电磁学是物理学的一个分支。电学与磁学领域有著紧密关系，广义的电磁学可以说是包含电学和磁学，但狭义来说是一门探讨电性与磁性交互关系的学科。 主要研究电磁波，电磁场以及有关电荷，带电物体的动力学等等。电磁学或称电动力学或经典电动力学。之所以称为经典，是因为它不包括现代的量子电动力学的内容。电动力学这样一个术语使用并不是非常严格，有时它也用来指电磁学中去除了静电学、静磁学后剩下的部分，是指电磁学与力学结合的部分。这个部分处理电磁场对带电粒子的力学影响。电磁学的基本理论由19世纪的许多物理学家发展起来，麦克斯韦方程组通过一组方程统一了所有的这些工作，并且揭示出了光作为电磁波的本质。电磁学的基本方程式为麦克斯韦方程组，此方程组在经典力学的相对运动转换（伽利略变换）下形式会变，在伽里略变换下，光速在不同惯性座标下会不同。保持麦克斯韦方程组形式不变的变换为洛伦兹变换，在此变换下，不同惯性座标下光速恒定。二十世纪初迈克耳孙-莫雷实验支持光速不变，光速不变亦成为爱因斯坦的狭义相对论的基石。取而代之，洛伦兹变换亦成为较伽利略变换更精密的惯性座标转换方式。静磁现象和静电现象很早就受到人类注意。中国远古黄帝时候就已经发现了磁石吸铁、磁石指南以及摩擦生电等现象。系统地对这些现象进行研究则始於16世纪。1600年英国医生威廉·吉尔伯特(William Gilbert，1544～1603)发表了<论磁、磁饱和地球作为一个巨大的磁体>(Demagnete，magneticisque corporibus et de magnomagnete tellure)。他总结了前人对磁的研究，周密地讨论了地磁的性质，记载了大量实验，使磁学从经验转变为科学。书中他也记载了电学方面的研究。
这种色散将导致非物理原因引起的脉冲波形的畸变、人为的各向异性及虚拟的绕射参考文献〔1〕文舸一．计算电磁学的进展与展望〔J〕．电子学报，1995，
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大一的论文一般都会给要求吧？大一物理其实是在高中的基础上细化，论文方向可以参考一下高中大学物理的差异；有兴趣有能力还可以选一个公式或者一个定理深度挖掘一下，从公式定理的提出者到公式定理的应用拓展，都可以
自己上百度找，不过最好自己写，这里有一参考： 摘 要：介绍了电磁学计算方法的研究进展和状态，对几种富有代表性的算法做了介绍，并比较了各自的优势和不足，包括矩量法、有限元法、时域有限差分方法以及复射线方法等。 关键词：矩量法；有限元法；时域有限差分方法；复射线方法 1 引 言 1864年Maxwell在前人的理论（高斯定律、安培定律、法拉第定律和自由磁极不存在）和实验的基础上建立了统一的电磁场理论，并用数学模型揭示了自然界一切宏观电磁现象所遵循的普遍规律，这就是著名的Maxwell方程。在11种可分离变量坐标系求解Maxwell方程组或者其退化形式，最后得到解析解。这种方法可以得到问题的准确解，而且效率也比较高，但是适用范围太窄，只能求解具有规则边界的简单问题。对于不规则形状或者任意形状边界则需要比较高的数学技巧，甚至无法求得解析解。20世纪60年代以来，随着电子计算机技术的发展，一些电磁场的数值计算方法发展起来，并得到广泛地应用，相对于经典电磁理论而言，数值方法受边界形状的约束大为减少，可以解决各种类型的复杂问题。但各种数值计算方法都有优缺点，一个复杂的问题往往难以依靠一种单一方法解决，常需要将多种方法结合起来，互相取长补短，因此混和方法日益受到人们的重视。 本文综述了国内外计算电磁学的发展状况，对常用的电磁计算方法做了分类。 2 电磁场数值方法的分类 电磁学问题的数值求解方法可分为时域和频域2大类。频域技术主要有矩量法、有限差分方法等，频域技术发展得比较早，也比较成熟。时域法主要有时域差分技术。时域法的引入是基于计算效率的考虑，某些问题在时域中讨论起来计算量要小。例如求解目标对冲激脉冲的早期响应时，频域法必须在很大的带宽内进行多次采样计算，然后做傅里叶反变换才能求得解答，计算精度受到采样点的影响。若有非线性部分随时间变化，采用时域法更加直接。另外还有一些高频方法，如GTD，UTD和射线理论。 从求解方程的形式看，可以分为积分方程法（IE）和微分方程法（DE）。IE和DE相比，有如下特点：IE法的求解区域维数比DE法少一维，误差限于求解区域的边界，故精度高；IE法适合求无限域问题，DE法此时会遇到网格截断问题；IE法产生的矩阵是满的，阶数小，DE法所产生的是稀疏矩阵，但阶数大；IE法难以处理非均匀、非线性和时变媒质问题，DE法可直接用于这类问题〔1〕。 3 几种典型方法的介绍 有限元方法是在20世纪40年代被提出，在50年代用于飞机设计。后来这种方法得到发展并被非常广泛地应用于结构分析问题中。目前，作为广泛应用于工程和数学问题的一种通用方法，有限元法已非常著名。 有限元法是以变分原理为基础的一种数值计算方法。其定解问题为： 应用变分原理，把所要求解的边值问题转化为相应的变分问题，利用对区域D的剖分、插值，离散化变分问题为普通多元函数的极值问题，进而得到一组多元的代数方程组，求解代数方程组就可以得到所求边值问题的数值解。一般要经过如下步骤： ①给出与待求边值问题相应的泛函及其变分问题。 ②剖分场域D，并选出相应的插值函数。 ③将变分问题离散化为一种多元函数的极值问题，得到如下一组代数方程组： 其中：Kij为系数（刚度）矩阵；Xi为离散点的插值。 ④选择合适的代数解法解式（2），即可得到待求边值问题的数值解Xi（i＝1，2，…，N） （2）矩量法 很多电磁场问题的分析都归结为这样一个算子方程〔2〕： L（f）＝g（3）其中：L是线性算子，f是未知的场或其他响应，g是已知的源或激励。 在通常的情况下，这个方程是矢量方程（二维或三维的）。如果f能有方程解出，则是一个精确的解析解，大多数情况下，不能得到f的解析形式，只能通过数值方法进行预估。令f在L的定义域内被展开为某基函数系f1，f2，f3，…，fn的线性组合： 其中：an是展开系数，fn为展开函数或基函数。 对于精确解式（2）通畅是无限项之和，且形成一个基函数的完备集，对近似解，将式 （2）带入式（1），再应用算子L的线性，便可以得到： m＝1，2，3，… 此方程组可写成矩阵形式f，以解出f。矩量法就是这样一种将算子方程转化为矩阵方程的一种离散方法。 在电磁散射问题中，散射体的特征尺度与波长之比是一个很重要的参数。他决定了具体应用矩量法的途径。如果目标特征尺度可以与波长比较，则可以采用一般的矩量法；如果目标很大而特征尺度又包括了一个很大的范围，那么就需要选择一个合适的离散方式和离散基函数。受计算机内存和计算速度影响，有些二维和三维问题用矩量法求解是非常困难的，因为计算的存储量通常与N2或者N3成正比（N为离散点数），而且离散后出现病态矩阵也是一个难以解决的问题。这时需要较高的数学技巧，如采用小波展开，选取合适的小波基函数来降维等〔3〕。 （3）时域有限差分方法 时域有限差分（FDTD）是电磁场的一种时域计算方法。传统上电磁场的计算主要是在频域上进行的，这些年以来，时域计算方法也越来越受到重视。他已在很多方面显示出独特的优越性，尤其是在解决有关非均匀介质、任意形状和复杂结构的散射体以及辐射系统的电磁问题中更加突出。FDTD法直接求解依赖时间变量的麦克斯韦旋度方程，利用二阶精度的中心差分近似把旋度方程中的微分算符直接转换为差分形式，这样达到在一定体积内和一段时间上对连续电磁场的数据取样压缩。电场和磁场分量在空间被交叉放置，这样保证在介质边界处切向场分量的连续条件自然得到满足。在笛卡儿坐标系电场和磁场分量在网格单元中的位置是每一磁场分量由4个电场分量包围着，反之亦然。 这种电磁场的空间放置方法符合法拉第定律和安培定律的自然几何结构。