Содержание
Контрольная работа по физике Электромагнитные явления 8 класс
Контрольная работа по физике Электромагнитные явления 8 класс с ответами. Контрольная работа представлена в 4 вариантах, в каждом варианте по 8 заданий.
Вариант 1
1. К магнитной стрелке (северный полюс затемнен, см. рисунок), которая может поворачиваться вокруг вертикальной оси, перпендикулярной плоскости чертежа, поднесли постоянный магнит. При этом стрелка
1) повернется на 180°
2) повернется на 90° по часовой стрелке
3) повернется на 90° против часовой стрелки
4) останется в прежнем положении
2. Какое утверждение верно?
А. Магнитное поле возникает вокруг движущихся зарядов.
Б. Магнитное поле возникает вокруг неподвижных зарядов.
1) А
2) Б
3) А и Б
4) ни А, ни Б
3. На каком рисунке правильно изображена картина магнитных линий магнитного поля длинного проводника с постоянным током, направленным перпендикулярно плоскости чертежа на нас?
4. При увеличении силы тока в катушке магнитное поле
1) не изменяется
2) ослабевает
3) исчезает
4) усиливается
5. Какое утверждение верно?
А. Северный конец магнитной стрелки компаса показывает на географический Южный полюс.
Б. Вблизи географического Северного полюса располагается южный магнитный полюс Земли.
1) А
2) Б
3) А и Б
4) ни А, ни Б
6. Квадратная рамка расположена в магнитном поле в плоскости магнитных линий так, как показано на рисунке. Направление тока в рамке показано стрелками. Как направлена сила, действующая на сторону аb рамки со стороны магнитного поля?
1) перпендикулярно плоскости чертежа, от нас
2) перпендикулярно плоскости чертежа, к нам
3) вертикально вверх, в плоскости чертежа
4) вертикально вниз, в плоскости чертежа
7. Установите соответствие между научными открытиями и именами ученых, которым эти открытия принадлежат.
ОТКРЫТИЕ
А) Впервые обнаружил взаимодействие проводника с током и магнитной стрелки
Б) Построил первый электромобиль
В) Первым объяснил природу намагниченности железа
УЧЕНЫЕ-ФИЗИКИ
1) А. Ампер
2) М. Фарадей
3) Х. Эрстед
4) В. Якоби
5) Д. Джоуль
8. Магнитная сила, действующая на горизонтально расположенный проводник, уравновешивает силу тяжести. Определите плотность материала проводника, если его объём 0,4 см3, а магнитная сила равна 0,034 Н.
Вариант 2
1. К магнитной стрелке (северный полюс затемнен, см. рисунок), которая может поворачиваться вокруг вертикальной оси, перпендикулярной плоскости чертежа, поднесли постоянный магнит. При этом стрелка
1) повернется на 180°
2) повернется на 90° по часовой стрелке
3) повернется на 90° против часовой стрелки
4) останется в прежнем положении
2.
А. Магнитное поле можно обнаружить по действию на движущийся заряд.
Б. Магнитное поле можно обнаружить по действию на неподвижный заряд.
1) А
2) Б
3) А и Б
4) ни А, ни Б
3. Что представляют собой магнитные линии магнитного поля тока?
1) линии, исходящие от проводника и уходящие в бесконечность
2) замкнутые кривые, охватывающие проводник
3) кривые, расположенные около проводника
4) линии, исходящие от проводника и заканчивающиеся на другом проводнике
4. При внесении железного сердечника в катушку с током магнитное поле
1) не изменяется
2) ослабевает
3) исчезает
4) усиливается
5. Какое утверждение верно?
А. Северный конец магнитной стрелки компаса показывает на географический Северный полюс.
Б. Вблизи географического Северного полюса располагается южный магнитный полюс Земли.
1) А
2) Б
3) А и Б
4) ни А, ни Б
6.
1) вниз
2) вверх
3) из плоскости на нас
4) в плоскость листа от нас
7. Установите соответствие между физическими явлениями и техническими устройствами, в которых эти явления используются. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.
ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ
А) Взаимодействие магнитной стрелки и постоянных магнитов
Б) Действие магнитного поля на проводник с током
В) Взаимодействие электромагнита с железными опилками
ТЕХНИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО
1) Электродвигатель
2) Компас
3) Звонок
4) Радиоприёмник
5) Магнитный сепаратор
8. Магнитная сила, действующая на горизонтально расположенный проводник, уравновешивает силу тяжести. Определите объем проводника, если он изготовлен из латуни и магнитная сила равна 0,034 Н.
Вариант 3
1. К магнитной стрелке (северный полюс затемнен, см. рисунок), которая может поворачиваться вокруг вертикальной оси, перпендикулярной плоскости чертежа, поднесли постоянный магнит. При этом стрелка
1) повернется на 180°
2) повернется на 90° по часовой стрелке
3) повернется на 90° против часовой стрелки
4) останется в прежнем положении
2. Какое утверждение верно?
А. Вокруг электрических зарядов существует электрическое поле.
Б. Вокруг неподвижных зарядов существует магнитное поле.
1) А
2) Б
3) А и Б
4) ни А, ни Б
3. На каком рисунке правильно изображена картина магнитных линий магнитного поля длинного проводника с постоянным током, направленным перпендикулярно плоскости чертежа от нас?
4. При уменьшении силы тока в катушке магнитное поле
1) не изменяется
2) ослабевает
3) исчезает
4) усиливается
5.
А. Северный конец магнитной стрелки компаса показывает на географический Северный полюс.
Б. Вблизи географического Северного полюса располагается северный магнитный полюс Земли.
1) А
2) Б
3) А и Б
4) ни А, ни Б
6. Квадратная рамка расположена в магнитном поле в плоскости магнитных линий так, как показано на рисунке. Направление тока в рамке показано стрелками. Как направлена сила, действующая на сторону dc рамки со стороны магнитного поля?
