时间：2023-11-08 05:48:06
产生磁场的原因：电荷的移动导致电荷电场的变化产生了磁场。
如果一条直的金属导线通过电流，那么在导线周围的空间将产生圆形磁场。导线中流过的电流越大，产生的磁场越强。磁场成圆形，围绕导线周围。磁场的方向可以根据“右手定则”来确定：将右手拇指伸出，其余四指并拢弯向掌心。这时，拇指的方向为电流方向，而其余四指的方向是磁场的方向。实际上，这种直导线产生的磁场类似于在导线周围放置了一圈N、S极首尾相接的小磁铁的效果。
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1、这是电流的磁效应。即如果一条直的金属导线通过电流，那么在导线周围的空间将产生圆形磁场。导线中流过的电流越大，产生的磁场越强。磁场成圆形，围绕导线周围。
2、原理可以解释为安培分子电流假说：安培认为在原子、分子等物质微粒的内部，存在着一种环形电流——分子电流，使每个微粒成为微小的磁体，分子的两侧相当于两个磁极，但实际上分子中的电子不是围绕原子核转动的而是电子在空间出现的概率形成的电子云。
3、单层绕组就是在每个定子槽内只嵌置一个线圈有效边的绕组，因而它的线圈总数只有电机总槽数的一半。单层绕组的优点是绕组线圈数少工艺比较简单；没有层间绝缘故槽的利用率提高；单层结构不会发生相间击穿故障等。
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一、什么是电磁波？
电磁波是电场和磁场在空间的传播而形成，它可以在真空或在介质中传播，在真空中，电磁波的传播速度最快，为3×103m/s，这个数值也是物体运动的极限速度，可见光、微波和γ射线都属于电磁波。
二、电磁波的特性
通过做磁铁实验就会发现，磁场的穿透能力非常强，不论是薄木片、垫板、铁片、铝箔纸还是手掌，都无法阻隔电磁波，电磁波中的磁场，与磁铁的磁场一样，它们都是无孔不入，并且具有很强的穿透力。
三、电磁波的产生与危害
由于电磁波的频率会发生变化，因此很容易对人们产生伤害。例如，在家庭照明电路中使用的是交流电，它的频率每秒钟正、反变化50次，也就相当于磁场的方向每秒钟变化50次，这样变化的磁场可以使人体中产生变化的电流，从而会对人体产生一定的危害作用，对一般情况下使用的小磁铁来说，因为其南、北极固定不变的，因此不至于对人体产生危害，
在我们的日常生活中，到处都充满了电磁波，只要是使用家用电器，就不可避免地会产生电磁波，例如，电风扇、吹风机、果汁机、微波炉、电冰箱、洗衣机、电视机、空调器等这些家用电器在使用的过程中都会产生电磁波，就连墙壁中安装的照明暗线，也可以使电磁波检测笔哔哔叫，因而大家在睡觉时最好不要靠近装有电线的墙壁，以防因电磁波的影响而难以好好的休息。
我们经常使用的手机，它在接打电话时产生的电磁波还是比较强的，如果你是在电脑前接打电话，常常会发现电脑屏有明显的屏幕闪烁感；若是在正在播放节目的收音机前接打手机，收音机也会受到极大的干扰，影响收听的效果；大家看电视时，时常会发生图像抖动和“雪花”现象，这也是因为受到附件其它电器产生电磁波干扰的缘故。
微波炉工作时产生的微波也是很强的电磁波，有人曾经通过实验发现，微波炉工作时产生的微波能够抑制植物的生长！大家可能会觉得不可思议，然而这确是不争的事实，实验过程是这样的，将四盆绿豆苗分别放在微波炉中被微波照射约5s、10s、15s、20 s后，移出置于空旷处，另外一盆完全不照射微波，作为实验控制组，仔细观察这五盆绿豆苗每天的生长进度，发现不受微波照射的实验控制组，绿豆苗生长正常；经过微波照射后的那四盆绿豆苗中，只有照射5s的那一盆绿豆苗还存活着，其它三盆绿豆苗都陆续枯萎而死亡，由此可见，微波对生物具有很强的杀伤力，请大家也不要因此而担心，经过微波加热的食物对人们并没有什么危害，请大家尽可放心食用。
