圆柱导体电磁散射问题分析
2电磁散射问题的数值计算
第二章电磁散射问题的数值计算 如前所述，电磁数值计算方法的运用，待求场函数的解答将最终归结为离散方程组的求解，此离散方程组在电磁场工程问题中，经常遇到的是线性代数方程组。为使电磁工程计算问题应用数值计算方法解决，必须将实际工程问题进行相关处理，如图1所示： 图2-1 电磁场数值计算流程 图2-1中的“前处理”包括采用一定的方式将所研究的场域离散化。这种离散化的场域划分要适应实际问题“电磁建模”的需要，便于实际问题的电磁数学模型的建立。在“后处理”中人们可依待求问题的性质，给出各种形式的解答（原始数据显示，曲线图表显示，可视化数据图形，数据处理和特征提取等）。 本章概述“前处理”、“电磁场数值计算”和“后处理”在雷达目标电磁散射问题中的内容。 §2.1 电磁散射问题的前处理 对电磁散射问题而言，通常人们关心的问题是雷达目标表面上的感应电流分布，目标近区和远区散射场分布，目标雷达散射截面RCS，目标雷达成像以及雷达目标特征量的提取等。 1. 雷达目标（散射体）分类 在“前处理”中，首先要视目标的几何、物理特征，对目标施以适当的离散化模型。为适合电磁散射问题的求解，我们将散射体按其材料构成，几何形状的复杂程度和目标可探测性三方面进行分类（必须指出，根据求解问题的性质，可以有不同的分类形式）。 ●按材料构成分类 ?完纯导体材料组成的目标（如常规飞行器，坦克，舰艇等） ?介质材料与导电材料组合目标 ?均匀及非均匀吸波材料涂覆的导体目标 ●按目标几何形状的复杂程度分类 ?二维散射体 ?三维散射体 ?简单形状的典型体（如球、柱、椭球、橄榄体、角反射器等） ?复杂形状散射体 ●按目标可探测性分类 ?常规目标（如常规飞行器，常规舰艇等） ?低可探测目标（如隐形飞机F117,YF22，隐形舰艇等） 2. 目标几何建模 目标几何外形的建模就是由数学模型和各种电磁参数来描述目标的外表面、棱边、腔体、非几何连续面等等，是电磁场散射数值计算的前提和基础。目标几何建模的精度与目标的电
电磁感应动力学问题归纳.doc
电磁感应动力学问题归纳 重、难点解析： （一）电磁感应中的动力学问题 电磁感应和力学问题的综合，其联系桥梁是磁场对感应电流的安培力，因为感应电流与导体运动的加速度有相互制约的关系，这类问题中的导体一般不是做匀变速运动，而是经历一个动态变化过程再趋于一个稳定状态，故解这类问题时正确进行动态分析确定最终状态是解题的关键。 1.动态分析：求解电磁感应中的力学问题时，要抓好受力 分析和运动情况的动态分析，导体在拉力作用下运动，切割磁感线产生感应电动势→感应电流→通电导体受安培力→合外力变化→加速度变化→速度变化，周而复始地循环，当循环结束时，加速度等于零， 导体达到稳定运动状态。此时 a=0，而速度 v 通过加速达到最大值，做匀速直线运动；或通过减速达到稳定值，做匀速直线运动 . 2.两种状态的处理：当导体处于平衡态——静止状态或匀速直线运动状态时，处理的途径是：根据合外力等于零分析。当导体处于非平衡态——变速运动时，处理的途径是：根据牛顿第二定律进行动态分析，或者结合动量的观点分析 . 3.常见的力学模型分析： 类型“电—动—电”型 示 意 图 棒 ab 长为 L，质量 m，电阻 R，导轨光 滑，电阻不计 BLE F S 闭合，棒 ab 受安培力R ，此时 BLE “动—电—动”型 棒 ab 长 L ，质量 m，电阻 R；导轨光滑，电阻不计 棒 ab 释放后下滑，此时 a g sin ，棒ab 速度 v↑→感应电动势E=BLv ↑→电 分 a mR ，棒ab速度v↑→感应电动势I E 析 BLv ↑→电流 I ↓→安培力 F=BIL ↓→ 加速度 a↓，当安培力F=0 时， a=0， v 最大。 运动 变加速运动 形式 最终 v m E 状态BL 匀速运动流 R ↑→安培力F=BIL↑→加速度a↓，当安培力 F mg sin 时， a=0， v 最大。 变加速运动 mgR sin v m 2 L2 匀速运动 B 4.解决此类问题的基本步骤： （1）用法拉第电磁感应定律和楞次定律（包括右手定则）求出感应电动势的大小和方向（2）依据全电路欧姆定律，求出回路中的电流强度. （ 3）分析导体的受力情况（包含安培力，可利用左手定则确定所受安培力的方向）. （ 4）依据牛顿第二定律列出动力学方程或平衡方程，以及运动学方程，联立求解。
(含标准答案)电磁感应中的能量问题分析
电磁感应中的能量问题分析 、基础知识 1、过程分析 (1)电磁感应现象中产生感应电流的过程，实质上是能量的转化过程. (2)电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力的作用，因此，要维持感应 电流的存在，必须有“外力”克服安培力做功，将其他形式的能转化为电能. “外力克服安培力做了多少功，就有多少其他形式的能转化为电能. (3)当感应电流通过用电器时，电能又转化为其他形式的能?安培力做功的过程，或通过电阻发热 的过程，是电能转化为其他形式能的过程?安培力做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能. 2、求解思路 (1)若回路中电流恒定，可以利用电路结构及W= Ult或Q= |2Rt直接进行计算. (2)若电流变化，则：①利用安培力做的功求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的 功；②利用能量守恒求解：若只有电能与机械能的转化，则机械能的减少量等于产生的电能. 3、电磁感应中能量转化问题的分析技巧 a、电磁感应过程往往涉及多种能量的转化 (1)如图中金属棒ab沿导轨由静止下滑时，重力势能减少, 部分用 来克服安培力做功，转化为感应电流的电能，最终在 部分转化为金属棒的动能. (2)若导轨足够长，棒最终达到稳定状态做匀速运动，之后重力势能的减小则完全用来克服安培力做功，转化为感应电流的电能. b、安培力做功和电能变化的特定对应关系 (1)“外力”克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能. (2)安培力做功的过程，是电能转化为其他形式的能的过程，安培力做多少功就有多少
