系统，掌握住课程的主线，掌握住解决问题的固定步骤，学习起来并不难。
二、《电磁场与电磁波》教学存在问题
目前我校电子信息工程和电子科学与技术两个专业开设《电磁场与电磁波》这门课程，安排的大三上学期，学生大一、大二两年学完了高等数学、大学物理、复变函数与积分变换、数学物理方程等课程，为学习《电磁场与电磁波》这门课程储备了一定的数学和物理知识。但是由于部分学生数学基础打得不牢固，而且又间隔了一年左右的时间，造成再用这些知识的时候不能得心应手。《电磁场与电磁波》这门课程理论性强、概念抽象、公式繁多，需要掌握的定理和定律20个以上，重要公式40个以上，这些公式和定理如果不掌握，《电磁场与电磁波》的题目就无从下手，而且教材上电磁场的基本规律都是严格意义上的数学推导而得到的物理场的数学规律，继而对数学物理模型的解析解和数值解进行定性、定量分析，最终得出电磁场的物理性质。在推导过程中，不仅要求具有基本的物理知识，还要能灵活地运用高等数学、复变函数和数学物理方程中的一些经典性的解法。此外，由于传统教学手段的限制，电磁场的三维特性和电磁波的波动性等抽象内容无法生动、形象地展示给学生，使得许多学生无法理解从这些模型中建立起来的许多概念，从而影响整个课程的学习。总体说来，这门课程对学生来说难度很大，造成学生缺乏学习兴趣，考试不及格率较高。
三、课堂教学改革探索
1.联系实际生活激发学习兴趣。这门课程的第一节课我都要先讲一个绪论，讲这门课程的用处，讲电磁场理论的发展历史，讲电磁场电磁波在生活中的应用。讲电磁场理论的发展历史的时候，讲到学生曾经在中学物理和大学物理中见过的很熟悉的名字，他们会觉得很有意思，名人重大发现的经历同时也是对学生的很大的激励。讲电磁场理论的应用时，讲到电话、电报、电视、广播、卫星通信、GPS定位、3D电影等技术，更是和我们的生活息息相关，同学们很容易产生浓厚的兴趣。讲到第二章中一节媒质的电磁特性时，我们生活中的电器微波炉就是利用电介质的极化特性实现食物的加热，理论联系实际一方面激发了学生的学习兴趣，另一方面加深了其对内容的理解。
2.及时总结发现规律。《电磁场与电磁波》里有太多的定理和公式需要记忆，这也是同学们学不好这门课程的重要原因，如果这些定理和公式根本都记不住就更不要提应用，大学生们到了大三，都对自己的将来有了规划――考研或者工作，考研的学生对考研的课程学习非常认真深入，其他课程过关就好，找工作的学生更多关注学什么能对找到好工作有帮助，考研的课程里面考《电磁场与电磁波》这门课程的专业很少，所以大部分同学学习这门课程的目的都是为了学分，不愿意下很大的功夫深入学习。所以要求老师对基础知识及时总结，通过不断地总结发现里面的规律。比如真空中电磁场的基本规律和媒质中电磁场的基本规律，方程的形式类似，有了这些基本规律得出麦克斯韦方程顺理成章。
《电磁场与电磁波》中的习题都有一定的难度，但里面都有规律可循，比如已知电荷分布求电场，经常要用到高斯定理，找到电场分布的对称性，找到高斯面，问题的求解迎刃而解。第五章均匀平面波在无界空间中的传播中，解决问题的时候也是，首先写出波函数的一般表达式，然后根据条件分别求出电场的振幅、初位相和传播因子，根据电场和磁场的关系求出相伴的磁场。
3.多媒体授课结合板书。电磁场的量大部分都是矢量，有大小又有方向，大小和方向随空间和时间变化，对矢量的数学处理复杂度远远超过标量，遇到矢量的面积分、线积分学生无从下手。教材中关于均匀平面波在无界空间中的传播、波的极化和驻波、行波等，对于学生来讲是很抽象和难想象的。利用多媒体课件具有生动、直观、形象的优点，以动画、图形的形式将抽象枯燥的内容变得形象生动，使复杂的物理过程变得更加简单直观，这样大大提高了学生的学习兴趣。多媒体授课作为一种新技术有很多的优势，每堂课的知识量大，授课方式较为单调。