導(dǎo)語：如何才能寫好一篇電磁學(xué)論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

一、電磁學(xué)教材的整體結(jié)構(gòu)

電磁運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)的一種基本運(yùn)動(dòng)形式．電磁學(xué)的研究范圍是電磁現(xiàn)象的規(guī)律及其應(yīng)用．其具體內(nèi)容包括靜電現(xiàn)象、電流現(xiàn)象、磁現(xiàn)象，電磁輻射和電磁場等．為了便于研究，把電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象分開處理，實(shí)際上，這兩種現(xiàn)象總是緊密聯(lián)系而不可分割的．透徹分析電磁學(xué)的基本概念、原理和規(guī)律以及它們的相互聯(lián)系，才能使孤立的、分散的教學(xué)變成系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化的教學(xué)．對此，應(yīng)從以下三個(gè)方面來認(rèn)真分析教材．

1．電磁學(xué)的兩種研究方式

整個(gè)電磁學(xué)的研究可分為以“場”和“路”兩個(gè)途徑進(jìn)行，這兩種方式均在高中教材里體現(xiàn)出來．只有明確它們各自的特征及相互聯(lián)系，才能有計(jì)劃、有目的地提高學(xué)生的思維品質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力．

場的方法是研究電磁學(xué)的一般方法．場是物質(zhì)，是物質(zhì)的相互作用的特殊方式．中學(xué)物理的電磁學(xué)部分完全可用場的概念統(tǒng)帥起來，靜電嘗恒定電嘗恒定磁嘗靜磁嘗似穩(wěn)電磁嘗迅變電磁場等，組成一個(gè)關(guān)于場的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括中學(xué)物理電學(xué)部分的各章內(nèi)容．

“路”是“場”的一種特殊情況．中學(xué)教材以“路”為線的大骨架可理順為：靜電路、直流電路、磁路、交流電路、振蕩電路等．

“場”和“路”之間存在著內(nèi)在的聯(lián)系．麥克斯韋方程是電磁場的普遍規(guī)律，是以“場”為基礎(chǔ)的．“場”是電磁運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì)，因此可以說“場”是實(shí)質(zhì)，“路”是方法．

2．物理知識規(guī)律物

理知識的規(guī)律體現(xiàn)為一系列物理基本概念、定律和原理的規(guī)律，以及它們的相互聯(lián)系．

物理定律是在對物理現(xiàn)象做了反復(fù)觀察和多次實(shí)驗(yàn)，掌握了充分可靠的事實(shí)之后，進(jìn)行分析和比較找出它們相互之間存在著的關(guān)系，并把這些關(guān)系用定律的形式表達(dá)出來．物理定律的形成，也是在物理概念的基礎(chǔ)上進(jìn)行的．但是，物理定律并不是絕對準(zhǔn)確的，在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上建立起來的物理定律總是具有近似性和局限性，因此其適用范圍有一定的局限性．

第二冊第一章“電潮重要的物理規(guī)律是庫侖定律．庫侖定律的實(shí)驗(yàn)是在空氣中做的，其結(jié)果跟在真空中相差很?。溥m用范圍只適用于點(diǎn)電荷，即帶電體的幾何線度比它們之間的距離小到可以忽略不計(jì)的情況．

“恒定電流”一章中重要的物理規(guī)律有歐姆定律、電阻定律和焦耳定律．歐姆定律是在金屬導(dǎo)電的基礎(chǔ)上總結(jié)出來的，對金屬導(dǎo)電、電解液導(dǎo)電適用，但對氣體導(dǎo)電是不適用的．歐姆定律的運(yùn)用有對應(yīng)關(guān)系．電阻是電路的物理性質(zhì)，適用于溫度不變時(shí)的金屬導(dǎo)體．

“磁場”這一章闡明了磁與電現(xiàn)象的統(tǒng)一性，用研究電場的方法進(jìn)行類比，可以較好地解決磁場和磁感應(yīng)強(qiáng)度的概念．

“電磁感應(yīng)”這一章，重要的物理規(guī)律是法拉第電磁感應(yīng)定律和楞次定律．在這部分知識中，能的轉(zhuǎn)化和守恒定律是將各知識點(diǎn)串起來的主線．本章以電流、磁場為基礎(chǔ)，它揭示了電與磁相互聯(lián)系和轉(zhuǎn)化的重要方面，是進(jìn)一步研究交流電、電磁振蕩和電磁波的基礎(chǔ)．電磁感應(yīng)的重點(diǎn)和核心是感應(yīng)電動(dòng)勢．運(yùn)用楞次定律不僅可判斷感應(yīng)電流的方向，更重要的是它揭示了能量是守恒的．

“電磁振蕩和電磁波”一章是在電場和磁場的基礎(chǔ)上結(jié)合電磁感應(yīng)的理論和實(shí)踐，進(jìn)一步提出電磁振蕩形成統(tǒng)一的電磁場，對場的認(rèn)識又上升了一步．麥克斯韋的電磁場理論總結(jié)了電磁場的規(guī)律，同時(shí)也把波動(dòng)理論從機(jī)械波推進(jìn)到電磁波而對物質(zhì)的波動(dòng)性的認(rèn)識提高了一步．

3．通過電磁場在各方面表現(xiàn)的物質(zhì)屬性，使學(xué)生建立“世界是物質(zhì)的”的觀點(diǎn)

電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象總是緊密聯(lián)系而不可分割的．大量實(shí)驗(yàn)證明在電荷的周圍存在電場，每個(gè)帶電粒子都被電場包圍著．電場的基本特性就是對位于場中的其它電荷有力的作用．運(yùn)動(dòng)電荷的周圍除了電場外還存在著另一種唱—磁場．磁體的周圍也存在著磁場．磁場也是一種客觀存在的物質(zhì)．磁場的基本特性就是對處于其中的電流有磁場力的作用．現(xiàn)在，科學(xué)實(shí)驗(yàn)和廣泛的生產(chǎn)實(shí)踐完全肯定了場的觀點(diǎn)，并證明電磁場可以脫離電荷和電流而獨(dú)立存在，電磁場是物質(zhì)的一種形態(tài)．

運(yùn)動(dòng)的電荷（電流）產(chǎn)生磁場，磁場對其它運(yùn)動(dòng)的電荷（電流）有磁場力的作用．所有磁現(xiàn)象都可以歸結(jié)為運(yùn)動(dòng)電荷（電流）之間是通過磁場而發(fā)生作用的．麥克斯韋用場的觀點(diǎn)分析了電磁現(xiàn)象，得出結(jié)論：任何變化的磁場能夠在周圍空間產(chǎn)生電場，任何變化的電場能夠在周圍空間產(chǎn)生磁場．按照這個(gè)理論，變化的電場和變化的磁場總是相互聯(lián)系的，形成一個(gè)不可分割的統(tǒng)一場，這就是電磁場．電磁場由近及遠(yuǎn)的傳播就形成電磁波．

從場的觀點(diǎn)來闡述路．電荷的定向運(yùn)動(dòng)形成電流．產(chǎn)生電流的條件有兩個(gè)：一是存在可自由移動(dòng)的電荷；二是存在電場．導(dǎo)體中電流的方向總是沿著電場的方向，從高電勢處指向低電勢處．導(dǎo)體中的電流是帶電粒子在電場中運(yùn)動(dòng)的特例，即導(dǎo)體中形成電流時(shí)，它的本身要形成電場又要提供自由電荷．當(dāng)導(dǎo)體中電勢差不存在時(shí)，電流也隨之而終止．

二、以“學(xué)科體系的系統(tǒng)性”貫穿始終，使知識學(xué)習(xí)與智能訓(xùn)練融合于一體

1．場的客觀存在及其物質(zhì)性是電學(xué)教學(xué)中一個(gè)極為重要的問題．第一章“電潮是學(xué)好電磁學(xué)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵．電場強(qiáng)度、電勢、磁嘗磁感應(yīng)強(qiáng)度是反映電、磁場是物質(zhì)的實(shí)質(zhì)性概念．電場線，磁感線是形象地描述場分布的一種手段．要進(jìn)行比較，找出兩種力線的共性和區(qū)別以加強(qiáng)對場的理解．

2．電磁場的重要特性是對在其中的電荷、運(yùn)動(dòng)的電荷、電流有力的作用．在教學(xué)中要使學(xué)生認(rèn)識場和受場作用這兩類問題的聯(lián)系與區(qū)別，比如，場不是力，電勢不是能等．場中不同位置場的強(qiáng)弱不同，可用受場力者受場力的大?。ǚ较颍└涮卣魑锢砹康谋戎祦砻枋鰣龅膹?qiáng)弱程度．在電場中用電場力做功，說明場具有能量．通常說“電荷的電勢能”是指電荷與電場共同具有的電勢能，離開了電場就談不上電荷的電勢能了．

3．認(rèn)真做好演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生實(shí)驗(yàn)，使“潮抽象的概念形象化，通過演示實(shí)驗(yàn)是非常重要的措施．把各種實(shí)驗(yàn)做好，不僅使學(xué)生易于接受知識和掌握知識，也是基本技能的培養(yǎng)和訓(xùn)練．安排學(xué)生自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，加強(qiáng)對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析，引導(dǎo)學(xué)生從實(shí)驗(yàn)觀察和現(xiàn)象分析中來發(fā)展思維能力．從物理學(xué)的特點(diǎn)與對中學(xué)物理教學(xué)提出的要求來看，應(yīng)著力培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立實(shí)驗(yàn)?zāi)芰妥詫W(xué)能力，使知識的傳授和能力的培養(yǎng)統(tǒng)一在使學(xué)生真正掌握科學(xué)知識體系上．

篇2

例如：在LC振蕩電路中，電容器放電完畢時(shí)，電路中的電流最大，自感電動(dòng)勢為零．學(xué)生難以理解．

錯(cuò)誤認(rèn)識一：電容器放電完畢時(shí)，由I＝q/t可知，q＝0，I也應(yīng)等于零．

錯(cuò)誤認(rèn)識二：電容器放電完畢時(shí)，q=0，電容器兩極間的電壓U＝0，由I＝U/R可知電流I應(yīng)等于零．

錯(cuò)誤認(rèn)識三：既然電容器放電完畢時(shí)，電流強(qiáng)度I最大，由I＝＝ε/R可知，自感電動(dòng)勢ε=IR也應(yīng)最大．

篇3

最新的會(huì)計(jì)畢業(yè)論文致謝詞范文新鮮出爐啦!大家趕緊上來瞧瞧吧!

本論文是在我的導(dǎo)師XXX教授的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無華、平易近人的人格魅力深深地感染和激勵(lì)著我。從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，X老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持，在此謹(jǐn)向X老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。

感謝XX學(xué)院的老師對我的教育培養(yǎng)。他們細(xì)心指導(dǎo)我的學(xué)習(xí)，在此，我要向諸位老師深深地鞠上一躬。感謝給我提供參考文獻(xiàn)的學(xué)者們，謝謝他們給我提供了大量的文獻(xiàn)，使我在寫論文的過程中有了參考的依據(jù)。

感謝我的爸爸媽媽，感謝寫作論文他們?yōu)槲宜冻龅囊磺小ｐB(yǎng)育之恩，無以回報(bào)，你們永遠(yuǎn)健康快樂是我最大的心愿。

篇4

關(guān)鍵詞： 麥克斯韋方程組 電磁場 散度 旋度 電磁波

麥克斯韋方程組是電磁學(xué)中的基本物理公式，是整個(gè)電磁學(xué)大廈的基石。這在電磁學(xué)、電動(dòng)力學(xué)等大學(xué)物理基礎(chǔ)課程里都有深入的講解，但還有不少同學(xué)對麥克斯韋方程組的理解不夠深刻，不能熟練利用其解決電磁學(xué)問題。筆者結(jié)合多年教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和科研工作的體會(huì)，從教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)方法及應(yīng)用等方面給出了麥克斯韋方程組研究性教學(xué)的體會(huì)。