电能转化为其他形式的能. C 、解决此类问题的步骤 (1) 用法拉第电磁感应定律和楞次定律 (包括右手定则)确定感应电动势的大小和方向. (2) 画出等效电路图，写出回路中电阻消耗的电功率的表达式. (3) 分析导体机械能的变化， 用能量守恒关系得到机械功率的改变与回路中电功率的改 变所满足的方程，联立求解. 、练习 1、如图所示，竖直放置的两根足够长平行金属导轨相距 L,导轨间接有一定值电阻 R,质量 为m,电阻为r 的金属棒与两导轨始终保持垂直并良好接触，且无摩擦，整个装置放在匀强 磁场中，磁场方向与导轨平面垂直，现将金属棒由静止释放，金属棒下落高度为 h 时开始做 匀速运动，在此过程中 ( ) A ?导体棒的最大速度为 2gh B .通过电阻R 的电荷量为山 R+ r C ?导体棒克服安培力做的功等于电阻 R 上产生的热量 D ?重力和安培力对导体棒做功的代数和等于导体棒动能的增加量 答案 BD Rl v 解析 金属棒由静止释放后，当 a= 0时，速度最大，即 mg — RL ~ = 0，解得v m = R+ r .RLh RLh R 的电何量q= I At = ?皆 ,R 项正确.导 (R+ r 0 R+ r AE k = W 重+ W 安，D 项正确. 2、如图所示，倾角为0= 30°足够长的光滑平行金属导轨 MN 、PQ 相距L i = 0.4 m, R i = 5 T 的匀强磁场垂直导轨平面向上.一质量 m= 1.6 kg 的金属棒ab 垂直于MN 、PQ 放置在 导轨上，且始终与导轨接触良好，其电阻 r = 1 Q 金属导轨上端连接右侧电路， R 1= 1 Q, R 2= 1.5 QR 2两端通过细导线连接质量 M = 0.6 kg 的正方形金属框 cdef ，正方形边长 L 2 =0.2 m ，每条边电阻r o 为1 Q,金属框处在一方向垂直纸面向里、 B 2= 3 T 的匀强磁场 mg B R l t r ,A 项错误.此过程通过 体棒克服安培力做的功等于整个电路产生的热量, C 项错误.由动能定理知对导体棒有
雷达天线罩电磁散射特性研究
第３ｌ卷第１０期２００９年ｌＯ月 现代雷达 ＭｏｄｅｍＲａｄａｒ Ｖ０１．３１Ｎｏ．１０ ０ｃｔ．２００９ ?１穷真技术?中图分类号：ＴＮ０１１文献标识码：Ａ文章编号：１００４—７８５９（２００９｝１０—００９５—０４雷达天线罩电磁散射特性研究 李西敏１’２，童创明１’２，付树洪１’２，李晶晶１ （Ｉ．空军工程大学导弹学院，陕西三原７１３８００） （２．东南大学毫米波国家重点实验室，南京２１００９６） 摘要：采用高阶矩量法研究了常见雷达天线罩的电磁散射特性。首先采用双线性表面几何建模技术对天线罩进行面剖分，再依据等效原理在天线罩表面建立电磁积分方程，最后用基于混合域基函数的高阶矩量法对其离散求解。实例验证，该方法简单易行、结果精确，同时发现天线罩材料的电参数在很大程度上影响了其电磁散射特性。 关键词：雷达天线罩：电磁散射特性；高阶矩量法；双线性表面 ＡＳｔｕｄｙｏｎＥＭＳｃａｔｔｅｒｉｎｇＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＲａｄｏｍｅ ＵＸｉ－ｒａｉｎ，ＴＯＮＧＣｈｕａｎｇ－ｍｉｎｇ，ＦＵＳｈｕ－ｈｏｎｇ，ＬＩＪｉｎｇ－ｊｉｎｇ （１．ＭｉｓｓｉｌｅＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｉｒＦｏｒｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓａｎｙｕａｎ７１３８００，Ｃｈｉｎａ） （２．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｆＭｉｌｌｉｍｅｔｅｒＷａｖｅｓ，ＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００９６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ（ＥＭ）ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃｏｍｍｏｎｒａｄｏｍｅａｒｅｓｔｕｄｉｅｄｗｉｔｈｈｉｉｇｈｏｒｄｅｒＭｅｔｈｏｄｏｆＭｏｍｅｎｔ（ＭｏＭ）．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｒａｄｏｍｅｓｕｒｆａｃｅｉｓｓｅｇｍｅｎｔｅｄｕｓｉｎｇｂｉｌｉｎｅａｒｓｕｒｆａｃｅｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇ．Ｔｈｅｎ，ＥＭｉｎｔｅｇｒａｌｅｑｕａｔｉｏｎｓａｌｅｅ￥ｔａｂ－ｆｉｓｈｅｄｗｉｔｈｅｑｕｉｖａｌｅｎｃｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｂｙｍｅａｎ８ｏｆｈｉｓｈｏｒｄｅｒＭｏＭｉｎｗｈｉｃｈｍｉｘｅｄ?