[摘要]利用穩(wěn)恒電流場(chǎng)在導(dǎo)體中的分布可以模擬靜電場(chǎng)論文的分布。傳統(tǒng)的靜電場(chǎng)描繪儀存在著一系列缺陷，針對(duì)傳統(tǒng)靜電場(chǎng)描繪儀的不足作了部分的改進(jìn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)比較，改進(jìn)后的描繪儀能很好地模擬靜電場(chǎng)。

[關(guān)鍵詞]靜電場(chǎng)描繪儀改進(jìn)

靜電場(chǎng)描：繪實(shí)驗(yàn)是高等院校普遍開(kāi)設(shè)的一個(gè)基本的電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)，因?yàn)橹苯訙y(cè)量靜電場(chǎng)會(huì)因測(cè)量?jī)x器的介入導(dǎo)致原靜電場(chǎng)發(fā)生畸變而對(duì)其測(cè)量帶來(lái)很大的困難，而穩(wěn)恒電流場(chǎng)在導(dǎo)體中的分布規(guī)律和真空中靜電場(chǎng)電勢(shì)的分布規(guī)律完全相似。因此，通常是用穩(wěn)恒電流場(chǎng)來(lái)模擬靜電場(chǎng)，稱(chēng)這種方法為模擬法描繪靜電場(chǎng)。

傳統(tǒng)的靜：電場(chǎng)描繪實(shí)驗(yàn)裝置中，電極之問(wèn)的導(dǎo)電介質(zhì)通常用導(dǎo)電紙。目前，也有不少裝置采用水來(lái)代替導(dǎo)電紙，但這兩種方法均存在一系列的缺陷，導(dǎo)致描繪誤差太大，嚴(yán)重影響了實(shí)驗(yàn)的效果。

針對(duì)以上兩種介質(zhì)存在的問(wèn)題，我們對(duì)靜電場(chǎng)描繪儀作了改進(jìn)：以鍍有ITO膜的導(dǎo)電玻璃作為電極之間的導(dǎo)電介質(zhì)，采用雙層探針直接記錄各等勢(shì)點(diǎn)坐標(biāo)，通過(guò)描點(diǎn)的方法來(lái)描繪電場(chǎng)。我們對(duì)改進(jìn)后的靜電場(chǎng)描繪儀進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)，效果很理想。

一、理論依據(jù)

[摘要]利用穩(wěn)恒電流場(chǎng)在導(dǎo)體中的分布可以模擬靜電場(chǎng)論文的分布。傳統(tǒng)的靜電場(chǎng)描繪儀存在著一系列缺陷，針對(duì)傳統(tǒng)靜電場(chǎng)描繪儀的不足作了部分的改進(jìn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)比較，改進(jìn)后的描繪儀能很好地模擬靜電場(chǎng)。

[關(guān)鍵詞]靜電場(chǎng)描繪儀改進(jìn)

靜電場(chǎng)描：繪實(shí)驗(yàn)是高等院校普遍開(kāi)設(shè)的一個(gè)基本的電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)，因?yàn)橹苯訙y(cè)量靜電場(chǎng)會(huì)因測(cè)量?jī)x器的介入導(dǎo)致原靜電場(chǎng)發(fā)生畸變而對(duì)其測(cè)量帶來(lái)很大的困難，而穩(wěn)恒電流場(chǎng)在導(dǎo)體中的分布規(guī)律和真空中靜電場(chǎng)電勢(shì)的分布規(guī)律完全相似。因此，通常是用穩(wěn)恒電流場(chǎng)來(lái)模擬靜電場(chǎng)，稱(chēng)這種方法為模擬法描繪靜電場(chǎng)。

傳統(tǒng)的靜：電場(chǎng)描繪實(shí)驗(yàn)裝置中，電極之問(wèn)的導(dǎo)電介質(zhì)通常用導(dǎo)電紙。目前，也有不少裝置采用水來(lái)代替導(dǎo)電紙，但這兩種方法均存在一系列的缺陷，導(dǎo)致描繪誤差太大，嚴(yán)重影響了實(shí)驗(yàn)的效果。

針對(duì)以上兩種介質(zhì)存在的問(wèn)題，我們對(duì)靜電場(chǎng)描繪儀作了改進(jìn)：以鍍有ITO膜的導(dǎo)電玻璃作為電極之間的導(dǎo)電介質(zhì)，采用雙層探針直接記錄各等勢(shì)點(diǎn)坐標(biāo)，通過(guò)描點(diǎn)的方法來(lái)描繪電場(chǎng)。我們對(duì)改進(jìn)后的靜電場(chǎng)描繪儀進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)，效果很理想。