因此FDTD算法是计算机在数据存储空间中对连续的实际电磁波的传播过程在时间进程上进行数字模拟。而在每一个网格点上各场分量的新值均仅依赖于该点在同一时间步的值及在该点周围邻近点其他场前半个时间步的值。这正是电磁场的感应原理。这些关系构成FDTD法的基本算式，通过逐个时间步对模拟区域各网格点的计算，在执行到适当的时间步数后，即可获得所需要的结果。 在上述算法中，时间增量Δt和空间增量Δx，Δy和Δz不是相互独立的，他们的取值必须满足一定的关系，以避免数值不稳定。这种不稳定表现为在解显式 差分方程时随着时间步的继续计算结果也将无限制的67增加。为了保证数值稳定性必须满足数值稳定条件： 其中：（对非均匀区域，应选c的最大值）〔4〕。 用差分方法对麦克斯韦方程的数值计算还会在网格中引起所模拟波模的色散，即在FDTD网格中数字波模的传播速度将随波长、在网格中的传播方向以及离散化的情况而改变。这种色散将导致非物理原因引起的脉冲波形的畸变、人为的各向异性及虚拟的绕射等，因此必须考虑数值色散问题。如果在模拟空间中采用大小不同的网格或包含不同的介质区域，这时网格尺寸与波长之比将是位置的函数，在不同网格或介质的交界面处将出现非物理的绕射和反射现象，对此也应该进行定量的研究，以保证正确估计FDTD算法的精度。在开放问题中电磁场将占据无限大空间，而由于计算机内存总是有限的，只能模拟有限空间，因此差分网格在某处必将截断，这就要求在网格截断处不引起波的明显反射，使对外传播的波就像在无限大空间中传播一样。这就是在截断处设置吸收边界条件，使传播到截断处的波被边界吸收而不产生反射，当然不可能达到完全没有反射，目前已创立的一些吸收边界条件可达到精度上的要求，如Mur所导出的吸收边界条件。 （4）复射线方法 复射线是用于求解波场传播和散射问题的一种高频近似方法。他根据几何光学理论和几何绕射理论的分析方法和计算公式，在解析延拓的复空间中求解复射线轨迹和场的振幅和相位，从而直接得出局部不均匀波（凋落波）的传播和散射规律〔5〕。复射线方法是包括复射线追踪、复射线近轴近似、复射线展开以及复绕射线等处理技术在内的一系列处理方法的统称。其共同特点在于：通过将射线参考点坐标延拓到复空间而建立了一个简单而统一的实空间中波束／射线束（Bundle ofrays）分析模型；通过费马原理及其延拓，由基于复射线追踪或复射线近轴近似的处理技术，构造了射线光学架构下有效的鞍点场描述方法等。例如，复射线追踪法将射线光学中使用的射线追踪方法和场强计算公式直接地解析延拓到复空间，利用延拓后的复费马原理进行复射线搜索，从而求出复射线轨迹和复射线场。这一方法的特点在于可以基于射线光学方法有效地描述空间中波束的传播，因此，提供了一类分析波束传播的简便方法。其不足之处是对每一个给定的观察点必须进行一次二维或四维的复射线轨迹搜索，这是一个十分花费时间的计算机迭代过程。 4 几种方法的比较和进展 将有限元法移植到电磁工程领域还是二十世纪六七十年代的事情，他比较新颖。有限元法的优点是适用于具有复杂边界形状或边界条件、含有复杂媒质的定解问题。这种方法的各个环节可以实现标准化，得到通用的计算程序，而且有较高的计算精度。但是这种方法的计算程序复杂冗长，由于他是区域性解法，分割的元素数和节点数较多，导致需要的初始数据复杂繁多，最终得到的方程组的元数很大，这使得计算时间长，而且对计算机本身的存储也提出了要求。对电磁学中的许多问题，有限元产生的是带状（如果适当地给节点编号的话）、稀疏阵（许多矩阵元素是0）。但是单独采用有限元法只能解决开域问题。用有限元法进行数值分析的第一步是对目标的离散，多年来人们一直在研究这个问题，试图找到一种有效、方便的离散方法，但由于电磁场领域的特殊性，这个问题一直没有得到很好的解决。问题的关键在于一方面对复杂的结构，一般的剖分方法难于适用；另一方面，由于剖分的疏密与最终所形成的系数矩阵的存贮量密切相关，因而人们采用了许多方法来减少存储量，如多重网格法，但这些方法的实现较为困难〔6〕。 网格剖分与加密是有限元方法发展的瓶颈之一，采用自适应网格剖分和加密技术相对来说可以较好地解决这一问题。自适应网格剖分根据对场量分布求解后的结果对网格进行增加剖分密度的调整，在网格密集区采用高阶插值函数，以进一步提高精度，在场域分布变化剧烈区域，进行多次加密。 这些年有限元方法的发展日益加快，与其他理论相结合方面也有了新的进展，并取得了相当应用范围的成果，如自适应网格剖分、三维场建模求解、耦合问题、开域问题、高磁性材料及具有磁滞饱和非线性特性介质的处理等，还包括一些尚处于探索阶段的工作，如拟问题、人工智能和专家系统在电磁装置优化设计中的应用、边基有限元法等，这些都使得有限元方法的发展有了质的飞跃。 矩量法将连续方程离散化为代数方程组，既适用于求解微分方程，又适用于求解积分方程。他的求解过程简单，求解步骤统一，应用起来比较方便。然而 77他需要一定的数学技巧，如离散化的程度、基函数与权函数的选取，矩阵求解过程等。另外必须指出的是，矩量法可以达到所需要的精确度，解析部分简单，可计算量很大，即使用高速大容量计算机，计算任务也很繁重。矩量法在天线分析和电磁场散射问题中有比较广泛地应用，已成功用于天线和天线阵的辐射、散射问题、微带和有耗结构分析、非均匀地球上的传播及人体中电磁吸收等。 FDTD用有限差分式替代时域麦克斯韦旋度方程中的微分式，得到关于场分量的有限差分式，针对不同的研究对象，可在不同的坐标系中建模，因而具有这几个优点，容易对复杂媒体建模，通过一次时域分析计算，借助傅里叶变换可以得到整个同带范围内的频率响应；能够实时在现场的空间分布，精确模拟各种辐射体和散射体的辐射特性和散射特性；计算时间短。但是FDTD分析方法由于受到计算机存储容量的限制，其网格空间不能无限制的增加，造成FDTD方法不能适用于较大尺寸，也不能适用于细薄结构的媒质。因为这种细薄结构的最小尺寸比FDTD网格尺寸小很多，若用网格拟和这类细薄结构只能减小网格尺寸，而这必然导致计算机存储容量的加大。因此需要将FDTD与其他技术相结合，目前这种技术正蓬勃发展，如时域积分方程／FDTD方法，FDTD／MOM等。FDTD的应用范围也很广阔，诸如手持机辐射、天线、不同建筑物结构室内的电磁干扰特性研究、微带线等〔7〕。 复射线技术具有物理模型简单、数学处理方便、计算效率高等特点，在复杂目标散射特性分析等应用领域中有重要的研究价值。典型的处理方式是首先将入射平面波离散化为一组波束指向平行的复源点场，通过特定目标情形下的射线追踪、场强计算和叠加各射线场的贡献，可以得到特定观察位置处散射场的高频渐进解。目前已运用复射线分析方法对飞行器天线和天线罩（雷达舱）、（加吸波涂层）翼身结合部和进气道以及涂层的金属平板、角形反射器等典型目标散射特性进行了成功的分析。尽管复射线技术的计算误差可以通过参数调整得到控制，但其本身是一种高频近似计算方法，由于入射波场的离散和只引入鞍点贡献，带来了不可避免的计算误差。总的来说复射线方法在目标电磁散射领域还是具有独特的优势，尤其是对复 杂目标的处理。 5 结 语 电磁学的数值计算方法远远不止以上所举，还有边界元素法、格林函数法等，在具体问题中，应该采用不同的方法，而不应拘泥于这些方法，还可以把这些方法加以综合应用，以达到最佳效果。 电磁学的数值计算是一门计算的艺术，他横跨了多个学科，是数学理论、电磁理论和计算机的有机结合。原则上讲，从直流到光的宽频带范围都属于他的研究范围。为了跟上世界科技发展的需要，应大力进行电磁场的并行计算方法的研究，不断拓广他的应用领域，如生物电磁学、复杂媒质中的电磁正问题和逆问题、医学应用、微波遥感应用、非线性电磁学中的混沌与分叉、微电子学和纳米电子学等。 参考文献 〔1〕 文舸一．计算电磁学的进展与展望〔J〕．电子学报，1995，23（10）：62- 〔2〕 刘圣民．电磁场的数值方法〔M〕．武汉：华中理工大学出版社，1991． 〔3〕 张成，郑宏兴．小波矩量法求解电磁场积分方程〔J〕．宁夏大学学报（自然科学版），2000，21（1）：76- 〔4〕 王长清．时域有限差分(FD-TD)法〔J〕．微波学报,1989,(4):8- 〔5〕 阮颖诤．复射线理论及其应用〔M〕．成都：电子工业出版社，1991． 〔6〕 方静，汪文秉．有限元法和矩量法结合分析背腔天线的辐射特性〔J〕．微波学报，2000，16(2):139- 〔7〕 杨永侠，王翠玲．电磁场的FDTD分析方法〔J〕．现代电子技术,2001,(11):73- 〔8〕 洪伟．计算电磁学研究进展〔J〕．东南大学学RB （自然科学版），2002，32（3）：335- 〔9〕 王长清，祝西里．电磁场计算中的时域有限差分法〔M〕．北京：北京大学出版社，1994． 〔10〕 楼仁海，符果行，袁敬闳．电磁理论〔M〕．成都：电子科技大学出版社，1996． 现代电子技术