不知不觉老师就讲了太多的知识，学生长时间连续听讲，易形成枯燥的情绪和疲劳的心态，为缓解学生听课的紧张度和疲劳度，不仅要求教师授课运用丰富的教学技能和教学语言，同时也要求教师用课堂教学常用的示范法、教练法等各种教学技能去配合多媒体课件的使用。做好多媒体授课和黑板板书的合理结合。采用黑板板书的形式，板书课堂教学内容的框架及重点，同时为学生做好课堂笔记赢取时间。并通过生动、富有感染力的教学语言去激发、引导和配合学生的思维活动，既锻炼学生的基础思维，又注意培养学生的创造性思维和批判性思维。所以教师平时要注意加强形象化知识的积累，比如收集图表、动画，制作Flas，不断丰富完善多媒体课件。
4.多讲例题加深理解。电磁场与电磁波的基本规律、公式非常多，为了加深对公式的理解，应该多做题加深理解，每个知识点都选择典型的例题进行详细的讲解，并归纳出解题思路规律。例如为了加深学生对高斯定理的理解，这方面的例题一定要精讲，让学生通过电荷的分布形式找到电场分布的某种对称性，找到容易进行积分的高斯面，这类题目的关键是找到高斯面，通过解这类题目，学生更好地理解了电位移矢量对封闭面的通量仅仅和该封闭面所包含的电荷量有关。恒定磁场中的安培环路定理也是描述磁场的一个非常重要的规律，由电流的分布分析磁场分布的某种对称性，找到所要积分的环路，这一步是确定磁场的关键，通过积分确定磁场。通过解这类题目，学生更深刻地理解到磁场强度对闭合曲线的环流仅仅由该闭合曲线所铰链的电流决定。
另外，利用课外时间定期对学生进行答疑，电磁场电磁波教材的内容非常多，在课堂上能够讲的例题非常有限，基本上每个知识点最多1～2道，仅仅利用上课的90分钟要让同学们都理解很难做到，如果学生在课下看书或者做题是经常会遇到不会或者不懂的地方，如果不及时地解决，学生慢慢地就会掉队，导致最后放弃这门课程的学习。所以老师应该多抽时间采取各种途径及时解决学生的疑问，比如电话交流、网上交流或者电子邮件交流等等，加强师生之间的沟通，老师可以及时发现同学们的问题，了解他们的学习状态，鼓励他们好好学习，通过这样的沟通相信同学们学习这门课程的兴趣会更浓厚，老师也能在和同学们的交流中改进自己的教学方法，丰富自己的教学经验，更好地服务于学生。
5.尝试开设新实验。受实验条件的限制，大部分高校都没有开设相关的实验内容，我校开设的《电磁场与电磁波》课程54个学时，全部为理论学时，目前很多高校尝试开设《电磁场与电磁波》的实验。但是硬件实验设备大都为单台套，仅适合实验演示，实验过程程序化呆板，学生动手机会少，缺乏手脑互动，因此虽然投资大，但收益少。利用软件仿真可以实现“少投入，高收效”的建设目标，并能够激发学生学习热情和兴趣，促进学生自主分析、解决问题能力的培养；比如利用Ansoft Maxwell软件进行静电力、静磁力、电容、电感等的计算，并与理论结果相比较。学生可以通过仿真实验，学习边值问题的求解，学会如何加载源和边界条件，从而加深对电磁场的理解。Maxwell软件提供了非常形象直观的电力线分布和磁力线分布矢量图，学生可以通过自己设计的仿真程序观察到电磁场分布的情况。所以我们《电磁场与电磁波》课程建设的下一步的目标是增加课内实验内容，通过实验验证并巩固所学理论知识，激发学生的学习兴趣，进一步增强学生的创新能力。
四、结论
通过分析电磁场电磁波这门课程目前存在的问题，提出了几个教学改革探索的方向，通过联系实际激发学生的学习兴趣、及时总结发现规律、把多媒体教学和板书有机结合、多讲例题加深理解和开设实验，最终让学生能够愿意学习这门课程，并且能够学好这门课程。面对《电磁场与电磁波》这门公认的难教又难学的课程，我们要发挥知难而进的精神，多下功夫，多探索，多创新，相信功到自然成，有付出也必然有收获，用自己对待工作的精神感悟学生，所谓教书育人的道理就在这里。
参考文献：
[1]谢处方.电磁场与电磁波[M].第4版.北京：高等教育出版社，2006.