一、理論依據(jù)

[摘要]利用穩(wěn)恒電流場(chǎng)在導(dǎo)體中的分布可以模擬靜電場(chǎng)論文的分布。傳統(tǒng)的靜電場(chǎng)描繪儀存在著一系列缺陷，針對(duì)傳統(tǒng)靜電場(chǎng)描繪儀的不足作了部分的改進(jìn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)比較，改進(jìn)后的描繪儀能很好地模擬靜電場(chǎng)。

[關(guān)鍵詞]靜電場(chǎng)描繪儀改進(jìn)

靜電場(chǎng)描：繪實(shí)驗(yàn)是高等院校普遍開(kāi)設(shè)的一個(gè)基本的電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)，因?yàn)橹苯訙y(cè)量靜電場(chǎng)會(huì)因測(cè)量?jī)x器的介入導(dǎo)致原靜電場(chǎng)發(fā)生畸變而對(duì)其測(cè)量帶來(lái)很大的困難，而穩(wěn)恒電流場(chǎng)在導(dǎo)體中的分布規(guī)律和真空中靜電場(chǎng)電勢(shì)的分布規(guī)律完全相似。因此，通常是用穩(wěn)恒電流場(chǎng)來(lái)模擬靜電場(chǎng)，稱(chēng)這種方法為模擬法描繪靜電場(chǎng)。

傳統(tǒng)的靜：電場(chǎng)描繪實(shí)驗(yàn)裝置中，電極之問(wèn)的導(dǎo)電介質(zhì)通常用導(dǎo)電紙。目前，也有不少裝置采用水來(lái)代替導(dǎo)電紙，但這兩種方法均存在一系列的缺陷，導(dǎo)致描繪誤差太大，嚴(yán)重影響了實(shí)驗(yàn)的效果。

針對(duì)以上兩種介質(zhì)存在的問(wèn)題，我們對(duì)靜電場(chǎng)描繪儀作了改進(jìn)：以鍍有ITO膜的導(dǎo)電玻璃作為電極之間的導(dǎo)電介質(zhì)，采用雙層探針直接記錄各等勢(shì)點(diǎn)坐標(biāo)，通過(guò)描點(diǎn)的方法來(lái)描繪電場(chǎng)。我們對(duì)改進(jìn)后的靜電場(chǎng)描繪儀進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)，效果很理想。

一、理論依據(jù)

[摘要]利用穩(wěn)恒電流場(chǎng)在導(dǎo)體中的分布可以模擬靜電場(chǎng)論文的分布。傳統(tǒng)的靜電場(chǎng)描繪儀存在著一系列缺陷，針對(duì)傳統(tǒng)靜電場(chǎng)描繪儀的不足作了部分的改進(jìn)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)比較，改進(jìn)后的描繪儀能很好地模擬靜電場(chǎng)。

[關(guān)鍵詞]靜電場(chǎng)描繪儀改進(jìn)

靜電場(chǎng)描：繪實(shí)驗(yàn)是高等院校普遍開(kāi)設(shè)的一個(gè)基本的電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)，因?yàn)橹苯訙y(cè)量靜電場(chǎng)會(huì)因測(cè)量?jī)x器的介入導(dǎo)致原靜電場(chǎng)發(fā)生畸變而對(duì)其測(cè)量帶來(lái)很大的困難，而穩(wěn)恒電流場(chǎng)在導(dǎo)體中的分布規(guī)律和真空中靜電場(chǎng)電勢(shì)的分布規(guī)律完全相似。因此，通常是用穩(wěn)恒電流場(chǎng)來(lái)模擬靜電場(chǎng)，稱(chēng)這種方法為模擬法描繪靜電場(chǎng)。

傳統(tǒng)的靜：電場(chǎng)描繪實(shí)驗(yàn)裝置中，電極之問(wèn)的導(dǎo)電介質(zhì)通常用導(dǎo)電紙。目前，也有不少裝置采用水來(lái)代替導(dǎo)電紙，但這兩種方法均存在一系列的缺陷，導(dǎo)致描繪誤差太大，嚴(yán)重影響了實(shí)驗(yàn)的效果。

針對(duì)以上兩種介質(zhì)存在的問(wèn)題，我們對(duì)靜電場(chǎng)描繪儀作了改進(jìn)：以鍍有ITO膜的導(dǎo)電玻璃作為電極之間的導(dǎo)電介質(zhì)，采用雙層探針直接記錄各等勢(shì)點(diǎn)坐標(biāo)，通過(guò)描點(diǎn)的方法來(lái)描繪電場(chǎng)。我們對(duì)改進(jìn)后的靜電場(chǎng)描繪儀進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)，效果很理想。