一、了解麥克斯韋方程組誕生的背景

麥克斯韋方程組是英國物理學(xué)家麥克斯韋總結(jié)電磁場基本規(guī)律的一組方程，是19世紀(jì)物理學(xué)領(lǐng)域最矚目的科學(xué)成果之一，雖然歷史賦予麥克斯韋完成這一科學(xué)歷史使命，但從整個(gè)科學(xué)界的發(fā)展環(huán)境來看，麥克斯韋方程組的誕生也具有歷史發(fā)展的必然性。庫侖定律、畢奧―薩伐爾定律、安培定律、歐姆定律及法拉第電磁感應(yīng)定律的相繼建立，并表明電磁學(xué)各個(gè)局部的規(guī)律已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，同時(shí)意味著建立普遍的電磁理論，對各種電磁現(xiàn)象提供統(tǒng)一解釋的條件已經(jīng)成熟。此外，在關(guān)于電磁作用的機(jī)制和本質(zhì)解釋上，超距說和近距說有過激烈的斗爭和交鋒，但最終以麥克斯韋和法拉第為代表的近距說，能更好地解釋實(shí)驗(yàn)事實(shí)，并最終導(dǎo)致了近距作用的電磁理論――麥克斯韋電磁場理論的誕生，而麥克斯韋方程組就是麥克斯韋理論中的重要部分。1864年12月8日，麥克斯韋在英國皇家學(xué)會(huì)宣讀了關(guān)于電磁場理論的總結(jié)性論文《電磁學(xué)動(dòng)力學(xué)理論》，并于1865年在英國《皇家學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)》上發(fā)表。在該論文的第三部分“電磁場的普遍方程組”中，第一次提出了麥克斯韋方程組，這是該論文的核心和主要成果。

二、掌握麥克斯韋方程組在不同情況下的形式

麥克斯韋方程組是指下列的一組方程組：

（1）真空情況下

上面第一組方程反映了電荷電流激發(fā)電磁場及電磁場內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，上面第二組方程表示的是，不存在自由電荷和電流，電磁場的相互激發(fā)，通常稱作無源麥?zhǔn)戏匠探M。

（2）介質(zhì)中的麥克斯韋方程組

很明顯可以證明，真空中麥克斯韋方程只是介質(zhì)中麥克斯韋方程的特殊形式。

（3）麥克斯韋方程的積分形式

以介質(zhì)中麥克斯韋方程為例：

（4）介質(zhì)表面的麥克斯韋方程――邊值關(guān)系：

三、關(guān)于麥克斯韋方程組的最初推演過程

麥克斯韋在《電磁學(xué)動(dòng)力學(xué)理論》中建立的電磁場普遍方程組，是用直角坐標(biāo)分量形式給出的，共20個(gè)標(biāo)量方程，其中包括20個(gè)變量（標(biāo)量），它與教科書中的麥克斯韋方程很接近，只是它是以標(biāo)量形式表示的，并且給出了8組方程，但這個(gè)方程顯得很繁雜，寫成矢量形式更簡潔，即下面8個(gè)方程：

可以指出，（2）式是磁場高斯定理，（1）和（3）是安培環(huán)路定理，（4）是電磁感應(yīng)定律，（7）式是電場中的高斯定理，（5）、（6）=μ分別描述介質(zhì)極化、導(dǎo)電、磁化性質(zhì)，（8）是電荷守恒規(guī)律。經(jīng)過公式的綜合和推理，進(jìn)一步簡化即可得麥克斯韋方程現(xiàn)在的形式。

此外，根據(jù)能量原理和近距原理，根據(jù)庫侖定律和洛倫茲變換、根據(jù)變分原理也可以從不同角度建立麥克斯韋方程式，大家可以參閱相關(guān)參考書。

三、關(guān)于麥克斯韋方程組的理解

麥克斯韋方程由四個(gè)方程組成，每個(gè)方程的物理意義都很明確，其不包括電流連續(xù)性方程，是因?yàn)樵摲匠炭梢杂煞匠讨械牧硗鈨蓚€(gè)方程導(dǎo)出。根據(jù)亥姆霍茲定理，矢量場的旋度和散度都表示矢量場的源，所以麥克斯韋方程表明了電磁場和它們的源之間的全部關(guān)系，即除了真實(shí)電流外，變化的電場（位移電流）也是磁場的源;除電荷外，變化的磁場也是電場的源。麥克斯韋方程組是宏觀電磁現(xiàn)象的總規(guī)律，靜電場和恒定磁場的基本方程都是麥克斯韋方程的特例。電磁理論的研究對象通常包括兩個(gè)物質(zhì)場，即電磁場和帶電電流場，兩者之間存在相互作用，麥克斯韋方程組就是電磁場的演化（運(yùn)動(dòng)）方程組，通過求解麥克斯韋方程組的微分方程，可以得到許多解都表示以光速傳播的波動(dòng)方程，稱為電磁波，這也表明光是一種電磁波，進(jìn)而把光學(xué)和電磁學(xué)統(tǒng)一起來，正是麥克斯韋最早最敏銳地發(fā)現(xiàn)了這一點(diǎn)。麥克斯韋方程組不僅揭示了電磁場的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，更揭示了電磁場可以獨(dú)立于電荷之外而存在，這樣就加深了我們對電磁場物質(zhì)性的認(rèn)識。

四、麥克斯韋方程組教學(xué)過程中要注意的一些問題

在麥克斯韋方程和介質(zhì)方程的教學(xué)中，還有一些值得注意的問題，容易引起困惑和誤解，需要進(jìn)一步地分析、說明和解釋。

1.建立麥克斯韋方程組，提供了一個(gè)很好機(jī)會(huì)，系統(tǒng)回顧比較靜電場、渦旋電場、恒定磁場，變化電場產(chǎn)生的磁場的性質(zhì)和特質(zhì)，認(rèn)清異同，有助于理解方程中各量的含義與適用范圍。更重要的是，由于電磁場的內(nèi)在聯(lián)系，使各方程整合成麥克斯韋方程組，不僅描繪了電磁場的性質(zhì)，更成了電磁場運(yùn)動(dòng)變化所遵循的規(guī)律，實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。

2.介質(zhì)方程的建立，提供了全面考察電磁場與實(shí)物相互作用的機(jī)會(huì)，可以詳盡討論電荷的劃分、電流的劃分，準(zhǔn)確闡述感應(yīng)、極化、磁化及線性介質(zhì)的含義，使學(xué)生得到比較全面的認(rèn)識。

3.電位移與磁場強(qiáng)度的理解，知道它們的引入是為了消除麥克斯韋方程中未知或無法測量的極化電荷、磁化電流或極化電流。如果自由電荷和傳導(dǎo)電流中也包括未知的部分，就涉及場源的分解方式是否唯一，以及不同分解方式下怎樣重建麥克斯韋方程的問題。

五、麥克斯韋方程的建立過程帶給我們的啟迪

以麥克斯韋方程為標(biāo)志的電磁場理論，形式簡潔，內(nèi)容廣泛，影響深遠(yuǎn)，物理思想極其深刻。作為重要的教學(xué)內(nèi)容，適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行物理思想和研究方法的教育是必要的。從麥克斯韋方程的建立過程，我們可以得到以下啟示：

1.尋求聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，揭示本質(zhì)，建立統(tǒng)一理論。無論牛頓對天與地的統(tǒng)一，麥克斯韋理論對電、磁、光的統(tǒng)一，以及以后的愛因斯坦狹義相對論將電磁學(xué)與力學(xué)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一，都標(biāo)志物理學(xué)發(fā)展的歷史，就是在不斷地尋求共性，尋求統(tǒng)一的過程。

2.善用類比方法。麥克斯韋通過電磁場與流速場的類比研究，并引入了電力線的概念，引入了流體力學(xué)里的通量與環(huán)流，從而打開了局面，澄清了思想，取得了有效進(jìn)展。

3.淵博的學(xué)識、深刻的洞察力和嚴(yán)謹(jǐn)精確的表達(dá)。淵博的學(xué)識、深刻的洞察力和嚴(yán)謹(jǐn)精確的表達(dá)是一位優(yōu)秀偉大的物理學(xué)家所要具備的素質(zhì)，而麥克斯韋正是這些優(yōu)秀素質(zhì)的綜合體現(xiàn)者。能夠發(fā)現(xiàn)電磁學(xué)局部理論之間的聯(lián)系，需要知識和洞察力，而麥克斯韋方程式的嚴(yán)謹(jǐn)和精確是物理學(xué)趨于成熟的重要標(biāo)志，也是麥克斯韋對物理規(guī)律的深刻理解和數(shù)學(xué)能力的重要體現(xiàn)。

4.和諧意境。自然界是一個(gè)相互關(guān)聯(lián)、相互制約的和諧整體，描述自然界基本規(guī)律的物理理論，也應(yīng)該是和諧的。麥克斯韋方程就體現(xiàn)處一種對稱美、和諧美、簡潔美，也是自然界和諧意境的重要體現(xiàn)。

六、麥克斯韋電磁場理論的歷史意義

麥克斯韋電磁場理論是一個(gè)完整的理論體系，不僅對電磁學(xué)領(lǐng)域已有的研究成果作了很好的總結(jié)，而且為進(jìn)一步的研究提供了理論基礎(chǔ)，從而迎來了電磁學(xué)全面蓬勃發(fā)展的新時(shí)期。麥克斯韋電磁場理論的建立開辟了許多新的研究課題和方向，如通訊、廣播、電視事業(yè)的發(fā)展，材料電磁性質(zhì)的研究等，對技術(shù)進(jìn)步和文化生活繁榮起了重要作用。

光的電磁理論是麥克斯韋電磁場理論的重大成果，實(shí)現(xiàn)了光學(xué)與電磁學(xué)的統(tǒng)一。麥克斯韋電磁場理論的歷史意義還在于引起了物理實(shí)在觀念的深刻變革，電磁場是一種不同于實(shí)物粒子的客觀存在，對人類的世界觀和物質(zhì)觀加深了認(rèn)識，同時(shí)印證了電磁作用的近距觀點(diǎn)，電磁作用變化遵循麥克斯韋方程，非接觸的電磁物體之間，以電磁場傳遞電磁作用，傳遞是需要時(shí)間的，即是近距的。

當(dāng)然，麥克斯韋的電磁場觀念還不夠徹底，它沒有擺脫以太觀點(diǎn)的影響，在一定程度上還有機(jī)械論的色彩，同時(shí)，麥克斯韋方程、伽利略變換、相對性原理三者不能共存，直接導(dǎo)致了狹義相對論的誕生。

總之，麥克斯韋方程組的教學(xué)是大學(xué)物理、電磁學(xué)、電動(dòng)力學(xué)等學(xué)科教學(xué)中的重要部分，本文對麥克斯韋方程組的誕生、形式、教學(xué)注意事項(xiàng)、理解、物理意義及歷史意義分別進(jìn)行了探討，希望能給教育一線的同行有所啟示。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳秉乾，舒幼生，胡望雨.電磁學(xué)專題研究[M].北京：高等教育出版社，2003.

[2]謝處方，饒克瑾.電磁場與電磁波[M].北京：高等教育出版社，2004.

篇5

關(guān)鍵詞：空間；時(shí)間；質(zhì)量；能量；科學(xué)技術(shù)

物理學(xué)是一門既古老又年輕的自然科學(xué)，它對現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展起著重要的作用。物理學(xué)和其他自然科學(xué)一樣，是研究自然界中物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的客觀規(guī)律的科學(xué)。細(xì)分起來物理學(xué)大致經(jīng)過了四個(gè)發(fā)展階段。

1 物理學(xué)的發(fā)展過程

1.1 宏觀低速階段

研究宏觀低速的理論是牛頓力學(xué)，研究對象為宏觀低速運(yùn)動(dòng)的物體。例如：汽車、火車的運(yùn)動(dòng)，地球衛(wèi)星的發(fā)射。在牛頓力學(xué)中，牛頓認(rèn)為：質(zhì)量、時(shí)間、空間都是絕對的。也就是說，對于時(shí)間來講不存在延長和收縮的問題，即時(shí)間是在一秒鐘，一秒鐘地或一個(gè)小時(shí)，一個(gè)小時(shí)地均勻流失。對于空間和質(zhì)量來講也不存在著變大或變小的問題。牛頓力學(xué)的三大定律，就是在這樣的基礎(chǔ)上建立的。

1.2 宏觀高速階段

研究宏觀高速的理論是愛因斯坦的相對論力學(xué)，愛因斯坦在1905年發(fā)表了論文相對論力學(xué)。愛因斯坦認(rèn)為空間、質(zhì)量、時(shí)間都是相對的。并且找出了動(dòng)質(zhì)量和靜質(zhì)量之間的關(guān)系：其中m0為靜質(zhì)量；m為動(dòng)質(zhì)量。

1.3 微觀低速階段

其理論是薛定諤，海森堡兩個(gè)創(chuàng)立的量子力學(xué)。研究對象為分子、原子、電子、粒子等肉眼所看不見的物質(zhì)。

1.4 微觀高速階段

理論是量子場論，研究對象為宇宙射線，放射性元素。例如“鐳”。量子場論就是粒子通過相互作用而被產(chǎn)生，湮滅或相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律。例如：通過對天外射線射向地球宇宙射線的研究發(fā)現(xiàn)“反粒子”，即電子的反粒子正電子。負(fù)電子與正電子相互作用湮沒——轉(zhuǎn)化為二個(gè)γ光子，例如“閃電”。