ｄｏｍａｉｎｂａｓｉｓｆｕｎｃｔｉｏｎｓ８ｘｅａｄｏｐｔｅｄ，ｔｈｅｅ—ｑｕａｔｉｏｎｓａ聆ｄｉｓｃｒｅｔｉｚｅｄａｎｄ ｓｏｌｖｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｉｓｓｉｍｐｌｅａｎｄａｃｃｕｒａｔｅ．ＩｔｉｓａｌｓｏｓｈｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｐｅｒｍｉｔｔｉｖｉｔｙｏｆｒａｄｏｍｅｍａｔｅｒｉａｌｈａｓｇｒｅａｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｉｔｓＥＭｓｃａＲｅｒｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒａｄｏｍｅ；ＥＭｓｃａｔｔｅｒｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；ｈｉｇｈｏｒｄｅｒＭｏＭ；ｂｉｌｉｎｅａｒｓｕｒｆａｃｅ ０引言 雷达天线罩是天线的电磁窗口和保护罩。它既保护天线免受恶劣环境侵害，又可以最大限度保持天线的电性能。不仅地面雷达需要加载天线罩，机载、弹载雷达更需要天线罩的保护，图１给出了一种常见的弹载雷达天线罩。 图１某弹载雷达天线罩 天线罩的电磁散射特性是其很重要的电性能指标，雷达散射截面（ＲａｄａｒＣｒｏｓｓＳｅｃｔｉｏｎ，ＲＣＳ）又是量化 基金项目：毫米波国家重点实验室基金资助项目Ｋ２００８１８／Ｋ２００９０７） 通信作者：李西敏Ｅｍａｉｌ：ｃｈｍｔｏｎｇ＠１２６．ｃｏｍ 收稿Ｅｔ期：２００９－０６．１８修订日期：２００９－０９．１８反映目标电磁散射特性的参数。设计者都希望尽可能减小天线罩的ＲＣＳ，从而减小被对方雷达发现和被反辐射导弹跟踪的概率，提高系统在现代电子对抗中的生存能力。 分析天线罩电磁散射特性的方法可分为实验测量和仿真计算２种。前者可信度高但操作复杂且费用比较昂贵，同时受诸多实际条件的限制，很难获得完备的散射特性数据。因此仿真计算辅之以实测数据对其结果进行修正和完善的方法，成为分析和获取天线罩电磁散射特征的重要手段。本文采用结合双线性表面几何建模技术的高阶矩量法…研究了天线罩的电磁散射特性。 １几何建模 采用高阶矩量法求解天线罩电磁散射问题，首先须说明其几何形状，即几何建模。几何建模是一项很复杂的工作，很多天线罩具有复杂的几何形状，不易精确描述，因而必须进行适当近似处理。拟采用双线性表面几何建模嵋１的方法来逼近模拟天线罩的表面。 一般来讲，双线性表面是一个曲面四边形，按照一 一９５— 万方数据
电磁散射第二次作业
电磁散射边界元作业 10级电磁场专业 1．已知正方形柱的Ⅰ，Ⅲ边界的,ⅡⅣ边界的，求Ⅰ，Ⅲ边界的和 ⅡⅣ边界的。 参考文献：《边界元法基础》上海交大出版社王元淳 Page20-24 参考资料分析了H，K矩阵元素的求法，其中对角元素 为边界元素的长度。非对角元素，其中为P（i）点到P（j）点的距离， 为P（i）点到含P（j）点边界单元的垂直距离。求解出H，K矩阵后利用 求出未知边界条件 MATLAB程序： % BEM.m % 本程序用边界元方法求解正方形柱体内电位分布 clear;clc; t1=cputime; %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %% 1.常数定义 a=6; % 正方形长 N=3; % 每边分段数
step=a/N; % 每段长度 TOTAL=N*4; % 共剖分成TOTAL段 C=1/2; % 常数定义 NN=100; % 积分离散精度 V_L=300; % 已知电压矩阵 test_x=a/2; % 方形内部任意一点X坐标 test_y=a/2; % 方形内部任意一点Y坐标%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %% 2.坐标定位,计算各段中点对应的坐标 % 以方柱左下角为坐标原点建立坐标系 % 方柱左右两边X为常数,方柱上下两边Y为常数 for i=1:TOTAL; if i
电磁感应定律——单杆+导轨模型(含思路分析)
“单杆＋导轨”模型 1. 单杆水平式(导轨光滑) 注：加速度a的推导，a=F 合/m（牛顿第二定律），F 合 =F-F 安 ，F 安 =BIL，I=E/R 整合一下即可得到答案。 v变大之后，根据上面得到的a的表达式，就能推出a变小 这里要注意，虽然加速度变小，但是只要和v同向，就是加速运动，是a减小的加速运动（也就是速度增加的越来越慢，比如1s末速度是1，2s末是5，3s末是6，4s末是6.1 ，每秒钟速度的增加量都是在变小的） 2.单杆倾斜式(导轨光滑) mg 最大
【典例1】如图所示，足够长的金属导轨固定在水平面上，金属导轨宽度L ＝1.0 m ，导轨上放有垂直导轨的金属杆P ，金属杆质量为m ＝0.1 kg ，空间存在磁感应强度B ＝0.5 T 、竖直向下的匀强磁场。连接在导轨左端的电阻R ＝3.0 Ω，金属杆的电阻r ＝1.0 Ω，其余部分电阻不计。某时刻给金属杆一个水平向右的恒力F ，金属杆P 由静止开始运动，图乙是金属杆P 运动过程的v －t 图象，导轨与金属杆间的动摩擦因数μ＝0.5。在金属杆P 运动的过程中，第一个2 s 内通过金属杆P 的电荷量与第二个2 s 内通过P 的电荷量之比为3∶5。g 取10 m/s 2。求： (1)水平恒力F 的大小； (2)前4 s 内电阻R 上产生的热量。 【答案】 (1)0.75 N (2)1.8 J 【解析】 (1)由图乙可知金属杆P 先做加速度减小的加速运动，2 s 后做匀速直线运动 当t ＝2 s 时，v ＝4 m/s ，此时感应电动势E ＝BLv 感应电流I ＝ E R ＋r 安培力F ′＝BIL ＝B 2L 2v R ＋r 根据牛顿运动定律有F －F ′－μmg ＝0 解得F ＝0.75 N 。