1) перпендикулярно плоскости чертежа, от нас
2) перпендикулярно плоскости чертежа, к нам
3) вертикально вверх, в плоскости чертежа
4) вертикально вниз, в плоскости чертежа
7. Установите соответствие между научными открытиями и учеными, которым эти открытия принадлежат. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.
ОТКРЫТИЕ
А) Впервые обнаружил взаимодействие проводника с током и магнитной стрелки
Б) Построил первый электродвигатель
В) Первым объяснил природу намагниченности железа
УЧЕНЫЕ-ФИЗИКЕ
1) Х.
2) Д. Джоуль
3) В. Якоби
4) М. Фарадей
5) А. Ампер
8. Магнитная сила, действующая на горизонтально расположенный проводник, уравновешивает силу тяжести. Определите величину магнитной силы, если объем проводника 0,4 см3, а плотность материала проводника 8500 кг/м3.
Вариант 4
1. К магнитной стрелке (северный полюс затемнен, см. рисунок), которая может поворачиваться вокруг вертикальной оси, перпендикулярной плоскости чертежа, поднесли постоянный магнит. При этом стрелка
1) повернется на 180°
2) повернется на 90° по часовой стрелке
3) повернется на 90° против часовой стрелки
4) останется в прежнем положении
2. Какое утверждение верно?
А. Вокруг движущихся зарядов существует магнитное поле.
Б. Вокруг неподвижных зарядов существует электрическое поле.
1) А
2) Б
3) А и Б
4) ни А, ни Б
3. Что произойдет с направлением магнитных линий магнитного поля прямолинейного тока при изменении направления тока?
1) направление линий останется прежним
2) направление линий изменится на противоположное
3) нельзя дать однозначного ответа
4) зависит от величины тока
4.
1) не изменяется
2) ослабевает
3) исчезает
4) усиливается
5. Какое утверждение верно?
А. Северный конец магнитной стрелки компаса показывает на географический Южный полюс.
Б. Вблизи географического Северного полюса располагается южный магнитный полюс Земли.
1) А
2) Б
3) А и Б
4) ни А, ни Б
6. В однородном магнитном поле находится рамка, по которой начинает течь ток. Сила, действующая на верхнюю сторону рамки, направлена
1) вниз
2) вверх
3) из плоскости на нас
4) в плоскость листа от нас
7. Установите соответствие между физическими явлениями и техническими устройствами, в которых эти явления используются. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите выбранные цифры под соответствующими буквами.
ФИЗИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ
А) Взаимодействие магнитной стрелки и постоянных магнитов
Б) Действие магнитного поля на проводник с током
В) Взаимодействие электромагнита с железными опилками
ТЕХНИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО
1) радиоприёмник
2) звонок
3) электродвигатель
4) магнитный сепаратор
5) компас
8.
Ответы на контрольную работу по физике Электромагнитные явления 8 класс
Вариант 1
1-4
2-1
3-4
4-4
5-2
6-2
7-341
8. 8500 кг/м3
Вариант 2
1-1
2-1
3-2
4-4
5-3
6-4
7-215
8. 0,4 см3
Вариант 3
1-1
2-1
3-3
4-2
5-1
6-1
7-135
8. 0,034 Н
Вариант 4
1-4
2-3
3-2
4-2
5-2
6-3
7-534
8. 10 500 кг/м3
PDF версия для печати
Контрольная работа Электромагнитные явления 8 класс
(157 Кб)
Контрольная работа по теме «Электромагнитные явления»
Контрольная работа №6 «Электромагнитные явления»
ВАРИАНТ № 1
Часть
1
1.
Магнитные линии — это
1)линии,
которые реально существуют в пространстве
2)воображаемые
линии, по касательным к которым располагаются магнитные стрелки в магнитном
поле
3)воображаемые
линии, перпендикулярно к которым располагаются магнитные стрелки в магнитном
поле
4)траектории
движения заряженных частиц в магнитном поле
2. Вокруг
проводника с током или движущихся зарядов существует
1)только
электрическое поле 3)только
магнитное поле
2)электрическое
и магнитное поля 4) только поле силы тока
3. Катушка
с током и постоянный магнит
1)не
взаимодействуют между собой 2)будут всегда отталкиваться
3) будут
всегда притягиваться
4)будут
притягиваться или отталкиваться в зависимости от направления тока в катушке
4.
на рисунке
5. При увеличении
силы тока в катушке магнитное поле
1)не
изменяется 2) ослабевает 3) исчезает 4) усиливается
6.Что представляют собой магнитные линии
магнитного поля тока?
1)Линии, исходящие
от проводника и уходящие в бесконечность
2)Замкнутые кривые,
охватывающие проводник
3)Кривые,
расположенные около проводника
4)Линии, исходящие
от проводника и заканчивающиеся на другом проводнике
7. На
рисунке показан проводник с током, направление которого перпендикулярно
плоскости чертежа, и одна из магнитных линий поля этого тока. Направление
магнитной стрелки вблизи этого проводника правильно показано на рисунке
8.
рисунке изображен проводник с током, находящийся в магнитном поле. Вектор
магнитной индукции направлен в плоскости рисунка горизонтально. Сила действия
магнитного поля на проводник с током АС
1) направлена
перпендикулярно плоскости рисунка к нам
2) направлена
перпендикулярно плоскости рисунка от нас
3) направлена
в плоскости рисунка вправо
4) равна
нулю
9.
По двум параллельно расположенным проводникам проходят токи в одном направлении, при этом проводники…
1) притягиваются 2) не взаимодействуют 3)Отталкиваются 4)Разворачиваются
10.К
северному полюсу магнита поднесли южный, что будет происходить смагнитами
1) Будет происходить притяжение магнитов
2)
Будет происходить отталкивание магнитов
3) магниты не будут взаимодействовать
11.За
направление магнитных линий принято направление, которое указывает
1)
южный полюс магнитной стрелки в каждой точке поля
2 северный полюс магнитной стрелки в каждой точке поля
Часть
2
Ответом к
данному заданию является последовательность цифр.