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电磁学是物理学的一个分支。电学与磁学领域有著紧密关系，广义的电磁学可以说是包含电学和磁学，但狭义来说是一门探讨电性与磁性交互关系的学科。 主要研究电磁波，电磁场以及有关电荷，带电物体的动力学等等。电磁学或称电动力学或经典电动力学。之所以称为经典，是因为它不包括现代的量子电动力学的内容。电动力学这样一个术语使用并不是非常严格，有时它也用来指电磁学中去除了静电学、静磁学后剩下的部分，是指电磁学与力学结合的部分。这个部分处理电磁场对带电粒子的力学影响。电磁学的基本理论由19世纪的许多物理学家发展起来，麦克斯韦方程组通过一组方程统一了所有的这些工作，并且揭示出了光作为电磁波的本质。电磁学的基本方程式为麦克斯韦方程组，此方程组在经典力学的相对运动转换（伽利略变换）下形式会变，在伽里略变换下，光速在不同惯性座标下会不同。保持麦克斯韦方程组形式不变的变换为洛伦兹变换，在此变换下，不同惯性座标下光速恒定。二十世纪初迈克耳孙-莫雷实验支持光速不变，光速不变亦成为爱因斯坦的狭义相对论的基石。取而代之，洛伦兹变换亦成为较伽利略变换更精密的惯性座标转换方式。静磁现象和静电现象很早就受到人类注意。中国远古黄帝时候就已经发现了磁石吸铁、磁石指南以及摩擦生电等现象。系统地对这些现象进行研究则始於16世纪。1600年英国医生威廉·吉尔伯特(William Gilbert，1544～1603)发表了<论磁、磁饱和地球作为一个巨大的磁体>(Demagnete，magneticisque corporibus et de magnomagnete tellure)。他总结了前人对磁的研究，周密地讨论了地磁的性质，记载了大量实验，使磁学从经验转变为科学。书中他也记载了电学方面的研究。
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几种典型方法的介绍 有限元方法是在20世纪40年代被提出，在50年代用于飞机设计。后来这种方法得到发展并被非常广泛地应用于结构分析问题中。目前，作为广泛应用于工程和数学问题的一种通用方法，有限元法已非常著名。 有限元法是以变分原理为基础的一种数值计算方法。其定解问题为： 应用变分原理，把所要求解的边值问题转化为相应的变分问题，利用对区域D的剖分、插值，离散化变分问题为普通多元函数的极值问题，进而得到一组多元的代数方程组，求解代数方程组就可以得到所求边值问题的数值解。一般要经过如下步骤： ①给出与待求边值问题相应的泛函及其变分问题。 ②剖分场域D，并选出相应的插值函数。 ③将变分问题离散化为一种多元函数的极值问题，得到如下一组代数方程组： 其中：Kij为系数（刚度）矩阵；Xi为离散点的插值。 ④选择合适的代数解法解式（2），即可得到待求边值问题的数值解Xi（i＝1，2，…，N） （2）矩量法 很多电磁场问题的分析都归结为这样一个算子方程〔2〕： L（f）＝g（3）其中：L是线性算子，f是未知的场或其他响应，g是已知的源或激励。 在通常的情况下，这个方程是矢量方程（二维或三维的）。如果f能有方程解出，则是一个精确的解析解，大多数情况下，不能得到f的解析形式，只能通过数值方法进行预估。令f在L的定义域内被展开为某基函数系f1，f2，f3，…，fn的线性组合： 其中：an是展开系数，fn为展开函数或基函数。 对于精确解式（2）通畅是无限项之和，且形成一个基函数的完备集，对近似解，将式 （2）带入式（1），再应用算子L的线性，便可以得到： m＝1，2，3，… 此方程组可写成矩阵形式f，以解出f。矩量法就是这样一种将算子方程转化为矩阵方程的一种离散方法。 在电磁散射问题中，散射体的特征尺度与波长之比是一个很重要的参数。他决定了具体应用矩量法的途径。如果目标特征尺度可以与波长比较，则可以采用一般的矩量法；如果目标很大而特征尺度又包括了一个很大的范围，那么就需要选择一个合适的离散方式和离散基函数。受计算机内存和计算速度影响，有些二维和三维问题用矩量法求解是非常困难的，因为计算的存储量通常与N2或者N3成正比（N为离散点数），而且离散后出现病态矩阵也是一个难以解决的问题。这时需要较高的数学技巧，如采用小波展开，选取合适的小波基函数来降维等〔3〕。 （3）时域有限差分方法 时域有限差分（FDTD）是电磁场的一种时域计算方法。传统上电磁场的计算主要是在频域上进行的，这些年以来，时域计算方法也越来越受到重视。他已在很多方面显示出独特的优越性，尤其是在解决有关非均匀介质、任意形状和复杂结构的散射体以及辐射系统的电磁问题中更加突出。FDTD法直接求解依赖时间变量的麦克斯韦旋度方程，利用二阶精度的中心差分近似把旋度方程中的微分算符直接转换为差分形式，这样达到在一定体积内和一段时间上对连续电磁场的数据取样压缩。电场和磁场分量在空间被交叉放置，这样保证在介质边界处切向场分量的连续条件自然得到满足。在笛卡儿坐标系电场和磁场分量在网格单元中的位置是每一磁场分量由4个电场分量包围着，反之亦然。 这种电磁场的空间放置方法符合法拉第定律和安培定律的自然几何结构。因此FDTD算法是计算机在数据存储空间中对连续的实际电磁波的传播过程在时间进程上进行数字模拟。而在每一个网格点上各场分量的新值均仅依赖于该点在同一时间步的值及在该点周围邻近点其他场前半个时间步的值。这正是电磁场的感应原理。这些关系构成FDTD法的基本算式，通过逐个时间步对模拟区域各网格点的计算，在执行到适当的时间步数后，即可获得所需要的结果。 在上述算法中，时间增量Δt和空间增量Δx，Δy和Δz不是相互独立的，他们的取值必须满足一定的关系，以避免数值不稳定。这种不稳定表现为在解显式 差分方程时随着时间步的继续计算结果也将无限制的67增加。为了保证数值稳定性必须满足数值稳定条件： 其中：（对非均匀区域，应选c的最大值）〔4〕。 用差分方法对麦克斯韦方程的数值计算还会在网格中引起所模拟波模的色散，即在FDTD网格中数字波模的传播速度将随波长、在网格中的传播方向以及离散化的情况而改变。这种色散将导致非物理原因引起的脉冲波形的畸变、人为的各向异性及虚拟的绕射等，因此必须考虑数值色散问题。如果在模拟空间中采用大小不同的网格或包含不同的介质区域，这时网格尺寸与波长之比将是位置的函数，在不同网格或介质的交界面处将出现非物理的绕射和反射现象，对此也应该进行定量的研究，以保证正确估计FDTD算法的精度。在开放问题中电磁场将占据无限大空间，而由于计算机内存总是有限的，只能模拟有限空间，因此差分网格在某处必将截断，这就要求在网格截断处不引起波的明显反射，使对外传播的波就像在无限大空间中传播一样。这就是在截断处设置吸收边界条件，使传播到截断处的波被边界吸收而不产生反射，当然不可能达到完全没有反射，目前已创立的一些吸收边界条件可达到精度上的要求，如Mur所导出的吸收边界条件。 （4）复射线方法 复射线是用于求解波场传播和散射问题的一种高频近似方法。他根据几何光学理论和几何绕射理论的分析方法和计算公式，在解析延拓的复空间中求解复射线轨迹和场的振幅和相位，从而直接得出局部不均匀波（凋落波）的传播和散射规律〔5〕。复射线方法是包括复射线追踪、复射线近轴近似、复射线展开以及复绕射线等处理技术在内的一系列处理方法的统称。其共同特点在于：通过将射线参考点坐标延拓到复空间而建立了一个简单而统一的实空间中波束／射线束（Bundle ofrays）分析模型；通过费马原理及其延拓，由基于复射线追踪或复射线近轴近似的处理技术，构造了射线光学架构下有效的鞍点场描述方法等。例如，复射线追踪法将射线光学中使用的射线追踪方法和场强计算公式直接地解析延拓到复空间，利用延拓后的复费马原理进行复射线搜索，从而求出复射线轨迹和复射线场。这一方法的特点在于可以基于射线光学方法有效地描述空间中波束的传播，因此，提供了一类分析波束传播的简便方法。其不足之处是对每一个给定的观察点必须进行一次二维或四维的复射线轨迹搜索，这是一个十分花费时间的计算机迭代过程。 4 几种方法的比较和进展 将有限元法移植到电磁工程领域还是二十世纪六七十年代的事情，他比较新颖。有限元法的优点是适用于具有复杂边界形状或边界条件、含有复杂媒质的定解问题。这种方法的各个环节可以实现标准化，得到通用的计算程序，而且有较高的计算精度。但是这种方法的计算程序复杂冗长，由于他是区域性解法，分割的元素数和节点数较多，导致需要的初始数据复杂繁多，最终得到的方程组的元数很大，这使得计算时间长，而且对计算机本身的存储也提出了要求。对电磁学中的许多问题，有限元产生的是带状（如果适当地给节点编号的话）、稀疏阵（许多矩阵元素是0）。但是单独采用有限元法只能解决开域问题。用有限元法进行数值分析的第一步是对目标的离散，多年来人们一直在研究这个问题，试图找到一种有效、方便的离散方法，但由于电磁场领域的特殊性，这个问题一直没有得到很好的解决。问题的关键在于一方面对复杂的结构，一般的剖分方法难于适用；另一方面，由于剖分的疏密与最终所形成的系数矩阵的存贮量密切相关，因而人们采用了许多方法来减少存储量，如多重网格法，但这些方法的实现较为困难〔6〕。 网格剖分与加密是有限元方法发展的瓶颈之一，采用自适应网格剖分和加密技术相对来说可以较好地解决这一问题。自适应网格剖分根据对场量分布求解后的结果对网格进行增加剖分密度的调整，在网格密集区采用高阶插值函数，以进一步提高精度，在场域分布变化剧烈区域，进行多次加密。 这些年有限元方法的发展日益加快，与其他理论相结合方面也有了新的进展，并取得了相当应用范围的成果，如自适应网格剖分、三维场建模求解、耦合问题、开域问题、高磁性材料及具有磁滞饱和非线性特性介质的处理等，还包括一些尚处于探索阶段的工作，如拟问题、人工智能和专家系统在电磁装置优化设计中的应用、边基有限元法等，这些都使得有限元方法的发展有了质的飞跃。 矩量法将连续方程离散化为代数方程组，既适用于求解微分方程，又适用于求解积分方程。他的求解过程简单，求解步骤统一，应用起来比较方便。然而 77他需要一定的数学技巧，如离散化的程度、基函数与权函数的选取，矩阵求解过程等。另外必须指出的是，矩量法可以达到所需要的精确度，解析部分简单，可计算量很大，即使用高速大容量计算机，计算任务也很繁重。矩量法在天线分析和电磁场散射问题中有比较广泛地应用，已成功用于天线和天线阵的辐射、散射问题、微带和有耗结构分析、非均匀地球上的传播及人体中电磁吸收等。 FDTD用有限差分式替代时域麦克斯韦旋度方程中的微分式，得到关于场分量的有限差分式，针对不同的研究对象，可在不同的坐标系中建模，因而具有这几个优点，容易对复杂媒体建模，通过一次时域分析计算，借助傅里叶变换可以得到整个同带范围内的频率响应；能够实时在现场的空间分布，精确模拟各种辐射体和散射体的辐射特性和散射特性；计算时间短。但是FDTD分析方法由于受到计算机存储容量的限制，其网格空间不能无限制的增加，造成FDTD方法不能适用于较大尺寸，也不能适用于细薄结构的媒质。因为这种细薄结构的最小尺寸比FDTD网格尺寸小很多，若用网格拟和这类细薄结构只能减小网格尺寸，而这必然导致计算机存储容量的加大。因此需要将FDTD与其他技术相结合，目前这种技术正蓬勃发展，如时域积分方程／FDTD方法，FDTD／MOM等。FDTD的应用范围也很广阔，诸如手持机辐射、天线、不同建筑物结构室内的电磁干扰特性研究、微带线等〔7〕。 复射线技术具有物理模型简单、数学处理方便、计算效率高等特点，在复杂目标散射特性分析等应用领域中有重要的研究价值。典型的处理方式是首先将入射平面波离散化为一组波束指向平行的复源点场，通过特定目标情形下的射线追踪、场强计算和叠加各射线场的贡献，可以得到特定观察位置处散射场的高频渐进解。目前已运用复射线分析方法对飞行器天线和天线罩（雷达舱）、（加吸波涂层）翼身结合部和进气道以及涂层的金属平板、角形反射器等典型目标散射特性进行了成功的分析。尽管复射线技术的计算误差可以通过参数调整得到控制，但其本身是一种高频近似计算方法，由于入射波场的离散和只引入鞍点贡献，带来了不可避免的计算误差。总的来说复射线方法在目标电磁散射领域还是具有独特的优势，尤其是对复 杂目标的处理。 5 结 语 电磁学的数值计算方法远远不止以上所举，还有边界元素法、格林函数法等，在具体问题中，应该采用不同的方法，而不应拘泥于这些方法，还可以把这些方法加以综合应用，以达到最佳效果。 电磁学的数值计算是一门计算的艺术，他横跨了多个学科，是数学理论、电磁理论和计算机的有机结合。原则上讲，从直流到光的宽频带范围都属于他的研究范围。为了跟上世界科技发展的需要，应大力进行电磁场的并行计算方法的研究，不断拓广他的应用领域，如生物电磁学、复杂媒质中的电磁正问题和逆问题、医学应用、微波遥感应用、非线性电磁学中的混沌与分叉、微电子学和纳米电子学等。 参考文献 〔1〕 文舸一．计算电磁学的进展与展望〔J〕．电子学报，1995，23（10）：62- 〔2〕 刘圣民．电磁场的数值方法〔M〕．武汉：华中理工大学出版社，1991． 〔3〕 张成，郑宏兴．小波矩量法求解电磁场积分方程〔J〕．宁夏大学学报（自然科学版），2000，21（1）：76- 〔4〕 王长清．时域有限差分(FD-TD)法〔J〕．微波学报,1989,(4):8- 〔5〕 阮颖诤．复射线理论及其应用〔M〕．成都：电子工业出版社，1991． 〔6〕 方静，汪文秉．有限元法和矩量法结合分析背腔天线的辐射特性〔J〕．微波学报，2000，16(2):139- 〔7〕 杨永侠，王翠玲．电磁场的FDTD分析方法〔J〕．现代电子技术,2001,(11):73- 〔8〕 洪伟．计算电磁学研究进展〔J〕．东南大学学RB （自然科学版），2002，32（3）：335- 〔9〕 王长清，祝西里．电磁场计算中的时域有限差分法〔M〕．北京：北京大学出版社，1994． 〔10〕 楼仁海，符果行，袁敬闳．电磁理论〔M〕．成都：电子科技大学出版社，1996． 现代电子技术