一、理論依據(jù)

【摘要】電磁學(xué)大學(xué)物理課程的重要模塊，是理工科學(xué)生的普遍修讀的內(nèi)容。靜電場(chǎng)高斯定理是電磁學(xué)的基礎(chǔ)，是學(xué)生必須掌握的知識(shí)點(diǎn)。通過(guò)分析靜電場(chǎng)高斯定理知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)容，以基本概念為基礎(chǔ)，采用層次化、遞進(jìn)的方式講解這一知識(shí)點(diǎn)，對(duì)于幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)和理解，有一定的幫助。

【關(guān)鍵詞】靜電場(chǎng)；高斯定理；知識(shí)點(diǎn)；分析

電磁學(xué)是理工科學(xué)生必修課程“大學(xué)物理”中的重要內(nèi)容，靜電場(chǎng)高斯定理是電磁學(xué)中一個(gè)非常重要的內(nèi)容，是學(xué)生學(xué)習(xí)對(duì)矢量場(chǎng)特性分析的第一個(gè)知識(shí)點(diǎn)。只有掌握了靜電場(chǎng)高斯定理，學(xué)生才能比較有效地開(kāi)展電磁學(xué)后續(xù)內(nèi)容的學(xué)習(xí)。但是，由于電場(chǎng)和磁場(chǎng)是抽象的物理概念，它們本身是看不見(jiàn)的客觀存，很多學(xué)生對(duì)于理解電場(chǎng)、磁場(chǎng)的規(guī)律和特性，存在一定的困難。同時(shí)，由于高校普遍對(duì)“大學(xué)物理”理論課的課時(shí)進(jìn)行壓縮，使一些重要的概念和定理的推導(dǎo)過(guò)程被“侵蝕”。因此，如何能利用有限的時(shí)間高效地把理論知識(shí)闡述在課堂上，是教師要考慮的一個(gè)重要問(wèn)題。通過(guò)對(duì)知識(shí)點(diǎn)的分析梳理，結(jié)合多年以來(lái)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于靜電場(chǎng)高斯定理的講解，可以幾個(gè)基本概念為要點(diǎn)，以層次化的遞進(jìn)方式進(jìn)行講解，最后推導(dǎo)得到靜電場(chǎng)高斯定理的內(nèi)容（圖1）。

一、對(duì)電場(chǎng)線與電通量的講解

由于電場(chǎng)是看不到的，人們使用電場(chǎng)線比較直觀地描述電場(chǎng)在空間的分布，在空間某點(diǎn)上，電場(chǎng)線的方向，即是該點(diǎn)的電場(chǎng)方向；電場(chǎng)線的密度，即是該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小。如果在空間中定義一個(gè)面（平面或曲面），電場(chǎng)線就有可能穿過(guò)這個(gè)面，穿過(guò)該面的電場(chǎng)線的數(shù)量，就是這個(gè)面的電場(chǎng)強(qiáng)度通量，簡(jiǎn)稱(chēng)——電通量，用Φ_e表示。如圖2所示，在均勻電場(chǎng)中的某個(gè)平面，其電通量的計(jì)算可以使用面積與電場(chǎng)強(qiáng)度的點(diǎn)積進(jìn)行計(jì)算；其中為平面的法向單位矢量。在這一部分的講解，要抓住電場(chǎng)強(qiáng)度、電場(chǎng)線、電通量這幾個(gè)物理概念之間的聯(lián)系，在鞏固舊知的基礎(chǔ)上，通過(guò)舊知之間的聯(lián)系擴(kuò)展得到對(duì)新知識(shí)的認(rèn)知和理解。

二、對(duì)面積元、面積元上的電通量的講解

1非靜電力概念

1.1靜電平衡狀態(tài)中的非靜電力。導(dǎo)體靜電平衡的必要條件是導(dǎo)體內(nèi)部宏觀點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)應(yīng)該處處為零。但必須特別注意，只有在導(dǎo)體內(nèi)部的電荷不受任何非靜電力的作用時(shí)才是如此。否則，導(dǎo)體內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)不是處處為零的。例如，一金屬AB，在均勻磁場(chǎng)中作勻速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)方向和磁場(chǎng)方向（×表示B垂直紙面向里），金屬棒內(nèi)的自由電子受到洛侖茲力的作用，而堆積在B端，使B端帶負(fù)電，A端帶正電。于是AB間產(chǎn)生靜電場(chǎng)。當(dāng)作用于自由電子的靜電場(chǎng)力與洛侖茲力平衡時(shí)，此金屬棒（仍以V作勻速運(yùn)動(dòng)）才處于靜電平衡狀態(tài),導(dǎo)體內(nèi)不再有電荷相對(duì)于導(dǎo)體作宏觀運(yùn)動(dòng)。這時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部的靜電場(chǎng)并不為零。