записывайте без пробелов, запятых и других дополнительных символов
12. Установите соответствие между
физическими величинами и формулами, по которым эти
величины определяются. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую
позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими
буквами.
|
Техническое |
Физическое явление |
||
|
А)Электромагнит Б) Ком В)
|
1) 2) Возникновение 3) Вращение 4) Свойство 5) Нагревание |
||
|
А |
Б |
В |
|
|
|
|
|
|
Часть 3
Для задания
данного уровня необходимо записать полное решение, включающее запись краткого
условия задачи (Дано), запись формул, применение которых необходимо и
достаточно для решения задачи, а также математические преобразования и расчёты,
приводящие к числовому ответу.
13. Проводник
длиной 0,5 м с током 2,5 А расположен в магнитном поле с индукцией 400 мТл перпендикулярно
линиям магнитной индукции. Найдите действующую на проводник со стороны
магнитного поля силу.
Контрольная
работа №6 «Электромагнитные
явления»
ВАРИАНТ № 2
Часть
1
1.Катушка
с железным сердечником внутри называется
1) постоянным
магнитом 3) электромагнитом
2) электродом
4)якорем двигателя
2.Магнитные
линии поля проводника с током представляют собой
1)прямые,
параллельные проводнику 3)прямые, перпендикулярные проводнику
2)окружности,
охватывающие проводник 4)квадраты, охватывающие проводник
3.
Вблизи полюсов постоянного магнита магнитная стрелка установится в положение,
показанное на рисунке
4.
правильно изображена картина магнитных линий магнитного поля длинного
проводника с постоянным током, направленным перпендикулярно плоскости чертежа
на нас?
5.Какое
утверждение верно?
А. Магнитное поле
можно обнаружить по действию на движущийся заряд
Б. Магнитное поле
можно обнаружить по действию на неподвижный заряд
1) А 2)
Б 3) А и Б 4) Ни А, ни Б
6. При внесении
железного сердечника в катушку с током магнитное поле
1)
не
изменяется 2) ослабевает 3) исчезает 4) усиливается
7.
Проводник с током расположен между полюсами постоянного магнита, как показано
на рисунке. Сила, действующая на проводник, направлена вдоль
стрелки
8.
Направление магнитных линий магнитного поля…
1)
Зависит от материала проводника 2) Зависит от значения
электрического тока.
3)
Не зависит от направления электрического тока 4)Зависит от направления
электрического тока.
9.
Поворот магнитной стрелки, расположенной параллельно прямолинейному проводнику, обнаружил…
1) Эрстед 2) Кулон 3) Ампер 4)Ом.
10.Северный
магнитный полюс Земли находится
1)
вблизи Северного географического полюса 2) вблизи южного
географического полюса
3) на экваторе
4) на Северном полюсе
11.Наиболее
сильное магнитное действие проявляется у магнита…
1) возле северного
полюса 2)
возле южного полюса
3) возле обоих полюсов 4)
магнитное действие одинаково во всех точках
Часть
2
Ответом
к данному заданию является последовательность цифр. Последовательность цифр
записывайте без пробелов, запятых и других дополнительных символов
12. Установите соответствие между
физическими величинами и формулами, по которым эти
величины определяются.
позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под
соответствующими буквами.
|
Техническое |
Физическое явление |
||
|
А. Б. В. |
1)Возникновение 2)Вращение 3)Свойство 4.Нагревание
|
||
|
А |
Б |
В |
|
|
|
|
|
|
Часть 3
Для
задания данного уровня необходимо записать полное решение, включающее запись
краткого условия задачи (Дано), запись формул, применение которых необходимо и
достаточно для решения задачи, а также математические преобразования и расчёты,
приводящие к числовому ответу.
13.Проводник
длиной 0,4 м с током 3,5 А расположен в магнитном поле с индукцией 400 мТл
перпендикулярно линиям магнитной индукции. Найдите действующую на проводник со
стороны магнитного поля силу.
Контрольная
работа №6 «Электромагнитные
явления»
ВАРИАНТ № 3
Часть
1
1.
Магнитное поле существует
1) вокруг
любых предметов 3) вокруг неподвижных
электрических зарядов
2) вокруг
проводника в отсутствие тока 4) вокруг движущихся зарядов и проводников
с током
2. Тела,
длительное время сохраняющие намагниченность, называются
1)постоянными
магнитами 3) электромагнитами
2)электродами
4) якорями двигателя
3.
Магнитные линии постоянного полосового магнита правильно показаны на рисунке
4. Какое
утверждение верно?
А. Магнитное поле возникает
вокруг движущихся зарядов
Б. Магнитное поле
возникает вокруг неподвижных зарядов
1) А 2)
Б 3) А и Б 4) Ни А, ни Б
5. К магнитной
стрелке (северный полюс затемнен, см. рисунок), которая может поворачиваться
вокруг вертикальной оси, перпендикулярной плоскости чертежа, поднесли
постоянный магнит. При этом стрелка
1) повернется
на 180º 3) повернется на 90º по
часовой стрелке
2) повернется
на 90º против часовой стрелки 4) останется в прежнем положении
6. Какое
утверждение верно?
А. Северный конец
магнитной стрелки компаса показывает на географический Северный полюс
Б.
географического Северного полюса располагается южный магнитный полюс Земли
1) А 2)
Б 3) А и Б 4) ни А, ни Б
7.
Направление силы, действующей на проводник с током в магнитном поле,
определяется
1) направлением
ускорения свободного падения
2) только
направлением линий магнитного поля
3) только
направлением тока в проводнике
4) направлением
линий магнитного поля и тока
8. На
рисунке изображён проводник с током, находящийся в магнитном поле. Вектор
магнитной индукции направлен в плоскости рисунка горизонтально. Сила действия
магнитного поля на проводник с током АС
1) направлена
перпендикулярно плоскости рисунка к нам
2) направлена
перпендикулярно плоскости рисунка от нас
3) направлена
в плоскости рисунка вправо
4) равна
нулю
9. Историческое значение опыта Эрстеда
заключается в обнаружении.