此外，还有人做过这样的实验，微波可以使鱼眼变白，实验过程是这样的，将鱼的眼睛放人微波炉中，照射微波9s后观察鱼的眼睛变化，发现微波使鱼的眼睛被煮熟了，如果人的眼睛暴露在微波中，人眼睛中的水晶体也会和鱼眼睛一样变白，这样就再也看不见周围的物体了，这就是人们常说的“白内障”。
各种研究结果都表明，人们如果长时间受到电磁辐射，就会出现乏力、记忆力减退等神经衰弱症，有的还会伴随心悸、胸闷、视力下降等症状。
电磁波干扰还可能引起更加严重的后果，例如，电磁波可导致铁路控制信号的失误，会引起进车运行事故，如果造成飞行器指示信号失误，就容易引起飞机失控、导弹不能按预定轨道击中目标、人造卫星不能进入预定轨道等。
四、电磁波的有效防范
1.尽量减少电磁波的产生家用电器在不使用时，最好将插头拔下，有效地减少室内环境受到电磁波的侵扰；在机舱内务必要关掉手机，避免飞机的正常飞行受到干扰；在使用精密仪器时，尽量将其放入防护罩内，以减少电磁波的干扰，提高仪器的精确度。
2.远离电磁波源距离电磁波源越远，电磁波的强度也就越弱，因此在使用一些家用电器如电风扇、电视机、电脑、吹风机、微波炉、电磁炉空调器等时，都要远离它们，减少电磁波对我们的危害，确保安全。
3.安装电磁屏蔽装置降低电磁场强度
为了有效地保护人身健康，科学界发明了一种电磁波屏蔽织物，就是在常规纤维上涂上一层特殊的金属膜，穿在身上免收电磁波的危害；在仪器上罩一个金属外壳或一层金属网，可使器械免受电磁波的干扰。
关键词：电磁场；以学生为主；教学方法
中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）21-0212-02
一、引言
“电磁场”是电子/通信/电气工程专业的一门必修专业基础课程。设置本课程的目的是让学生从整体上掌握电磁场的基本理论和基本分析方法，了解电磁场的理论在电气信息类的应用，是通往后续专业课的桥梁，也是电类学生进行科技创新的理论基石。但“电磁场”课程理论强、公式多，要求学生具有较强的空间想象力、抽象思维能力和逻辑推理能力，历来被电类专业的学生认为是“天书”，导致还未开课就已经产生了惧怕情绪。近年来，我国高校综合素质教育要求的不断提高，专业基础课程普遍存在学时压缩的情况，随之出现了“电磁场”教学内容多而课时数少的矛盾。对教师来讲，如何在短学时里使教学内容要点清晰、能突出复杂工程问题中的理论基础，如何在短学时内的理论教学过程中，激发学生的主动学习和动手能力极其关键。
二、建立立体化教材
面对学时压缩的压力，课时量和教学内容的矛盾是首先要解决的矛盾，而教材的选取显得尤为重要。在教材的选取过程中，“电磁场”课程组在研读经典的电磁场理论方面的教材《电磁场与电磁波》（谢处方/饶克谨著）[1]、《工程电磁场导论》（冯慈璋/马西奎著）[2]、《工程电磁场（英文版）》（Hayt，W.H著）[3]的基础上，充分结合本校电类专业的特点，对“电磁场”课程的教材资源进行整合，配合武汉大学出版了《工程电磁场（第一版），2007》。随后，又出版了《工程电磁场（第二版），2011》[3]，此教材以充分结合工程应用为主，教材结构安排和知识点阐述清晰简洁便于学生自学，教材中重点内容设置完整，与授课学时匹配。随后课程组提供了的《工程电磁场》立体化教材，包括光盘、课程网站等，列出每节课的教学重点和难点并根据教学内容设计相应的教学方法，提供教学大纲及授课教案、指导教材及电子课件、疑难解答、主讲教师的授课录像等。近两年，在立体化教材基础上，着重进行“电磁场”资料库的建设，包括电磁场的发展历史、对电磁学发展有突出贡献的人物传记（例如：《麦克斯韦：改变一切的人》、法拉第（科学家传记）等）、当前的电磁学的研究热点期刊/著作/视频、利用电磁学理论的手工制作（例如：莱顿瓶、电磁炮、特斯拉线圈等），拟建成一个以学生为中心，丰富多彩的教学资源为基础的开放型网络资源共享平台。