稍后，將分析化學(xué)電池的內(nèi)、外電路中的電場(chǎng)。我們確信，當(dāng)化學(xué)電池?cái)嗦窌r(shí)，兩極各帶正、負(fù)電荷，電池系數(shù)處于靜電平衡，在電池內(nèi)部，作用于電荷的靜電力與非靜電力平衡，合力為零，但電池內(nèi)部的靜電場(chǎng)強(qiáng)并不處處為零。

1.2穩(wěn)恒電路中的非靜電力。由安培定理知道：純靜電系統(tǒng)的平衡是不穩(wěn)定的，放電電流也是不穩(wěn)定的。要獲得穩(wěn)定的電流，在系統(tǒng)內(nèi)必須同時(shí)有非靜電力對(duì)電荷的作用存在。

已充電的平行板電容器與電阻R連接成回路，放電電流是非穩(wěn)恒的，電容器的靜電能量轉(zhuǎn)換成電流通過(guò)R時(shí)的焦耳熱，而且能量很快釋放完畢，于是電流停止，電容器A，B極板上的正負(fù)電荷完全中和，欲使回路中的電流穩(wěn)恒，根據(jù)穩(wěn)恒電流必須滿足的條件在回路中任作一閉合曲面，其內(nèi)的電荷對(duì)時(shí)間的變化率成為零，也可以說(shuō)回路中處處的電荷分布不隨時(shí)間變化，但電荷可以移動(dòng)。因而我們?cè)O(shè)想，帶正電的A板與帶負(fù)電的B板之間存在著某種外來(lái)的非靜電力，它反抗A，B板間的靜電力，及時(shí)地從B板取走正電荷，使B板失去正電荷而獲得等量的負(fù)電荷，恰好補(bǔ)償了B板在放電過(guò)程中損失的負(fù)電荷，使B板的電荷分布不隨時(shí)間變化。同時(shí)，非靜電力把從B板取走的正電荷及時(shí)地傳給了A板，使A板在放電過(guò)程中的電荷分布也不隨時(shí)間變化。這樣可以使這個(gè)含有非靜電力的回路保持穩(wěn)恒電流。非靜電力在B板取走正電荷，并反抗AB板間的靜電力把正電荷傳遞給A板所做的功，轉(zhuǎn)化成了回路中穩(wěn)恒電流釋放的電能以及形成穩(wěn)恒電流的初始暫態(tài)過(guò)程中，回路所積聚的磁場(chǎng)能。具有這種非靜電力的能源裝置，我們稱(chēng)它為電源。

1.3非靜電力的物理本質(zhì)。我們討論一些常見(jiàn)的電源內(nèi)出現(xiàn)的非靜電力。如導(dǎo)體在穩(wěn)定的磁場(chǎng)中作切割磁感應(yīng)線的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體中自由電子所受到的非靜電力是洛侖茲力（磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用力）；導(dǎo)體在變化著的磁場(chǎng)產(chǎn)生的感生電場(chǎng)（不具有位場(chǎng)性質(zhì)，是一非靜電的電場(chǎng)）力；導(dǎo)體在變化著的磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，自由電子所受到的非靜電力，既有洛侖茲力，又有感生電場(chǎng)力；如果性質(zhì)不均勻，如化學(xué)性質(zhì)不均勻（化學(xué)電池），物理性質(zhì)不均勻（溫差電池等），電池內(nèi)的電荷可以宏觀遷移，伴隨有能量的傳換。所有這些都可以歸結(jié)為非靜電力的作用。

1、靜電場(chǎng)數(shù)值計(jì)算

靜電場(chǎng)數(shù)值計(jì)算方法主要有有限差分法、有限元法和模擬電荷法。這三種方法在處理簡(jiǎn)單模型時(shí)的效果相差不多，但當(dāng)模型較為復(fù)雜時(shí)，有限差分法已基本不適用。模擬電荷法與有限元法在實(shí)際使用中各有利弊，模擬電荷法有準(zhǔn)確度高、三維模型計(jì)算中占用計(jì)算機(jī)內(nèi)存少等優(yōu)點(diǎn)，但其適用范圍比較小，對(duì)于介質(zhì)種類(lèi)多、具有較多過(guò)小曲率半徑的邊界的系統(tǒng)等，用模擬電荷法來(lái)計(jì)算就比較麻煩，甚至不可能。有限元法雖然在電場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算上與實(shí)際值有一定偏差，但可以通過(guò)細(xì)化網(wǎng)格達(dá)到減小誤差目的。本文研究的10kV母線內(nèi)部電場(chǎng)分布，存在3種以上的介質(zhì)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故選用有限元法。

