电磁场与电磁波实验报告.docx
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电磁场与电磁波实验报告
电磁场与电磁波实验报告
TheStandaidizationOfficewasrevisedontheafternoonofDecember13,2020
实验一静电场仿真
1.实验目的
建立静电场中电场及电位空间分布的直观概念。
2.实验仪器
计算机一台
3.基本原理
当电荷的电荷量及其位置均不随时间变化时,电场也就不随时间变化,这种电场称为静电场。
点电荷q在无限大真空中产生的电场强度E的数学表达式为
真空中点电荷产生的电位为
(1-2)
其中,电场强度是矢量,电位是标量,所以,无数点电荷产生的电场强度和电位是不一样的,电场强度为
(/;是单位向量)(1・3)
电位为
(1-4)
本章模拟的就是基本的电位图形。
4.实验内容及步骤
(1)点电荷静电场仿真
题H:
真空中有一个点电荷7,求其电场分布图。
程序1:
负点电荷电场示意图
clear
[x,y]=meshgrid(-10:
1.2:
10);
E0=8.85e-12;
q=1.6*10A(-19);
冃];
r=sqrt(x.A2+y.A2+1.0*10A(-l0))m=4*pi*E0*r;
m1=4*pi*E0*r.A2;
E=(-q./ml).*r;
surfc(x,y,E);
MFigureNo.1
FileEditViewInsert
ToolsWindow旦elp
—
□
X
DSakA
员点电荷场强示意團
负点电荷电势示意图
clear
[x,y]=meshgrid(-10:
1.2:
10);
E0=8.85e-12;
q=1.6*10A(-19);
r=[];
r=sqrt(x.A2+y.A2+1.0*10A(-l0))m=4*pi*E0*r;
ml=4*pi*E0*r.A2;
z=-q./ml
surfc(xyz);
xlabel(\Vfontsize1,16)
ylabel(*yVfontsize1,16)
titleC负点电荷电势示意SVfontsizeMO)
MFigureNo.1
—
□
X
FileEditViewInsert
Tools
Window旦elp
DISSkA
7/
员点电荷电势示意图
程序2
clear
q=2e-6;k=9e9;a=1.0:
b=0;x=-4:
0.16:
4;y=x;[X,Y]=meshgrid(x,y);
R1=sqrt((X+1).A2+Y.A2+1.0*10A(-l0));
R2=sqrt((X-l).A2+Y.A2+1.0*10A(-10));
Z=q*k*(l./R2-1./Rl);
[ex,ey]=gradient(-Z);
ae=sqrt(ex.A2+ey.A2);ex=ex./ae;ey=ey./ae;cv=linspace(min(min(Z))jnax(niax(Z)),40);contour(X,Y,Z,cv/k-t);
holdon
quiver(X,Y,ex,ey,0.7);
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三
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W、、XI、、J\、\\\>J三、、x、、x\、、\\\二二、、\m\\\\、二二二man、、、、\\\\\n、、、、\\\\\rrrrrhuiK
clear
q=2e-6;k=9e9;a=l.0;b=0;x=-4:
0.15:
4;y=x;
[X,Y]=meshgrid(x,y);
R1=sqrt((X+1).A2+Y.A2+1.0*10A(-l0));
R2=sqrt((X-l).A2+Y.A2+1.0*10A(-10));
U=q*k*(l./R2-1./Rl);
[ex,ey]=gradient(-U);
ae=sqrt(ex.A2+ey.A2);ex=ex./ae;ey=ey./ae;cv=linspace(min(min(U))jnax(niax(U))540);surfc(xyU);
SFigureNo.1
FileEditView
Insert
Tools
Window旦
—
□
X
□ga
kA
7/
Po
-4-4
实验二恒定电场的仿真
1.实验目的
建立恒定电场中电场及电位空间分布的直观概念。
2.实验仪器
计算机一台
3.基本原理
电场的大小和方向均不随时间变化的场称为恒定电场,如直流导线,虽说电荷在导线内运动,但电场不随时间变化而变化,所以,直流导线形成的电场是恒定电场。