(含答案解析)电磁感应中的电路问题
电磁感应中的电路问题 一、基础知识 1、内电路和外电路 (1)切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的线圈都相当于电源． (2)该部分导体的电阻或线圈的电阻相当于电源的内阻，其余部分是外电路． 2、电源电动势和路端电压 (1)电动势：E ＝Blv 或E ＝n ΔΦ Δt . (2)路端电压：U ＝IR ＝E －Ir . 3、对电磁感应中电源的理解 (1)电源的正负极、感应电流的方向、电势的高低、电容器极板带电问题，可用右手定则或楞次定律判定． (2)电源的电动势的大小可由E ＝Blv 或E ＝n ΔΦ Δt 求解． 4、对电磁感应电路的理解 (1)在电磁感应电路中，相当于电源的部分把其他形式的能通过电流做功转化为电能． (2)“电源”两端的电压为路端电压，而不是感应电动势． 5、解决电磁感应中的电路问题三步曲 （1）确定电源．切割磁感线的导体或磁通量发生变化的回路将产生感应电动势，该导体或回路就相当于电源，利用E ＝n ΔΦ Δt 或E ＝Blv sin θ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(内、外电路及外电路的串、并联关系)，画出等效电路图． （3）利用电路规律求解．主要应用欧姆定律及串、并联电路的基本性质等列方程求解． 二、练习 1、[对电磁感应中等效电源的理解]粗细均匀的电阻丝围成的正方形线框置于有界匀强磁场 中，磁场方向垂直于线框平面，其边界与正方形线框的边平行．现使线框以同样大小的速度沿四个不同方向平移出磁场，如图所示，则在移出过程中线框一边a 、b 两点间的电势差绝对值最大的是 ( )
答案 B 解析 线框各边电阻相等，切割磁感线的那个边为电源，电动势相同均为Blv .在A 、C 、D 中，U ab ＝14Blv ，B 中，U ab ＝3 4 Blv ，选项B 正确． 2、如图所示，竖直平面内有一金属环，半径为a ，总电阻为R (指拉直 时两端的电阻)，磁感应强度为B 的匀强磁场垂直穿过环平面，与环 的最高点A 铰链连接的长度为2a 、电阻为R 2 的导体棒AB 由水平 位置紧贴环面摆下，当摆到竖直位置时，B 点的线速度为v ，则这时AB 两 端的电压大小为 ( ) A. Bav 3 B. Bav 6 C.2Bav 3 D ．Bav
三维复杂目标电磁散射的FDFD分析
第34卷增刊JOURNAL OF XIDIAN UNIVERSITY V ol.34 Sup. 三维复杂目标电磁散射的FDFD分析 胡晓娟，葛德彪 （西安电子科技大学 物理系, 陕西 西安 710071） 摘要：根据Yee元胞中电场分量的分布特点，对矢量Helmholtz方程进行差分离散，得到关于各电场节点的FDFD 方程式。基于等效原理，在总场－散射场（TF/SF）边界处设置等效电磁流，通过将TF/SF边界附近各电场节点 FDFD方程式中的相关节点加上或减去相应的入射场，将平面波引入总场区。导体立方体表面电流幅值与相位分 布的计算结果与文献结果的比较验证了该方法的正确性。 关键词：频域有限差分（FDFD）方法；电磁散射；复杂目标；TF/SF方法 中图分类号：TN011 文献标识码：A 文章编号：1001-2400(2007)S1-0132-04 3D FDFD analysis of electromagnetic scattering from a complex target HU Xiao-juan，GE De-biao (Department of Physics, Xidian University, Xi’an 710071, China) Abstract: The finite-difference frequency-domain (FDFD) equations of electronic field nodes are derived by differentiating the Helmholtz equation, based on the distribution of electric field nodes in Y ee cells. Based on the equivalence principle, the incident wave is introduced in the total-field region by setting equivalent electromagnetic currents on the total-field/scattered-field (TF/SF) boundary. The FDFD equations of the nodes located near the TF/SF boundary are modified to fulfill the conditions that all nodes involved belong either to the total-field or to the scattered-field. The method is validated by comparing the amplitude and phase of the surface current on a perfectly electronic conductor cube, which are calculated by the FDFD method, with the result presented in the literature. Key Words: FDFD method；electromagnetic scattering； complex targets；TF/SF technique 近年来，一种基于Y ee算法原理的频域数值方法——频域有限差分（FDFD）方法[1]得到了迅速发展。