（一）广义惯性使牛顿力学进化爱因斯坦独具慧眼，从司空见惯的现象中及自由落体运动与质量因素无关的经验事实，总结出了等效原理，且明确与准确地说：物体的同一性质按照不同的处境或表现为"惯性"，或表现为"重性"（[3]第55页）。这个同一性就是广义惯性，这个处境就是空间。牛顿第二定律实质是其第一定律涵义的数学表达式。所以，广义惯性的发现，其革命意义是指动摇了牛顿第一定律的核心地位。广义惯性包含了牛顿惯性，所以，又是其进化。同时，也说明了需要建立一个取代牛二律的进化性质的核心命题系统的新力学理论。广义惯性又引出了两种空间及其区别的新问题。这个新问题困扰了爱因斯坦的一生，走了一大圈"弯"路后，在他晚年时，才看到了解决这个问题的曙光--物体具有空间的广延性（[3]第十五版说明），由此"广延性"再往前走一步，就是[2]文说的ρ空间及其区别的标志是其梯度值的有否。这说明还需要一个新的涉及空间的基本概念及与其相对应的原来等效原理所没有涉及到的新的经验事实：物体质量部分的压强梯度现象（注：在固态的具体物体内部，此"压强梯度"表现为"胁强"），也就是爱因斯坦的物体的空间广延性的具体体现。同时也引出了物体的非刚性及其具有内部空间结构的抽象性质（[4]第六章）。于是，"万事俱备"，只欠建立一个新的核心命题系统了。可以说，惯三律就是这个系统。广义惯性是由于把"重性"也归于同牛顿惯性一样的物体属性，所以，其革命意义也主要体现在"重力"方面。"引力"是对重力本质的错误认识。广义惯性与场概念把原来引力中的两个平权的物体分离开来：一个是仅表现广义惯性的一般（非整体）物体；另一个是具有产生重力场的特殊性的中心物体。一般物体与中心物体之间已经没有"力"的关系了。但通过重力场（原来引力场与自转惯性离心力合成的重力场涵义需要改变）有"能"的关系（见此文的"ρ空间与能"一节）。到此为止，广义惯性已经完成了其逻辑任务，即取消了引力及导出了中心物体的特殊性（当然也具有广义惯性的一般性）。这个特殊性的中心物体就是整体天体。于是，广义惯性与整体天体就构成了理论的内部逻辑性（也就是"自圆其说"）。广义惯性取消了惯性质量与引力质量的区别。当然，更没有质量的第三个属性--产生引力场。说重力场是特殊的ρ空间，也有其对应的经验事实，即具有重力场的质量部分的天体，一般都具有密度及压强（也有温度及磁场因素）与中心距离近似反比分布（中聚度）的现象。同时，其现象也表明了这个天体（中心物体）的特殊性。中聚度现象已经是整体性的一种体现。（二）再看牛顿力学为什么人们回避牛顿第二定律中的"力"（外力）的反作用力就是物体的惯性力的道理呢？就是因为把重力也当作外力（引力）时，物体本身没有反作用力 --惯性力（重力加速度与物体质量的大小无关），这正是牛顿力学理论内部的不能"自圆其说"的地方，这也正是爱因斯坦所注意的地方。为了回避这矛盾性（无意识的），不得不让其"外力"担当"广义"的力的重任。"力是物体加速运动的原因"这一没有条件限制的观念，是牛顿力学最主要的思维定势。不管是相对的加速运动还是"绝对"的加速运动，人们都在头脑中马上反映出来要乘上物体的质量，使力成为其运动的原因。于是，其直接错误后果就是把非牛顿惯性系内或重力场内的物体"自由"或有阻力的"不自由"的加速运动，也当作有外力（不包括阻力）正在作用之。之所以把非牛顿惯性系中的外力惯性力叫做虚构力，是说明牛顿力学中还有第二个观念："力是物体对物体的直接作用"--这是作用方式力，但有的教材除了摩擦力外，把作用方式力几乎都归结于弹性力则是错误的。又从这第二个观念来看其外力惯性力时，真的不存在另一个物体来表现之，只得权宜称为虚构力。当把重力也当作外力时，发现确实有另一个物体（中心物体）与之对应，这可是"真实"的外力了。麻烦又出现了，这个引力是超距作用性质的力，从作用方式力的观念角度来看时，又难理解了。为了让引力回复到可理解的直接作用性，又引起了从牛顿时代起至今的许多人去虚构在两个超距的物体之间飞来飞去的各种"微粒子"，以此物来担当引力成为直接作用性的重任。引力本来也是虚构力，还要为这虚构的"东西"再虚构一些东西，麻烦可就大了。因为凡是具有质量的物体都具有广义惯性，也可以说是"万有"惯性。之所以惯性力学在力学体系中占有主要及重要的地位，而其他属性（如弹性与磁性等）力学占次要地位，且以"惯性力"作为力的物理单位，也是由于其"万有"的原因。但作为表现广义惯性力的重力的空间（重力场）及场源物体（整体天体）可不"万有"。这两个角度分不开，还会认为重力（引力）"万有"，这又会回到为什么会超距作用的难理解的怪圈。广义惯性使探索"引力作用机制"的研究方向成为毫无意义的方向，是徒劳无功的方向，因为引力本身是由牛二律的局限性而派生出来的虚构的力。（三）再看广义相对论爱因斯坦特有的知识结构（马赫哲学、狭义相对论、四维时空、光、场及黎曼几何），决定了他走上了一条充满荆棘的理论之路。马赫的功绩是看到了牛顿力学体系中有一个缺陷，就是物体的运动状态依参考系的不同而有所不同，于是，作为判断牛顿惯性运动的前提也就成为不确定的了（相对性）。不得已，马赫把现象世界的远处的恒星当作其绝对参考系了。马赫的错误就是把牛顿惯性定律中的物体的属性（保持性）与其运动状态问题混在一起了。爱因斯坦受马赫哲学的启发，又发现了等效原理，但同时又继承了马赫的错误。被夸大为改变人们时空观念意义的四维时空，只不过是用"运动"（还是光运动）角度来规定空间的一种方法。规定有结构的空间可有各种方法，其各种方法是平权的。用什么方法来规定空间则取决于理论与实践的需要。如果去掉了"光速"的弯曲时空还有力学意义的话，与牛顿引力定律正是互为补充的关系本体性的场的描述：一个是以广义惯性"运动"的角度的描述；一个是以广义惯性"力"的角度的描述。而牛顿引力势所包含的空间意义，正是中心结构的ρ非均匀空间（重力场）的经验性的描述。终究是"描述"，都不能代替核心命题性质的"表述"。没有明确的命题表述，其描述也就没有明确的理解前提。惯三律与广义相对论都以等效原理为其经验基础。只不过爱因斯坦又走上了光速的等效原理之路。而光速的等效原理是由"思维"实验得来的，且唯一能验证其理论的星光在太阳附近偏转现象，爱因斯坦在具体计算其偏转角度时，实际上是"非常谨慎地用惠更斯原理"（[5]第23页）。而惯三律所依据的" 低速"等效原理，连幼儿园里的儿童都可以感觉到坐滑梯时的加速度与坐汽车时的汽车加速度的区别，因其身体内有胁强的有否或大小之区别。战斗机飞行员已经体验了低速等效原理的所有内涵。所以，任何脱离与回避"低速"等效原理的力学理论，肯定是不会成功的理论，因为其现象普遍存在于客观世界，且与力学密切相关。爱因斯坦之所以对"光"情有独钟，也许是无意识的回避其理论中的一个内在矛盾："产生"引力场的中心质量（中心物体）必须很大，而体现弯曲时空（引力场）作用的物体必须很小且产生与不产生引力场无关紧要，这与引力中的两个平权的物体涵义是矛盾的。而"光子"正好是最小的物体，也就回避了这个矛盾。只有"整体天体才产生重力场"的结论，才可以解决这个矛盾。引力波、黑洞与四种相互作用力的统一的课题，来源于爱因斯坦。引力已经不存在了，当然"引力"波也不存在了；如果重力场有边界，重力场就与电磁场不同，当然引力"波"也不存在了。如果以光线在重力场中弯曲的角度而导出的"黑洞"，黑洞不存在，因为光线在重力场中弯曲的原理不是由于"引力"；如果是由于"弯曲时空"原理而导出的"黑洞"，黑洞也不存在，因为本来弯曲时空是由光线的弯曲（光子的广义惯性运动）而规定出来的，反过来又认为光线的弯曲是由弯曲时空所造成的，这是什么逻辑？如果光线在重力场中有红移效应，那么，由此原理而导出的黑洞，黑洞有可能存在。引力都不存在了，也就无所谓四种相互作用力的统一的问题。目前的"大统一理论"仅剩下"引力"没有被统一进去，也正说明了这个问题。经归纳的现象）再变为抽象层次的基本概念的过程，是人们最不习惯的过程，总不容易摆脱"具象"。之所以不习惯，其原因之一也是因为人们先有了原来理论的抽象及已经习惯了的思维方式，即使有了"具象"也看不到其抽象意义。而由抽象变为"具象"的过程，那可容易多了，但也往往"具象"出来客观世界不存在的东西。从逻辑学角度，基本概念是不能被其它概念来定义的概念，其内涵具有一定的模糊性。ρ空间也是如此，只能用"感觉"到的物体质量部分的压强梯度现象来说明之，但又不是压强梯度本身。"真空"是具象空间，真空里照样存在"重力场"的ρ梯度值的有否，可用具象的压强梯度来检验之。但不能认为真空是ρ均匀空间。ρ空间与压强梯度的关系可类比铁粉末直观表现磁场结构的关系。摆脱不了具象，不能变为一个基本概念，也是爱因斯坦的"一无所有"的空间怎能分出两种空间的困惑原因之一，而用"运动"规定出来的弯曲时空又不能区分出是表述了物体的广义惯性还是表述了场的属性。特别强调的是：物体内部空间只能指物体质量部分所占据的空间，也是爱因斯坦晚年醒悟的"物体具有空间广延性"的涵义；而重力场空间不仅包含质量部分（整体天体）的空间，也包含没有质量部分的空间。这样就避免了变为"一无所有"的无边界的抽象参考系而带来的"相对"不清的问题。总的说来，ρ空间仅在数学形式上是标量场（其梯度为矢量场），但在物理意义上，则包含了表述广义惯性、可变为物体内部空间及重力场的本体性场、势、能、熵与质量部分的压强梯度等涵义。