三、以学生为主的教学方法的探讨
（一）第一堂课的重要性
文献[4]中提到“每门功课都应该这样开始。使它能引起学生的真正爱好，向他们证明它是如何美好、有用、快意、是如何需要”，第一堂课的重要性不言而喻。在“电磁场”的教学中我们从以下几个方面，以激发学生的学习兴趣为目的开展第一堂课：
1.从大家熟知的生活用品，到国防领域，到各种炫酷的高科技产品或体验，让学生切身感受到电磁场理论在生活中的无处不在。
2.拿出初高中乃至小学就涉及到的简单的电磁学实验，让大家各抒己见谈谈对电磁学的认识以及对生活中的其他电磁现象进行举例，让学生对这门课感到熟悉。
3.提出问题，让学生总结一些这些基本的实验与之前生活中的各种应用之间到底具有怎样的相同点？是什么样的东西存在，使得所有的这些看似不挂钩的应用却具有相同的本质？
4.给出解释，现象与理论之间是靠建立物理模型建立起联系。而如何将这些应用转变为物理模型便是本课程的主要研究的内容。随后引出学习电磁场理论所需要的数学基础（场论，适量分析）以及学习方法（类比法，举例法等），最后列出本课程的总体框架图（场和源的关系，时变与时不变的联系）。
（二）强调本课程与其他课程的联系
“电磁场”与“数学”的联系。“电磁场”之所以难学，很大程度上是因为数学占了很大的比例。例如在讲解矢量场的散度和旋度时，如果只讲数学概念，学生会觉得很枯燥。若将这些数学概念有机地与物理模型相结合，例如在讲解散度时提出散度是描述一个场中的实验电荷是否会受到源电荷对它的排斥或吸引作用，而旋度则是描述实验电荷是否会围绕源进行的旋转运动，深挖数学和“电磁场”概念之间内在逻辑关系，使之从繁杂的数学公式中明确主要的物理概念。
“电磁场”与“电路”的联系。“电磁场”是研究微观电荷的作用。“电路”则强调路中电流、电压，是一种宏观的描述。虽然表现形式不同，实质上相互补充相互联系。例如在讲解恒定电场中，从两个基本方程可以推导出电路中的基尔霍夫电压定律和基尔霍夫电流定律。而时变场中的坡印廷定理，很好的解释了电路中的能量传输问题。
（三）激发学生总结归纳的能力
大学前的教育，学生习惯于被动的接收知识，这就导致学生缺乏总结归纳的能力，而这种总结归纳能力恰巧能体现学生对知识点的掌握情况。而电磁场课程概念、公式多，如果学生能理解课程中的知识脉络结构和知识点之间的因果关系，对于后续概念的吸收以及公式的推导会起到有事半功倍的效果。在本课程的教学过程，应该有意的激发大家的这种归纳总结的能力。例如，在第一堂课最后，对整个电磁场的理论用一个框架进行描述，如图1所示，图中通过用直线和虚线代表时不变和时变，用箭头表示相互之间的生成关系。在后续每章的教学过程中，为了加强有关知识点之间的相互联系，也可以充分利用框图来表示知识之间的衔接关系，如图2所示的第一章静电场的框架图，清晰的列出了本章知识点之间的衔接关系，体现了教学过程中从理论到工程实践的过渡。由于场分析的相似性，在后续的几章中鼓励学生自己画出类似的框图，对所学习的知识点进行归纳整理。
四、结束语
本文以“电磁场”立体化教材为基础，探讨了“电磁场”理论与先修和后续课程的联系。在具体的教学方法中，引导和鼓励学生自己进行知识总结，目的在于激发学生主动学习性。但电磁场理论博大精深，我们还需不断努力以实现培养创新人才的艰巨任务。
参考文献：
[1]谢处方，饶克谨.电磁场与电磁波[M].北京：高等教育出版社，2006.
[2]冯慈璋，马西奎.工程电磁场导论[M].北京：高等教育出版社，2000.
[3]William H. Hayt.工程电磁场（英文版）[M].北京：清华大学出版社，2014.
[4]杨.工程电磁场（第二版）[M].北京：中国电力出版社，2011.