1) сил взаимодействия между двумя проводниками с током.
2) взаимодействия двух точечных зарядов
3) сил взаимодействия двух проводников.
4) связи между электрическими и магнитными явлениями.
10. Чтобы изменить магнитные полюсы
электромагнита, надо…
1) вставить сердечник другим концом в
катушку
2) изменить направление тока в цепи
3) магнитные полюсы изменить нельзя
11. Южный магнитный полюс Земли находится
1) вблизи Северного географического
полюса 2) вблизи южного географического полюса
3) на экваторе
4) на Южном полюсе
Часть
2
Ответом
к данному заданию является последовательность цифр. Последовательность цифр
записывайте без пробелов, запятых и других дополнительных символов
12. Установите соответствие между физическими величинами
и формулами, по которым эти величины определяются.
К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и
запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
|
ОТКРЫТИЕ |
УЧЕНЫЕ-ФИЗИКИ |
||
|
А) Б) В) |
1) А. 2) М. 3) Х. 4) Б. 5) Д.
|
||
|
А |
Б |
В |
|
|
|
|
|
|
Часть
3
Для
задания данного уровня необходимо записать полное решение, включающее запись
краткого условия задачи (Дано), запись формул, применение которых необходимо и
достаточно для решения задачи, а также математические преобразования и расчёты,
приводящие к числовому ответу.
13.
Определите силу, действующую на часть прямолинейного проводника длиной 20 см в
однородном магнитном поле с индукцией 40 мТл при силе тока 10 А.
Контрольная
работа №6 «Электромагнитные
явления»
ВАРИАНТ № 4
Часть
1
1.
Направление магнитных линий поля проводника с током связано
1) с
направлением линий электрического поля
2) с
направлением тока в проводнике
3) с
направлением магнитного поля окружающих тел
4) с
положением проводника относительно Земли
2.
Полюсы постоянных магнитов
1)не взаимодействуют
2) только отталкиваются 3) только притягиваются
4)притягиваются,
если они разноименные, и отталкиваются, если они одноименные
3.
магнитном поле, магнитные линии которого показаны на рисунке, магнитная стрелка
установится в положение
4. К магнитной
стрелке (северный полюс затемнен, см. рисунок), которая может поворачиваться
вокруг вертикальной оси, перпендикулярной плоскости чертежа, поднесли постоянный
магнит. При этом стрелка
1) повернется на
180º 3)повернется на 90º по часовой стрелке
2) повернется на 90º
против часовой стрелки 4) останется в прежнем положении
5. Какое
утверждение верно?
А. Северный конец
магнитной стрелки компаса показывает на географический Южный полюс
Б. Вблизи
географического Северного полюса располагается южный магнитный полюс Земли
1) А
2) Б 3) А и Б 4) ни А, ни Б
6.
рисунке показан проводник с током, направление которого перпендикулярно
плоскости чертежа, и одна из магнитных линий поля этого тока. Направление
магнитной стрелки вблизи этого проводника правильно показано на рисунке.
7. С
помощью правила левой руки определяют
1) направление
магнитных линий
2) направление
тока в проводнике
3) направление
силы, действующей на проводник с током в магнитном поле
4) направление
силы, действующей на неподвижный электрический заряд
8.
Проводник с током расположен между полюсами постоянного магнита, как показано
на рисунке. Сила, действующая на проводник, направлена вдоль стрелки
9. По двум параллельно расположенным проводникам проходят токи в противоположных направлениях, при этом
проводники…
1) притягиваются 2) не взаимодействуют 3) отталкиваются 4) разворачиваются
10. К северному полюсу магнита поднесли северный
полюс магнита, магниты
1) Будет происходить притяжение магнитов
2) Будет происходить отталкивание магнитов
3) магниты не будут взаимодействовать
11.
стрелки постоянно отклонено от направления магнитной линии
Земли
1) Северный и Южный географические полюса Земли
2) Северный и Южный магнитные полюса
Земли
3) магнитные аномалии
4) на Земле таких мест нет
Часть 2
Ответом
к данному заданию является последовательность цифр. Последовательность цифр
записывайте без пробелов, запятых и других дополнительных символов
12. Установите соответствие между
физическими величинами и формулами, по которым эти
величины определяются. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую
позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под
соответствующими буквами.
|
ФИЗИЧЕСКОЕ |
ТЕХНИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО |
||
|
А) Б) Действие В)Взаимодействие
|
1) Электродвигатель 2) Компас 3) Звонок 4) Радиоприемник 5) Магнитный сепаратор |
||
|
А |
Б |
В |
|
|
|
|
|
|
Часть
3
Для
задания данного уровня необходимо записать полное решение, включающее запись
краткого условия задачи (Дано), запись формул, применение которых необходимо и
достаточно для решения задачи, а также математические преобразования и расчёты,
приводящие к числовому ответу.
13. Проводник
с током удерживается в магнитном поле в состоянии покоя силой 2 Н. Длина
проводника 1 м. Сила тока 0,1 А. Определите индукцию магнитного поля.
Управление электромагнитными волнами на основе многослойной прозрачной метаповерхности
Введение
В приложениях фундаментальной физики, свободного космоса и интегральной фотоники важно регулировать угол отклонения электромагнитных волн [1]. Принцип Ферма указывает на то, что волновой фронт светового луча можно модифицировать, управляя фазой световой волны [2]. Обычные оптические компоненты основаны на сложном распределении диэлектрической проницаемости. В этих компонентах также используются волновые пластины из природных двулучепреломляющих кристаллов [3] и субволновые решетки для достижения преобразования между различными углами отклонения для постепенной модуляции фазы световых волн для управления путем распространения в объемных материалах. Однако из-за ограниченного двулучепреломления (△ n , обычно <0,3) ограничение [4], для накопления разности фаз требуются устройства большой толщины.