[2]丁兰，陆建隆.电子信息专业《电磁场与电磁波》教学内容体系结构改革的探索[J].菏泽学院学报，2010，（9）.
电磁波的实际应用篇10
二、课堂教学与课外科技活动结合
电磁波的实际应用篇11
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。
电磁波的实际应用篇12
（1）对称制的电力线路：
对称制的电力线路在正常运行时，各相导线内的电流或电压、在数值上相等，相位则各不相同。运行中的电力线路都是三相制的。则发电机、用电设备、电气设备的接线方式不同，按Y形（星形）连接法与形（三角形）连接法有所区别，由于三根相导线上的电压（或电流）的相位彼此差120°。因此三相相电压的向量和为零，三相相电流的向量和亦为零。在三相架空电力线路正常运行情况下，各相导线的电气参数有差异，各相上的负载也不同，以至于各相中的电流或电压在数值上也完全不相等。在实际应用中，常将三相三线制的输电线当作对称制的电力线路。当架空电力线路接近通讯线路时，将在通讯设施上会产生电场和磁场感应影响。
（2）不对称制的电力线路：
不对称制的电力线路利用大地作为返回导体。而两线一地制，三相电力线和交流电气化铁路接触网系统都是不对称制电力线路。
其主要特点是：
①两相架空导线的对地电压，比同电压等级的三相三线制电力线路每相对地电压提高了倍，也就是两相架空导线各自对地电压等于线电压。所以在不对称制电力线路正常运行时，架空导线对地电压向量和很大。因而它的静电场会在附近通讯设施上产生较大的感应电压和感应电流。
②不对称制电力线路的架设于空中的导线，若一相发生接地故障，就形成两相间短路的事故，短路电流的磁场，会在附近的通讯设施上产生很大的感应电压和感应电流。
③不对称制电力线路在正常运行时，不仅两相架空导线合成的电压，能在附近通信线路上产生感应电压和感应电流，两相导线合成电流的磁场，也能在附近通讯线路中感应出电压和电流。
④在三相三线制（对称）的电力系统中，接地装置在正常情况下没有电流通过，而在不对称制的电力系统中接地相的接地装置则工作接地，不是保护接地，所以接地装置在正常运行情况下是通过工作电流。在短路情况下，流过短路电流，此时接地装置将产生较大的感应磁场，对接地装置附近的通讯设施产生较大的干扰。
2、交流电气化铁路接触网：
电气化接触网是单相电力线路，在正常运行时，它的对地电压是25kV，对附近通信线有较大的电场感应。接触网上各机车的负载电流将对附近的通信产生电磁场影响，但铁轨对于磁场感应具有一定屏蔽作用。
二、送电线路的电场和磁场
1、电场、磁场与电磁波
电场与磁场是很抽象的科学概念，场是一种以看不见摸不着的特殊形式存在的物质。电能是依靠运动的电荷来传递的。而带电体或送电线路周围存在电场和电磁场正是其导体上载有的电荷或电子的运动所产生的，因此电场和磁场与电能的传递是不可分割的。
静止的电荷在其周围空间产生电场，而运动的电荷在其周围空间产生磁场。当频率很低时，电场与磁场是相互独立的，彼此又没联系，当频率很高时，变化的电场与磁场可以相互转换且存在定量的波阻抗关系，而且可以脱离电荷或电流以波的形式向空间传播电磁能量。在高频情况下，电场和磁场是相互依存，相互转化的，在这种情况下的电场和磁场统称为电磁场。在把这种能脱离电荷或电流以波的形式向空中传播电磁能量的电磁场形象称为电磁波。
2、送电线路周围的电场、磁场和波长。