电磁感应现象最重要的一个应用是制造发电机，其基本原理是：闭合电路的一部分绕成线圈，然后在磁场中转动切割磁感线，产生感应电流(如图所示)，上课时用到的手摇发电机就能清楚演示这样的发电过程。
1 汽轮发电机――由汽轮机驱动的发电机
汽轮发电机在火力发电厂和核电站中广泛应用，其原理是利用高温高压的气体(例如水蒸气)推动汽轮机转动，再带动发电机的转子转动来发电，为了得到较高的效率。一般汽轮机的转速通常在1500r／min以上，高速汽轮发电机为了减少损耗，转子直径一般做得比较小，长度比较大，即采用细长的转子，目前，汽轮发电机的最大容量已达到130～150(×104kW)，从1986年以来，高温超导体材料研究取得了重大突破，超导技术可望在汽轮发电机中得到应用，这将在汽轮发电机发展史上产生一个新的飞跃。
2 水轮发电机――由水轮机驱动的发电机
水轮发电机应用于水电站中，利用水流推动水轮机转动，再带动发电机发电，所以，为了使水流具有较大的能量，在建造水电站时往往要建造拦河大坝(例如三峡大坝)，用于提高水位，增加水的势能，有利于发电，水轮发电机组的容量和转速的变化范围很大，通常小型水轮发电机和冲击式水轮机驱动的高速水轮发电机多采用卧式结构，而大、中型高速发电机多采用立式结构，由于水电站多数处在远离城市的地方，通常需要经过较长输电线路向负载供电，因此，电力系统对水轮发电机的运行稳定性提出了较高的要求，所以，水轮发电机的外形与汽轮发电机不同，它的转子直径大而长度短，水轮发电机组的优点是启动、并网所需时间较短。运行调度灵活，水轮发电机组的最大容量已达70×104kW。
3 风力发电机――由风力驱动的发电机
风力发电机是将风能转换为电能的机械，又称风车，其工作原理是利用风力带动风车叶片旋转，然后通过增速机将旋转的速度提升，再带动发电机发电，依据目前的风车技术，大约是3m／s的微风，便可以开始发电，风力发电在芬兰、丹麦等国家很流行，我国的新疆、甘肃、江苏等地区也正在推广，风力发电机由机头、转体、尾翼、叶片组成，每一部分的功能为：叶片用来接受风力并通过机头将风能转化为电能；尾翼使叶片始终对着来风的方向从而获得最大的风能；转体能使机头灵活地转动以实现尾翼调整方向的功能，机头的转子是永磁体，定子绕线组切割磁感线产生电流，风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13～25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使电能变成化学能，然后再用有保护电路的逆变电源，把电瓶里的化学能转变成家用交流电，才能保证稳定使用。
4 柴油发电机――由柴油机驱动的发电机
柴油发电机是以柴油机为原动机带动发电机发电的动力机械，整套机组一般由柴油机、发电机、控制箱、燃油箱、启动和控制用蓄电瓶、保护装置、应急柜等部件组成，由于其体积小、灵活、轻便、配套齐全，便于操作和维护，所以广泛应用于矿山、铁路、野外工地、道路交通维护以及工厂、企业、医院等部门，作为备用电源或临时电源。
事实上，生活中还有很多适应不同需要的发电机。例如手摇发电式手电筒、可配装在自行车上的微型发电机及一些特殊用途的微型发电机等，同学们可以在生活中找找看，了解一下它们的工作原理是否都一样。
二、厨房中的新型灶具――电磁炉
电磁炉是利用电磁感应现象将电能转换为内能的厨房电器，在电磁炉内部，由整流电路将频率较低的交流电变成直流电，再经过控制电路将直流电转换成高频电流(即高速变化的电流)，高速变化的电流流过线圈会产生高速变化的磁场。当磁场内的磁感线通过金属器皿(导磁又导电的材料)底部时，金属体内会产生无数的小涡流(感应电流)，使器皿本身自行高速发热，然后再加热器皿内的东西(如图所示)，电磁炉与其他炉具比较，优点很多。
(1)热利用率高，更节能
电磁炉的优势首先表现在它的热效率极高，电磁炉工作时，器皿本身自行高速发热，然后再加热器皿内的东西，向外散热较少，而传统炉具，如石油气灶、煤气灶等，先烧红器皿底部再通过热传导加热锅内食物。有部分热耗用在燃烧空气上，向外散热较多，热效率普遍较低。