2 物理學(xué)與工程技術(shù)的關(guān)系

物理學(xué)與工程技術(shù)有著密切的關(guān)系，他們之間是相互促進(jìn)共同發(fā)展的。我們平時(shí)常說科學(xué)技術(shù)，實(shí)際上科學(xué)和技術(shù)是兩個(gè)不同的概念?？茖W(xué)解決理論問題，而技術(shù)解決實(shí)際問題?？茖W(xué)是發(fā)現(xiàn)自然界當(dāng)中確實(shí)存在的事實(shí)，并且建立理論，把這些理論和現(xiàn)象聯(lián)系起來。科學(xué)主要是探索未知，而技術(shù)是把科學(xué)取得的成果和理論應(yīng)用于實(shí)際當(dāng)中，從而解決實(shí)際問題。所以技術(shù)是在理論相對比較成熟的領(lǐng)域里邊工作?？茖W(xué)與工程技術(shù)相互促進(jìn)的模式主要有以下兩種。

2.1 技術(shù)——物理——技術(shù)

例如：蒸汽機(jī)的發(fā)明和蒸汽機(jī)在工業(yè)當(dāng)中的應(yīng)用形成了第一次工業(yè)革命——熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理——蒸汽機(jī)效率的提高，內(nèi)燃機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)明。這一次主要是這樣：由于蒸汽機(jī)的發(fā)明，在當(dāng)初工業(yè)應(yīng)用上，出現(xiàn)了很多應(yīng)用技術(shù)的問題。例如蒸汽機(jī)發(fā)明的初期熱效率很低，大概不到5%。這樣，就對物理提出了很尖銳的問題。那就是熱機(jī)的效率最高能達(dá)到多少？熱機(jī)的效率有沒有上限？上限是多少？再一個(gè)就是通過什么樣的方式來提高熱機(jī)的效率？由于這些問題就促進(jìn)了物理學(xué)的發(fā)展，正是在這些問題解決的過程當(dāng)中，逐漸形成和建立了熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理。而熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)物理很好地回答了提高熱機(jī)效率的途徑，以及提高熱機(jī)效率的限度等等這些理論上的問題。

2.2 物理——技術(shù)——物理

例如：

①電磁學(xué)——發(fā)電機(jī)，電力電器，無線電通信技術(shù)——電磁學(xué)；電磁學(xué)從庫侖定律的發(fā)現(xiàn)，以及法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律，直到1865年麥克斯韋建立電磁學(xué)基本理論，這些都是科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室里邊逐漸形成的，這都是理論建立的過程，而這些理論應(yīng)用于實(shí)際就發(fā)明了電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)等其它電器以及無線電通信技術(shù)，而這些實(shí)用技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展又給電磁學(xué)提出來了許多需要解決的實(shí)際問題。正是這些問題的逐步解決，使得電磁學(xué)更加的完善和在理論上進(jìn)一步得到了提高。

②量子力學(xué)，半導(dǎo)體物理——晶體管超級大規(guī)模集成電路技術(shù)，電子計(jì)算機(jī)技術(shù)，激光技術(shù)——量子力學(xué)，激光物理；量子力學(xué)是20世紀(jì)初期為了解決物理上的一些疑難問題而建立起來的一種理論，這種理論應(yīng)用于解決晶體的問題就形成了半導(dǎo)體技術(shù)，而半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展就發(fā)明了大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路，而超大規(guī)模集成電路的發(fā)明是產(chǎn)生電子計(jì)算機(jī)的主要物質(zhì)基礎(chǔ)，而正是由于電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展又向量子力學(xué)提出了一些其他更加深刻需要解決的問題，而這些問題的解決就促進(jìn)了量子力學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展和完善。

③狹義相對論，質(zhì)能關(guān)系E=mc2， E=mc2——原子彈及核能的利用——核物理，粒子物理，高能物理；狹義相對論是20世紀(jì)初期愛因斯坦建立的一種理論，他是為了解決電磁學(xué)等其他物理學(xué)科上的一些經(jīng)典物理當(dāng)中理論上的一些不協(xié)調(diào)和不自恰這樣一種矛盾而提出的一種理論，這種理論當(dāng)中有一個(gè)很重要的理論結(jié)果，那就是質(zhì)能關(guān)系E=mc2，E=mc2。而這種質(zhì)能關(guān)系被我們稱為打開核能寶庫的鑰匙，這一理論結(jié)果的應(yīng)用直接導(dǎo)致了或者指導(dǎo)了核能的應(yīng)用，而對于核能的進(jìn)一步應(yīng)用又提出了許多新的問題，而這些新問題的進(jìn)一步解決使得理論更加完善而得到進(jìn)一步提高，從而形成像核物理，粒子物理，以及高能物理等等，那么實(shí)際技術(shù)上問題的解決又進(jìn)一步促進(jìn)了物理學(xué)的發(fā)展。

3 結(jié)語

應(yīng)該說物理和技術(shù)有著密切的聯(lián)系，物理原理及理論的初創(chuàng)式開發(fā)和應(yīng)用都形成了當(dāng)時(shí)的高新技術(shù)，物理學(xué)仍然是當(dāng)代高新技術(shù)的主要源泉。所有新技術(shù)的產(chǎn)生都在物理學(xué)中經(jīng)歷了長期醞釀。例如：1909年盧瑟福的粒子散射實(shí)驗(yàn)——40年后的核能利用；1917年愛因斯坦的受激發(fā)射理論——1960年第一臺(tái)激光器的誕生等，整個(gè)信息技術(shù)的產(chǎn)生、發(fā)展，其硬件部分都是以物理學(xué)為基礎(chǔ)的。

參考文獻(xiàn)：

[1]張啟仁.經(jīng)典場論 [M] .北京 ：科學(xué)出版社 ，2003.

[2]井孝功.量子力學(xué) [M] .哈爾濱 ：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2004.

[3]關(guān)洪.空間：從相對論到 M理論的歷史[M].北京 ：清華大學(xué)出版社 ，2004.

篇6

關(guān)鍵詞：裂隙 含水層井址 選擇方法 經(jīng)濟(jì)分析

1 前言

在西非的許多地區(qū)，地下水非常貧乏，為尋找地下水就必須依靠地質(zhì)單元，因地下水的儲(chǔ)存和流動(dòng)均限制在非滲漏巖床上的狹小裂隙里。該區(qū)域的鉆井成功率很低，枯井占很大的百分比。因此，利用了映象（衛(wèi)星航拍）和地球物理學(xué)方法確定鉆井位置，提高了鉆井成功率。但是不知道能否降低鉆井成本。在這篇論文里，我們對幾種鉆井位置選擇方法進(jìn)行了對比和經(jīng)濟(jì)效益分析。

2 區(qū)域概況和工作方法

在加納的ATEBUBU行政區(qū)每年的降雨量接近140cm，70%的降雨來自長達(dá)5個(gè)月的雨季（ATEBUBU農(nóng)業(yè)局1996）。旱季期間，地表水從聚集地到使用地通常要搬運(yùn)幾千米。由于污染家庭用的地表水是疾病的主要來源。地下水的應(yīng)用能夠改善社區(qū)的健康狀況，用水更加方便。開采地下裂隙水是唯一的途徑。但是這些地區(qū)被一層腐泥土覆蓋著，而且腐泥土由數(shù)米厚的肥沃風(fēng)化物質(zhì)組成。腐泥土覆蓋著古新世年代的長石砂巖和砂巖，除了斷層區(qū)外它的滲透性很差。通過稀少的露出地面的巖層里，我們觀測到很少破裂面超出5度頂角的裂隙。而且，表面裂隙沒有儲(chǔ)水條件，在眾多區(qū)域里，兩位置鉆到同樣的深度要小于40m（一般的距離小于70m）。 一口井的出水量也不過10升/分多，就認(rèn)為是豐水井了。造成這種情況的原因之一是巖體完整，二是干旱的結(jié)果。但是在肥沃的泥土風(fēng)化層厚度通常是在2m到5m之間。在破裂帶上，深厚的風(fēng)化帶深度可達(dá)到20m左右，對井位的確定難度較大。

利用1973年收集的黑白立體航空照片，和1993年收集的人造衛(wèi)星定位及跟蹤映象，聯(lián)合分析可以看出。線性黑暗地貌是灌木茂盛的綠色植被與淺薄的線性地形在映象上被識別。這些面部輪廓被看成一個(gè)可能存在巖床裂隙帶的暗示，有孔性和滲透性比周圍的區(qū)域要更大。茂密的植被可能是出自于一個(gè)深厚的風(fēng)化層，使得地下水的存儲(chǔ)的形成量要比鄰近的完整區(qū)域更大一些（SANDER等人，1997）。從地貌上看是水匯集排泄的區(qū)域。

觀測地貌、植被和地表水不用映象或地球物理學(xué)也能知道地形起伏。但觀察的低洼地形不足1m。傳統(tǒng)上利用植被喜水性作為找水指示，包括daniella(daniella olivieri) 、 kapok (ceiba pentandra)，和 babao (adansonia digitata )等地方，盡管我們認(rèn)為這些種類被看作是有利的指示，沒有辦法用數(shù)量來評價(jià)這一假設(shè)。大多數(shù)的棕櫚樹認(rèn)為是不重要，因?yàn)樗麄兘?jīng)常是被種植供養(yǎng)以達(dá)到農(nóng)藝目的。在旱季期間不能干涸的表面水或者淺的人工鑿井是有利的指示。在旱季干涸的表面水或者淺的人工鑿井重要性不大，因?yàn)樗麄兺ǔＪ堑退俊?再者深顏色的泥土覆蓋層，也不可能得到深水的指示。反而白蟻垛被顯示成與之關(guān)聯(lián)的潮濕土壤或深厚的風(fēng)化層(gustafsson 1993)因此被認(rèn)為是有利的指示。 甚至在注意這些表面特征、回顧這些照片和 SPOT人造衛(wèi)星定位及跟蹤映象后，也只能在100m的直徑區(qū)域內(nèi)來鑒別眾多嫌疑破裂帶。

破裂帶常與厚的風(fēng)化層有關(guān)系，并在深處增強(qiáng)水的容量。頻率疇電磁的方法 (hazel et al .1992;boeckh 1992)用作更精確識別破裂帶特定范圍，因?yàn)樗陔娞匦岳?，隨著風(fēng)化厚度和濕度的增加而敏感度較好。對于大多數(shù)地點(diǎn)，淺層電的傳導(dǎo)性(標(biāo)準(zhǔn)以20m水平距和垂直距)比深層電的傳導(dǎo)性大(標(biāo)準(zhǔn)以 20m的范圍)。 這是因?yàn)樵跀?shù)m厚的覆蓋層中的濕土壤比在干而少縫隙的地方電導(dǎo)率要好。電導(dǎo)率隨深度而增加的區(qū)域是在具有較深風(fēng)化層的洼地，深處電性測量對潮濕的覆蓋層靈敏而對基石不靈敏，而且常受到飽和斷裂區(qū)的風(fēng)化層的厚度的影響，這個(gè)儀表的研究深度對這種情況是足夠的。電導(dǎo)測量是在沿橫切面每10m或20m在垂直和水平方向進(jìn)行，斷裂帶由航空圖片和SPOT印象來識別的。 

最后位置的選擇基于人造衛(wèi)星定位和跟蹤映象、航空攝影、地球物理學(xué)、植被和地形學(xué)聯(lián)合考慮。實(shí)際上，地球物理學(xué)在決定什莫地方為最后的位置中起著主要的作用最強(qiáng)大的角色（一般以10m長為一個(gè)地球物理學(xué)的橫斷面）。在對于風(fēng)化層厚度超過5倍裂隙帶，這里用來解釋電磁學(xué)的方法不太有效。因?yàn)榻忉尫椒ǖ目臻g分辨率將不能充分識別破碎帶的位置。這種方法對地下水面的深度不是特別敏感，因?yàn)榇私忉尫椒ㄊ菍ふ覍Φ叵滤嬉陨系牧严钝E象認(rèn)為是有效的，即使地下水面的深度比電磁學(xué)研究的深度還要深。裂隙被浸透是很重要的，這是因?yàn)槠扑闄M斷排水區(qū)域的選擇是很重要的。只要肥沃的泥土風(fēng)化層在裂隙帶里形成，這種方法將也適用于廣泛的巖床巖石學(xué)而工作。當(dāng)完整區(qū)域上面風(fēng)化層厚度比電磁學(xué)調(diào)查研究深度大時(shí)這種方法將不能啟用。