该方法采用Y ee元胞对目标进行网格化剖分，并将各元胞赋予相应的电磁参数进行建模，可以方便地分析复合目标的电磁散射问题。根据Y ee元胞中各电场分量的分布特点，通过将矢量Helmholtz方程进行差分离散得到了关于各电场节点的FDFD方程式。基于FDTD方法中通过总场－散射场(TF/SF)[2，3]边界引入入射波的思想，分析了FDFD方法中如何通过TF/SF边界将入射波引入总场区。导体立方体表面电流幅值及相位分布的计算结果与文献结果的比较验证了这种方法。最后用该方法计算了某导弹模型的双站散射特性，显示了这种方法在处理复合目标电磁散射时的优越性。 1三维FDFD中入射波的引入及矩阵方程求解 1.1FDFD基本方程式 矢量Helmholtz方程为 —————————————— 收稿日期：2007-06-08 基金项目：国防预研基金资助 作者简介：胡晓娟（1979-），女，西安电子科技大学博士研究生。
电磁感应中的能量问题分析高中物理专题.docx
第 10 课时电磁感应中的能量问题分析 一、知识内容： 1、分析：棒的运动过程→ 运动性质→ 遵从规律； 2、掌握能量的转化方向：哪些能量减少，哪些能量增加； 3、电能→内能 Q：I 恒定→Q I 2 Rt ；I变化：用有效值求，或能量守恒； 4、常用知识点：动能定理、能量守恒、W 、P、Q、等。 二、例题分析： 【例 1】如图所示， PQ 、MN 为足够长的两平行金属导轨，它们之间连接一个阻值为R=8 Ω的电阻，导轨间距为 L=1m ，一质量 m=0.1kg，电阻 r=2 Ω的均匀金属杆水平放在 导轨上，它与导轨的滑动摩擦因数 3 / 5 ，导轨平面倾角300，在垂直导轨平面方向有匀强磁场， B=0.5T ，今让金属杆由静止开始下滑，从杆静止开始到杆 AB恰好匀速运动的过程中经过杆的电量q 1C ,求: (1)当 AB 下滑速度为2m/ s时加速度的大小 (2)AB 下滑的最大速度 (3)从静止开始到 AB 匀速运动过程R 上产生的热量？ 【例2】如图所示，两根间距为l 的光滑金属导轨（不计电阻）,由 一段圆弧部分与一段无限长的水平段部分组成,其水平段加 有竖直向下方向的匀强磁场,其磁感应强度为B，导轨水平段 上静止放置一金属棒cd，质量为2m,电阻为2r,另一质量为 m,电阻为 r 的金属棒ab，从圆弧段M 处由静止释放下滑至 N 处进入水平段，圆弧段 MN 半径为 R，所对圆心角为 60°，求： （1） ab 棒在 N 处进入磁场区速度多大？此时棒中电流是多少？ （2） cd 棒能达到的最大速度是多大？ （3） cd 棒由静止到达最大速度过程中，系统所能释放的热量是多少？ 【例 3】用质量为m、总电阻为R 的导线做成边长为l 的正方形线框MNPQ ，并将其放在倾 光磁静角为θ的平行绝缘导轨上，平行导轨的间距也为l，如图所示。线框与导轨之间是滑的，在导轨的下端有一宽度为l（即 ab=l）、磁感应强度为 B 的有界匀强磁场，场的边界aa′、bb′垂直于导轨，磁场的方向与线框平面垂直。某一次，把线框从 止状态释放，线框恰好能够匀速地穿过磁场区域。若当地的重力加速度为g，求：（1）线框通过磁场时的运动速度； （2）开始释放时， MN 与 bb′之间的距离； （3）线框在通过磁场的过程中所生的焦耳热。
矩量法在电磁散射中的应用
矩量法在电磁散射中的应用 一矩量法在电磁散射问题中的应用 电磁散射问题是电磁学中的一个重要研究领域，研究电磁波的散射机理以及计算其散射场强的大小与分布，具有十分重要的实际意义。矩量法作为一种有效的数值计算方法在其中有着广泛的应用。但作为一种计算方法它也有着自己的缺陷，为了解决这些问题，人们提出了各种方案，矩量法在这个过程中也获得了很大的发展。 MoM(Method of Moments)原本是一种近似求解线性算子方程的方法，通过它可以将算子方程转化为一矩阵方程，进而通过求解此矩阵方程得到最终的近似解。MoM最早是由两位数学家L. V. Kantorovich和V. I．Krylov提出的，后来由K．K．Mei引入计算电磁学，最终被R．F. Harryington在其著作《计算电磁场中的矩量法》中加以系统描述。利用矩量法求解电磁问题的主要优点是：它严格地计算了各个子系统间的互耦，而算法本身又从根本上保证了误差系统总体最小而不产生数值色散。如今MoM被广泛应用于计算电磁学中，虽然它不能处理电大尺寸目标的电磁问题，但基于MoM的各种加速方法仍受到极大重视，如多层快速多极子方法MLMFA等。 电磁散射问题是电磁学中的一个重要研究领域，研究电磁波的散射机理以及计算其散射场强的大小与分布，具有十分重要的实际意义。在实际生活中，遇到的散射目标往往不仅具有复杂的几何形状，而且构成
