麻省理工大电磁学45

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MIT课程设置

MIT课程设置

M I T课程设置(总10页)--本页仅作为文档封面,使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--美国MIT EECS系本科生课程设置简介清华大学郑君里于歆杰研究美国MIT(麻省理工学院)EECS(电气工程与计算机科学)系的课程安排,可以给我们一些启示,供我国同类系科教学改革参考。

国内已有一些文章对此给出介绍[1-3]。

但是由于该校课程门类很多,与国内教学计划的形式差别较大,往往不容易看清楚核心问题。

本文将MIT课程计划(2005—2006)列成一些表格,以突出要点,从而便于和我国情况进行比较。

首先,给出课程分类及学分,见表1。

表1课程类型划分、大致门数和学分MIT学分统计原则与我国情况不同。

每门课程要计入讲授、实验、复习自学(课外)三部分时间。

例如,电路与电子学为4+2+9=15学分(其中,每周讲课4学时,实验2学时,课后复习9学时),大致相当于我国的5~6学分(每周5~6学时,课内)。

因此,372学分对应我国约372/3=124学分(或稍多至。

我们关心电气工程与计算机科学本科的主要基础课程设置,下面着重讨论表1中的EECS必修课和限选课程两部分共10门课程的情况,略去其他内容的分析。

表2给出全系必修课。

表2 EECS全体必修课程对EECS系全体学生划分为3个学习(与研究)方向,见表3。

表3 3个方向及其与我国情况对比与此同时,将全部课程划分为7个工程领域,见表4,每个学习方向的学生按照各自方向规定之原则从7个领域中选取不同课程做组合。

表4 7个工程领域涉及的主要课程下面给出3个方向限选课程的指导原则,并举出可能构成的选课实例,见表5,这里的5门限选课加上表2的5门必修课以及表1中限选数学1门和限选实验1门共计12门课,大约在2—3年级学完。

将此处结果与我国各系2—3年级主修的10多门课程对照,即可看出二者的区别与共同之处。

表5 3个方向的选课原则(从7个领域的许多课程中选5门)课程设置特点及其与我国情况比较:(1)统一、坚实的系级平台核心课:表2中的课程是本学科基础知识的精华,全系学生必修。

电磁学的应用

电磁学的应用

电磁学的应用
电磁现象是自然界存在着的一种极为普遍的现象。

电磁学是研究电磁现象规律及物质电学、磁学性质的科学。

电磁学的知识和应用范围非常广泛,人们对物质结构的认识,对物质的弹性、导热性、导电性,以及摩擦生热、光的本质等等的研究,都是以电磁相互作用为基础。

在生产、生活、工程技术方面,由于电能、磁能容易获得又易于转换和使用,便于传输又有极高的效率,因此被广泛应用在动力、通讯、测量以及电工学、电化学、无线电学、自动控制学、遥感遥测学、电视学等理工科各个领域。

因此电磁学是物理学专业的一门十分重要的学科,相应地电磁学课程也成为物理类专业非常重要的基础理论课程。

物理类本科生开始招生以来,《电磁学》就一直作为物理类专业的专业必修课开设,为理学院物理系重点建设课程。

在本科教学计划中,《电磁学》课程被确立为物理类专业六门基础课程之一。

本课程选用高教出版社出版的面向21世纪教材,运用先进的理念和先进的教学方法,让学生最大限度地掌握电磁学的基本知识和电磁学的学习方法,有利于培养学生科学素养和科学思维方法,有利于培养探索精神和创新意识,有利于培养其科学道德观。