圖2 TINTARI區(qū)實(shí)例。在TINTARI電磁外形的頻率疇和鉆孔位置。傳導(dǎo)性隨深度增加的范圍用黑色陰影表示，成直線的外部輪廊與地球物理學(xué)連線都是用細(xì)點(diǎn)線表示的。

在tintari的工程位置選擇是一個(gè)典型例子。社區(qū)以西1km處季節(jié)性的排水區(qū)域有幾條水道分支，那些水道分支在人造衛(wèi)星定位和跟及航空攝影都是可見的。航空攝影能精細(xì)的刻畫出面部輪廓形成在低壓表面附近，并測量出穿過排水區(qū)域的偏移量。形態(tài)學(xué)的偏移量不能呈現(xiàn)出一致的溪流彎曲，但是能更多的提示出結(jié)合處的十字交叉點(diǎn)。精確的偏移量是很難在地面上被識別，因?yàn)橹脖槐容^茂盛。兩個(gè)電磁橫斷面（距離40m）近似的與溪流平行被測出，且穿過并垂直于面部輪廓。用三個(gè)導(dǎo)電極能增加深度（圖2中細(xì)線和黑色陰影區(qū)）面部輪廓。并能定位相似通過路線偏移量的地貌特征。如一個(gè)3m高的白蟻土墩被定位在這些特征的附近。在電導(dǎo)隨深度而增加附近鉆出的一口井，通過空壓機(jī)抽水達(dá)9升/分，離開此井20m以外電導(dǎo)隨深度的增加而降低。為了檢驗(yàn)電導(dǎo)隨深度增加而降低的依據(jù)，在鉆孔外開鑿了三對附加的鉆孔井。對于每一對鉆孔地點(diǎn)，一個(gè)鉆孔地點(diǎn)是傳導(dǎo)性增加深度保持不變，另一個(gè)鉆孔地點(diǎn)40m的距離，測得此區(qū)域?qū)щ娦噪S深度減少而減?。▓D3）。導(dǎo)電性隨深度增加而降低或是保持不變的鉆孔地點(diǎn)是有水井（相對豐水井），導(dǎo)電性隨深度減小的鉆孔是枯水井，不能用于抽吸井。這些成對的干濕井地點(diǎn)在有利區(qū)域開鑿是通過映象識別的。無論如何，因?yàn)槭窃阢@井地點(diǎn)的附近（小于40m），映象和表面特征不能辨別哪個(gè)地點(diǎn)可能是豐水的。在鑿井之前，為了鑒別在每一對鉆孔中哪一個(gè)有可能是有水井，這就要求電磁測量具有較高的鑒別能力。

圖3電磁測量實(shí)例。兩個(gè)位置在三個(gè)社區(qū)的鉆孔，傳導(dǎo)性增加或者隨深度增加保持不變（陰影區(qū)域），傳導(dǎo)性隨深度增加而減少。

3 社會(huì)效益

安裝一臺(tái)水泵用空壓機(jī)抽水在10分鐘內(nèi)出水量為9-10升/分。這樣的鉆孔位置被認(rèn)為是成功的。盡管這是很拙劣的測試井出水量的一種方法，在干涸的井內(nèi)是不能實(shí)現(xiàn)的。但是用這種測試方法所取得的鉆井成功率的也是不準(zhǔn)確的，但對每一種選井方法提出了一個(gè)成功率的范圍。成功率范圍是通過假定各級別的附加孔被開鑿計(jì)算而來的。要計(jì)算低成功率范圍這個(gè)預(yù)設(shè)井址被假定成干孔。要計(jì)算高成功率范圍，預(yù)設(shè)井址被假定為成功的。這兩個(gè)數(shù)值定義為兩種可能的成功率，如果另一個(gè)井址被開鑿而且提出了成功率范圍的不確定量，由這兩個(gè)數(shù)值可以計(jì)算出來。成功率不確定性的數(shù)值量的大小是鑿井?dāng)?shù)量的函數(shù)，而與開井位置的選擇方法無關(guān)。

Atebubu區(qū)域成功率呈現(xiàn)在圖4中。僅用表面觀察沒有映象或者地球物理學(xué)的方法，鉆孔位置的選擇，有著很低的成功率，一般在22%到33%。利用航空攝影和人造衛(wèi)星定位及跟蹤映象進(jìn)行選擇的位置加上位置選擇程序（17 地點(diǎn)），成功率稍有改進(jìn)，在33%到38%。有時(shí)侯，最有利的水文位置在2km的社區(qū)（鄉(xiāng)鎮(zhèn)）內(nèi)不能選擇，原因是社會(huì)問題。選擇在社區(qū)中600m的范圍之內(nèi)的水文位置是不十分有利的，這是政府對社區(qū)到井址最大的距離要求。用空中攝影和（或）人造衛(wèi)星定位及跟蹤映象與地球物理學(xué)在位置選擇方面，重要的是井位置要放在社區(qū)的附近，即使位置比在社區(qū)2km內(nèi)的其他位置不是很有利（9個(gè)位置），成功率在30%到40%。 利用空中攝影和（或）人造衛(wèi)星定位及跟蹤映象和地球物理學(xué)選擇位置，最好的位置在社區(qū)2km內(nèi)被選擇（11個(gè)位置），成功率急劇增長達(dá)到58%到66%。

當(dāng)映象單獨(dú)的應(yīng)用到選擇位置的時(shí)候，成功率增加幅度小。盡管映象具有幾米的空間分辨率，稠密的植被僅僅使它在映象上確定外形，在地面100m直徑的區(qū)域內(nèi)。在地面上識別的范圍比裂隙帶寬度（可能僅有20m）更大，映象單獨(dú)應(yīng)用不能在成功率方面帶來更大的增長，原因是裂隙帶的大小與能被映象鑒別的相關(guān)連區(qū)域之間有差異。在具有清楚特征植被稀疏的區(qū)域，這個(gè)局限性的影響并不重要。電磁測量的應(yīng)用帶來的巨大利益 來自于沿橫斷面精確到近10m的范圍內(nèi)定位。如果沒有映象的應(yīng)用，電磁學(xué)選擇位置成功率很低，因?yàn)樵竭^電磁學(xué)橫斷面測量范圍，將很難識別有利的特征。當(dāng)映象和電磁學(xué)被應(yīng)用到選擇政府規(guī)定的從井到社區(qū)600m距離內(nèi)的最好位置時(shí)候，成功率增加是微小的，因?yàn)樵谏鐓^(qū)600m范圍內(nèi)經(jīng)常沒有一個(gè)有利的定位。在社區(qū)附近鉆孔或者更遠(yuǎn)一些但有利的水文位置附近鉆孔這兩者之間應(yīng)作出權(quán)衡考慮。

4 經(jīng)濟(jì)效益 

由于用更先進(jìn)的井址選擇方法而降低了鉆井成本，但因?yàn)槭褂眠@種先進(jìn)方法而增加的成本這兩者相互抵消。使用先進(jìn)方法是否具有經(jīng)濟(jì)效益要通過對用與不用兩者的價(jià)格比來做出判定，當(dāng)這個(gè)比率小于1的時(shí)候，利用這種高級方法是沒有經(jīng)濟(jì)效益的。當(dāng)先進(jìn)的選井方法被選用時(shí)，比1大的比率就是一個(gè)多重井工程成本降低的倍數(shù)（因子）。鉆一口井的成本包括在尋找成功井位置之前鉆干孔的費(fèi)用。因此，鉆一口成功井的成本是鉆一個(gè)井的成本除以選井方法應(yīng)用到選擇成功井的區(qū)域的成功率費(fèi)用比率，用下面的等式算出：價(jià)格比=（鉆一口井的費(fèi)用/沒用映象和物理學(xué)的成功率）/［（鉆一口井的費(fèi)用/用映象 和物理學(xué)的成功率）+映象和地球物理學(xué)的附加費(fèi)用］ 

例如，1997年鉆井在加納World Vision附近完成，每口井的費(fèi)用是2000到4000美元。 加納全體職員能利用航空攝影和地球物理學(xué)選擇井址，每口井比沒有應(yīng)用攝影和地球物理學(xué)時(shí)多花費(fèi)了250到450美元，這些費(fèi)用包括攝影費(fèi)用和地球物理學(xué)器材設(shè)備的折舊。加納的全體職員利用航空攝影選擇井址每井址花費(fèi)比航空攝影未利用時(shí)多100到150美元。

費(fèi)用比率范圍是通過選擇來確定最高的和最低的比率。預(yù)先給定的費(fèi)用范圍和成功率范圍所計(jì)算出的利用電磁學(xué)和航空攝影費(fèi)用比率范圍是2.9到1.6。 這意味著，當(dāng)這些方法被應(yīng)用的時(shí)候，在類似地質(zhì)和經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域里的巨大鉆井計(jì)劃的成本被大大的降低。 當(dāng)考慮井的位置定位在距社區(qū)600m的范圍里，社會(huì)需求時(shí)利用電磁學(xué)和航空攝影的費(fèi)用比率減少到0.9-1.8之間。一般的利用航空攝影選擇井址的費(fèi)用比率在1.7-1.0之間。由于鉆孔費(fèi)用和成功率范圍，大范圍的費(fèi)用比率出現(xiàn)了。因?yàn)楹茈y接近井址，也招致了很高的鉆井費(fèi)用，這些費(fèi)用比率也偏高。如果鉆孔設(shè)備容易接近井址，反而費(fèi)用比率偏低。

篇7

人物篇――興趣使然躬耕物理

1994年7月畢業(yè)于南京大學(xué)物理系；1999年在中科院物理所獲博士學(xué)位；1999年9月至2001年7月在清華大學(xué)高等研究中心完成博士后研究工作；2001年起在北京師范大學(xué)任教。

這就是寇謖鵬的求學(xué)、治學(xué)之路：水到渠成、充實(shí)而不平庸。早在青少年時(shí)期，寇謖鵬就對物理產(chǎn)生了濃厚的興趣，對科研發(fā)自心底的熱愛。當(dāng)時(shí)，物理學(xué)在國內(nèi)很有影響力，全國到處都在宣傳像李政道、楊振寧這些獲得諾貝爾獎(jiǎng)的華裔物理學(xué)家，國內(nèi)很多優(yōu)秀學(xué)生在大學(xué)階段都選擇了攻讀物理，寇謖鵬也是其中之一。但是，他的選擇卻并非跟風(fēng)的盲目之舉，而是基于發(fā)自心底的對物理學(xué)科的熱愛，他說，　“只有真正的興趣使然，才會(huì)深入的、耐得住寂寞的鉆研學(xué)問”。

也正是由于興趣使然，寇謖鵬學(xué)習(xí)刻苦、成績優(yōu)異，在中國科學(xué)院物理研究所攻讀博士學(xué)位期間，他被評為中國科學(xué)院研究生院優(yōu)秀研究生，曾獲得中國科學(xué)院院長獎(jiǎng)學(xué)金優(yōu)秀獎(jiǎng)。

1999年，寇謖鵬進(jìn)入清華大學(xué)高等研究中心做博士后研究工作，那里有世界一流大學(xué)的研究模式和條件，有寬松自由的學(xué)術(shù)環(huán)境，在那里，寇謖鵬結(jié)識了當(dāng)今華人物理界的眾多精英，采訪中他就反復(fù)提及翁征宇、文小剛等人的名字，稱贊他們在物理研究中的杰出成就。和眾多大師級的人物近距離的接觸，也增加了他們之間合作的機(jī)會(huì)。2004年，寇謖鵬作為北京師范大學(xué)物理學(xué)科學(xué)術(shù)帶頭人的培養(yǎng)對象，在“杰出青年學(xué)者數(shù)學(xué)物理研修項(xiàng)目”資助下被派往美國麻省理工學(xué)院研修，合作導(dǎo)師就是文小剛教授。

刻苦求索，玉汝于成。多年來，寇謖鵬始終瞄準(zhǔn)理論物理的前沿尖端方向做研究，他的研究領(lǐng)域涉及強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子系統(tǒng)、高溫超導(dǎo)理論、介觀物理、量子場論、拓?fù)湫蚝屯負(fù)淞孔佑?jì)算等。至今，他已在強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子系統(tǒng)、高溫超導(dǎo)體機(jī)制、拓?fù)淞孔討B(tài)等研究領(lǐng)域中取得了若干創(chuàng)造性的成果，在國際國內(nèi)重要期刊60余篇，其中美國物理評論快報(bào)（PRL）3篇、美國物理評論（PR）27篇、歐洲物理快報(bào)（EPL）3篇。目前主持國家自然科學(xué)基金一項(xiàng)，科技部973項(xiàng)目量子調(diào)控子項(xiàng)目兩項(xiàng)，主持博士點(diǎn)基金（博導(dǎo)類）一項(xiàng)，國內(nèi)、國際學(xué)術(shù)會(huì)議邀請報(bào)告近二十余次。并擔(dān)任美國物理評論快報(bào)、美國物理評論、中國科學(xué)、中國物理、理論物理通訊、物理學(xué)報(bào)、物理學(xué)前沿等國際、國內(nèi)雜志審稿人。