Механизм метаповерхностных [11] регулируемых электромагнитных волн заключается во введении катастрофической фазы на границе раздела, так что рассеянные электромагнитные волны имеют разные разности фаз в разных положениях и, наконец, вызывают изменения на поверхности постоянной фазы, тем самым изменяя направление распространения электромагнитных волн [12]. Множество субволновых модульных структур организовано для формирования матричной структуры, а управление лучом реализуется путем установки фазы передачи или фазы отражения каждого модуля. Следовательно, метаповерхность требуется для регулировки фазы пропускания или отражения путем объединения фазового градиента и кодирующей последовательности [13] или конкретной единицы [14].

В этой статье мы представляем разработку и моделирование многослойной прозрачной микроволновой метаповерхности с шести- и восьмиэлементной фазированной патч-решеткой, которая может одновременно управлять электромагнитными волнами на частоте 32 ГГц. Подробно обсуждаются дальние поля и электрические поля под разными углами. Численное моделирование многослойной управляемой метаповерхности пучка выполнено с использованием электромагнитного решения, основанного на методе конечных интегралов (FIT)–CST Microwave Studio [21, 22]. Предложенная нами элементарная ячейка имеет определенную рабочую полосу пропускания от 30 до 34 ГГц; в этой статье в основном объясняется управление волновым фронтом луча на рабочей частоте на частоте 32 ГГц. КПД 86% и угол отклонения 22,9.9°, КПД 83% и угол отклонения 31,88° проверены путем измерения излучения в дальней зоне и диаграммы направленности электрического поля. Благодаря высокому коэффициенту пропускания и гибкому управлению фазой в диапазоне частот поверхность предлагаемого элемента может преломлять падающий луч на заданный угол отклонения при произвольной поляризации.
Принцип и анализ
Принцип Ферма также называют теоремой о кратчайшем времени. Это означает, что луч света всегда распространяется из одной точки в другую по пути с наименьшим временем. То есть распространение световых волн между двумя точками A и B есть путь по оптическому пути ∫ABnds, где n – показатель преломления среды. Обобщенный закон Снеллиуса выводится из принципа Ферма [23]. В общем, принцип Ферма можно понять в оптическом тракте, так как изменение фазы принимает экстремальное значение, то есть, когда изменение фазы Φ( r с ) вводится в переходе, полное изменение фазы световая волна на разных путях равна Φ(rs)+∫ABnds, где r с указывает положение на границе раздела, первый член представляет собой величину скачка фазы, а второй член представляет собой изменение фазы соответствует оптическому пути.
Как показано на рисунке 1, световая волна облучает границу раздела под углом падения, а ось x представляет собой границу раздела.
(k0 ni sinθi dx + Φ + dΦ) — (k0 nt sin θt dx + Φ) = 0 (1)
Тогда разность фаз между ADB и AEB равна 0, и можно получить закон преломления Снеллиуса. θ t угол преломления, n i и n t — диэлектрические проницаемости по обеим сторонам границы раздела, dx — разность расстояний между двумя лучами на границе раздела, Φ и Φ+ dΦ — фазовая мутация двух лучей, проходящих через интерфейс.
Рисунок 1 . Преломление с разностью фаз.
Если скорость изменения фазы dΦdx постоянна, изменение фазы передачи является непрерывным. Обобщенный закон Снелла рассмотрим по формуле (1, 2).
нцинθт-нисинθi=1k0·dΦdx=λ02π·dΦdx (2)
Дизайн метаповерхности
В данной работе представлена базовая структура с многослойной прозрачной поверхностью микроволнового элемента.

Рисунок 2 . Предлагаемый элемент PGMS и его смоделированная установка. (A) Вид в перспективе. (B) Вид сверху.
Как показано на рис. 3А, непрерывный фазовый сдвиг кривой в диапазоне [-157°, 158°] может быть достигнут путем изменения радиуса слоев металлической накладки. Черная линия, отмеченная треугольником, и красная, отмеченная квадратом, представляют фазы передачи шестиэлементного и восьмиэлементного соответственно; синяя линия, отмеченная кружком, и желтая, отмеченная треугольником, представляют амплитуду передачи шестиэлементного и восьмиэлементного соответственно. Максимальный диапазон фазового сдвига на частоте 32 ГГц может достигать 315°, что близко к полному циклу и достаточно для предполагаемой работы передачи при сохранении амплитуды прозрачного СВЧ. Амплитуда передачи шестиэлементного и восьмиэлементного уменьшается и обратно пропорциональна и , но все они больше 0,7, а максимум 0,91 и 0,93 соответственно.

Рис. 3. (A) Фаза передачи и амплитуда 6-элементной и 8-элементной решеток зависят от внутреннего диаметра. (B) Параметры передачи зависят от частоты.
При выборе подходящего значения a n интенсивность передачи и спектр разности фаз предоставляют достаточную информацию для проектирования передатчика. Как показано на рис. 4, мы выбираем шесть элементов (см. рис. 4А) и восемь элементов (см.
Рис. 4. (A) Приращение фазы π/3 в двух соседних единицах по оси x . (B) Текущая раздача шестиэлементной. (C) Приращение фазы π/4 в двух соседних единицах по оси x . (D) Текущее распределение шестиэлементного и восьмиэлементного.
Согласно обобщенному закону Снеллиуса, когда падающий луч вертикальный, соотношение между углом отклонения прошедшей волны и градиентом фазы пропускания границы раздела соответствует уравнению (3) и n i = n t = 1.