的材料也各不相同。因此对复杂目标的电磁散射特性进行快速、高效的分析，具有重要的理论意义和实用价值。 电磁散射问题只有在相对简单的情况下才可以用严格的解析法来求解，比如对极少数形状规则的物体。对于电大物体，可以用高频近似方法，例如几何光学法(GO)、物理光学法(PO)、几何绕射理论(GTD)、物理绕射理论(PTD)、一致性几何绕射理论(UTD)、复射线法(CT)等来求解散射场。反之，对于电小物体，可以用准静态场来进行分析。介乎这两者之间的物体，一般采用数值方法。目前分析电磁散射问题的数值方法主要有微分方程法和积分方程法。微分方程法有有限差分法(FDM)、时域有限差分法(FDTD)、频域有限差分法(FDFD)、时域平面波法(PWTD)、时域多分辨分析法(MRTD)、有限元法(FEM)、传输线矩阵法(TLM)等，积分方程法有表面积分方程法(SIEM)、矩量法(MOM)、边界元法(BEM)、体积分方程法(VIEM)、快速多极子法(FMM)、时域积分方程法(IETD)等。这些方法各有优缺点，有的是为了避免矩阵求逆，有的是为了加快收敛，有的是为了提高精度，还有的是为了减少贮存等。它们被广泛应用于求解复杂的工程电磁场问题中。应用微分方程法求解电磁散射问题时，由于散射体的外空间为无限大，需要人为设置截断边界使求解区域有限，这种截断边界的引入会导致非物理的反射现象。矩量法是一种将连续方程离散化成代数方程组的方法，经常被看作数值“精确解”。它既适用于电磁场积分方程又适用于微分方程，由于已经有有效的数值计算方法求解微分方程，所以目前矩量法大都用来求解积分方程。由于此方法能解决边界比较复杂的一些问题，因而得到了广泛的应用。需要注意的是，
电磁感应典型例题和练习进步
电磁感应 课标导航 课程内容标准： 1.收集资料，了解电磁感应现象的发现过程，体会人类探索自然规律的科学态度和科学精神。 2.通过实验，理解感应电流的产生条件，举例说明电磁感应在生活和生产中的应用。 3.通过探究，理解楞次定律。理解法拉第电磁感应定律。 4.通过实验，了解自感现象和涡流现象。举例说明自感现象和涡流现象在生活和生产中的应用。 复习导航 本章内容是两年来高考的重点和热点，所占分值比重较大，复习时注意把握： 1.磁通量、磁通量的变化量、磁通量的变化率的区别与联系。 2.楞次定律的应用和右手定则的应用，理解楞次定律中“阻碍”的具体含义。 3.感应电动势的定量计算，以及与电磁感应现象相联系的电路计算题（如电流、电压、功 率等问题）。 4.滑轨类问题是电磁感应的综合问题，涉及力与运动、静电场、电路结构、磁场及能量、 动量等知识、要花大力气重点复习。 5.电磁感应中图像分析、要理解E-t、I-t等图像的物理意义和应用。 第1课时电磁感应现象、楞次定律 1、高考解读 真题品析
知识：安培力的大小与方向 例1. （09年上海物理）13．如图，金属棒ab置于水平 放置的U形光滑导轨上，在ef右侧存在有界匀强磁场B， 磁场方向垂直导轨平面向下，在ef左侧的无磁场区域cdef 内有一半径很小的金属圆环L，圆环与导轨在同一平面内当金属棒ab在水平恒力F作用下从磁场左边界ef处由静止开始向右运动后，圆环L有__________（填收缩、扩张）趋势，圆环内产生的感应电流_______________（填变大、变小、不变）。 解析：由于金属棒ab在恒力F的作用下向右运动，则abcd回路中产生逆时针方向的感应电流，则在圆环处产生垂直于只面向外的磁场，随着金属棒向右加速运动，圆环的磁通量将增大，依据楞次定律可知，圆环将有收缩的趋势以阻碍圆环的磁通量将增大；又由于金属棒向右运动的加速度减小，单位时间内磁通量的变化率减小，所以在圆环中产生的感应电流不断减小。 答案：收缩，变小 点评：深刻领会楞次定律的内涵 热点关注 知识：电磁感应中的感应再感应问题 例8、如图所示水平放置的两条光滑轨道上有可自由移动的金属棒 PQ、MN,当PQ在外力作用下运动时,MN在磁场力作用下向右运动. 则PQ所做的运动可能是 A.向右匀速运动 B.向右加速运动 C.向左加速运动 D.向左减速运动
(新课标)2020高考物理二轮复习选择题热点11电磁感应问题分析练习(含解析)
热点11 电磁感应问题分析 (建议用时：20分钟) 1．某空间中存在一个有竖直边界的水平方向的匀强磁场区域，现 将一个等腰梯形闭合导线圈从图示位置垂直于磁场方向以速度v 匀速 拉过磁场区域，尺寸如图所示，取向右为力的正方向．下图中能正确反 映该过程中线圈所受安培力F 随时间t 变化的图象是( ) 2．(多选)(2019·山东潍坊三模)如图所示，两平行导轨间距为L ， 倾斜部分和水平部分长度均为L ，倾斜部分与水平面的夹角为37°，cd 间接电阻R ，导轨电阻不计．质量为m 的金属细杆静止在倾斜导轨底端， 与导轨接触良好，电阻为r .整个装置处在竖直向上的匀强磁场中，磁感 应强度随时间变化关系为B ＝B 0＋kt (k >0)，在杆运动前，以下说法正确的是( ) A ．穿过回路的磁通量为2( B 0＋kt )L 2 B ．流过导体棒的电流方向为由b 到a C ．回路中电流的大小为1.8kL 2R ＋r D ．细杆受到的摩擦力一直减小 3．(多选)(2019·河南焦作模拟)如图所示，两根足够长的 光滑金属导轨水平平行放置，间距为l ＝1 m ，c 、d 间，d 、e 间，c 、f 间分别接阻值为R ＝10 Ω的电阻．一阻值为R ＝10 Ω 的导体棒ab 以速度v ＝4 m/s 匀速向左运动，导体棒与导轨接 触良好，导轨所在平面存在磁感应强度大小为B ＝0.5 T 、方向竖直向下的匀强磁场．下列说法中正确的是( ) A ．导体棒ab 中电流的方向为由b 到a B ．c 、d 两端的电压为1 V C ．d 、e 两端的电压为1 V D ．f 、e 两端的电压为1 V 4．(多选)用一段横截面半径为r 、电阻率为ρ、密度为d 的均匀导体材料做成一个半径为R (r ?R )的圆环．圆环竖直向下落入如图所示的径向磁场中，圆环的圆心始终在N 极的轴线上，圆环所在位置的磁感应强度大小均为B .圆环在加速下滑过程中某一时刻的速度为v ，忽略电感的影响，则( )