(2)无明火烹调，更安全
电磁炉使用效果与煤气灶完全不同，在使用过程中不会产生明火，炉面本身亦不发热，炉体内没有高于250℃以上的高温部件，不会发生灼伤事故，同时。电磁炉表面的耐热陶瓷板，要求放在它上面的金属锅一定要有足够的接触面积才会产生内能，如接触面积过小，则不会发热，即使将汽油洒在炉面上也不会引起燃烧，绝不会如其他灶具经常导致火灾事件，更不存在因泄漏煤气而引发的种种事端，而且当磁感线通过非金属物体时。不会产生涡流，故不会产生热，炉面和人都是非金属物体，因此没有被电磁炉烧伤的危险，更不怕风吹，不会爆炸或引起气体中毒，当把锅从炉面上拿下来时。电磁炉也会自动切断电源，可以说电磁炉是一种十分安全的灶具。
(3)清洁卫生，更环保
电磁炉被称为具有时代前卫气息的绿色炉具，因为利用磁场感应加热。不释放任何物质，无火、无烟、无味，也不升高室温，而使用传统炉灶，在煤炭、石油气、煤气燃烧时，因燃烧空气，以致室温不断上升，厨房油烟不断增多。同时会释放出一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫等有害物质影响人体健康，电磁炉没有传统炉具诸多污染的问题，所以真正实现了清洁房间，保护环境。
当然，电磁炉还有很多优点，如操作简单、功能齐全、温控准确、外形美观等等，同学们可以自己去切身体验一下。
三、会场上的要员――动圈式话筒
动圈式话筒是利用电磁感应现象制成的，如图所示，当声源对着话筒发声时，声波使其中的金属膜片振动，连接在膜片上的线圈(叫做音圈)随着一起振动，音圈在永久磁铁的磁场里振动(做切割磁感线运动)，就产生了感应电流(电信号)，感应电流的大小和方向都在变化，变化的振幅和频率由声源发出的声波决定。然后这个电信号经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音来。
动圈式话筒主要由金属膜片和线圈、磁铁及外壳组成，它的优点是：结构牢固、性能稳定、经久耐用、价格较低，频率特性良好，50～15000Hz频率范围内幅频特性曲线平坦，指向性好，无需直流工作电压。使用简便、噪声小，缺点是：响应频率的范围(主要是高频部分)、灵敏度以及瞬时响应能力方面比另一种常用话筒――电容话筒稍逊一筹。
四、升降电压的功臣――变压器
变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置：主要构件是初级线圈、次级线圈和铁芯(如图所示)，当初级线圈中通有交流电流时。由于交流电的大小、方向在不断改变，所以铁芯中便产生变化的磁场，这个变化的磁场通过次级线圈时会产生感应电流(电路闭合时)，事实上，当电路断开时，虽然没有感应电流，但在电路两端会有感应电压，由于次级线圈与初级线圈匝数不同，感应电压U1和U2大小也不同，变压器就是通过这样的方法来改变电压的。
生活中，为了减少输电线路上的电热损失，要采用高压输电，我们就用变压器把发电机产生的相对较低的电压升高到几十万伏、几百万伏的高电压，到了用户端，又可用变压器将高电压降低到220V的民用电压，供我们的家用电器正常工作，各种型号的变压器广泛应用于生活中的各种电路中，为我们服务。
电磁炉是通过电子线路板组成部分产生交变磁场、当用含铁质锅具底部放置炉面时，锅具即切割交变磁力线而在锅具底部金属部分产生交变的电流，即涡流，涡流使锅具铁分子高速无规则运动，分子互相碰撞、摩擦而产生热能，故电磁炉煮食的热源来自于锅具底部而不是电磁炉本身发热传导给锅具，所以热效率要比所有炊具的效率均高出近1倍，使器具本身自行高速发热，用来加热和烹饪食物，从而达到煮食的目的。
（来源：文章屋网 http://www.wzu.com）
一、引言
当前我国通信产业蓬勃发展，呈现出与电子产业融合的趋势。各大通信运营商和设备商对电子科学与技术专业研究生的人才需求量迅速增加，同时也对该专业研究生理论素养和实践能力的要求越来越高。《高等电磁场理论》作为一门重要的理论基础课程，是相关专业研究生高阶课程学习的基础，也是研究生创新研究的理论思想源泉。该课程内容涵盖场论、电磁波传播特性和原理、辐射与散射、谐振以及数值算法等研究方向，其特点是对数学物理方法中偏微分方程求解能力具有较高要求。鉴于该课程强烈的数学物理背景，在教学实践中如何把握理论知识和工程技术的结合与平衡，是一个值得长期研究探讨的问题。