θt = arcsin (λ2π.dϕdx) (3)
, где ϕ — скачки фазы в локальной точке, внесенные метаповерхностью, а λ — длина волны. Предположим, что разность фаз между соседними элементами составляет π/4, для расчета рассмотрим уравнение (3).
θt = arcsin (λ2π.dϕdx) = arcsin(9,3752π.π4·3) (4)
В этот момент массив отклонения может достигать углового отклонения 22,99°. Если π/3 выбрано как разность фаз между соседними элементами, θt=31,388∙. Теоретически массив отклонения может обеспечить отклонение луча на 22,99° и 31,88°. В таблицах 1, 2 показаны внутренние радиусы a n предлагаемой модели, где a n 1 — радиусы шести элементов, а n 2 — радиусы восьми элементов, N 1 и N 2 — порядковые номера.
Таблица 1 . Отклонение 22,92 ° выбор блока массива.
Таблица 2 . Отклонение 31,88 ° выбор блока массива.
Результаты и обсуждение
Теоретические предсказания подтверждены программой моделирования CST. Граничное условие — элементарная ячейка, направление падающей волны положительно вдоль z -ось. На основании приведенного выше теоретического анализа [22, 23] выбираются шесть фаз передачи по оси x- для увеличения π/4 в свою очередь. При проектировании метаповерхности по данным табл. 1 разность фаз первого блока также составляет π/4. Конструкция может отклонять проходящий луч на 22,99°. Программное обеспечение для моделирования CST используется для полноволнового моделирования, а для расчета используется моделирование периодической структуры [24–28]. мы видим, что вертикально падающая электромагнитная волна отклоняется на 22,99°, что согласуется с теоретическими результатами. Когда центральная частота составляет 30 и 34 ГГц, результаты моделирования показаны на рисунках 5E, F, I, J, и все углы отклонения близки к теоретическим расчетам.
Рисунок 5 . Электрическое поле и трехмерное распределение в дальней зоне массива гиперповерхностей на частотах 32 ГГц (A–D) , 30 ГГц (E–H) и 34 ГГц (I–L) шестиэлементного массива соответственно, где (A,B,E,F,I,J) указывают результаты материала без потерь, а (C,D,G,H,K,L) указывают результаты материала с потерями.
Таблица 3 . Углы отклонения шести элементов с потерями и без потерь на разных частотах.
В соответствии с таблицей 2 вдоль оси x выбираются восемь фаз передачи со смежной разностью фаз для формирования метаповерхности. Согласно уравнению (3), теоретический угол отклонения составляет 31,88°. На рисунках 6A,B,E,F,I,J показаны результаты моделирования с чистыми материалами без потерь, а на рисунках 6C,D,G,H,K,L показаны результаты с полиимидом с потерями на частотах 32, 30 и 34 ГГц соответственно. На рис. 6А показано распределение Ex электрического поля, а на (b) показана карта распределения в дальней зоне на частоте 32 ГГц. Из-за эффекта связи между соседними элементами решетки излучение одного элемента изменит эффективное возбуждение соседних элементов. Между тем, из-за ограниченного числа элементов в массиве эффект связи между элементами массива очевиден, что приводит к сильным боковым лепесткам. Видно, что отклонение луча составляет 31,88° при прохождении через метаповерхность вертикально падающей электромагнитной волны, что согласуется с результатами теоретического расчета.
Рисунок 6 . Электрическое поле и трехмерное распределение в дальней зоне массива гиперповерхностей на частотах 32 ГГц (A–D) , 30 ГГц (E–H) и 34 ГГц (I–L) восьмиэлементной системы соответственно, где (A,B,E,F,I,J) указывают результаты материала без потерь, а (C,D,G,H,K,L) указывают результаты материала с потерями.
В таблицах 3, 4 показаны теоретические углы отклонения и результаты моделирования при различных частотах, а также сравнение материала без потерь с материалом с потерями. Из данных видно, что погрешность наименьшая при работе на частоте 32 ГГц в диапазоне частот от 30 до 34 ГГц. Материал с потерями и эффект материала без потерь согласуются.
Таблица 4 .
Заключение
По результатам моделирования доказано, что многослойная прозрачная микроволновая метаповерхность, разработанная в данной статье, обладает хорошим эффектом управления лучом. Чтобы уменьшить влияние затухающей связи волн, мы выбираем трехслойную структуру апертуры с высокой стабильностью и типом передачи для создания многослойной метаповерхности, которая может гибко управлять прерывистыми фазами в [-π, π]. Разность фаз между соседними элементами можно изменить, заставив луч достичь определенного угла отклонения; в этой статье мы выбрали π/4 и π/3 как разность фаз соседних элементов соответственно. В расчете используется моделирование периодической структуры. Результаты показывают, что коэффициент пропускания выше 80% при изменении внутреннего диаметра, что обеспечивает эффективную передачу волны передачи. В то же время модели с материалами с потерями также могут достигать цели отклонения луча и более широко используются в практическом производстве.
Заявление о доступности данных
Все наборы данных, созданные для этого исследования, включены в статью/дополнительный материал.
Вклад автора
BX разработал концепцию и руководил всем проектом. ZS провел моделирование. ZS и MY проанализировали данные моделирования. BX и ZS внесли свой вклад в написание и окончательную доработку статьи. TE участвовал в пересмотре статьи и языковом редактировании.
Конфликт интересов
Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.
Ссылки
1. Лейб К.Г. Система отклонения луча излучения . Патенты Google (1981 г.).
Google Scholar
2. Борн М., Вольф Э. Электромагнитная теория распространения, интерференции и дифракции света. В: Основы оптики . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Pergamon Press (1980). п. 370–458.
Google Scholar
3. Флоссманн Ф., Шварц Ю.Т., Майер М., Деннис М.Р. Поляризационные сингулярности при развертывании оптического вихря через двулучепреломляющий кристалл. Phys Rev Lett . (2005) 95:253901. doi: 10.1103/PhysRevLett.95.253901
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
4. Enkrich C, Wegener M, Linden S, Burger S, Zschiedrich L, Schmidt F, et al. Магнитные метаматериалы на телекоммуникационных и видимых частотах. Phys Rev Lett . (2005) 95:203901. doi: 10.1103/PhysRevLett.95.203901
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
5. Энгета Н., Циолковски Р.