电磁散射和隐身技术导论
电磁散射与隐身技术导论课程大作业报告 学院：电子工程学院 专业：电子信息工程 班级： 0210** 学号： 0210**** 姓名： ****** 电子邮件： 日期： 2018 年 07 月 成绩： 指导教师：姜文
雷达目标RCS近远场变换 在现代军事领域中，隐身技术和反隐身技术是重中之重，研究隐身和反隐身技术就要研究目标的电磁散射特性。雷达散射截面（RCS）是评价目标散射特征的最基本参数之一，其计算和测量的研究具有重要意义。计算方法有解析方法，精确预估技术和高频近似方法等。根据测量方式的不同，可以分为远场测量、近场测量和紧缩场测量。远场测量在室外进行，虽然能直接得到目标RCS，但是条件难以满足(满足远场条件时，被测目标与天线间的距离非常大)，相比之下，在微波暗室中进行的近场测量由于采用缩比测量的方法更容易满足测试条件。相对于紧缩场测量，近场测量的精度更高，成本也有所降低，于是近场测量越来越成为研究的一个重点。近场测试到的雷达回波信号并不是工程中所关心的RCS，而如何由近场测量数据得到目标RCS，则是必须要解决的问题。 为了得到目标RCS，将目标等效为一维分布的散射中心，并忽略了散射中心与雷达之间的相互影响，忽略散射中心与测试环境之间的相互影响。根据雷达回波信号，研究了一种利用雷达近场数据来估计目标总的RCS的方法。推导了算法的具体过程，将研究重点放在了算法的核心——权重函数上。分别仿真了单站正视，单站侧视，对称双站，不对称双站几种情况下权重函数的特性，具体表现为不同参数对权重函数幅度和相位的影响。基于仿真结果，提出了用定标来求得权重函数的方法。并用不同尺寸的金属球作为实验目标，采用某一个金属球理论RCS 值来定标，求得权重函数之后，用此算法变换出目标的RCS，并与其理论值做比对，验证了算法的可行性。 一、雷达截面的研究背景、发展现状 隐身和反隐身技术作为现代战争中电子高科技对抗的重要领域，一直都是各国军事研究的重点，随着各种精确制导武器和探测系统研制成功，隐身技术和反隐身技术越发重要。在军事应用中，希望己方的武器隐身性能尽可能好，并且能尽可能的探测到敌方的隐身目标。这就是必须研究隐身技术和反隐身技术最主要的原因，隐身技术与反隐身技术都必须研究目标的雷达散射特性，隐身技术是让目标的散射尽可能的小，反隐身技术则是尽量能够接收到目标的回波信号，因此要研究隐身和反隐身技术就要研究目标的电磁散射特性。隐身技术和反隐身技术
矩量法在电磁散射问题中应用的发展
矩量法在电磁散射问题中应用的发展 摘要： 电磁散射问题是电磁学中的一个重要研究领域，研究电磁波的散射机理以及计算其散射场强的大小与分布，具有十分重要的实际意义。矩量法作为一种有效的数值计算方法在其中有着广泛的应用。但作为一种计算方法它也有着自己的缺陷，为了解决这些问题，人们提出了各种方案，矩量法在这个过程中也获得了很大的发展。 关键词：电磁散射，矩量法（MoM） MoM(Method of Moments)原本是一种近似求解线性算子方程的方法，通过它可以将算子方程转化为一矩阵方程，进而通过求解此矩阵方程得到最终的近似解。MoM最早是由两位数学家L. V. Kantorovich和V. I．Krylov提出的，后来由K．K．Mei引入计算电磁学，最终被R．F. Harryington在其著作《计算电磁场中的矩量法》中加以系统描述。利用矩量法求解电磁问题的主要优点是：它严格地计算了各个子系统间的互耦，而算法本身又从根本上保证了误差系统总体最小而不产生数值色散。如今MoM被广泛应用于计算电磁学中，虽然它不能处理电大尺寸目标的电磁问题，但基于MoM的各种加速方法仍受到极大重视，如多层快速多极子方法MLMFA等。[1] 电磁散射问题是电磁学中的一个重要研究领域，研究电磁波的散射机理以及计算其散射场强的大小与分布，具有十分重要的实际意义。 在实际生活中，遇到的散射目标往往不仅具有复杂的几何形状，而且构成的材料也各不相同。因此对复杂目标的电磁散射特性进行快速、高效的分析，具有重要的理论意义和实用价值。 电磁散射问题只有在相对简单的情况下才可以用严格的解析法来求解，比如对极少数形状规则的物体。对于电大物体，可以用高频近似方法，例如几何光学法(GO)、物理光学法(PO)、几何绕射理论(GTD)、物理绕射理论(PTD)、一致性几何绕射理论(UTD)、复射线法(CT)等来求解散射场。反之，对于电小物体，可以用准静态场来进行分析。介乎这两者之间的物体，一般采用数值方法。 目前分析电磁散射问题的数值方法主要有微分方程法和积分方程法。微分方程法有有限差分法(FDM)、时域有限差分法(FDTD)、频域有限差分法(FDFD)、时域平面波法(PWTD)、时域多分辨分析法(MRTD)、有限元法(FEM)、传输线矩阵法(TLM)等，积分方程法有表面积分方程法(SIEM)、矩量法(MOM)、边界元法(BEM)、体积分方程法(VIEM)、快速多极子法(FMM)、时域积分方程法(IETD)等。这些方法各有优缺点，有的是为了避免矩阵求逆，有的是为了加快收敛，有的是为了提高精度，还有的是为了减少贮存等。它们被广泛应用于求解复杂的工程电磁场问题中。 应用微分方程法求解电磁散射问题时，由于散射体的外空间为无限大，需要人为设置截断边界使求解区域有限，这种截断边界的引入会导致非物理的反射现象。矩量法是一种将连续方程离散化成代数方程组的方法，经常被看作数值“精确解”。它既适用于电磁场积分方程又适用于微分方程，由于已经有有效的数值
电磁感应综合问题(解析版)