二、教学实践中存在的问题
《高等电磁场理论》这门课程涵盖知识点非常广泛，而且需要学生具备较强的数学物理方法分析能力，在有限的课时内，采用有效的教学方法，才能使学生将各个知识点融会贯通，充分理解，并转化为创新能力。
1.教学内容的衔接
电子科学与技术专业硕士研究生一般都在本科阶段完成了《电磁场与电磁波》和《微波技术基础》两门课程的学习。在进入《高等电磁场理论》课程时，可能会存在学习目标不明确，学习兴趣不足的问题。同时来自非电磁场相关专业的研究生，可能在场论和偏微分方程求解能力方面存在一定欠缺。这些问题都给学生的学习带来困难，影响教学效果。我们需要认真考虑教学内容的衔接，激发学生的?W习兴趣，帮助学生完成该课程学习。
《电磁场与电磁波》和《微波技术基础》是工科类高校电子工程、信息工程、通信工程等本科专业学生的必修课程，是电子信息大类专业学生的基础知识部分。在课程定位上，其作为专业基础课，将为后续应用技术课程奠定基础。这两门课程内容主要包含对各类电磁现象和微波技术的初步规律性描述，用到的数学方法主要涉及微积分等基础工具。《高等电磁场理论》作为研究生理论课程，需要引导学生对场论进行详细回顾，建立数学方法解决物理问题的指导思想。对于非电磁场背景的研究生，需要指导学生自主高效完成相关电磁场和数学基础的知识储备学习。教学内容上，不能停留在孤立物理现象的数学描述和解释，需要帮助学生建立完备的知识体系，具备采用数理方法总结普遍性宏观电磁场理论的能力。
2.应用技术的结合
《高等电磁场理论》课程包含唯一性定理、镜像原理和惠更斯原理等重要电磁原理的数学推导学习。不同于本科学习，该课程要求学生不仅能够理解原理内容，而且能够借助数学工具进行相应的理论梳理推导，并分析研究电磁散射和辐射等现象，同时具备转化为实际问题解决能力。为了使学生建立扎实完备的数学体系，同时不陷入纯粹的数学推导，需要结合一定的工程应用技术知识，引导学生利用课程中的研究方法和原理，开展自身研究课题的创新分析。
电子科学与技术专业研究生的研究内容主要包括天线和射频技术研究、高频电路设计研究、微电子技术和计算电磁学算法研究等方向。在掌握基本原理知识的基础上，需要鼓励学生在各自的研究领域基于电磁场原理进行实际问题的分析和解决。例如指导学生基于镜像原理进行定向天线设计，解决基站天线架设问题，以及完成简单边界条件下散射问题的简化，将理论研究与工程创新充分结合。
3.数值方法教学
高等电磁理论中数值方法知识是计算电磁学研究的重要内容。根据教学经验，大部分学生会对其中复杂繁琐的数学推导望而生畏，影响其对数值方法的学习信心建立。数值方法的特点是要将电磁问题数学模型化，然后结合计算机技术进行快速计算处理。各类算法纷繁复杂，特性各异，需要正确合理引导，才能达到预期教学效果。
为了帮助学生深入理解电磁学数值算法核心思想，需要在课堂讲解的基础上，指导学生针对具体的电磁问题进行编程计算，在实践过程中结合电磁场理论，分析各类电磁现象，摸索物理规律。例如针对理想线天线辐射问题，引导学生采用矩量法和有限元法分别进行编程计算，比较两种算法差异和特点，深刻理解算法内核。随着计算电磁学的快速发展，目前业内涌现出大量商业电磁仿真软件，如HFSS、FEKO和CST等。在讲解算法原理的同时，也需要向学生介绍多种商业软件，并培养学生进行工具软件的操作技能。
三、结语
例1 如图1，两条平行导轨所在平面与水平地面的夹角为θ，间距为L.导轨上端接有一平行板电容器，电容为C.导轨处于匀强磁场中，磁感应强度大
图1小为B，方向垂直于导轨平面.在导轨上放置一质量为m的金属棒，棒可沿导轨下滑，且在下滑过程中保持与导轨垂直并良好接触.已知金属棒与导轨之间的动摩擦因数为μ，重力加速度大小为g.忽略所有电阻.让金属棒从导轨上端由静止开始下滑，求：
（1）电容器极板上积累的电荷量与金属棒速度大小的关系；
（2）金属棒的速度大小随时间变化的关系.