科研篇――瞄準(zhǔn)前沿發(fā)展尖端

一心做學(xué)問、專注自己有興趣的領(lǐng)域，也使寇謖鵬得到了同行的認(rèn)可，入選教育部“新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計(jì)劃”并獲得第十三屆茅以升北京青年科技獎(jiǎng)。以下是他的代表性成果：

在拓?fù)湫虻姆诸惣巴負(fù)淞孔酉嘧冄芯恐?，發(fā)現(xiàn)了一類二維Z2拓?fù)鋽?shù)，可以利用這種新的拓?fù)鋽?shù)對拓?fù)湫颉⑼負(fù)涑瑢?dǎo)進(jìn)行分類，另外，還發(fā)現(xiàn)Z2拓?fù)湫蚩梢杂蒑utuaI-Chern-Simons場論描述，包括拓?fù)浜啿?、手征邊緣態(tài)等。獲得完整的有效理論可以使得我們很方便的描述拓?fù)湫虻牡湍芪锢硇袨椤＿€利用分?jǐn)?shù)量子霍爾態(tài)中的hierarchy　theory提出了Mutual　Chern-Simons　Landau-Ginzburg方法，得到了一類拓?fù)湫蛄孔酉嘧兊钠者m性原理。還運(yùn)用對偶方法得到了基于自旋模型的Z2拓?fù)湫虻牧孔酉嘧兊囊恍﹪?yán)格結(jié)果，通過引入了閉弦算符描述該相變，發(fā)現(xiàn)這類量子相變開弦和閉弦的對偶關(guān)系。

在拓?fù)淞孔佑?jì)算中，提出了一種新的拓?fù)淞孔佑?jì)算方案，通過控制拓?fù)湫蚧鶓B(tài)的量子隧道效應(yīng)進(jìn)行拓?fù)淞孔佑?jì)算，解決了如何控制拓?fù)湫蚧鶓B(tài)的難題。為此系統(tǒng)化的研究了拓?fù)湫虻牧孔铀淼佬?yīng)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出更適合進(jìn)行拓?fù)淞孔佑?jì)算的表面碼的拓?fù)淞孔佑?jì)算方案，該工作被多個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)雜志多次選錄。

在相互作用電子系統(tǒng)中的新奇量子態(tài)領(lǐng)域，系統(tǒng)化的研究了一類關(guān)聯(lián)費(fèi)米系統(tǒng)：Nodal絕緣體。這是在六角格子或丌-磁通格子中的相互作用電子系統(tǒng)。發(fā)現(xiàn)在金屬絕緣體轉(zhuǎn)變附近可能存在一種新的物態(tài)：nodal自旋液體，一種具有自旋旋轉(zhuǎn)對稱性、又有空間平移對稱性的非磁絕緣體。發(fā)現(xiàn)其中的拓?fù)湓ぐl(fā)是無質(zhì)量的費(fèi)米激發(fā)，存在電荷自旋分離現(xiàn)象。相關(guān)工作作為“Review　article”被邀請寫入Nova　science　Publishers的新書“Insulators：Types，Properties　and　Uses”。另外，基于關(guān)聯(lián)拓?fù)浣^緣體，從理論上預(yù)言了可能存在的三種新奇量子態(tài)：手征自旋液體、拓?fù)渥孕芏炔?、?fù)合自旋液體。其中，復(fù)合自旋液體態(tài)不同于已知的所有自旋液體，其元激發(fā)為電子和skyrmion拓?fù)浼ぐl(fā)的復(fù)合體，沒有自旋電荷分離。

在高溫超導(dǎo)體的拓?fù)淅碚擃I(lǐng)域，從高溫超導(dǎo)體的微觀模型出發(fā)，得到了一個(gè)有效場論模型。利用隨機(jī)重整化群技術(shù)研究了高溫超導(dǎo)體絕緣體一超導(dǎo)轉(zhuǎn)變的物理機(jī)制，發(fā)現(xiàn)該轉(zhuǎn)變的物理本質(zhì)是一個(gè)量子臨界點(diǎn)，在該量子臨界點(diǎn)發(fā)生對偶禁閉退禁閉轉(zhuǎn)變。并在此基礎(chǔ)上解釋了高溫超導(dǎo)體中條紋相不穩(wěn)定性的起源。另外，從低能有效場論出發(fā)，預(yù)言在贗能隙區(qū)，在外加電磁場的情況下，高溫超導(dǎo)體存在守恒的無耗散自旋流。

樹人篇――用心育人凝練隊(duì)伍

人才培養(yǎng)方面，寇謖鵬每年講授本科生基礎(chǔ)課“電磁學(xué)”將前沿知識融入教學(xué)中，取得了很好的教學(xué)效果，同時(shí)指導(dǎo)了十多個(gè)本科畢業(yè)論文和兩個(gè)本科生校級科研基金項(xiàng)目。另外參與教學(xué)改革：主持校級精品課“電磁學(xué)”，還參與北京市精品課“固體物理”和北師大“電磁學(xué)網(wǎng)絡(luò)課程”的建設(shè)。因此，他于2006年獲得北京師范大學(xué)勵(lì)耘獎(jiǎng)優(yōu)秀青年教師獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，2007年獲得北京市教育創(chuàng)新標(biāo)兵。

大學(xué)教育是高層次的教育，寇謖鵬講課不僅重視系統(tǒng)性、清晰性和層次性，更重要的是在教學(xué)中獨(dú)具匠心，采用“滲透現(xiàn)代物理前沿”的教學(xué)模式，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。滲透現(xiàn)代前沿的教學(xué)模式關(guān)鍵在于采取理論學(xué)習(xí)和科研相結(jié)合的方式，使學(xué)生進(jìn)行“有目的”的學(xué)習(xí)。面對一年級的本科生他大膽介紹物理專業(yè)國內(nèi)外發(fā)展的最新動(dòng)態(tài)，讓學(xué)生不僅了解物理的過去、現(xiàn)在而且可以暢想未來。通過生動(dòng)的多媒體課件直觀地介紹，充分發(fā)揮老師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主動(dòng)性。他認(rèn)為物理教學(xué)應(yīng)開闊而非僵化學(xué)生的思維?，F(xiàn)代物理的思想與方法滲透于日常教學(xué)中，讓學(xué)生盡可能多地接觸學(xué)科前沿，開闊學(xué)生視野，激發(fā)學(xué)生興趣，并啟發(fā)他們學(xué)會(huì)如何“發(fā)現(xiàn)”物理問題，分析問題，討論解決問題，有利于激發(fā)創(chuàng)造性。

篇8

歐姆定律是指，在同一電路中，通過某段導(dǎo)體的電流跟這段導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟這段導(dǎo)體的電阻成反比。該定律是由德國物理學(xué)家歐姆在1826年4月發(fā)表的《金屬導(dǎo)電定律的測定》論文提出的。

隨研究電路工作的進(jìn)展，人們逐漸認(rèn)識到歐姆定律的重要性，歐姆本人的聲譽(yù)也大大提高。為了紀(jì)念歐姆對電磁學(xué)的貢獻(xiàn)，物理學(xué)界將電阻的單位命名為歐姆。

麥克斯韋詮釋歐姆定律為，處于某狀態(tài)的導(dǎo)電體，其電動(dòng)勢與產(chǎn)生的電流成正比。因此，電動(dòng)勢與電流的比例，即電阻，不會(huì)隨著電流而改變。在這里，電動(dòng)勢就是導(dǎo)電體兩端的電壓。因?yàn)槲镔|(zhì)的電阻率通常相依于溫度。根據(jù)焦耳定律，導(dǎo)電體的焦耳加熱與電流有關(guān)，當(dāng)傳導(dǎo)電流于電體時(shí)，導(dǎo)電體的溫度會(huì)改變。電阻對于溫度的相依性，使得在典型實(shí)驗(yàn)里，電阻相依于電流，從而很不容易直接核對這形式的歐姆定律。

（來源：文章屋網(wǎng) ）

篇9

關(guān)鍵詞: 時(shí)域數(shù)值方法， 混合算法

引　言

Maxwell方程組的提出對于電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，乃至人類科學(xué)歷史進(jìn)程都有重要的推動(dòng)作用，在該方程組簡單的形式下隱藏著仔細(xì)研究才能顯現(xiàn)的深?yuàn)W內(nèi)容。解析法、近似法與被譽(yù)為“第三種科學(xué)方法”的數(shù)值方法共同構(gòu)成求解Maxwell方程組的主要手段。傳統(tǒng)電磁場數(shù)值方法中占據(jù)著主導(dǎo)地位的一直是頻域方法。隨著應(yīng)用電磁學(xué)領(lǐng)域研究的深入，點(diǎn)頻和窄頻帶方法經(jīng)常不能滿足需要，實(shí)踐的需求推動(dòng)了時(shí)域數(shù)值方法的發(fā)展。借助于近年計(jì)算機(jī)硬件水平的迅猛提高，人們逐步具有了直接在時(shí)域?qū)哂袑掝l帶特性的瞬變電磁場計(jì)算分析的能力，從而可能實(shí)現(xiàn)對電磁場更直觀、更深刻的理解。時(shí)域數(shù)值方法能夠給出豐富的時(shí)域信息，并且可以根據(jù)需要截取計(jì)算時(shí)間，而且經(jīng)過簡單的時(shí)頻變換，即可得到寬帶范圍內(nèi)的頻域信息，相對頻域方法顯著地節(jié)約了計(jì)算量。同時(shí)，多數(shù)時(shí)域數(shù)值法還具有理論簡單、操作容易、適用廣泛等優(yōu)點(diǎn)，因而成為研究熱點(diǎn)，在理論研究取得長足進(jìn)步的同時(shí)，應(yīng)用范圍也不斷拓展。

本文首先對具有代表性的電磁場時(shí)域數(shù)值方法的原理、特點(diǎn)加以介紹和評述;然后總結(jié)了該類方法的混合技術(shù)，重點(diǎn)是若干信號處理技術(shù)在其中的應(yīng)用;最后，指出了時(shí)域數(shù)值法的發(fā)展方向和可能涉及的關(guān)鍵技術(shù)。1　主要時(shí)域數(shù)值方法簡評隨著各具特色和優(yōu)勢的新穎方法層出不窮，電磁場時(shí)域數(shù)值技術(shù)迎來其蓬勃發(fā)展的時(shí)期，成為計(jì)算電磁學(xué)的重要生長點(diǎn)，下面簡要介紹具有代表性的各種方法。

1. 1　時(shí)域有限差分法( FDTD method)

1966年提出的FDTD法[ 1 ]是最受關(guān)注、發(fā)展最為迅速和應(yīng)用范圍最廣的一種典型全波分析時(shí)域方法。經(jīng)典的FDTD法的迭代公式是在包括時(shí)間在內(nèi)的四維空間變量中，對Maxwell旋度方程對應(yīng)的微分方程進(jìn)行二階中心差分近似所得到的。該方法的基本支撐技術(shù)包括數(shù)值穩(wěn)定性條件(即空間步長與時(shí)間步長的關(guān)系) 、吸收邊界條件、激勵(lì)源設(shè)置、連接邊界應(yīng)用、近遠(yuǎn)場變換、色散/各向異性媒質(zhì)模擬、數(shù)值誤差分析、細(xì)線薄片等結(jié)構(gòu)的共形技術(shù)以及非正交坐標(biāo)系下的網(wǎng)格劃分等。Mur和色散吸收邊界實(shí)現(xiàn)簡單，但誤差較大，具有優(yōu)越吸收特性的完全匹配層技術(shù)( PML )很好地解決了吸收邊界條件的問題;近遠(yuǎn)場變換技術(shù)則令FDTD獲得了求解遠(yuǎn)區(qū)場的能力。

FDTD法已在散射、輻射、傳輸、集總參數(shù)電路元件模擬、生物電磁學(xué)等多方面得到廣泛應(yīng)用[ 2 ] 。目前的主要發(fā)展方向是提高計(jì)算精度，增加模擬復(fù)雜媒質(zhì)和結(jié)構(gòu)的能力(特別是對不同媒質(zhì)分界面處的模擬) ，減少對計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)空間等硬件水平的需求，解決電大尺寸的計(jì)算，以及拓展應(yīng)用范圍等。