分析交流送电线路电场、磁场是按正弦交流电场或磁场的大小与极性，是随时间按正弦波规律变化的。其波长在空气中的长度（单位为m）按下式计算
而送电线路的工作频率f（50Hz）属于极低频（ELF）（0~300Hz）范围，由上式可计算出其波长达6000km。从电磁理论可知，只有电磁系统的尺度与其工作波长相当时，该系统才能向空间有效发射电磁能量，这样的电磁系统称为天线系统。送电线路的设施尺寸远小于这一波长，构不成有效的电磁能量发射，其周围的电场和磁场没有互相依存，互相转化的关系，彼此独立没有联系。
3、送电线路导线空间的电场：
当送电线路带电压时，在其周围空间就形成了工频电场。电场的强度是用沿一定方向单位内的电位差（即电压）来度量，电场强度的计量单位为伏每米或千伏每米（V/m，kV/m）。
由于送电线路导线直径很小，接近导线处电场各点的电场强度不完全相同且该电场属于不均匀电场，导线表面的电场强度高于周围空间的电场强度。当导线表面或周围空间的电场强度达到某一数值，空气介质就会被击穿，而产生稳定的局部气体放电现象，在电极（导线）表面形成电晕放电。不均匀电场的特点是：在曲率半径较小的电极（导线）附近电场强度大。当电压升高到某一数值时，开始出现电晕时导线表面电场强度称为临界电场强度，（用E0表示，一般当电场强度达30kV/cm时，才可能发生空气击穿）。
影响导线表面及周围空间电场强度的因素很多，大致有：
1、与送电线路的运行电压成正比，运行电压越高E0越大；
2、相间距离增加10%，场强增大1.5%~2.5%；
3、导线对地距离增高，强度减小；
4、分裂导线的子导线数目增加，电场强度降低，子导线间距离增加，电场强度降低；
5、导线表面氧化，积污成都越严重，局部电场强度越大，导线表面毛刺越多，局部电场强度越大；
6、水平排列的导线，中相场强最大，两边线最小；
7、导线直径越大，场强越小。
可以得出由导线到地面高度的空间范围内，电位分布按呈指数衰减分布：
带电高压线路下方不同高度空间电位分布
越接近地面处，电场强度（E）越小。同样带电导线对与导线的距离是按倒数迅速衰减的，如下图：
距高压线路的地面场强分布
空间场强的大小与带电导线和对地高度及距离带电导线的距离有关。高度距离增加空间场强逐渐降低。空间电场很容易被导电物质所屏蔽和削弱（即使该物质是不良导电体）其空间或邻近范围内的空间场强。在建筑物内由墙体的屏蔽作用，电场基本上测不到。
送电线路一经带上电压，在无负荷电流的情况下，其导线周围仍存在电场。
4、送电线路的磁场：
当电气设备工作和运行时，其电流使通电导体周围空间产生磁场，磁场不仅有方向，而且还有强弱，一般用磁力线来描述。电流产生的磁场能力的物理量称为磁场强度H，以安培每米（A/m）为计量单位。同样大小的磁场强度在周围介质中产生的总磁通或相应的磁感应强度，则取决与周围空间介质的磁导率。其在自由空间中，磁场强度与磁场感应强度的关系式为
磁感应强度随着与磁场源（载流的导体）距离的增加而迅速衰减。三相送电线路产生的磁场大致按距离平方的倒数衰减。
三、送电线路能否产生“电磁辐射”
在物理学中，能量不经物理接触而从源向周围发散的现象都称为辐射，从广义的角度分析，各种放射性能量发射和电磁能量发射都属于辐射。温热的物体的热量也是一种能量，可以向它的周围散发热量，成为热辐射。就这简单型式本身阐述了能量传播的形式。