2、10kV母線靜電場(chǎng)仿真計(jì)算

2.1母線內(nèi)部結(jié)構(gòu)

基于已有的10kV母線端部結(jié)構(gòu)圖，并對(duì)其做出初步的改進(jìn)。由于鋁金屬薄膜的截面是一個(gè)矩形，有四個(gè)直角，在電場(chǎng)中容易造成尖端效應(yīng)，使電場(chǎng)產(chǎn)生畸變分布不均勻。因此，對(duì)鋁金屬薄膜的截面進(jìn)行倒角操作，減少尖端效應(yīng)。畫(huà)出母線端部結(jié)構(gòu)及尺寸二維視圖如圖1所示。為了能夠更好地展示母線內(nèi)部結(jié)構(gòu)，利用ANSYS生成母線端部結(jié)構(gòu)的三維視圖。母線由絕緣護(hù)套層、接地銅帶、主絕緣層、銅導(dǎo)體、鋁金屬薄膜構(gòu)成，是一個(gè)軸對(duì)稱(chēng)模型，可采用PLANE121這一單元進(jìn)行建模，PLANE121是一個(gè)二維八節(jié)點(diǎn)靜電單元，適用于軸對(duì)稱(chēng)模型，適用于靜電場(chǎng)計(jì)算。

2.2母線材料

摘要：通過(guò)在物理教育專(zhuān)業(yè)進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，探索電磁學(xué)難學(xué)的主要原因，并根據(jù)物理教育專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)結(jié)合教學(xué)實(shí)踐探討解決應(yīng)對(duì)的辦法，摸索提高電磁學(xué)教學(xué)質(zhì)量的途徑。

關(guān)鍵詞：電磁學(xué)教學(xué)；靜電場(chǎng)；穩(wěn)恒磁場(chǎng)

電磁學(xué)作為物理教育專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程，為光學(xué)、電動(dòng)力學(xué)、電工學(xué)、原子與分子物理等后續(xù)課程奠定基礎(chǔ)。電磁學(xué)承接了力學(xué)中關(guān)于物體的受力、做功、運(yùn)動(dòng)規(guī)律等內(nèi)容的分析，同時(shí)也增加了對(duì)“場(chǎng)”這一抽象概念的處理，需要有較扎實(shí)的高等數(shù)學(xué)知識(shí)并能靈活運(yùn)用高等數(shù)學(xué)處理問(wèn)題的方法，同時(shí)它又具有較強(qiáng)基礎(chǔ)性和應(yīng)用性，學(xué)生普遍反映電磁學(xué)難懂難學(xué)。分析其中原因并設(shè)法解決，才能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，改善學(xué)習(xí)效果，從而達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的。通過(guò)不斷摸索，發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)電磁學(xué)過(guò)程中存在困難，主要集中在以下幾個(gè)原因，現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行逐個(gè)分析并探討解決的辦法。