近年來，有多種FDTD法的變形出現(xiàn)，此處僅舉出較具特色的幾種。

①特定角度優(yōu)化的時(shí)域有限差分法(AO-FDTD) [ 3 ] :針對在FDTD方法的應(yīng)用中，畢業(yè)論文 經(jīng)常遇到只關(guān)心某個(gè)(些)角度附近波傳播的時(shí)空分布的情況，通過對Maxwell旋度方程引入“自由參量”作系數(shù)，可以根據(jù)需要在所關(guān)心的角度附近獲得理想的相速值，提高計(jì)算結(jié)果的精度。

②交替方向隱式時(shí)域有限差分法(AD I-FDTD) [ 4， 5 ] :核心是利用偏微分方程數(shù)值解法中求解多維空間問題的交替方向隱式算法，令FDTD法擺脫時(shí)間穩(wěn)定性條件(Courant-Friedrich-Levy condi-tion簡稱C-F-L條件)的限制，從而明顯地節(jié)省計(jì)算時(shí)間。但隨著時(shí)間步長的增加，數(shù)值色散效應(yīng)增強(qiáng)，計(jì)算精度降低。另外，由于在同一個(gè)時(shí)間步的每個(gè)場量要迭代并存儲(chǔ)兩次， 占用內(nèi)存較多， 故而與FDTD法結(jié)合應(yīng)用效果較好，即可以在精細(xì)結(jié)構(gòu)處采用AD I-FDTD，其它空間部用傳統(tǒng)的FDTD法。

③部分場量降維存儲(chǔ)的R2FDTD 法[ 6 ] : 傳統(tǒng)FDTD法的差分方程沒有利用Maxwell方程組中兩個(gè)散度公式，而R2FDTD法充分利用所有的旋度和散度公式得到差分方程。對于三維問題中的一個(gè)電場分量和一個(gè)磁場分量可分別用二維數(shù)組替代，從而在理論上可以節(jié)省約1 /3內(nèi)存，而計(jì)算時(shí)間和傳統(tǒng)FDTD法相當(dāng)。對于存在激勵(lì)源和(或)良性導(dǎo)體的區(qū)域，由于電磁場散度公式的值不等于零，對應(yīng)的差分方程需特殊處理，較為復(fù)雜，因而這種方法適合解決問題空間內(nèi)部激勵(lì)源較為規(guī)則，導(dǎo)體所占空間較小的情況。當(dāng)然也可以將R - FDTD 法與FDTD法分別用于計(jì)算無源區(qū)和有源區(qū)，再利用子域連接法將不同空間區(qū)域連接起來?？紤]到AD I-FDTD法占用內(nèi)存較大，可以用R2FDTD法對其進(jìn)行改造，從而收到節(jié)省隱式算法所需內(nèi)存的效果[ 7 ] 。

④時(shí)域有限體積法( FVTD) [ 8 ] : 是Maxwell方程積分形式的一種差分代替微分的離散表達(dá)，也可以作為FDTD法的一種共形技術(shù)。這種方法適于解決問題空間包括不規(guī)則網(wǎng)格單元的問題，與FDTD法相比，在大體一致的網(wǎng)格分布情況下，計(jì)算量有所增加。目前，尚沒有對此方法穩(wěn)定性的系統(tǒng)分析理論，但一般認(rèn)為其穩(wěn)定性主要取決于體積單元的幾何形狀，較FDTD法苛刻，另一個(gè)缺點(diǎn)是建立數(shù)學(xué)模型較為困難。

⑤高階(High order)時(shí)域有限差分法[ 9 ] :通過對Maxwell旋度方程進(jìn)行高階差分近似，可以用傳統(tǒng)FDTD法中較為粗糙的網(wǎng)格對空間進(jìn)行劃分，同時(shí)又能保持比較令人滿意的數(shù)值色散特性，達(dá)到有效節(jié)約計(jì)算資源的目的，有一定的計(jì)算電大尺寸目標(biāo)的潛力。

⑥基于多項(xiàng)式展開的隱式FDTD法[ 10 ] :采用拉蓋爾(Laguerre)多項(xiàng)式為基函數(shù)展開Maxwell方程中場量對時(shí)間的偏導(dǎo)數(shù)，再利用Galerkin方法和基函數(shù)的正交性獲得隱式的迭代方程。與AD I2FDTD法相比，兩者均突破了C2F2L條件的限制，該方法獨(dú)具的優(yōu)越之處在于可以很好地控制數(shù)值色散，但其適用范圍還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

1. 2　傳輸線矩陣法( TLM method)

TLM法的理論基礎(chǔ)是Huygens原理和早期的網(wǎng)絡(luò)仿真技術(shù)，通過用開放的傳輸線(雙線)構(gòu)成正交的網(wǎng)格體，并運(yùn)用空間電磁場方程與傳輸線網(wǎng)絡(luò)中電壓和電流之間關(guān)系的相似性確定網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)。眾多學(xué)者在變尺寸網(wǎng)格、簡化節(jié)點(diǎn)、誤差糾正技術(shù)方面對TLM法進(jìn)行了改進(jìn)，還將該方程擴(kuò)展到了各向異性媒質(zhì)[ 11， 12 ] 。

1. 3　時(shí)域積分方程法( TD IE method)

TD IE法基于問題的Green函數(shù)和邊界條件可以建立時(shí)域積分方程[ 13， 14 ] ，然后把空間變量的積分區(qū)域和時(shí)間變量都離散化，把積分方程化為線性方程組，從已知初始值開始計(jì)算，按時(shí)間步進(jìn)的方式遞推，逐步求出各時(shí)間取樣點(diǎn)的響應(yīng)值。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是不需人為設(shè)置邊界條件。但是，隨著FDTD法在瞬態(tài)電磁場領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用， 人們對TD IE法的關(guān)注程度明顯降低，這可能由于其計(jì)算的復(fù)雜性以及電場積分方程在時(shí)間遞推計(jì)算的后期不易保持穩(wěn)定。

1. 4　時(shí)域有限元法( FETD method)

FETD法的理論原型是頻域的有限元法。最初應(yīng)用點(diǎn)匹配法，只能求解Maxwell旋度方程中的一個(gè)，可能造成較大的誤差。后來發(fā)展為能夠同時(shí)求解兩個(gè)旋度方程，并且采用合適的差分方式提高了運(yùn)算結(jié)果的精度。方法的穩(wěn)定性取決于在場量更新過程中涉及到的矩陣運(yùn)算。D R Lynch等考慮將運(yùn)算中涉及的稀疏矩陣進(jìn)行變形[ 15 ] ，令遠(yuǎn)離對角線的元素為零，達(dá)到減少計(jì)算量的目的。K S Komisarek等對FETD法的吸收邊界條件進(jìn)行了富有成效的研究[ 16 ] 。YWang等利用一般信號的載波頻率遠(yuǎn)高于所傳輸信號頻率的特點(diǎn)，由場量包絡(luò)對應(yīng)的Maxwell方程導(dǎo)出的差分方程提取有用信息時(shí)，可令時(shí)間步長值一定程度得到擴(kuò)大，從而減少計(jì)算時(shí)間[ 17 ] 。

1. 5　多分辨率時(shí)域技術(shù)(M RTD method)

雖然MRTD 法的理論基礎(chǔ)是頻域的矩量法[ 18， 19 ]和信號處理中的小波變換，但這種方法仍然將計(jì)算空間分成與FDTD法一樣的單元網(wǎng)格。碩士論文在權(quán)衡所需計(jì)算精度和計(jì)算資源條件后，將時(shí)變場量利用尺度變換和小波變換展開構(gòu)成差分迭代方程。此方法的優(yōu)點(diǎn)之一是在進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣的過程中，理論上只需在平均每個(gè)波長的距離上取兩個(gè)采樣點(diǎn)，而FDTD法的每波長距離一般需要10個(gè)以上的采樣點(diǎn)，較傳統(tǒng)的FDTD法節(jié)省存儲(chǔ)空間，減少計(jì)算量，因而有處理電大尺寸空間的潛力;同時(shí)，該方法具有較好的線性色散特性。目前，這種方法的主要缺點(diǎn)是吸收邊界設(shè)置復(fù)雜，同時(shí)C2F2L條件比FDTD法要苛刻，可以說是“以時(shí)間換取空間”。

1. 6　時(shí)域偽譜方法( PSTD method)

PSTD[ 20 ]法借助Fourier變換及Fourier反變換將空間微分用空域積分變換和譜域積分反變換來表示。該方法的優(yōu)點(diǎn)包括:因?yàn)榉e分函數(shù)是全域函數(shù)，不存在差商代替微商的誤差問題，所以理論上具有無限階精度;在譜域采樣遵循Nyquist采樣定理，一個(gè)波長僅需設(shè)置兩個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)即可(與MRTD 法相同) ;采用快速Fourier變換( FFT)技術(shù)，提高了算法的效率; FDTD法在求解各向異性媒質(zhì)問題時(shí)，由于電磁參數(shù)的非對角性質(zhì)要用到場的插值技術(shù)[ 21 ] ，會(huì)降低解的準(zhǔn)確性，而PSTD法不采用交錯(cuò)網(wǎng)格，所有場量都位于同一點(diǎn)上，因此避免了引入插值，即使在不連續(xù)性媒質(zhì)的界面上，切向場對界面法向的導(dǎo)數(shù)仍保持連續(xù)性; 該方法也適用于色散媒質(zhì)[ 22 ] 。PSTD法還有兩個(gè)沒徹底解決的問題:一是“點(diǎn)源效應(yīng)”的Gibbs現(xiàn)象，這是由于在做FFT的過程中，點(diǎn)源的三角函數(shù)基展開表述不正確造成的，可以通過設(shè)置空間平滑的體積源一定程度地克服;二是空間的不連續(xù)性造成全域函數(shù)不連續(xù)，致使均勻空間的FFT不便使用，例如在自由空間和金屬導(dǎo)體的交界面處，會(huì)出現(xiàn)較大的運(yùn)算誤差。最近出現(xiàn)的multi-domain技術(shù)對解決上述問題有一定幫助。

1. 7　其它時(shí)域數(shù)值方法

時(shí)域數(shù)值方法遠(yuǎn)不止上述幾種，并且新的方法仍然不斷涌現(xiàn)。求解時(shí)域積分方程的時(shí)間步進(jìn)法(MOT， Marching-on-in-time)僅需要簡單的迭代運(yùn)算，但計(jì)算后期易出現(xiàn)不穩(wěn)定。采用FDTD法類似的差分手段，直接對波動(dòng)方程或Maxwell方程中的一個(gè)旋度方程進(jìn)行差分，可以獲得差分迭代公式，但是計(jì)算復(fù)雜，故而計(jì)算速度遜于FDTD法; J S Shang提出的時(shí)域特征波法[ 23 ] ，在計(jì)算不同交界面的場變化和設(shè)置吸收邊界問題上有優(yōu)勢;時(shí)域物理光學(xué)法(TDPO) ，適于計(jì)算某些電大對象;還出現(xiàn)了時(shí)域的幾何繞射(GTD)理論[ 24 ] 。

1. 8　時(shí)域數(shù)值方法的性能評估

各種時(shí)域數(shù)值法各有千秋，不能簡單地相互替代，而是經(jīng)常存在互補(bǔ)關(guān)系。例如PSTD法和MRTD法較FDTD法更適宜計(jì)算電大對象，但同時(shí)會(huì)帶來難以描述細(xì)微結(jié)構(gòu)的問題。正所謂“尺有所短，寸有所長”，各種算法概莫能外。下面對4 種常用時(shí)域方法的性能初步加以總結(jié)(見表1) ，以供參考。

表1　時(shí)域數(shù)值方法的性能比較( 5:最好; 1:最差)

方法占用內(nèi)存計(jì)算時(shí)間邊界處理編程難度數(shù)值誤差應(yīng)用普及

FDTD 3 2 44 1 - 3 5

TLM 1 1 5 5 2 3

MRTD 5 5 1 1 3 - 5 2

PSTD 55 2 2 3 – 52

2　時(shí)域數(shù)值方法的混合技術(shù)

2. 1　數(shù)值方法的結(jié)合

首先是時(shí)域數(shù)值法自身的混合應(yīng)用，例如上述的R-FDTD法分別與FDTD法和AD I2FDTD法的聯(lián)合應(yīng)用;還有FVTD 法和FDTD 法結(jié)合[ 25 ] ，便于解決計(jì)算空間不規(guī)則的問題，既節(jié)省內(nèi)存，又能得到比較準(zhǔn)確的結(jié)果; TD IE法與FDTD 法結(jié)合，處理問題的能力有所提高[ 26 ] ;利用AD I-FDTD法中的核心思想能夠得到隱式的MRTD (AD I-MRTD)法，一定程度地?cái)[脫了C2F2L條件的限制;解決MRTD法的吸收邊界實(shí)現(xiàn)較為困難的一種辦法是采用FDTD法設(shè)置PML，然后正確地將兩種方法的計(jì)算空間連接起來，從而降低了編程的難度[ 27 ] 。