然而“电磁辐射”是无线电，通信和电磁等领域里的专业技术工程术语。它是指能量以电磁波的形式由源发射到空间的一种现象。或是指能量以电磁波的形式在空间传播。应清楚的是，从电磁辐射传播能量的观点出发，输变电设备在其周围空间产生的频率为50Hz的工频电场和磁场。与高频电磁场在发射电磁波能力上截然不同。前面叙述过，50Hz工频的波长6000km，输电线路本身长度远远不足以构成有效的发射天线，因此就形不成有效的能量辐射。有关资料表明，典型的输电线路所发射的最大功率密度将不小于0.0001，比晴朗夜晚由满月时月亮送到地球表面的辐射能量（0.2）小2000倍。在频率为300Hz的极低频率范围内引用“电磁辐射”是不妥当的。
电场和磁场是以“场”的形式分别存在。按电磁波理论可以把电力线路传送的能量看成是由电场与磁场以平面场形式（波印亭矢量）在空间沿导线走向传播。即使按工程电磁场理论分析，电信设备等处于距电力线路数十米的距离r处，而相对长度达6000km的工频波的波长，完全处于所谓近场区r＜＜。在该区域内，电场与磁场事实上是分别存在，分别作用的。此时的“场”是一种似稳定或缓变场，它在空间各点的电场和磁场在相位上不存在滞后现象，既不表现为空间传播形式。依据麦克斯韦方程组描述的电磁现象，只有在场源的频率足够高，场源r远大于波长，即r＞＞时，必须考虑由于磁场变化产生感应电场，及由于电场变化产生感应磁场。其表现为电场和磁场为相互依存又相互制约的相互耦合的电磁场为动态电磁场（迅变场）。动态电磁场以电磁波动形式在场或空间的传播，被称为电磁波。在近场区内，电场和磁场对物体的相互作用的机理，表现为通过电场或磁场耦合，在物体上感应较小的电场或电流，而不会像高频电磁波一样，电场和磁场以波阻抗关系紧密耦合向外传播，形成电磁波发射，对附近设施进行干扰。
故而，正确反映低频电场和磁场与高频电磁的特性及效应是存在差异。据世界卫生组织及电磁环境健康领域的国际权威组织，均无例外地在电磁环境健康领域中采用能更准确反映环境影响的客观特性与作用机理的电场，磁场（对100kHz以下频段）或电磁场（100kHz以上频段）等技术语，国际导则还将电场、磁场均统一为EMF这一缩写术语。在通俗的读物中，为便于阐述，世界卫生组织指出，也可采用电磁场这一统称。
当把“电磁辐射”这一词语用于描述输变电设备的工频电场，磁场是否正确。它混淆了极低频场与高频电磁波的本质差异。“工频电磁辐射”一词的概念在国内被引用。在很大程度上产生了对低频场的误解与担忧。正因如此，世界卫生组织及美国国家环境卫生科学研究所（NIEHS），国际非电离辐射防护委员会（ICNRP）等权威的环境卫生组织与机构，在电磁环境与公众健康领域内的官方文件中，均无例外地严格引用电场、磁场、电磁场或统一运用统一的EMF这一术语。并拒绝采用“电磁辐射”这不适当的概念。
在国家标准中，GB8702-88“电磁辐射防护规定”及GB9175-88“环境电磁波卫生标准”和其他有关标准、规范都是针对广播、电视、微波通信等以及各类无线发射台站所产生的电磁辐射制定的。其应用范围100kHz~300GHz。而对于频率为50Hz这样的波形能否产生影响，在DL/T5092-1999“110~500kV架空送电线路设计技术规程“第16.05条中规定”500kV送电线路跨越非长期住人的建筑物或临近厂房时，房屋所在位置离地1m处最大未畸变电场不得超过4kV/m。与HJ/T24-1998“500kV超高压送变电工程电磁辐射环境影响评价技术规范”推荐以4kV/m作为居民区工频电场评价标准以及国际辐射保护协会“关于对公众全天辐射的工频限值”是吻合的。