CrossRef Полный текст | Google Scholar
6. Вэньшань С., Шалаев В. Оптические метаматериалы: основы и приложения . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Спрингер (2009).
Google Scholar
7. Пфайффер С., Грбич А. Управление векторными бесселевыми балками с помощью метаповерхностей. Phys Rev Appl. (2014) 2:044011. doi: 10.1103/PhysRevApplied.2.044012
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar
8. Лин Д., Фан П., Хасман Э., Бронгерсма М.Л. Диэлектрические градиентные метаповерхностные оптические элементы. Наука . (2014) 345: 298–302. doi: 10.1126/science.1253213
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
9. Пфайфер С., Грбич А. Бианизотропные метаповерхности для оптимального управления поляризацией: анализ и синтез. Phys Rev Appl. (2014) 2:044011.
Полнотекстовая перекрестная ссылка | Google Scholar
10. Асадчий В.С., Фаняев И.А., Радий Ю., Хахомов С., Семченко И., Третьяков С. Широкополосные безотражательные металисты: частотно-избирательная передача и идеальное поглощение. Физическая версия X . (2015) 5:031005. doi: 10.1103/PhysRevX.5.031005
Полный текст CrossRef | Google Scholar
11. Лю В.Е., Чен З.Н., Цин С., Ши Дж., Линь Ф.Х. Миниатюрные широкополосные метаповерхностные антенны. Распространение транс-антенн IEEE. (2017) 65:7345–9. doi: 10.1109/TAP.2017.2761550
CrossRef Полный текст | Google Scholar
12. Fattal D, Li J, Peng Z, Fiorentino M, Beausoleil RG. Плоские диэлектрические рефлекторы с фокусирующей способностью. Нат Фотоникс . (2010) 4:466–70. doi: 10.1038/nphoton.2010.116
CrossRef Полный текст | Google Scholar
13. Акрам М.Р., Мехмуд М.К., Таукер Т., Рана А.С., Рухленко И.Д., Чжу В. Высокоэффективная генерация бесселевых пучков с поляризационно-нечувствительными метаповерхностями.
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
14. Yeh C. Отражение и передача электромагнитных волн движущейся диэлектрической средой. J Appl Phys . (1965) 36:3513–7. doi: 10.1063/1.1703029
CrossRef Полный текст | Google Scholar
15. Yin JY, Ren J, Zhang Q, Zhang HC, Liu YQ, Li YB и другие. Частотно-управляемое сканирование широкоугольным лучом массива патчей, питаемых имитирующими поверхностными плазмон-поляритонами. IEEE Trans Antennas Propag. (2016) 64:5181–9. doi: 10.1109/TAP.2016.2623663
CrossRef Полный текст | Google Scholar
16. Zhang Z, Wen D, Zhang C, Chen M, Wang W, Chen S, et al. Многофункциональная метаповерхностная линза светового меча. СКУД Фотоника. (2018) 5:1794–9. doi: 10.1021/acsphotonics.7b01536
CrossRef Полный текст | Google Scholar
17. Wang H, Li YF, Chen HY, Han YJ, Fan Y, Sui S, et al.
CrossRef Full Text | Google Scholar
18. Wang H, Li YF, Chen HY, Han YJ, Fan Y, Yang ZT и другие. Многолучевая метаповерхностная антенна за счет объединения фазовых градиентов и последовательностей кодирования. Доступ IEEE. (2019) 7:62087–94. doi: 10.1109/ACCESS.2019.2915960
Полный текст CrossRef | Google Scholar
19. Akram MR, Mehmood MQ, Bai X, Jin R, Premaratne M, Zhu W. Высокоэффективные ультратонкие пропускающие метаповерхности. Доп.опт.матер. (2019) 7:1801628. doi: 10.1002/adom.201801628
CrossRef Полный текст | Google Scholar
20. Liu W, Chen ZN, Qing X. Низкопрофильная широкополосная грибовидная антенна на основе метаматериала. Транс-антенны IEEE Propag . (2013) 62:1165–72. doi: 10.1109/TAP.2013.2293788
Полный текст CrossRef | Google Scholar
21.
Google Scholar
22. CST Microwave Studio Руководство пользователя . Доступно в Интернете по адресу: www.cst.com/products/cstmws (2016 г.).
Google Scholar
23. Yu N, Genevet P, Kats MA, Aieta F, Tetienne JP, Capasso F, et al. Распространение света с фазовыми разрывами: обобщенные законы отражения и преломления. Наука . (2011) 334:333–7. doi: 10.1126/science.1210713
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
24. Xu BJ, Wei Z, Wu C, Fan Y, Wang Z, Li H. Фокусировка с почти дифракционным ограничением на градиентной метаповерхности с высоким импедансом. Опт Матер Экспресс. (2017) 7:1141–6. doi: 10.1364/OME.7.001141
CrossRef Полный текст | Google Scholar
25. Richdale K, Bullimore MA, Zadnik K. Толщина хрусталика с возрастом и аккомодация по данным оптической когерентной томографии. Офтальмологическая физиол опт.
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
26. Yin X, Zhu H, Guo H, Deng M, Xu T, Gong Z и другие. Гиперболические метаматериальные устройства для управления волновым фронтом. Laser Photonics Rev. (2019) 13:1800081. doi: 10.1002/lpor.201800081
CrossRef Full Text | Google Scholar
27. Шалтоут А.М., Шалаев В.М., Бронгерсма М.Л. Пространственно-временное управление светом с активными метаповерхностями. Наука. (2019) 364:eaat3100. doi: 10.1126/science.aat3100
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
28. Akram MR, Bai X, Jin R, Vandenbosch GAE, Premaratne M, Zhu W. Ультратонкая пропускающая метаповерхность на основе фотонного спинового эффекта Холла для эффективной генерации волн OAM. IEEE Trans Antennas Propag. (2019) 67:4650–8. doi: 10.1109/TAP.2019.2
7
Полный текст CrossRef | Google Scholar
29.