其次，時(shí)域數(shù)值法也可以與頻域法、近似法或解析法混合應(yīng)用。能夠利用解析法和近似法處理的計(jì)算空間，則不必一定用數(shù)值法，只要考慮合適的結(jié)合辦法。有時(shí)FDTD法與矩量法(MoM)結(jié)合，可以避免引入Green函數(shù)[ 28 ] 。在計(jì)算空間既有大部分的規(guī)則尺寸，同時(shí)又有細(xì)節(jié)部分時(shí)，可以采樣時(shí)域數(shù)值方法與射線尋跡、一致性繞射理論(UTD) 、物理光學(xué)法( PO)等結(jié)合應(yīng)用。通過和積分方程法、有限元方法等相結(jié)合發(fā)展共形技術(shù)，可以提高對復(fù)雜結(jié)構(gòu)建模的能力[ 29 ] 。

2. 2　信號處理技術(shù)的應(yīng)用

從時(shí)域數(shù)值法誕生，即開始受益于信號處理理論。例如，作為時(shí)域和頻域之間橋梁的Fourier變換將時(shí)域信息變換為頻域信息; PSTD法亦是以Fou-rier變換為核心。此處再列舉幾項(xiàng)有代表性的信號處理技術(shù)在電磁場時(shí)域數(shù)值計(jì)算中的應(yīng)用。

①小波變換理論: 小波變換作為Fourier變換的有力補(bǔ)充，在信號處理領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。MRTD法即是小波理論中的多分辨率技術(shù)在計(jì)算電磁學(xué)中的應(yīng)用;計(jì)算產(chǎn)生的大量電磁響應(yīng)可以利用小波理論進(jìn)行壓縮存儲(chǔ)，這點(diǎn)已經(jīng)在近遠(yuǎn)場變換中得到應(yīng)用[ 30 ] ;因?yàn)槭軘?shù)值誤差的限制， FDTD法對每個(gè)波長的采樣點(diǎn)數(shù)通常在10 個(gè)以上， 遠(yuǎn)大于Nyquist采樣定律的要求，從這個(gè)角度看， FDTD法的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)存在冗余，利用小波變換可以壓縮數(shù)據(jù)結(jié)果，以節(jié)省存儲(chǔ)空間，待需要時(shí)還可以恢復(fù)。

② Z變換理論: D M Sullivan最早提出利用Z變換分析色散媒質(zhì)[ 31， 32 ] 。對于色散媒質(zhì)，電位移與電場強(qiáng)度不再是簡單的線性關(guān)系，兩者頻域的關(guān)系式D (ω) =ε(ω) E (ω)在時(shí)域變?yōu)榫矸e，可以利用卷積方法和輔助變量微分方程進(jìn)行計(jì)算。但如果選擇Z變換來解決問題，則理論清晰，易于推廣，這在對等離子體( Plasma) 、Debye媒質(zhì)、人體組織等對象的研究中均得到證實(shí)。

轉(zhuǎn)貼于 此外， 利用Z 變換還可以構(gòu)造吸收邊界條件[ 33 ] 。在Z變換域中，以內(nèi)部場量為輸入，邊界場量為輸出，從而構(gòu)成一個(gè)離散時(shí)間系統(tǒng)。因此，可以采用Z變換域上的傳遞函數(shù)來描述該系統(tǒng)的輸入與輸出的關(guān)系?？紤]到實(shí)際中會(huì)有多個(gè)不同相速的波入射到邊界上，故而上述的傳遞函數(shù)應(yīng)有多個(gè)不同的結(jié)果，據(jù)此能列出線性方程組。再將求得的傳遞函數(shù)作逆Z變換后，即可得到時(shí)域中的吸收邊界條件。此邊界選取特定階數(shù)的傳遞函數(shù)時(shí)，會(huì)成為包括Mur邊界、Liao吸收邊界等多種吸收邊界。此外，該吸收邊界還能容易地推廣到TLM 法， FETD(TDFEM)法等，具有一定的普適性[ 34 ] 。

③插值(內(nèi)差與外推) :作為節(jié)省計(jì)算時(shí)間和存儲(chǔ)空間，從而提高效率的有效手段，插值算法在計(jì)算電磁學(xué)中的應(yīng)用由來已久[ 35 ] ，但在時(shí)域數(shù)值法中的應(yīng)用還有待開發(fā)。醫(yī)學(xué)論文為得到任意方向入射的激勵(lì)源，可以利用線性插值獲得總場區(qū)與散射場區(qū)連接邊界上的場值[ 36 ] 。又如，由于寬帶時(shí)域信號通常穩(wěn)定需要較長的計(jì)算時(shí)間，高頻信號在較早的時(shí)域響應(yīng)中占優(yōu)，因此，如果在計(jì)算早期時(shí)域響應(yīng)的基礎(chǔ)上，利用頻域方法計(jì)算低頻部分的響應(yīng)相對容易，再將兩者的信息綜合，就有可能獲得完整的時(shí)域響應(yīng)。T K Sarkar正是基于以上思想提出了Hermite多項(xiàng)式為展開基函數(shù)的時(shí)域、頻域聯(lián)合外推法[ 37 ] ，并且被成功地運(yùn)用于散射問題。這種方法究竟能夠在多大程度上保證外推精度尚不確定。另外，具有良好拓展性能的矩陣束(Matrix Pencil)法和Padé逼近法等也可以用來推測模型的參數(shù)[ 38 ] 。

④ ARMA (自回歸滑動(dòng)平均) 模型[ 39 ] : ARMA模型(或簡化的AR模型)主要應(yīng)用在計(jì)算量較大的電磁問題上，可以利用部分時(shí)域響應(yīng)序列建模。在照顧到不穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上，確定模型的階數(shù);再利用優(yōu)化算法獲得模型的傳遞函數(shù)，通過插值和外推，即可獲得后續(xù)其余時(shí)刻的場值。

⑤空間譜估計(jì):單獨(dú)利用時(shí)域數(shù)值法在三維提取傳輸線或電路的參數(shù)經(jīng)常需要占用較多的存儲(chǔ)空間和計(jì)算時(shí)間?？臻g譜估計(jì)的算法可用來輔助進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，使用較多的是估計(jì)波達(dá)方向的ESPER IT算法與MUSIC算法等。采用ESPER IT法結(jié)合二維FDTD法還能夠提取各種導(dǎo)波結(jié)構(gòu)的色散特性和電壓、電流，可以收到節(jié)省計(jì)算時(shí)間和(或)存儲(chǔ)空間的效果[ 40， 41 ] ?？臻g譜估計(jì)還可以用來對時(shí)域響應(yīng)進(jìn)行多種后處理。

3　時(shí)域數(shù)值方法的發(fā)展前景

目前時(shí)域數(shù)值法的研究已在世界范圍內(nèi)形成，職稱論文 國內(nèi)亦有大量論文和專著出版[ 2， 42～45 ] ，未來的發(fā)展趨勢至少會(huì)表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面:

①在提高計(jì)算精度并保持算法穩(wěn)定性方面，簡單易行的技術(shù)會(huì)更有生命力，進(jìn)一步解決包括減少積累誤差、消除計(jì)算方法帶來的奇異點(diǎn)等問題。

②在不同算法相互借鑒、混合應(yīng)用方面，既有不同時(shí)域算法互相借鑒的情況，也有時(shí)域算法和其它算法的混合技術(shù)。[ 46 ]

③在數(shù)學(xué)理論(如各種偏微分方程的數(shù)值解

法)和信號處理理論應(yīng)用方面會(huì)成有突出表現(xiàn)。[ 47 ]

④在增強(qiáng)計(jì)算電大尺寸對象(一般指幾何尺寸比波長大一個(gè)數(shù)量級以上)的能力方面，會(huì)運(yùn)用混合技術(shù)和并行運(yùn)算等手段，在FDTD法的并行運(yùn)算方面已有諸多的成果。[ 48 ]

⑤在解決復(fù)雜研究對象的建模問題方面，自適應(yīng)、智能化的建模技術(shù)會(huì)更多地出現(xiàn)。如借助計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等知識實(shí)現(xiàn)高效的非均勻網(wǎng)格劃分，充分反映不同物質(zhì)交界面和精細(xì)結(jié)構(gòu)部分的場強(qiáng)變化。

⑥在拓展應(yīng)用范圍方面，時(shí)域數(shù)值方法會(huì)不斷被光學(xué)、聲學(xué)等其它學(xué)科借鑒使用。

⑦在方法的推廣應(yīng)用方面，為克服愈發(fā)復(fù)雜的算法理論給使用者帶來的困難，利用電磁場時(shí)域方法編制的商業(yè)軟件會(huì)不斷涌現(xiàn)。如Remcom公司的軟件XFDTD和CST (Computer Simulation Technolo-gy)公司的軟件微波工作室(Microwave Studio) ，對于許多常見的問題，軟件均能給出精度較高的解。

4　結(jié)論

電磁場時(shí)域數(shù)值方法已經(jīng)卓有成效地解決了大量頻域法和近似法難以處理的問題，理論積淀也已較為深厚，本文只能有選擇地介紹，不免掛一漏萬。根據(jù)問題所要求的精度以及可利用的計(jì)算資源等情況選擇適當(dāng)?shù)乃惴?，才能充分發(fā)揮不同算法的優(yōu)勢。總之，在信號處理理論及各種數(shù)學(xué)分析方法的幫助下，能夠簡潔準(zhǔn)確地描述物理規(guī)律的時(shí)域數(shù)值方法在計(jì)算電磁學(xué)領(lǐng)域的地位和作用將繼續(xù)提高，計(jì)算能力亦會(huì)不斷進(jìn)步。

參　考　文　獻(xiàn)

〔1〕Yee K S. Numerical solution of initial boundary valuep roblem involving Maxwell ’s equations in isotrop ic media. IEEE TransAntennas Propagat， 1966 (14) : 302

～307

〔2〕Taflove A， Hagness S C. Computational electrodynamics:the finite difference time domain method. Norwood， MA:Artech House， 2000

〔3〕Wang S， Teixeira F L. A three2dimensional angle-op ti-mized finite2difference time-domain algorithm. IEEE TransMicrowave Theory Tech， 2003， 51 (3) : 811～817

〔4Namiki T. 32D AD I2FDTD method22unconditionally stabletime-domain algorithm for solving full vectorMaxwell’s e-quations. IEEE TransMicrowave Theory Tech， 2000， 48(10) : 1743～1748

〔5〕Zheng F， Chen Z， Zhang J. Toward the development of a three-dimensional unconditionally stable finite2difference time-domain method. IEEE Trans Microwave Theory Tech， 2000， 48 (9) : 1550～1558 〔6〕Kondylis G D， Flaviis F D， Pottie G J ， et al. A memory-efficient formulation of the finite-difference time-domain method for the solution ofMaxwell equation. IEEE Trans Microwave Theory Tech， 2001， 49 (7) : 1310～1320

〔7〕L iu B， Gao B Q， TanW， et al. An efficient algorithm in time domain-AD I/R-FDTD. Chinese Journal of Electron-ics， 2003， 12 (2) : 293～296

〔8〕Yee K S， Chen J S， The finite-difference time-domain( FDTD) and finite2volume time-domain ( FVTD) meth-ods in solvingMaxwell’s equations. IEEE TransMicro-wave Theory Tech， 1997， 45 (3) : 354～363

〔9〕Young J L， Gaitonde D， et al. Toward the construction of a fourth-order difference scheme for transient EM wave simulation: staggered grid app roach. IEEE Trans Anten-nas Propagat， 1997， 45 (11) : 1573～1580

〔10〕Chung Y S， Sarkar T K， Baek H J ， et al. An uncondi-tionally stable scheme for the finite-difference time-do-main method. IEEE Trans Microwave Theory Tech，2003， 51 (3) : 697～704

〔11〕Yoshida N， Fukai I. Transient analysis of a strip line having a corner in three2dimensional space. IEEE TransMicrowave Theory Tech， 1984， 32 ( 5 ) : 491 ～498

〔12〕張?jiān)迫A， 陳抗生. 傳輸線矩陣法的研究及其應(yīng)用進(jìn)展. 電子學(xué)報(bào)， 1995， 23 (6) : 95～101

〔13〕AuckenthalerA M， Bennett C L. Computer Solution of Transient and Time Domain Thin-Wire Antenna Prob-lems. IEEE Trans Microwave Theory Tech， 1971， 19(11) : 892～893