1對(duì)課程重要性認(rèn)識(shí)不足

“興趣是最好的老師”，若理論學(xué)習(xí)脫離了實(shí)際，一味進(jìn)行枯燥乏味的理論推算，對(duì)學(xué)習(xí)該門(mén)課程的重要性不明確，不了解該學(xué)科的歷史背景、現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，難以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。物理學(xué)是一門(mén)實(shí)用性很強(qiáng)的自然科學(xué)，電磁學(xué)作為其中的重要分支學(xué)科，在工業(yè)生產(chǎn)、生活、醫(yī)療、科研及國(guó)防建設(shè)諸方面均有廣泛應(yīng)用，對(duì)當(dāng)代社會(huì)發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。[1]在介紹教學(xué)內(nèi)容的過(guò)程中，可適當(dāng)融入物理學(xué)史的內(nèi)容：通過(guò)庫(kù)侖、奧斯特、安培、法拉第、麥克斯韋等對(duì)電磁學(xué)作出了重大貢獻(xiàn)的偉大科學(xué)家的事跡，了解他們的科學(xué)研究歷程，學(xué)習(xí)他們崇尚理性、勇于探索、鍥而不舍的科學(xué)精神。麥克斯韋預(yù)言電磁波的存在，赫茲實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)電磁波，馬可尼發(fā)明電報(bào)，推動(dòng)著人類(lèi)通訊發(fā)展進(jìn)入嶄新的階段。從直流發(fā)電機(jī)的發(fā)明到交流發(fā)電機(jī)的廣泛應(yīng)用，為人類(lèi)提供了將其他能源轉(zhuǎn)換為便于儲(chǔ)存運(yùn)輸?shù)碾娔艿耐緩?，電力的廣泛應(yīng)用推動(dòng)人類(lèi)社會(huì)進(jìn)入電氣時(shí)代。[2]在涉及具體知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)活動(dòng)中，也可適時(shí)聯(lián)系在生活、生產(chǎn)等方面的應(yīng)用實(shí)例，如介紹靜電屏蔽這一知識(shí)點(diǎn)時(shí)，引入電工工作服的使用原理，并讓學(xué)生查找其他類(lèi)似應(yīng)用實(shí)例；又如學(xué)習(xí)電介質(zhì)的極化時(shí)，插入微波爐的工作原理、使用過(guò)程中的禁忌及其原因等，增加生活常識(shí)。如此將理論聯(lián)系實(shí)際，特別是日常生活熟悉的例子，學(xué)以致用，有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。此外，結(jié)合物理教育專(zhuān)業(yè)的就業(yè)方向，聯(lián)系《新課標(biāo)》對(duì)電磁學(xué)內(nèi)容的要求，分析近年高考理綜卷中電磁學(xué)所占的比例，介紹近年高考電磁學(xué)的熱門(mén)考點(diǎn)、考試題型，比如帶電粒子在電場(chǎng)、磁場(chǎng)或復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)類(lèi)題型是近年高考理綜物理卷中的?？?，對(duì)電路的分析或常見(jiàn)儀表的結(jié)構(gòu)、使用也是常見(jiàn)考題。這樣既可強(qiáng)化其專(zhuān)業(yè)意識(shí)，也可提高學(xué)生對(duì)電磁學(xué)的重視程度，增加學(xué)習(xí)動(dòng)力。

2高等數(shù)學(xué)知識(shí)準(zhǔn)備不足

摘要：以桂中正在施工的高山移動(dòng)通信基站工地遭到雷擊案例，闡述高山通信基站施工現(xiàn)場(chǎng)雷擊事故的電場(chǎng)原理，雷電對(duì)人體造成傷害的原因，提出避免雷電傷害的防范措施。

關(guān)鍵詞：高山通信基站，雷擊，電場(chǎng)，防范措施

2020年5月16日13：50，桂中某正在施工的高山移動(dòng)通信基站（北緯24º14'，東經(jīng)108º48'）建設(shè)工地遭到雷擊，致使兩個(gè)施工人員受傷昏迷倒地，其中：一人（稱(chēng)為甲）左手臂和左腳大母指、二指、三指、四指的指背到腳背一片區(qū)域的皮膚受到灼傷；另一人（稱(chēng)為乙）左手掌和左腳后根往上約3cm處受到灼傷，背部受到擦傷。事發(fā)當(dāng)時(shí)天氣為多云，工地上方有云，有陽(yáng)光，沒(méi)有下雨。當(dāng)時(shí)移動(dòng)通信基站的桿式鐵塔（稱(chēng)為桿塔）已經(jīng)立好，用鋼絞線做材料與桿塔沒(méi)有絕緣的三方拉線（稱(chēng)為拉線）也已經(jīng)安裝固定好，正在進(jìn)行地線施工、基站設(shè)備基座澆灌水泥漿、拉線涂防銹漆等工作，現(xiàn)場(chǎng)施工人員5人。約13:50現(xiàn)場(chǎng)人員突然聽(tīng)到一聲雷響，正在進(jìn)行基站設(shè)備水泥底座施工的施工員甲和正在給桿塔拉線涂防銹漆的施工員乙同時(shí)昏迷倒下，幾分鐘后清醒，乙可自行下山，甲需要他人攙扶才能下山。送到醫(yī)院后診斷為：除乙的背部擦傷屬摔傷外，甲、乙的其他受傷部位均屬電擊灼傷，結(jié)合當(dāng)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的情況可以確定為雷擊傷害。