解法1 （1）设金属棒下滑的速度大小为v，则感应电动势为E=BLv，平行板电容器两极板之间的电势差为U=E，设此时电容器极板上积累的电荷量为Q，按定义有Q=CU联立可得，Q=BLvC
（2）设金属棒的速度大小为v时，经历的时间为t，通过金属棒的电流为i，金属棒受到的磁场力方向沿导轨向上，大小为f1=BLi，设在时间间隔（t，t+Δt）内流经金属棒的电荷量为ΔQ，则ΔQ=CBLΔv按定义有：i=ΔQΔt
ΔQ也是平行板电容器在时间间隔内增加的电量，由上式可得，Δv为金属棒的速度变化量，金属棒所受到的摩擦力方向沿导轨斜面向上，大小为：f2=μN，式中N是金属棒对于导轨的压力大小，有N=mgcosθ，金属棒在时刻t的加速度方向沿斜面向下，设其大小为a，根据牛顿第二定律有：mgsinθ-f1-f2=ma.
即：mgsinθ-μmgcosθ=CB2L2a+ma
此时可得： a=mgsinθ-μmgcosθm+B2L2C
由题意可知，金属棒做初速度为零的匀加速运动，t时刻金属棒的速度大小为：v=mgsinθ-μmgcosθm+B2L2Ct.
解法2 （1）设经过时间t沿导轨下滑的距离为x，电容器的电压为U，电荷量为Q，则Q=CU，U=BLv，所以Q=CBLv.
（2）根据能量守恒定律可得：
12mv2+12CU2=（mgsinθ-μmgcosθ）x
整理可得： v2=2×mgsinθ-μmgcosθm+B2L2C・x
结合v2=2ax， 类比可得所以a=mgsinθ-μmgcosθm+B2L2C，即v=mgsinθ-μmgcosθm+B2L2Ct.
图2例2 处于磁感应强度为B的匀强磁场中放置一足够长光滑U型金属框架宽为L，其上放一质量为m的金属棒ab，左端连接有一电容为C的电容器，现给棒一个初速v0，使棒始终垂直框架并沿框架运动，如图2所示.求导体棒的最终速度.
解法1 当金属棒ab做切割磁力线运动时，要产生感应电动势，这样，电容器C将被充电，ab棒中有充电电流存在，ab棒受到安培力的作用而减速，当ab棒以稳定速度v匀速运动时，有：BLv=UC=q/C.而对导体棒ab利用动量定理可得：-BLq=mv-mv0.
由上述二式可求得： v=mv0m+B2L2C
解法2 设最终速度为v，U=BLv
12mv20-12mv2=12CU2
解得： v2=mv20m+B2L2C
这种解法对吗？
很显然两种方法的答案并不相同，为什么按照同样的思路解题得到的结果却迥然不同呢？为什么会出现这样的情形呢？
经过查阅资料、自主学习得知：
带电体的能量为W=12CU2
这是孤立导体的静电能公式也可以推广到带电的电容器，因为电容器两板间的电势差与极板上所带电荷量的关系是线性关系.
但是在电动势为E的电源对电容器充电过程中，电源所提供的能量W′=QE=QU=2W，也就是说，在充电过程中，电容器仅得到了电源提供的一半能量，另一半能量在导线和电源内阻上转化为内能或者以电磁波的形式发射了出去.
结合这些知识我们可以得到以下解法.
正解 导体棒的动能减少量并没有全部转化为电容器所储存的电能，相反导体棒动能的减少量却等于导体棒切割磁感线产生感应电流所释放的电能.
设经极短时间t后的速度为v，根据动量定理可得：
BILΔt=m（v0-v）
Q=IΔt
图3所以Q=mv0BL-mBLv即导体棒所释放的电量与导体棒的速度是线性减函数，因而导体棒所释放的电能由图3可知E=（BLv+BLv0）BLvC/2.
对导体棒由动能定理可得E=12mv20-12mv2.
联立以上两式可得： v2=mv20m+B2L2c.
综合以上分析可以得到导体棒减少动能所释放的能量一部分转化为电容器所储存的电能，另一部分以电磁波的形式和回路的焦耳热释放掉.而在例1中加速过程中则回路中没有相应的焦耳热产生和电磁波辐射，故得到相同的结果.