电磁学本着以学生为本的思想,为学生的自主学习和自我发展留有足够的空间;体现了教学内容整体优化的原则,融知识、能力、素质培养于一体。

授课采用简明扼要、由浅入深,难易结合,因材施教,分类指导的方法,满足各层次学生的不同需求。

麻省理工电磁学第十课演讲稿-Batteries.-.EMF.-.Energy.Conservation

麻省理工电磁学第十课演讲稿-Batteries.-.EMF.-.Energy.Conservation

And this happens at the expense of chemical energy.
Now, when the copper solution becomes very dilute, because all the copper has been plated onto the copper, and when this becomes concentrated zinc plus, then the battery stops, and now what you can do, you can run a current in the opposite direction, so you can run a current, now, in this direction, you can force a current to run with another external power supply, and now the chemical reactions will reverse, so now, copper will go back into the solution, so it will dissolve, and now the zinc will be precipitated onto the zinc, and so now, if you do this long enough, you can run the battery again the way it is here.
A boulder does not, all by itself, move up a hill.
And so something is needed to push it.

大地电磁学_chp3一维正演

大地电磁学_chp3一维正演

k为传播常数,亦称复波 数。 对磁场,类似地有 2H k 2,H 上 0式称为赫姆霍茨 方程,它们是谐变场下的电磁场波动方程。
3.1 电磁场基本方程式
• 边界条件
与一般偏微分方程的求解一样,解大地电磁场 的赫姆霍茨方程也需要给定它的边界条件,才 能得到空间的电磁场解。
1. 无穷远边界条件:无穷远处电磁场为0。
1
Ez
3.2 平面电磁波在均匀大地介质中传播
由于平面波垂直入射导均匀各向同性大地介质中,
其电磁场沿水平方向上是均匀的,即:
E E 0, H H 0
x y x y
代入电磁场旋度方程展开式中,有:
Ey z
iH x
H y z
1
Ex
Ex z
iH y
H x z
1
Ey
Hz 0
Ez 0
3.2 平面电磁波在均匀大地介质中传播
• 平面电磁波亦称TEM波(横电横磁波); E偏振 波又称TE波; H偏振波又称TM波。
• 在水平不均匀或各向异性介质中,极化波的分解 将受到介质电性主轴的限制,介质中电场和磁场 不是正交的。
3.2 平由H的波动方程
2H y z 2
k2Hy

3.1 电磁场基本方程式
• 大地电磁实际上是对地面电磁场的观测,来研究地 下岩石电阻率的分布情况。实际工作中磁场H的测 量单位用伽马,电场单位用毫伏/公里,长度单位 是公里,电阻率单位为欧姆米,构成了MT法特有 的实用单位制,它与国际单位制之间的关系为:
1伽马= 1 10 2安 / 米
4
1毫秒 / 公里=10 6 伏 / 米
E偏振(Ey Hx) H偏振(Hy Ex)
Ey z
iH x

电磁学的发展

电磁学的发展

古希腊人发现了琥珀、毛皮等摩擦可以生电,中国人很早就知道天然磁石会吸铁,带电物会吸小物体以及利用磁针导航,甚至对磁偏角有所记述1734年,法国人杜菲(发觉不管是用什么东西摩出来的,电只有两种。

他命名之为「玻璃电」与「树脂电」。

只有不同类的电,相互靠近时才会相吸或冒火花,同类的不但不冒火花,还会相斥。

1745年,穆森布洛克发明了「莱顿瓶」。

1752年,富兰克林在大雷雨中放风筝,把天上的电,收到莱顿瓶中。

从此证明了天上的电,与摩擦出来的电是一样的;进一步,他就发明了避雷针,. ..此外,他注意到了两种电有相互扺消的现象,所以他建议把「玻璃电」与「树脂电」改名为「正电」与「负电」(模拟于正数与负数之相互扺消)。