1事故發(fā)生的靜電場(chǎng)原理

雷雨云靜電場(chǎng)的形成。桂中地區(qū)5月已經(jīng)進(jìn)入雷雨季節(jié)，雖然事發(fā)當(dāng)時(shí)還出太陽(yáng)，但工地上方有云，根據(jù)當(dāng)時(shí)的照片來(lái)看，工地上方的云就是積雨云。積雨云在外電場(chǎng)、重力和大氣劇烈運(yùn)動(dòng)的同時(shí)作用下，云團(tuán)內(nèi)部降水粒子（大粒子）和云粒子（小粒子）因感應(yīng)起電、溫差起電、破碎起電等起電機(jī)理而生產(chǎn)帶有正、負(fù)電荷的帶電離子。在空間電場(chǎng)力和重力的共同作用下，這些帶電離子定向垂直移動(dòng)，使云團(tuán)上部和下部分別積累兩種不同的電荷：正電荷和負(fù)電荷，云團(tuán)內(nèi)產(chǎn)生分層電荷，形成產(chǎn)生雷電的雷雨云。研究表明，雷雨云上部為正電荷區(qū)，下部為負(fù)電荷區(qū)。帶電荷的雷雨云會(huì)靜電感應(yīng)出一個(gè)帶相反電荷的地面陰影，即下部帶負(fù)電荷的雷雨云與帶正電荷的地面形成一個(gè)靜電場(chǎng)[1]。雷電發(fā)生的電場(chǎng)分析。（1）雷電發(fā)生前的靜電場(chǎng)分析。該事故現(xiàn)場(chǎng)的山頭就是電場(chǎng)的地面凸起部位，山頂附近的電場(chǎng)會(huì)比地面上的電場(chǎng)要強(qiáng)得多。由于該桿塔底座和拉線底端全部都打在石灰石上，石灰石為絕緣體，而且桿塔、避雷針、拉線均沒(méi)有接地線，所以整個(gè)桿塔與大地是絕緣的。這時(shí)候的整個(gè)桿塔就相當(dāng)于放置在雷雨云與山頭之間靜電場(chǎng)中的一個(gè)導(dǎo)體，在靜電場(chǎng)的作用下，桿塔上避雷針頂端感應(yīng)出與雷雨云相反的正電荷，桿塔和拉線底部感應(yīng)出與地面相反的負(fù)電荷。甲乙兩個(gè)施工員分別在鐵塔的兩條拉線下施工，腳上穿了絕緣鞋，也相當(dāng)于兩個(gè)導(dǎo)體分別放置于兩條拉線下端與山頭地面之間形成的靜電場(chǎng)中，同樣感應(yīng)出上正下負(fù)的感應(yīng)電荷。（2）雷電形成分析。當(dāng)甲施工員完成塑料薄膜的鋪蓋站起來(lái)時(shí)，由于左手上臂與鐵塔拉線突然靠近，根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算式：E＝Q×er/(4πε0r2)[2]，電場(chǎng)強(qiáng)度E與距離r的平方成反比，隨著帶感應(yīng)正電荷的甲左手上臂與帶感應(yīng)負(fù)電荷的拉線下端的靠近，它們之間形成的電場(chǎng)強(qiáng)度就會(huì)急劇增加。當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)空氣的擊穿強(qiáng)度3×104V/cm時(shí)，甲左上手臂與拉線之間的空氣被電擊穿，空氣被電擊穿后就會(huì)形成良導(dǎo)體，這時(shí)整個(gè)桿塔與甲的身體就連通成了一個(gè)導(dǎo)體。根據(jù)導(dǎo)體在靜電場(chǎng)中的靜電平衡原理，導(dǎo)體是一個(gè)等電勢(shì)，這時(shí)甲的腳與大地之間的電勢(shì)差就是原來(lái)拉線（桿塔）底端與大地之間的電勢(shì)差（假設(shè)為U1），由于剛澆灌了水泥漿的設(shè)備基座與埋在其中間的地線形成較好的導(dǎo)體連接并接入大地，所以，甲的腳與設(shè)備基座之間的電勢(shì)差就是U1。根據(jù)電場(chǎng)強(qiáng)度E與電勢(shì)差U之間的關(guān)系E＝U/d，當(dāng)電勢(shì)差U不變時(shí)電場(chǎng)強(qiáng)度與距離d成反比，這時(shí)甲的左腳與設(shè)備基座之間的電場(chǎng)強(qiáng)度就會(huì)突然增大。由于甲穿著絕緣鞋，絕緣鞋的橡膠鞋底不容易被擊穿，而此時(shí)絕緣鞋布面已經(jīng)濕了，鞋面的絕緣效果基本失效，當(dāng)甲的左腳與設(shè)備基座之間電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)空氣的擊穿強(qiáng)度3×104V/cm時(shí)，左腳背與設(shè)備基座之間的空氣被擊穿，形成導(dǎo)體。這時(shí)桿塔、甲的身體通過(guò)擊穿了的空氣所形成的導(dǎo)體接入到大地，大地與桿塔的避雷針頂部形成了等電勢(shì)，鐵塔的避雷針頂部與雷雨云之間的電勢(shì)差就是大地與雷雨云之間的電勢(shì)差，桿塔高度18m，避雷針長(zhǎng)度1.5m，就相當(dāng)于大地與雷雨云之間的電勢(shì)差不變，距離突然減少約19.5m，電場(chǎng)強(qiáng)度突然增大，特別是避雷針頂部尖端對(duì)電場(chǎng)的局部加強(qiáng)作用，使靠近避雷針頂部尖端的電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)空氣的擊穿強(qiáng)度3×104V/cm而發(fā)生擊穿，并以電子崩的方式形成雷雨云與大地之間放電的通路，形成打雷。（3）雷擊傷害事故發(fā)生的原因分析。雷電是一個(gè)自然現(xiàn)象，如果掌握它的規(guī)律做好預(yù)防是不會(huì)受到傷害的。該傷害事故之所以發(fā)生，主要原因是桿塔和避雷針下引線沒(méi)有接保護(hù)地線，使得雷雨云與大地之間的放電不能直接通過(guò)避雷針和保護(hù)地線來(lái)完成，而通過(guò)電擊穿空氣，經(jīng)過(guò)人的身體來(lái)完成。