〔14〕Bennett C L， Ross G F. Time Domain Electromagnetics and ItsApp lications. Proc IEEE， 1978 (3) : 299～318

〔15〕Lynch D R， Paulsen K D. Time2domain integration of the Maxwell equations of finite elements. IEEE Trans Antennas Propagat， 1990， 38 (12) : 1933～1942

〔16〕Komisarek K S， Wang N N， Dominek A K， et al. An investigation of new FETD /ABC methods of computation of scattering from three2dimensional material objects.IEEE Trans Antennas Propagat， 1999， 47 ( 10) : 1579～1585

〔17 〕Wang Y， Itoh T. Envelope-finite-element ( EVFE )technique———a more efficient time-domain scheme.IEEE TransMicrowave Theory Tech， 2001， 49 ( 12) :2241～2246

〔18〕Steinberg B Z， Leviatan Y. On the use of wavelet ex-pansions in the method ofmoments. IEEE TransAnten-nas Propagat， 1999， 41 (5) : 610～619

〔19〕Steinberg B Z， Leviatan Y. On the use of wavelet ex-pansions in the method ofmoments. IEEE TransAnten-nas Propagat， 1999， 41 (5) : 610～619

〔20〕L iu Q H. The PSTD algorithm: A time-domain method requiring only two cells per wavelength. Microwave and Op tical Technology Letters， 1997， 15 (3) : 159～165

〔21〕Schneider J， Hudson S. The finite difference time-domain method app lied to anisotrop ic material. IEEE Trans Antennas Propagat， 1993， 41 (7) : 994～999

〔22〕L iu Q H. A frequency-dependent PSTD algorithm for general dispersive media. IEEEMicrowave and Guided Wave Letters， 1999， 9 (2) : 51～53

〔23〕Shang J S. Characteristic-based algorithms for solving theMaxwell equations in the time domain. IEEE Anten-nas and PropagationMagazine， 1995， 37 (3) : 15～25

〔24〕Veruttipong TW. Time domain version of the uniform GTD， IEEE Trans Antennas Propagat， 1990， 38 ( 11) :1757～1764

〔25〕YangM， Chen Y， Mittra R. Hybrid finite-difference / fi-Nite-volume time-domain analysis or microwave integrat-ed circuits with curved PEC surfaces using a nonuniform rectangular grid. IEEE TransMicrowave Theory Tech，2000， 48 (6) : 969～975

〔26〕Johnson J M， Rahmat2Samii Y. Multip le region FDTD(MR /FDTD) and its app lication to microwave analysis and modeling. in Proc IEEE MTT-S Symp Dig， San Francisco， CA， 1996: 1475～1479

〔27〕Sarris C D， Katehi L P B. An efficient numerical inter-face between FDTD and haarMRTD2formulation and ap-p lications. IEEE TransMicrowave Theory Tech， 2003，51 (4) : 1146～1156

〔28 〕Taflove A， Umashankar K. A hybrid moment/ finite-difference time-domain app roach to electromagnetic coup ling and aperture penetration into comp lex geome-tries. IEEE Trans Antennas Propagat， 1982， 30 ( 4) :617～627

〔29〕Koh D， Lee H B， Itoh T. A hybrid full2wave analysis of Via-hole grounds using finite-difference and finite-ele-ment time-domain methods. IEEE TransMicrowave The-ory Tech， 1997， 45 (12) : 2217～2222

〔30〕Sullivan D M. Far-field time-domain calculation from aperture radiators using the FDTD method. IEEE Trans Antennas Propagat， 2001， 49 (3) : 464～469

〔31〕Sullivan D M. Frequency-dependent FDTD methods u-sing Z transforms. IEEE Trans Antennas Propagat，1992， 40 (10) : 2416～2422

〔32〕Sullivan D M. Z2transform theory and the FDTD meth-od. IEEE Trans Antennas Propagat， 1996， 44 (1) : 28～34

〔33〕Zhou J Y， Hong W. Construction of the absorbing boundary conditions for the FDTD method with transfer function. IEEE TransMicrowave Theory Tech， 1998，46 (11) : 1807～1809

〔34〕邵振海. 電磁場邊值問題時(shí)域分析方法研究: [學(xué)位論文]. 南京:東南大學(xué)， 2000

〔35〕熊　鄴， 方大綱， 劉鐵軍. 電磁場數(shù)值計(jì)算中的內(nèi)插和外推. 電波科學(xué)學(xué)報(bào). 2002， 17 (4) : 325～330

〔36〕Uguz U， GurelL， Arikon O， et al. An efficient and ac-curate technique for the incident-wave excitation in the FDTD method. IEEE Trans Microwave Theory Tech，1998， 46 (6) : 869～882

〔37〕Rao M M， Sarkar T K， Anjali T， et al. Simultaneous extrapolation in time and frequency domains using Her-mite expansions. IEEE TransAntennas Propagat， 1999，47 (6) : 1108～1115

〔38 〕Hua Y， Sarkar T K. Generalized pencil-of-function method for extracting poles of an em system from its transient response. IEEE Trans Antennas Propagat，1989， 37 (2) : 229～233

〔39〕Shaw A K， Naishadham K. ARMA-based time-signature extimator for analyzing resonant structures by the FDTD Method. IEEE TransAntennas Propagat， 2001， 49 (3) :327～339

〔40〕Wang Y， L ing H. Multimode parameter extraction for multiconductor transmission lines via single-pass FDTD and signal2p rocessing techniques. IEEE Trans Micro-wave Theory Tech， 1998， 46 (1) : 89～96

〔41〕L iu F， Schutt-aine J ， Chen J. Full-wave analysis and modeling of multiconductor transmission lines via 2–D-FDTD and signal-p rocessing techniques. IEEE Trans Microwave Theory Tech， 2002， 50 (2) : 570～577

〔42〕王長清， 祝西里. 電磁場計(jì)算中的時(shí)域有限差分法.北京:北京大學(xué)出版社， 1994

〔43〕高本慶. 時(shí)域有限差分法FDTD Method. 北京:國防工業(yè)出版社， 1995

〔44〕葛德彪， 閆玉波. 電磁波時(shí)域有限差分方法. 西安:西安電子科技大學(xué)出版社， 2002

〔45〕高本慶， 劉　波. 電磁場時(shí)域數(shù)值技術(shù)新進(jìn)展. 北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)， 2002， 22 (4) : 401～406

〔46〕張　欣，陳如山. 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遺傳算法在微帶交指電容器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用. 微波學(xué)報(bào)， 2003， 19 (4) : 54～57

篇10

現(xiàn)有的教學(xué)模式采用分班制教學(xué)，教學(xué)采用統(tǒng)一的教材和教學(xué)大綱，由若干位教師共同完成教學(xué)。教師之間交流較少，自己講自己的。由于教師個(gè)體的教學(xué)水平、知識結(jié)構(gòu)等的差異導(dǎo)致教學(xué)方法、教學(xué)效果差異明顯，不能充分實(shí)現(xiàn)預(yù)定的教學(xué)目的。4.教學(xué)手段單一，新教法、新手段應(yīng)用不夠。受限于學(xué)校條件、教師的教學(xué)習(xí)慣和教師對新技術(shù)的使用能力，現(xiàn)有的大學(xué)物理教學(xué)仍以傳統(tǒng)的板書教學(xué)為主。在條件較好的一些學(xué)校采用了多媒體教學(xué)，但是主要用來代替板書，提高課堂教學(xué)容量，本質(zhì)上還是屬于傳統(tǒng)教學(xué)。而大學(xué)物理本身是門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，內(nèi)容較為抽象，不易獲得良好的教授效果。而充分利用多媒體的優(yōu)勢，模擬物理過程、物理現(xiàn)象，使抽象的概念實(shí)質(zhì)化、形象化，提升學(xué)生的感官認(rèn)識，提高對知識、原理的更深層次的認(rèn)識，提升教學(xué)效果。

二、大學(xué)物理教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段的思考

1.教學(xué)內(nèi)容的合理選取。針對各專業(yè)對物理知識需求合理的安排教學(xué)內(nèi)容，做到普及性和針對性協(xié)調(diào)發(fā)展。如：交通工程專業(yè)應(yīng)以力學(xué)為重點(diǎn)內(nèi)容；建材專業(yè)以熱學(xué)，電磁學(xué)為重點(diǎn)內(nèi)容，電器自動(dòng)化以電磁學(xué)，光學(xué)，近代物理為重點(diǎn)內(nèi)容等。所以教學(xué)應(yīng)以教學(xué)大綱為基礎(chǔ)，根據(jù)專業(yè)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)針對性強(qiáng)的教學(xué)計(jì)劃，即保證基本物理體系的完整呈現(xiàn)，又要突出專業(yè)的實(shí)際需求。對于具體的教學(xué)內(nèi)容，需要精心挑選，對于經(jīng)典物理要發(fā)掘與現(xiàn)代科技的聯(lián)系，有意識的減少陳舊、過時(shí)內(nèi)容的教學(xué)，做到經(jīng)典不古董，要讓學(xué)生體會(huì)到物理學(xué)的勃勃生機(jī)。適當(dāng)?shù)慕榻B當(dāng)今物理學(xué)前沿的新進(jìn)展，側(cè)重補(bǔ)充與相關(guān)專業(yè)關(guān)聯(lián)度高的發(fā)展新動(dòng)態(tài)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)物理基本理論的同時(shí)了解本專業(yè)發(fā)展的新信息、新動(dòng)向，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓展學(xué)生的科學(xué)視野。

2.改進(jìn)教學(xué)方法。教學(xué)的關(guān)鍵是教師，如何提升教師教學(xué)水平，學(xué)標(biāo)準(zhǔn)是提升教學(xué)質(zhì)量的重中之重。而教研室活動(dòng)是實(shí)現(xiàn)這一需求的有效手段。通過教研室活動(dòng)制定統(tǒng)一的教學(xué)具體實(shí)施計(jì)劃，落實(shí)常規(guī)教學(xué)管理的各項(xiàng)規(guī)定，按照各項(xiàng)規(guī)定組織教學(xué)。活動(dòng)內(nèi)容形式可多種多樣：比如組織各位教師互相聽課，集體備課，在一聽一備中達(dá)到加深理解，共同提高的目的。通過統(tǒng)一的教研室活動(dòng)，學(xué)思想，教學(xué)方法，保證教學(xué)起點(diǎn)一致。過去物理教學(xué)注重于知識點(diǎn)的傳授，強(qiáng)調(diào)利用公式解題的能力。但是物理學(xué)和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的關(guān)聯(lián)度較高，尤其是要用到高等數(shù)學(xué)的知識來解決問題。由于課程設(shè)置的原因，大學(xué)物理一般是和高等數(shù)學(xué)同時(shí)開設(shè)的，這就導(dǎo)致學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不夠，容易產(chǎn)生畏難情緒，降低學(xué)習(xí)效果。所以要改變教學(xué)側(cè)重點(diǎn)，將側(cè)重于知識點(diǎn)的機(jī)械傳授轉(zhuǎn)變?yōu)閷ξ锢砀拍?、物理思想及物理方法的傳授，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用物理知識分析解決問題的能力和創(chuàng)新能力?；诮虒W(xué)內(nèi)容及目的的改變，其考核模式也應(yīng)相應(yīng)調(diào)整。降低統(tǒng)一考試的占比，鼓勵(lì)采用實(shí)驗(yàn)操作、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明某一理論、提交論文等自主方式進(jìn)行考核，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)解決問題的能力。另外，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的比重是提升物理教學(xué)效果的一條捷徑。物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，經(jīng)典物理的理論、定律可以通過實(shí)驗(yàn)呈現(xiàn)出來，讓抽象的概念具體化、實(shí)質(zhì)化，加深學(xué)生的理解。同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)了學(xué)生動(dòng)手能力，培養(yǎng)良好的科學(xué)素養(yǎng)。還可以通過實(shí)驗(yàn)將學(xué)到的知識靈活應(yīng)用，促進(jìn)知識的理解提升。

3.加強(qiáng)新教學(xué)手段的應(yīng)用。物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，其概念、原理及定律、定理均是由實(shí)驗(yàn)升華而來，具有精煉、抽象的特點(diǎn)。傳統(tǒng)的講授方法無法使其形象化，導(dǎo)致教學(xué)枯燥無味，效果很差。而充分利用多媒體的優(yōu)勢，模擬物理過程、物理現(xiàn)象，使抽象的概念實(shí)質(zhì)化、形象化，提升學(xué)生的感官認(rèn)識，提高對知識、原理的更深層次的認(rèn)識，提升教學(xué)效果。

三、結(jié)語