构建知识网络： 考情分析： 楞次定律、法拉第电磁感应定律是电磁学部分的重点，也是高考的重要考点。高考常以选择题的形式考查电磁感应中的图像问题和能量转化问题，以计算题形式考查导体棒、导线框在磁场中的运动、电路知识的相关应用、牛顿运动定律和能量守恒定律在导体运动过程中的应用等。备考时我们需要重点关注，特别是导体棒的运动过程分析和能量转化分析。 重点知识梳理： 一、感应电流 1．产生条件???? ? 闭合电路的部分导体在磁场内做切割磁感线运动 穿过闭合电路的磁通量发生变化 2．方向判断? ???? 右手定则：常用于切割类 楞次定律：常用于闭合电路磁通量变化类 3．“阻碍”的表现???? ? 阻碍磁通量的变化增反减同阻碍物体间的相对运动来拒去留 阻碍原电流的变化自感现象 二、电动势大小的计算
三、电磁感应问题中安培力、电荷量、热量的计算 1．导体切割磁感线运动，导体棒中有感应电流，受安培力作用，根据E ＝Blv ，I ＝E R ，F ＝BIl ，可得F ＝B 2l 2v /R . 2．闭合电路中磁通量发生变化产生感应电动势，电荷量的计算方法是根据E ＝ΔΦΔt ，I ＝E R ，q ＝ I Δt 则q ＝ΔΦ/R ，若线圈匝数为n ，则q ＝nΔΦ/R . 3．电磁感应电路中产生的焦耳热，当电路中电流恒定时，可以用焦耳定律计算，当电路中电流发生变化时，则应用功能关系或能量守恒定律计算． 四、自感现象与涡流 自感电动势与导体中的电流变化率成正比，比例系数称为导体的自感系数L 。线圈的自感系数L 与线圈的形状、长短、匝数等因数有关系。线圈的横截面积越大，匝数越多，它的自感系数就越大。带有铁芯的线圈其自感系数比没有铁芯的大得多。 【名师提醒】 典型例题剖析： 考点一：楞次定律和法拉第电磁感应定律 【典型例题1】 (2016·浙江高考)如图所示，a 、b 两个闭合正方形线圈用同样的导线制成，匝数均为10匝，边长l a ＝3l b ，图示区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，且磁感应强度随时间均匀增大，不考虑线圈之间的相互影响，则( ) A ．两线圈内产生顺时针方向的感应电流 B ．a 、b 线圈中感应电动势之比为9∶1 C ．a 、b 线圈中感应电流之比为3∶4
电磁感应中的动力学和能量问题(教师版)
专题 电磁感应中的动力学和能量问题 一、电磁感应中的动力学问题 1．电磁感应与动力学、运动学结合的动态分析，分析方法是： 导体受力运动产生感应电动势→感应电流→通电导线受安培力→合外力变化→加速度变化→速度变化→感应电动势变化→……周而复始地循环，直至达到稳定状态． 2．分析动力学问题的步骤 (1)用电磁感应定律和楞次定律、右手定则确定感应电动势的大小和方向． (2)应用闭合电路欧姆定律求出电路中感应电流的大小． (3)分析研究导体受力情况，特别要注意安培力方向的确定． (4)列出动力学方程或平衡方程求解． 3．两种状态处理 (1)导体处于平衡态——静止或匀速直线运动状态． 处理方法：根据平衡条件——合外力等于零，列式分析． (2)导体处于非平衡态——加速度不为零． 处理方法：根据牛顿第二定律进行动态分析或结合功能关系分析． 二、电磁感应中的能量问题 1．电磁感应过程的实质是不同形式的能量转化的过程．电磁感应过程中产生的感应电流在磁场中必定受到安培力作用，因此要维持感应电流存在，必须有“外力”克服安培力做功．此过程中，其他形式的能转化为电能，“外力”克服安培力做多少功，就有多少其他形式的能转化为电能；当感应电流通过用电器时，电能又转化为其他形式的能．可以简化为下列形式： 其他形式的能 如：机械能 ――→安培力做负功电能 ――→电流做功其他形式的能 如：内能 同理，安培力做功的过程，是电能转化为其他形式的能的过程，安培力做多少功就有多少电能转化为其他形式的能． 2．电能求解的思路主要有三种 (1)利用克服安培力做功求解：电磁感应中产生的电能等于克服安培力所做的功； (2)利用能量守恒求解：机械能的减少量等于产生的电能； (3)利用电路特征求解：通过电路中所产生的电能来计算． 例1 如图所示，MN 、PQ 为足够长的平行金属导轨，间距L ＝0.50 m ，导轨平面与水平面间夹角θ＝37°，N 、Q 间连接一个电阻R ＝5.0 Ω，匀强磁场垂直于导轨平面向上，磁感应强度B ＝1.0 T ．将一根质量为m ＝0.050 kg 的金属棒放在导轨的ab 位置，金属棒及导轨的电阻不计．现由静止释放金属棒，金属棒沿导轨向下运动过程中始终与导轨垂直，且与导轨接触良好．已知金属棒与导轨间的动摩擦因数μ＝0.50，当金属棒滑行至cd 处时，其速度大小开始保持不变，位置cd 与ab 之间的距离s ＝2.0 m ．已知g ＝10 m/s 2，sin 37°＝0.60，cos 37°＝0.80.求： (1)金属棒沿导轨开始下滑时的加速度大小； (2)金属棒到达cd 处的速度大小； (3)金属棒由位置ab 运动到cd 的过程中，电阻R 产生的热量． 解析 (1)设金属棒开始下滑时的加速度大小为a ，则 mg sin θ－μmg cos θ＝ma a ＝2.0 m/s 2 (2)设金属棒到达cd 位置时速度大小为v 、电流为I ，金属棒受力平衡，有mg sin θ＝BIL ＋ μmg cos θ I ＝BL v R 解得v ＝2.0 m/s (3)设金属棒从ab 运动到cd 的过程中，电阻R 上产生的热量为Q ，由能量守恒， 有mgs sin θ＝12 m v 2＋μmgs cos θ＋Q 解得Q ＝0.10 J 突破训练1 如图所示，相距为L 的两条足够长的平行金属导轨，与水平面的夹角为θ，导轨上固定有质量为m 、电阻为R 的两根相同的导体棒，导体棒MN 上方轨道粗糙、下方轨