2避免高山通信基站施工工地被雷擊傷害的措施

摘要：垂直鋪塑防滲帷幕作為水利水電工程堤壩防滲的一種新技術(shù)，經(jīng)過(guò)幾十年的不斷探索與改進(jìn)，該技術(shù)日臻成熟。文章使用垂直鋪塑防滲帷幕質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)方法是：沿防滲膜兩側(cè)布設(shè)兩排電極，保持對(duì)應(yīng)電極的連線與防滲膜垂直，一側(cè)供電，另一側(cè)進(jìn)行測(cè)量，完成后改變電極與防滲膜的布設(shè)重新測(cè)量（掃描測(cè)量），得到防滲膜分布位置的視電阻率分布剖面。結(jié)果表明，該種無(wú)損測(cè)量方法既能保證工程的完整性，又能全面快速獲取防滲帷幕埋深、搭接質(zhì)量、破損位置等參數(shù)，具有很大的優(yōu)越性。

關(guān)鍵詞：垂直鋪塑防滲帷幕；防滲膜；質(zhì)量檢測(cè)

垂直鋪塑防滲帷幕在水利水電工程中的應(yīng)用日益廣泛，該技術(shù)主要通過(guò)開(kāi)槽機(jī)械，在防滲線開(kāi)挖固定尺寸的溝槽（寬度為0.15～0.30m、深度≤20m），并利用泥漿護(hù)壁，通過(guò)人工將輔助機(jī)械置入槽內(nèi)土工膜，并利用砂土回填，以形成防滲膜+泥漿的防滲體。該技術(shù)既可以充分利用防滲膜的隔水性能，又充分利用了防滲體的柔性，整體性好，防滲效果優(yōu)，且施工簡(jiǎn)便、適應(yīng)性強(qiáng)。垂直鋪塑防滲帷幕施工中，必須保持開(kāi)槽和鋪塑速度一致，若兩項(xiàng)工作速度不一致，則會(huì)引起塌坑和防滲膜卷底，甚至?xí)霈F(xiàn)砂礫層劃破防滲膜，防滲膜接縫處接合不緊密等現(xiàn)象。諸如此類(lèi)的隱患必須及時(shí)進(jìn)行檢測(cè)和處理，如遇地下水位上漲，水頭壓力便會(huì)在防滲膜破損部位集中，進(jìn)而造成集中滲漏，導(dǎo)致垮壩，這充分說(shuō)明，防滲膜如果布設(shè)不當(dāng)反而會(huì)成為堤壩隱患。當(dāng)前，常用的垂直鋪塑檢測(cè)方法是測(cè)壓管法、施工中堤壩內(nèi)外水位觀測(cè)判斷法及大開(kāi)挖直接觀察法。前兩種方法屬于宏觀定性檢測(cè)法，對(duì)防滲膜鋪設(shè)中可能出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題檢測(cè)不全面；第三種方法屬于微觀定量檢測(cè)法，能較全面、具體地檢測(cè)防滲膜鋪設(shè)問(wèn)題，但是受到地下水位限制，經(jīng)濟(jì)性、安全性較差。所以尋找一種既能檢測(cè)垂直鋪塑防滲膜施工質(zhì)量，又能對(duì)其運(yùn)行情況進(jìn)行全面檢測(cè)的方法就顯得尤為重要。

1垂直鋪塑防滲帷幕物理力學(xué)特征

1.1防滲帷幕對(duì)靜電場(chǎng)的影響

1.1.1室內(nèi)數(shù)值模擬試驗(yàn)