你参考一下： 宇宙物体几乎没有孤立存在，总是跟周围物体不可分割地联系在一起，并一起作整体运动。如地球表面物体处于四周能量交换平衡状态，并跟着地球运动。地球表面物体间通常可以处于交换平衡静止状态，要使某一物体移动，就需要对其施力（即交换能量）或能量变换转化。要使地面物体产生相对地面平动，施以作用力或内能等转化为机械能或平动能，速度逐渐增大或作加速运动。当所施作用力与摩擦力平衡或所消耗内能足以抵消摩擦能量，而保持直线匀速平动。实际上地面物体机械转动也是如此，外加力矩或消耗内能等转化为转动机械运动能量，所加的外力矩或内能等足够抵消内能等消耗，就能维持转动。一旦作用力解除或停止提供内能等，就会逐渐停下来，并处于相对静止平衡状态。 一、机械交换作用 首先、牛顿力学第三定律的作用与反作用实际上是受力物体与施力物体间能量交换，是受力物体得到动能，并以其它能量交换给施物体的表达式。这正是作用与反作用量值相等、方向相反、作用在不同物体上的本质所在。其次、如果受力物体得到动能，其动能改变量对位移量之比定义为牛顿力。那么 F=dE/dl=dmυ²/dl=dmυ/dt=dp/dt p=mυ为动量。这是牛顿第二定律表达式。还可以扩大为动能改变量对角移比值定义为力矩。 M=dE/dθ=dmυ²/dθ=dmr²ω²/dθ=dJω/dt=dN/dt N=Jω为角动量¸J=mr²为转动惯量,广义的转动惯量为J=kmr²。第三、当F等于零时，速度等于零或常数，即保持静止或匀速直线的惯性运动，为牛顿第一定律。M等零时，角速度等零或常数，即静止或匀角速度或r²ω为常数的螺旋运动。这里关键问题是能量交换必需有一方得到动能，如果双方交换能量而没有任何一方获得动能又如何呢，它只是不产生机械运动的相互作用或机械平衡状态。 机械平动或转动时如果能略去摩擦，那么其启动之后就能维持原有运动状态，即所谓惯性运动。如果在对称物体转动轴的一点上施一作用力矩，该转动物体就会产生进动和章动。如回旋仪或陀螺在地面转动时，其重力可分解为轴上和垂直轴两个分量，自旋速度与垂直轴分量同向侧叠加具有弥漫趋势，反向侧叠加具有浓缩趋势，使同向侧趋向反向侧而产生进动。进动速度又与陀螺自旋存在正反向，使正向侧趋向反向侧的章动。但章动向反向侧同时重力垂直轴分量减少，进动和章动相应减少，等零时，重力要恢复原状，继续引起进动和章动，直到这些运动能量全部消耗于摩擦能量上。可见自转、进动、章动是转动趋势或作用的不同方式。 运动的自旋体的核心速度与其自旋两侧速度叠加必存在同向侧和反向侧，同向侧弥漫趋势必趋向反向侧浓缩趋势，使运动自旋体沿圆周或圈线或弦运动，甚至环运动。这就是圈体或弦存在的根据，也是三旋运动存在的根源。牛顿力学实际上是宏观机械力学，实际上是对宏观物体或机械作“功”，即主要考察能量交换中可产生动能差或受力物体方面运动的一门科学。力可以用动能差或“功”对物体位移比值来定义的。力矩可以用动能差或“功”对角移的比值来定义的。功率即作功效率是动能差或“功”对时间的比值来定义的。机械通常由重力、弹性力、热膨胀力等作功，改变物体运动状态或动能值。它受引力趋势和外力作用原理支配。 能量交换方式不同所形成物体运动方式也不同，最基本的有原子核重粒子间强交换作用，轻粒子间弱交换作用，轻重粒子间电磁交换作用。原子、分子间交换电磁作用（甚至粒子存在小粒子交换作用，它是实物不同物态、化学、生命产生的根本），粒子和实物间交换作用，实物间交换作用，天体和实物间重力作用，天体间万有引力作用等不同级别交换。牛顿力学研究最多的是实物体间与实物天体间交换作用，并引起受力物体运动状态变化。这类实物体之间作用主要是重力作用、摩擦作用、弹性（推、拉、压、举、碰撞等）作用，可以用牛顿力学描述。宏观物体或机械是由大量不规则运动的粒子组成的，通常情况处于交换平衡的相对静止状态，只有外加作用力下才发生平动或外加力矩下转动。一旦处于直线平动或转动运动状态，若能全部解除所有作用力，那么就能保持其直线平动或转动运动，即所谓惯性，如牛顿力学描述。 作用力只是能量交换的两方面中可以产生动能改变量的一个方面。对于没有产生动能改变量的交换，不在牛顿力学范围里讨论。 实物体内分子粒子间交换作用形式不同则构成不同的物态，气态的粒子实际上是独立的不规则运动，但通常只受地面重力作用或容器作用而受到运动范围限制，它跟容器壁交换作用可以对其作功。液体 内分子或粒子通过（电磁）场质交换而联系成体的。固体内分子或粒子通过更小壳粒或粒子交换联结成体的。固体或液体可通过加热或其它办法气化，并产生体积膨胀，推动物体运动。分子粒子和实物体交换作用，尤其固体或液体加热气化的体积膨胀（包括蒸汽机、内燃机、喷气机等）引起对物体作用或作功，构成机械动力，可以用热力学能量转化（变换）和趋势描述。 二、场质趋势作用 实物体是以涡旋运动成形为基础的，周围存在引力场质、磁场质、电场质等。若实物体两侧场质重叠而出现不平衡或不对称时，就会在场质趋匀平衡趋势中促使或推动实物体移动，即场质趋势的作用。如两涡旋体浓缩质量场质相邻一侧反向重叠具有浓缩状态，而外侧同向重叠具有弥漫状态，弥漫状态侧有向浓缩状态侧趋势，促使涡旋体向邻侧移动靠近，即相吸。实物体不同侧周围电场质或磁场质重叠出现不平衡，也同样在平衡趋势中推动实物体移动，是另两类场质趋势作用。 电是粒子（原子核、原子、分子等）破裂时产生的交换不平衡或加速场质状态的现象，带电体运动可产生磁环或涡旋环场质状态的现象，这些带电磁物体周围或两侧场质叠加出现不平衡，就会推动此物体运动，即电磁能转化为机械运动。反之机械交换作用于某些电磁体也会产生电流或电磁场质。电磁应用于电力和电讯两大方面，电讯方面主要是通过导线或电磁波来传递信息，如声音、文字、图象、数码等的弱电设备，主要是高频信息的传递，将音频重叠在高频信号上实现信息传递。电力方面主要通过机械能量转化变换为电磁能，因为机械运动难以产生高频，只能利用低频高能在导线上传输，低频可以减少辐射，高压可以减少电流在导线上热消耗。因此电力主要任务是能量传输和能量转化变换，实现对机械作功或远距离的能量或功的传输。 对于自旋与部分平动周期性变换运动的光量子来说，其总能由周期变换能和直线平动能组成的，并各占一半。如果光量子在运动途径上遇到介质表面作用时状态将是如何？量子只有周期性变换运动和平动运动，没有固定自旋，因此只能直线平动运动。量子束入射光滑介面(光密介质)，在入射的前半周内（相当于在地面的陀螺）若外侧与速度同向则倾向于平行介面，停留到完全平行时才反射，从而实现反射光的相位和方位调整。同时光滑介面对光量子只有垂直向上作用（与入射相反），而水平方向一样，因此反射角等于入射角。入射的后半周若外侧与中心速度反向则倾向于垂直介面，并停留到收缩成点状折射到介质中，也起到相位和方位调整作用。同时使量子先入射部分受到介面交换作用产生偏向介面垂线角度，使折射角度小于入射角度。量子多了一项与介质的交换能，量子在介质中速度变慢。可见周期性变换粒子与宏观物体介面碰撞时，能量交换而维持量子总能量不变性，停留在介面交换时间与动能改变量乘积成常数，起了相位和方位调整作用。 