CrossRef Full Text | Google Scholar
30. Li YB, Wan X, Cai BG, Cheng Q, Cui T. Управление частотой электромагнитного многолучевого сканирования метаповерхностями. Научный представитель (2014) 4:6921. doi: 10.1038/srep06921
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
31. Аони Р.А., Рахмани М., Сюй Л., Камали К.З., Комар А., Ян Дж. и др. Высокоэффективная манипуляция видимым светом с использованием диэлектрических метаповерхностей. Научный представитель (2019) 9:6510. doi: 10.1038/s41598-019-42444-y
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
32. Wei Z, Cao Y, Su X, Gong Z, Long Y, Li H, et al. Высокоэффективное управление лучом с прозрачной метаповерхностью. Опция Экспресс.
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
33. Povinelli ML, Lončar M, Ibanescu M, Smythe EJ, Johnson SG, Capasso F, et al. Связь затухающих волн между оптическими волноводами. Доп. письмо. (2005) 30:3042–4. doi: 10.1364/OL.30.003042
PubMed Abstract | Полный текст перекрестной ссылки | Google Scholar
Статические и крайне низкочастотные (ELF) электрические и магнитные поля
Неионизирующее излучение, часть 1: статические и крайне низкочастотные (ELF) электрические и магнитные поля
- Все темы» 462 H
- I
- J
- K
- L
- M
- N
- O
- P
- Q
- R
- S
- T
- U
- V
- W
- Х
- Д
- З
-
Ресурсы »
- Бюллетени
- Факты в картинках
- Мультимедиа
- Публикации
- Вопросы и Ответы
- Инструменты и наборы инструментов
-
Популярный »
- Загрязнение воздуха
- Коронавирусная болезнь (COVID-19)
- Гепатит
- оспа обезьян
- Все страны »
- A
- B
- C
- D
- E
- F
- G
- H
- I
- J
- K
- L
- M
- N
- O
- P
- Q
- R
- S
- T
- U
- V
- W
- X
- Y
- Z 904 63
-
Регионы »
- Африка
- Америка
- Юго-Восточная Азия
- Европа
- Восточное Средиземноморье
- Западная часть Тихого океана
-
ВОЗ в странах »
- Статистика
- Стратегии сотрудничества
- Украина ЧП
-
все новости »
- Выпуски новостей
- Заявления
- Кампании
- Комментарии
- События
- Тематические истории
- Выступления
- Прожекторы
- Информационные бюллетени
- Библиотека фотографий
- Список рассылки СМИ
- Заголовки »
-
Сосредоточиться на »
- Афганистан кризис
- COVID-19 пандемия
- Кризис в Северной Эфиопии
- Сирийский кризис
- Украина ЧП
- Вспышка оспы обезьян
- Кризис Большого Африканского Рога
-
Последний »
- Новости о вспышках болезней
- Советы путешественникам
- Отчеты о ситуации
- Еженедельный эпидемиологический отчет
-
ВОЗ в чрезвычайных ситуациях »
- Наблюдение
- Исследовать
- Финансирование
- Партнеры
- Операции
- Независимый контрольно-консультативный комитет
-
Призыв ВОЗ о чрезвычайной ситуации в области здравоохранения 2023 г.
-
Данные ВОЗ »
- Глобальные оценки здоровья
- ЦУР в области здравоохранения
- База данных о смертности
- Сборы данных
-
Панели инструментов »
- Информационная панель COVID-19
- Приборная панель «Три миллиарда»
- Монитор неравенства в отношении здоровья
-
Основные моменты »
- Глобальная обсерватория здравоохранения
- СЧЕТ
- Инсайты и визуализации
- Инструменты сбора данных
-
Отчеты »
- Мировая статистика здравоохранения 2022 г.
- избыточная смертность от COVID
- DDI В ФОКУСЕ: 2022 г.
-
О ком »
- Люди
- Команды
- Состав
- Партнерство и сотрудничество
- Сотрудничающие центры
- Сети, комитеты и консультативные группы
- Трансформация
-
Наша работа »
- Общая программа работы
- Академия ВОЗ
- Деятельность
- Инициативы
-
Финансирование »
- Инвестиционный кейс
- Фонд ВОЗ
-
Подотчетность »
- Аудит
- Программный бюджет
- Финансовые отчеты
- Портал программного бюджета
- Отчет о результатах
-
Управление »
- Всемирная ассамблея здравоохранения
- Исполнительный совет
- Выборы Генерального директора
- Веб-сайт руководящих органов
- Портал государств-членов
- Главная/
- Вопросы здравоохранения/
- Электромагнитные поля
«,»datePublished»:»2020-06-09T13:00:05.
олрат
Электромагнитные поля всех частот представляют собой одно из наиболее распространенных и быстрорастущих влияний окружающей среды, по поводу которого распространяются опасения и спекуляции.
©
Кредиты
Информационные бюллетени
Вопросы и ответы
- Что такое электромагнитные поля?
- Мобильные сети 5G и здоровье
Руководство
- Установление диалога о рисках от электромагнитных полей
База данных
- Законодательство о воздействии электромагнитных полей
- Международный проект EMF
- Окружающая среда, изменение климата и здоровье
- Радиация и здоровье
9 0516
Инициативы
ВОЗ Команда
Наша работа
События
Инфографика
Ресурсы
Публикации
Все →
Телекоммуникационные технологии, основанные на радиочастотной (РЧ) передаче, такие как
как радио и телевидение, широко использовались в течение многих десятилетий.




Добавить комментарий