参考文献
（1）邵文殷：220kV~500kV输电线路跨越和邻近住宅时的工频磁场。北京：中国电力科学研究院，2002。
（2）CIGREWG36-01，输电系统电场和磁国际调查结果（36-09）国际大电网会议
（3）输变电设施的电场、磁场及环境影响编写“输变电设施的电场、磁场及环境影响”中电力出版社2007.6
（4）浙江省电力公司编“输电线路绝缘子运行技术手册”中国电力出版社2003.2
（5）严晋德编“强电线堆通信线影响的计算”人民邮电出版社
（6）GB6830-1986“电信线路遭受强电线路危险影响的允许值”
电磁波的实际应用篇13
电磁辐射产生的能量E，取决于频率v的高低，E=hv，频率越高，能量越大，无线电波是所有电磁波波段中频率最低的，比可见光的频率还要低。较高频率的电磁波，譬如X射线，能够破坏人体组织的分子，足以引起原子和分子电离化，所以也称为电离辐射。而一般家用电器设备产生的电磁辐射，频率较低，并不能达到破坏分子化学键的能力，所以也称为非电离辐射，此类电磁辐射主要的影响表现为热效应。人体70%以上是水，水分子收到电磁辐射后互相摩擦，引起体温升高，从而影响体内器官的正常工作。
电磁辐射怎么算
目前对电磁辐射危害的研究基本都锁定在电磁波的热效应上，所以现在国际上衡量电磁辐射是否超标主要的一个参数就是功率。在频率不变的情况下，电磁波的危害和功率直接相关，因此，可以根据发射功率计算出辐射对人体的影响。
以手机为例，手机在待机状态下发射功率最小，约为3.2毫瓦，假设手机发射功率中1/3被人体吸收，那么人体吸收的功率约为1毫瓦。然后再计算1毫瓦的能量。在这样的功率下，如果要将1克水的温度提升1摄氏度，根据Pt=cmT，需要4200焦/（千克·摄氏度）×1摄氏度×0.001千克÷0.001瓦= 4200（秒）。也就是说，这个功率对人体的损伤和手上端一杯热水没有差别，这也是手机能够普及的原因。当然，在接听电话时，手机的发射功率会提高到待机功率的500～1000倍，所以尽量不要长时间用手机打电话。
通信基站误会多
人们在享受通信带来的极大便利时，有关通信基站电磁辐射与健康的话题也被越来越多地提起。不少人担心，周围基站越来越多，将导致辐射越来越大，从而影响健康。果真如此吗？
这其实是认识上的一个误区，实际情况恰恰相反，基站密度越高，人受到的辐射强度反而越小，这里指的辐射强度其实是基站和手机两者共同作用的结果。原因很简单，基站密度越高，基站信号覆盖的范围越小，发射的功率就越小，每个基站的电磁辐射强度也就越低。手机距离基站越近，手机的发射功率也越小，电磁辐射量也越低。这好比两个人在近距离说话，不用费力气大声喊就能听得很清楚了。
无线电波随着传播距离增大会迅速衰减，在距离天线10厘米处的辐射强度仅为1厘米处的1%。一般基站满负荷时最大的发射功率为20瓦，假设无线电波是球面传播，那么可以计算出离发射点50米处的球面的表面积为4×3.14×502米2，所以每米2的无线电波功率大小为20000/（4×3.14×502）≈0.64毫瓦/米2，比手机的发射功率还要小。如果距离为20米，计算出来每米2的功率大约是4毫瓦，基本和手机功率相当。而当无线电波穿过墙体时，尤其穿过带钢筋的墙体时则衰减更快。