富兰克林的正负电命名,沿用至今,「电荷量」之测定,却要归功于法国人库伦他发现了用细长绳索吊挂一根细棍,细棍两端对称以维持水平。

两端若受水平方向之微力,则以的绳索之扭曲以平衡之。

这「扭称」可以做很精准的力的测量工具,在1785-91年间,他用这工具,反复测量,终于发现了库伦定律: 电荷与电荷之间,同性相斥,异性相吸。

其力之方向在两电荷间之联机上。

其大小与电荷间之距离之平方成反比,而与两电荷量之大小成正比。

四、从伏特电池、安培定律到电报、电话:1793年,伏特把一块锌板,一块铜板放到舌头上下,而用铜丝将两板连结,他发觉舌头会感到咸味,而铜丝中有电流现象但不久他发觉这与「动物电」无干,因为若不用舌头,而用一片浸过碱水的纸板夹在铜、锌之间,也可生电流。

而且,如果用多重的锌、纸、铜、锌、纸、铜、…,会得到更明显的电流(蛙腿抽动不止)。

──这就是最早的电池。

有了稳定的电源,电流的研究与应用才能展开。

电压单位伏特(volt) 就是因纪念他的功劳而命名的。

在伏特电池发明后没多久,就有人发现电流可以从溶液中通过。

1800年,英国William Nicholson (1753-1815) 与Anthony Carlisle (1768-1840),发现了电解现象,1820年,奥斯特在演讲时表演电流生热,发现一根导线中的电流,会使附近的磁针偏向垂直方向,也就是电流可以产生「磁力」;越大的电流,这种现象越明显,而且,这种现象,不受纸板间隔的影响。

电磁学简史

电磁学简史
❖ 1777 库仑(Charles Augustin de Coulomb) 发现库仑定 律,为电和磁的研究开辟了新方向。
❖ 1800 伏打(Alessandro Guiseppe Antonio Anastasio Volta)发明“伏打电池”,世界上第一个电池。电 压单位Volt以他的名字命名。
❖ 1690年 惠更斯在《光的性质》 中首次 给出光速的数值, 2.3 x 108 m/s。
❖ 1704年 牛顿的光学研究在他的《光学》 中达到顶峰。在该书中牛顿用 他自己的微粒理论来描述光。
❖ 1728 英国天文学3 法国物理学家杜费伊发现电荷有两种,同性互斥, 异性相吸。
❖ 1831 法拉第(Michael Faraday) 开始研究电磁学。后发 现电磁感应现象(磁产生电)
❖ 1833 高斯分别提出电静力学和电动力学定律的公式,其 中包括“高斯定律” (库仑定律的推广形式) 。所有 这些工作直到1867年才发表。
❖ 1834年 楞次发现楞次定律。
❖ 1845~1848年 基尔霍夫建立了稳恒电路的两条定律,称为基尔霍夫 第一定律和第二定律,为分支电路的运算奠定了基础。
❖ 第七章:正弦平面电磁波 (Maxwell方程组的一 个初步应用,电磁波的基本概念)
❖ 第八章:导行电磁波 (微波传输线基础,不讲, 在后续课程《微波技术与天线》中讲授)
❖ 第九章:电磁波辐射 (天线理论基础,不讲, 在后续课程《微波技术与天线》中讲授)
参考书(见教学光盘)
❖ B·S·Guru ,《电磁场与电磁波》中 译本,机械工业出版社。
❖ 第四章:静电场边值问题的解法 (如何从上面的 泊松方程和拉普拉斯方程出发解题。 本章的方法也可用于静磁场下的问题求解以及时 变电磁场下的问题求解)