《广义力》一文指出，一般作用力是能量交换作用，且可产生动能改变量或对外作功方面。但交换方式多种多样，包含众多的不引起动能改变量的交换，如原子核重粒子间强交换作用，轻粒子间弱交换作用，重粒子与轻粒子间电磁交换。原子核破裂产生不稳定粒子，在平衡对称趋势中衰变（甚至多次衰变）成较稳定粒子或被原子所吸收。万有引力、重力、电力、磁力等是平衡趋势作用，分子间场质交换作用、原子核与壳粒间电磁作用、重粒子间强作用、轻子间弱作用等是交换作用，属于趋向平衡稳定状态的主动力作用。前面所述摩擦作用力、弹性作用力（推、拉、压、举、碰撞）、热膨胀作用力等属于破坏平衡稳定状态的被动力。但不管怎么样，它们都要用能量变换、交换、递传来描述。 各种同场质重叠所产生的平衡趋势作用，如引力、磁性、电性、电磁性、强作用、弱作用等。实际上天体、原子、原子核的涡旋浓缩趋势是建交在前者基础上进步浓缩，因此后者质量密度要比前者高得多。浓缩使同类的邻近时，外侧同向重叠趋向邻侧反向重叠的相当于吸引力作用，如万有引力、电磁作用、强作用（附带弱作用）为不同层次、级别的浓缩重叠作用。对于运动涡旋体间浓缩趋势跟其相对运动状态密切相关的，运动方向与趋势垂直时，而处于螺线式运动，只有速度足够大到一定程度，才能维持圆周运动。平衡趋势使其又处于交换状态，甚至交换平衡状态，可见交换是建立在涡旋浓缩重叠作用基础上平衡趋势中形成的。涡旋体运动必存在自旋速度与中心速度的正反向，使其沿着圆周或环或弦或圈态等曲线运动。如果涡旋体曲线运动刚好是其与核心体浓缩重叠趋势等零，即交换平衡状态时，则处于允许的稳定轨道上运动，并构成稳定的元素原子运动结构状态，即受交换同步及整数倍原理支配。 三、微观粒子作用 广义力的交换同步及整数倍原理应当以相互作用的能量变换或交换来描述更为合 理，而交换涉及交换频率、强度、成分、速度和平衡程度等到情况。如果交换只是能量子，而且不只是电磁量子交换，是更广泛意义的能量子，如介子是强作用交换的能量子。那么弱作用的应该是比电磁量子更弱小的能量子，如中微子或微子之类粒子交换。但由于至今尚未有观察中性粒子有效工具，目前很难证实。不过从粒子涡旋形成的，通常具有磁性观念出发，相信不久将来定会找到磁感应材料或磁敏材料来观察中性粒子行迹。这类设备发明将跟现代加速器相比美。但不管怎么样，交换能量子描述广义力可能是较佳方案。 微观粒子与宏观物体不同完全在于其运动周期性变换和周期性交换作用，不是牛顿力学的宏观物体静止和匀速直线运动。因为宏观物体是大量不规则粒子运动的重叠，根本体现不了周期性运动状态。交换本身虽然存在交换频率、相位、方位、强度、纯度（单纯程度）等问题，而宏观交换是由大量粒子间交换组成的，其频率、相位、方位、强度各式各样的复杂结合，根本体现不出周期性交换频率、相位、方位、波动强度的特性。如《质能再论》一文所指出的交换能是总能减去平动能与周期变换能来描述更为妥当 ΔE=Δhν=mc²-hν/2-mυ²/2=mc²(1-υ²/c²) 质量愈大或速度愈小，交换能或交换频率愈大愈杂，宏观物体失去周期变换与交换属性。 微观粒子情况则完全不同，除了平动和自旋外，具有明显的周期性变换运动和周期性交换作用。但又不同于量子只有平动和周期性变换运动，它比量子至少又多了自旋运动和交换作用，而且不同类型的粒子具有不同方式的运动与交换。ΔE包含能量差或交换频率差或质量乘以速度平方差，那么粒子愈轻，即质量愈小，交换强度愈弱，正如强（交换）作用、电磁（交换）作用、弱（交换）作用间的关系。强作用产生于重粒子之间交换，质量大交换作用强。弱作用产生于轻粒子之间交换，质量小交换作用弱。电磁作用产生于重轻粒子之间交换作用，质量介于两者之间。这样可将三种作用。甚至万有引力等统一于以浓缩为主的交换观念之中，强作用强度设为1，电磁作用则为1/137，弱作用则为10&sup-14。 形成上述强、弱、电磁三类作用统一表达式。强度比值是由强作用公式2πf²/hc≈1和弱作用公式2πg²/hc，以及电磁作用公式μce²/2h=1/137等计算得到的，f、g‘荷’实际上是强、弱交换场质总量，称为强、弱交换荷，相当于电荷是电场质总量类似，可以用交换场散度描述。电磁交换是重轻粒子间的交换，又与电场与磁场联系起来的公式，比较特殊，但仍跟电荷平方有关，即强、弱场质交换描述参量。如果改写成相应关系式，则 2πě²/hc=μce²/2h ě²=μc²e²/4π 其中ě可以看成电磁交换荷或称电磁交换荷。“荷”为交换总量，其交换强度总量除以球面积，即单位面积交换量来表示。
最好在网上下载吧
建议你先去问下你的导师以及你的学长学姐，其次就是看下文献，物理类的话你可以去参考下现代物理、应用物理、物理化学进展
我建议你还是自己写一点吧，我以前看过一本很不错的书，叫做《电解质物理学》，相信你看了之后会有很多感触。
电磁学是物理学的一个分支。电学与磁学领域有著紧密关系，广义的电磁学可以说是包含电学和磁学，但狭义来说是一门探讨电性与磁性交互关系的学科。 主要研究电磁波，电磁场以及有关电荷，带电物体的动力学等等。电磁学或称电动力学或经典电动力学。之所以称为经典，是因为它不包括现代的量子电动力学的内容。电动力学这样一个术语使用并不是非常严格，有时它也用来指电磁学中去除了静电学、静磁学后剩下的部分，是指电磁学与力学结合的部分。这个部分处理电磁场对带电粒子的力学影响。电磁学的基本理论由19世纪的许多物理学家发展起来，麦克斯韦方程组通过一组方程统一了所有的这些工作，并且揭示出了光作为电磁波的本质。电磁学的基本方程式为麦克斯韦方程组，此方程组在经典力学的相对运动转换（伽利略变换）下形式会变，在伽里略变换下，光速在不同惯性座标下会不同。保持麦克斯韦方程组形式不变的变换为洛伦兹变换，在此变换下，不同惯性座标下光速恒定。二十世纪初迈克耳孙-莫雷实验支持光速不变，光速不变亦成为爱因斯坦的狭义相对论的基石。取而代之，洛伦兹变换亦成为较伽利略变换更精密的惯性座标转换方式。静磁现象和静电现象很早就受到人类注意。中国远古黄帝时候就已经发现了磁石吸铁、磁石指南以及摩擦生电等现象。系统地对这些现象进行研究则始於16世纪。1600年英国医生威廉·吉尔伯特(William Gilbert，1544～1603)发表了<论磁、磁饱和地球作为一个巨大的磁体>(Demagnete，magneticisque corporibus et de magnomagnete tellure)。他总结了前人对磁的研究，周密地讨论了地磁的性质，记载了大量实验，使磁学从经验转变为科学。书中他也记载了电学方面的研究。
学术堂整理了一篇3400字的物理论文范文供你参考： 题目：大学物理理论与实验改革探索 摘要:大学物理理论与实验是高等院校理工科各专业学生大学阶段的一门重要必修基础课，在培养学生科学思维能力、探索精神、参与科学实验的能力及掌握科学方法等方面具有重要的基础支撑作用。文章提出了一种交互式的课程教学模式，着重从优化理论与实验课程体系、教学内容的相互融合、传统与现代教学方式的相互渗透开展改革实践，努力探索大学物理理论与实验教学新模式。 关键词:大学物理理论与实验教学;交互式教学模式;教学改革。 大学物理与实验是面向全校理工科各专业开设的必修基础课，课程教学是实现人才培养目标的重要途径，深化课程教学改革，提高教学质量，充分发挥大学物理理论与实验在人才培养的基础功能作用意义重大。近年来，人们在大学物理与实验课程教学中不断地进行各种形式的教学改革，但受传统教学模式、课程学时及教学实验条件等因素的限制，一定程度上对课程教学质量的提高产生了影响。为适应新时代社会科技发展对高素质人才的要求，我们开展了交互式教学模式下大学物理理论与实验教学改革实践，对课程体系、教学内容、教学方式等直接影响课程教学质量的核心问题进行深入研究，努力探索大学物理理论与实验课程教学改革模式，有效保障人才培养目标的实现。 