对于恒定电场,我们可以假设其为静电场,假设有静止不动的分布在空间中的电量q产生了这一电场。
通过一些边界条件等确定自己所需要的变量,然后用静电场的方法来求解问题。
4.实验内容及步骤
(1)高压直流电线表面的电场分布仿真
题II:
假设两条高压导线分别是正负电流,线间距2m,线直径0.01m,电流300A,两条线电压正负110kV,求表面电场分布。
R1
图2-1高压直流电线示意图
程序
clear[x,y]=meshgrid(-2:
0.1:
2);rl=sqrt((x+l).A2+y.A2+0.14);r2=sqrt((x-1).A2+y.A2+0.14);
k=100/(log(l/0.02));
E=k*(l./rM./r2);
surfc(x,y,E);xlabel('x;'fontsize;16)
ylabel(*yVfontsize1,16)
titleCEVfontsize\10)
MFigureNo.1
—
□
X
FileEditViewInsert
Tools
Window旦elp
DISShA
7/
E
•:
丿
X
clear
[x,y]=meshgrid(-2:
0.1:
2);rl=sqrt((x+l).A2+y.A2+0.14);
r2=sqrt((x-1).A2+y.A2+0.14);
k=100/(log(l/0.02));
m=loglO(r2./rl);
U=k*m;
surfc(x,y,U);
xlabel(*xVfontsize1,16)
ylabel(*yVfontsize1,16)
title(,U\,fontsize\l0)
MFigureNo.1
—
□
X
FileEditViewInsert
Tools
Window旦elp
DISShA
7/
yx
实验三恒定磁场的仿真
1.实验目的
建立恒定磁场中磁场空间分布的直观概念。
2.实验仪器
计算机一台
3.基本原理
磁场的大小和方向均不随时间变化的场,称为恒定磁场。
线电流i产生的磁场为:
4龙厂
说明了电流和磁场之间的关系,运动的电荷能够产生磁场。
4・实验内容及步骤
圆环电流周围引起的磁场分布仿真
题目:
一个半径为0.35的电流大小为1A的圆环,求它的磁场分布。
分析:
求载流圆环周用的磁场分布,可以用毕奥一萨伐尔定律给出的数值积分公式进行计算:
dB
图3-1载流圆环示意图
程序
clear
x=-10:
0.5:
10;u0=4*pi*10A(-7);R=O.35;I=1;
B=(u0*I*R.A2)./2./((R.A2+x.A2).A(3/2));
BHFigureNo.1
FileEditViewInsertToolsWindow旦wlp
□iaakA戶/炉月c
实验四电磁波的反射与折射
1.实验目的
(1)熟悉相关实验仪器的特性和使用方法
(2)掌握电磁波在良好导体表面的反射规律
2.实验仪器
DH1211型3厘米信号源1台、可变衰减器、频率调节器、电流指示器、喇叭天线、
金属导体板1块、支座一台。
3.基本原理
电磁波在传播过程中如遇到障碍物,必定要发生反射。
当电磁波入射到良好导体(近似认为理想导体)平板上时将发生全反射。
电磁波入射到良好导体(近似认为理想导体)平板时,分为垂直入射和以一定角度入射(称为斜入射)。
如图4-1所示。
入射线与分界面法线的夹角为入射角,反射线与分界面法线的夹角为反射角。
(入射角45°、反射角45°)
用一块金属板作为障碍物,测量当电波以某一入射角投射到此金属板上的反射角,验证电磁波的反射规律:
(1)电磁波入射到良好导体(近似认为理想导体)平板上时将发生全反射。
(2)入射角等于反射角。
4.实验内容及步骤
(1)熟悉仪器的特性和使用方法
频率调节器
喇叭天线
电流抬示器(检波
金屈导体(铝)板
活动臂
(2)连接仪器,调整系统
DH1121B3厘米信号源
(3)测量入射角和反射角
反射全属板放到支座上时,应使金属板平面与支座下面的小圆盘上的某一对刻线一致。
而把带支座的金属反射板放到小平台上时,应使圆盘上的这对与金属板平面一致的刻线与小平台上相应90°刻度的一对刻线一致。
这时小平台上的0°刻度就与金属板的法线方向一致。
转动小平台,使固定臂指针指在某一角度处,这一角度的读数就是入射角,然后转动
活动臂在表头上找到一个最大指示,此时活动臂上的指针所指的刻度就是反射角。
入射角
0°
30°
45°
50。
55°
60°
最大指示值
28
34
44
47
48
50
反射角
0
22
39
45
51
58