麻省理工公开课:电和磁

麻省理工公开课:电和磁

麻省理工公开课:电和磁磁麻省理工公开课:电和磁本课程共36集翻译完欢迎学习课程介绍由麻省理工传奇人物Walter Lewin教授精心打造的物理课程——电和磁。

老教授风趣幽默,善於用直观的实验来演示复杂深刻的物理原理,使得课程具有启发性和趣味性。

本课出了基础的电磁学,还包括了许多有趣的相关主题:闪电、起博器、电击疗法、心电图、金属探测器、乐器、磁悬浮效应、高速火车、电动机、收音机、电视机等。

本课程还包括一个“自制一个电动机大赛”。

收藏课程列表课件打包下载名称视频下载[第1集] 是什么将世界连在一起[第2集] 电场和偶极子[第3集] 电通量和高斯定律[第4集] 静电势能和电势[第5集] 静电屏蔽[第6集] 高压击穿和闪电[第7集] 电容和场能[第8集] 电介质及极化[第9集] 电流、电阻率和欧姆定律[第10集] 电池和电动势[第11集] 磁场和洛伦兹力[第12集] 复习一(神秘陀螺)[第13集] B场中的运动电荷[第14集] 毕奥萨伐尔定律[第15集] 安培定律[第16集] 电磁感应[第17集] 动生电动势和发电机[第18集] 位移电流和同步电机[第19集] 心电图、极光、磁悬浮[第20集] 电感和RL电路[第21集] 材料磁性[第22集] 磁滞和麦克斯韦方程组[第23集] 复习二[第24集] 变压器、RC电路[第25集] LRC电路和谐振[第26集] 行波和驻波[第27集] 共振[第28集] 电磁波能量及坡印廷矢量[第29集] 斯涅尔定律、折射及全反射[第30集] 偏振和马吕斯定律[第31集] 彩虹[第32集] 复习三[第33集] 双缝干涉和干涉仪[第34集] 光栅和分辨率[第35集] 多普勒效应和宇宙大爆炸[第36集] 告别演出。

物理启蒙书籍排行榜

物理启蒙书籍排行榜

物理启蒙书籍排行榜物理启蒙书籍排行榜物理作为一门研究自然现象的学科,深受许多人的喜爱。

对于刚刚开始接触物理的读者而言,选择一本好的启蒙书籍是非常重要的。

下面将根据不同类别给大家推荐一些值得阅读的物理启蒙书籍。

一、力学类1.《麦克斯韦和汤姆逊的物理学》这本书是物理学家雅克・费尔纳的巨著,该书内容详尽、深入浅出,很适合初学者阅读。

主要涵盖了机械运动、万有引力、热力学等方面的知识。

2.《物理学原理》这是一本非常经典的物理启蒙书籍,被誉为力学的“圣经”。

作者保罗・A・提西蒙斯采用了非常清晰的语言表达了物理学中的各种原理和公式,深入浅出。

二、电磁学类1.《电磁学》这本书是麻省理工学院的教材之一,内容详尽且覆盖面很广,其中包括电场和磁场、电动力学、电磁波等等。

虽然有些内容较为深奥,但是作者给出了很多实际例子帮助读者更好地理解。

2.《电动力学》这是一本经典的物理学教材,由大名鼎鼎的物理学家David J. Griffiths 所著。

该书精心编排,从基本的电学概念开始讲解,非常适合初学者入门。

三、量子力学类1.《量子力学:概念与应用》这是一本非常全面且系统的量子力学教材,作者介绍了量子力学的基本概念和应用,包括波粒二象性、不确定性原理、量子纠缠等等。

该书是非常适合初学者学习量子力学的教材。

2.《现代量子力学导论》这是一本非常深入的量子力学教材,主要介绍了波动力学、对称性和规范对称性、系统的表象理论等等。

虽然难度较大,但对于对量子力学感兴趣的读者而言是非常有挑战性的。

总之,《物理学原理》、《电动力学》、《电磁学》、《量子力学:概念与应用》等书都是入门读物中的佳作,通过学习这些书籍,读者可以对物理学有一个初步的认识,在学习和实践中进一步深化对物理学的理解。