一、交互式大学物理理论与实验教学模式的架构 随着教学改革的不断深入，面对现有大学物理及实验课时压缩的教学现状，如何以学生为主体、教师为主导开展大学物理及实验教学，进一步提高大学物理教学质量，我们对前阶段的教学改革进行总结分析，提出了基于交互式教学模式下的大学物理理论与实验教学改革，新的教学模式以理论与实验在体系和内容相互交叉、相互融合、相互渗透为改革核心，保证课堂的知识容量，同时满足不同专业，不同层次学生的教学需求，以该模式作为改革的切入口，为学生的个性发展积极创造条件，培养学生深厚扎实的物理理论基础，科学思维和实验技能训练，使学生具有独立获取知识的能力，科学思维能力和解决问题的能力。 二、交互式教学模式的实践探索 (一)交互式教学模式的目标 交互式教学模式下大学物理理论及实验改革的目标:重建适应新时代人才培养需要的大学物理及实验课程教学体系及内容，理论教学体系方面在不打乱基本大学物理理论基础和实验教学总体系的基础上，保证学生有宽厚理论基础知识和基本实验技能的同时，遵循物理学的发展更新规律，根据不同专业的特点增减不同教学内容，特别增加与新技术发展相关的知识内容，确保教学内容的新颖;重新审视现有实验内容之间的关系，注重理论及实验教学内容的相互融合渗透和支撑，能够使学生在现有教学时数内更加系统掌握物理理论知识，了解现代科技发展成果，学会使用新仪器、新工具及现代实验手段开展物理量的测试。实现在交互式教学模式下，提高教学效率，促进大学物理及实验课程教学质量的提高。 (二)交 互式教学模式的实践探索 交互式教学模式下课程体系和教学内容的改革。 对大学物理理论教学体系和教学内容的次序作改革，以经典为主线，改革传统的力、热、电、光、近代物理的教学次序，近代物理的相对论部分放在经典物理的主要内容电磁学、光学和热学之前，使学生更早了解接触近代物理，对后续经典物理内容的现代化起到支撑作用，保证学生掌握物理学中所要求的基本知识、概念、规律和方法;强调不同专业教学内容的针对性和有效性，如对计算机类、电子类学生，增加电磁学部分的内容，介绍电子管束河电磁聚焦技术，结合物质的磁性介绍一些新材料的发展，在光学部分，介绍激光原理及应用、光导纤维等，将现代高新前沿技术的应用发展前景内容，经过适当的选择、精炼和加工，转换为具有基础物理学风格和水平又易于学生接受的知识作介绍，这部分内容可通过问题的方式提出，学生课后查阅相关资料，在课堂中分组讨论总结并以PPT形式讲解问题，也可以提交小论文，意在培养学生的创新思维能力。用现代科技发展和工程技术应用的观点重新审视现有实验内容之间的关系，对实验课程体系和内容进行改革，在原有三级实验课程体系内容的基础上，认真筛选、调整实验项目内容，取消重复性理论验证项目，构建科学合理连续的实验内容体系，保证学生熟悉基本物理量的测量和掌握常规实验仪器的使用;增加综合性、设计性实验项目，这类项目及要求可由老师提出，实验室提供实验条件，学生通过查阅资料，自行完成与试验相关的理论推导公式，确定实验方法，选择或组合配套实验仪器，完成综合性、设计性实验，初步培养学生的综合实践能力;在具备一定综合性、设计性实验项目训练的基础上，鼓励学生在课外开展创新设计性实验，将物理实验原理应用在具体专业领域中，培养学生独立思考能力、创新精神、创新能力。如:在全息照相的基础上如何研究光纤全息等方面的内容，在惠斯登电桥中加入热敏电阻温度特性曲线测量，在分光计实验的基础上如何测定液体折射率等。通过调整改革实验教学体系和实验内容，调动了学生的主动性和学习积极性，使学生更多的了解大学物理及实验在现代科学技术中的应用。 交互式模式下教学方式的改革。 传统的大学物理及实验教学形式大都是由教师讲或示范，学生听或按教师方法做，严重制约了教学内容的时效性、直观性和互动性，根据现代教学理论，要获得最佳的教学效果，必须根据教学中的实际情况，综合采用各种教学方式，使教学方法的整体功能得到充分的发挥。课程教学中，以适当的课时比例分配，优化教学过程，在采用讨论式、探究式课程教学过程中，引入教学内容的多媒体课件，实物演示实验和插播视频片辅助教学，直观形象的显示复杂的物理现象，精讲教学内容的思路和方法，设计中心问题，引导学生开展讨论，保证了课程教学效果;加强课外延伸性学习，如学生自拟题目，撰写相关教学内容的小论文，定期进行网上的分组讨论，总结课程教学中的重点难点问题，各小组推荐同学对讨论结果作PPT演示讲解，小论文演讲交流等。实验教学中，对各阶段的实验采用不同的实验教学方式，基本实验由学生在实验教材指导下自行熟悉实验仪器的使用，实验原理和实验操作过程及需要解决的实验问题，教学过程中教师只作答疑，学生在规定时间内完成实验，这种方法既可以使学生巩固、补充和深入理解理论规律，又能培养学生的自学能力和独立思维能力;在综合性、设计性实验中，学生自己提出题目和设计实验方案，在教师的把关下做实验，采用这样的教学方式，培养学生分析问题、解决问题的能力，提高学生的科学素质。同时我们将计算机仿真实验，多媒体信息技术及计算机采集、处理实验数据等现代计算手段应用于实验教学，给实验教学注入新的活力。交互式模式下的教学方式改革最大程度的提高了教学效率，增强了教学直观性。 交互式教学模式下的实例。 在近代物理教学中，针对“狭义相对论”这个教学难点，学生在学习过程中常常感觉内容抽象，时空效应理解困难，我们通过多媒体辅助教学，配以计算机模拟、动画、录像、声音、文字等，将狭义相对论的内容深入浅出的介绍给学生，教学中把理论直观化、形像化，通过应用现代信息技术，把复杂物理理论呈现给学生，极大地激发了学生对近代物理的学习兴趣，交互式教学方式的效果得到充分体现。在波动光学中，针对薄膜干涉中的等倾干涉这个教学重难点内容，学生比较难理解，因此讲述迈克尔逊干涉这段教学内容时，我们在光学实验室进行授课，首先结合实验室迈克尔逊干涉仪让学生了解仪器结构，然后演示观察等倾干涉花样及其随厚度的变化规律，再定性分析花样的形成，给出厚度变化与花样中环纹数目变化的定量关系，通过观察实验使学生直观形像的理解等倾干涉理论公式，也为后续实验验测定氦氖激光波长奠定理论基础，通过交互式教学模式，深入浅出的将大学物理理论与实验教学内容融合起来。 三、交互式教学模式促进了课程教学质量的提高 交互式教学模式下的大学物理理论与实验改革，实现了理论与实验体系和内容更加优化，教学方式更加灵活，教学效率得到极大地提高。我们在机械类、电子类、计算机类近两届部分专业、部分班级的大学物理理论与实验教学中，采用交互式教学模式开展教学改革，学生的物理基础理论、基本科学实验技能、科学思维和创新意识有显着提升，体现在以下几方面:对教师给出的理论问题，会阅读教科书和课外参考资料，针对问题撰写小论文;在已有实验基础上能自行提出实验项目，设计实验方案，创新性的完成实验;在各种竞赛中取得优异成绩。交互式教学模式促进了大学物理与实验教学课程质量的提高。 参考文献: [1]爱因斯坦、爱因斯坦文集第一卷[M]北京:商务印书馆， [2]霍剑青，等“大学物理实验”课程的建设思路与教学实践[J] 中国大学教学,2004(11) [3]张占新，王汝政，等大学物理实验教学改革措施与实践[J] 大学物理实验，2013,26(6) [4]罗文华大学物理教学改革对策[J] 物理与工程，2013，23(4) [5]周全生大学物理实验教学改革对策探索[J] 科技展望，2017， 27(1) [6]谢丽莎大学物理实验教学改革研究[J] 合肥工业大学， [7]张凤琴，林晓珑，等创新人才培养下的大学物理实验教学改革研究[J] 大学物理，2017，36 (3) [8]张庆国，尤景汉，等大学物理实验教学改革的实践与探索研究[J] 物理与工程，2008,18(4) 作者:龙涛单位:重庆工商大学计算机科学与信息工程学院
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