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ψn,k (r) = un,k (r)eikr
16
un,k (r) ≈ orbitals
Energy Band for 1-D Lattice
Single orbital, single atom basis
highest energy (most nodes)
lowest energy (fewest nodes)
• Envelope of wavefunction seems to work like wavefunction for a particle in a box • Wavefunctions local to a single well look like ground state wavefunction for a well in isolation • Same kind of effect occurs with atomic potentials instead of quantum well potentials
19
What do you expect to be a metal ? Na? Mg?
P?
What about semiconductors like silicon?
Fill the Bloch states according to Pauli Principle Z = 14 1s22s22p63s23p2 Total # atoms = N Total # electrons = 14N
H
or
C
1.395 Å
C H
Length of benzene carbon-carbon bonds is between C-C and C=C bond lengths
p orbitals
π-electron density
© Source unknown. All rights reserved. This content is excluded from our Creative Commons license. For more information, see /fairuse.
3
Tunneling Between Atoms in Solids
-e
energy of -e
+e
r
ψA
Again start with simple atomic state:
n=1
Bring N atoms together together forming a 1-d crystal (a periodic lattice)… -e
energy of -e
4
Lets Take a Look at Molecular Orbitals of Benzene
H H C C H C H C
1.08 Å
… the simplest conjugated alkene
Typical C-C bond length 1.54 Å Typical C=C bond length 1.33 Å
3s, 3p 2s, 2p 1s 2N electrons fill these states It appears that, like Na, Si will also have a half filled band: The 3s3p band has 4N orbital states and 4N electrons.
9
Consider a set of quantum wells
V (x)
10
Ground state solution
Ψ0 (x)
11
First excited state solution
Ψ1 (x)
12
Second excited state solution
Ψ2 (x)
13
Interpretation of the Wavefunction Shapes
Molecular Wavefunctions
+e Atomic ground state: (1s) 1s energy Molecular states: +e
ψeven ψA
r
e2 V (r ) = − 4π o r ψ (r) ∝ e−r/ao
n=1
+e
r
ψodd
+e
+e
r
1s energy Bonding state Antibonding state
Semiconductors
Outline - Crystals: Atomic Solids - Conductors and Insulators - Doped Semiconductors
1
How can two neutral objects bind together? H + H H2 -e Lets represent the atom in space by its Coulomb potential centered on the proton (+e): +e r energy of -e n=3 n=2 n=1 Continuum of free electron states
0 nodes ………………… N-1 nodes
Number of atoms = number of states
8
Single orbital, single atom basis
1-D Lattice of Atoms
Adding atoms… • reduces curvature of lowest energy state (incrementally) • increases number of states (nodes) • beyond ~10 atoms the bandwidth does not change with crystal size Decreasing distance between atoms (lattice constant) … • increases bandwidth
397
330
283 (nm)
Red: bigger molecules ! Blue: smaller molecules !
20000
7
25000 Luminescence Spectra
30000 ENERห้องสมุดไป่ตู้Y
35000
cm-1
From Molecules to Solids
2
0 nodes 1 node
5
Molecular Orbitals of Benzene
ELECTRON ENERGY Electron Energy
Energy distribution of Benzene π-molecular orbitals Carbon atoms are represented by dots Nodal planes are represented by lines
14
From Molecules to Solids
N-1 nodes N atoms N states
0 nodes
Closely spaced energy levels form a band of energies between the max and min energies
15
Approximate Wavefunction for 1-D Lattice
© Source unknown. All rights reserved. This content is excluded from our CreativeCommons license. For more information, see /fairuse.
Bonding Between Atoms
+e
e2 V (r ) = − 4π o r
Continuum of free electron states
Superposition of Coulomb potentials H2:
-e
+e
+e r
energy of -e
2
e2 e2 − V (r ) = − 4π o |r − r1 | 4π o |r − r2 |
antibonding MOs Energy energy of isolated p-orbital bonding MOs
6
from Loudon
… More Examples – Series of Polyacene Molecules
Molecule
Benzene Naphthaline Anthracene Tetracene Pentacene
N states N states
Bands of allowed energies for electrons
Bands Gap – range of energy where there are no allowed states
The total number of states = (number of atoms) x (number of orbitals in each atom)
• Number of states in band = number of atoms • Number of electrons to fill band = number of atoms x 2 (spin)
17
From Molecules to Solids
+e 2s energy 1s energy r n=2 n=1
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